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proposta de automatização da estação elevatória

1. 84 Figura 5 6 Monitoramento das condi es de opera o dos conjuntos motor bomba 86 Figura 5 7 Condi es de opera es das linhas de rede da esta o elevat ria de gua 87 Figura 5 8 Monitoramento e controle de opera es dos reservat rlios 89 10 LISTA DE TABELAS Tabela 3 1 Caracteristicas Bomba 1 33 Tabela 3 2 Caracter sticas Bomba 2 ned es ee ET ed 33 Tabela 3 3 Caracter sticas Bomba 3 P tees Tor eA tee ten 34 Tabela 3 4 Caracter sticas Bomba 4 Sc Re G P tree a eost ve ed a 34 Tabela 3 5 Horas de Funcionamento e volume bombeado no sistema 36 Tabela 3 6 Vaz es m dias das bombas 1 e 2 eene 36 Tabela 3 7 Vaz es medias das bombas 3 e 4 quel led tat bez boe aaa bones 37 Tabela 3 8 Vaz o m dia da bomba do po o UFOP II sese 37 11 RESUMO O presente trabalho trata do desenvolvimento de uma proposta para a automatiza o da esta o elevat ria de gua do Campus Morro do Cruzeiro da Universidade Federal de Ouro Preto buscando viabilizar um sistema eficiente seguro e de qualidade Cresce cada vez mais o n
2. 80 5 1 7 dete Mas a eua Dedi oa Eb aT be s 81 5 1 8 Protocolo de comunica a o E no en gi eR 81 5 1 9 Interface 1 aya Ak iet dc ate idu a RE e EE ME 81 S CLR O E Orr 82 5 1 11 Centro de Controle Operacional ssa e op ET Dt ed te ens 83 5 2 Instrumenta o e modo de opera o e controle da casa de bombas 84 5 3 Instrumenta o e modo de opera o e controle dos reservat rios 87 5 4 Sist mas de qiio m pss eroas 90 5 4 1 Formas de opera o e controle dos sistemas de prote o 90 E CONCLUS O z cente acte c nin kU Cos hata a aa el R ame 91 REBERENCIAS 5 eene AL u ot to ae LL 94 LISTA DE FIGURAS Figura 2 1 Sistema simples de abastecimento de Agua serene 17 Figura 2 2 Tipos de aqu feros e de po os n se ove Me 19 Figura 2 3 Capta o de gua subterr nea n ns 19 Fig ra 274 Bomba Centrifuga hae i A 25 Figura 2 5 Motor de Indie 30 a dens idi CARO eu ut bus UND yu 26 Figura 3 1 Planta do Campus Morro do Cruzeiro essere 30 Figura 3 2 C sade Bombas a2 rende Eti lata Prage leg bates baat ko tud 32 Figura 3 3 Bombas 1 62 ote a ede C pte ER a 32 Fig ra Bombas 3 edan n deepest a munaq
3. 56 did Wd COnlFOle uiid EE ua sau Gu PRINS dunas GE PALIN css 57 4 6 1 T cnicas de controle autom tico 58 4 6 2 Controladores L gicos Program veis CLPS 60 47 Vele metriduss e soon QI reir patema D aa a een Pn levee e IM M E 63 4 7 1 Meios de comunica o de dados se tyteniein ud ing 63 4 7 2 Sistemas de comunica o via r dio ioc etg ect baa eat a sa 65 4 7 3 Protocolos de Comunica o e sinew deni aat 68 4 7 4 UTR Unidade Terminal Remota eeseseeeeeeeeeeeeen eene 71 AS Sistema SUDOFVISORUD asian a 72 5 PROPOSTA DE AUTOMATIZA O DO SISTEMA o s 75 5 1 Instrumentos unidades terminais remotas operac es meios de comunicac o protocolos e caracter sticas de comando e supervis o do sistema automatizado 76 5 1 1 SOT ei e edo uen 76 5 1 2 Sensores de n vel do tipo ultra s nico 79 5 1 3 Chaves de n vel apo b ia atum essen 79 5 1 4 V lvulas motorizadas ined inue 80 5 1 5 Jransdutores de Press o matar ab ia tet gerens edat etat e na 80 5 1 6 CLP
4. Caracteristicas Bomba 1 Tabela 3 2 Caracteristicas Bomba 2 BOMBA 2 Bomba Centrifuga Multiestagio KSB Modelo Trif sico Marca Weg 30 CV 220 V 33 Tabela 3 3 Caracteristicas Bomba 3 Bomba Centrifuga KSB Trifasico Marca Weg 220V Tabela 3 4 Caracteristicas Bomba 4 Motor Trf icoMaraWeg 10 8 A Figura 3 5 Reservat rio II 34 35 Um outro poco artesiano profundo chamado UFOP IV esta para ser interligado ao sistema junto a casa de bombas e em conjunto com o po o UFOP II ser respons vel pelo fornecimento de gua A figura 3 6 representa a foto do poco UFOP IV Figura 3 6 Poco UFOP IV Existem v rios outros sistemas secund rios e subsistemas presentes no abastecimento de gua do Campus Universit rio da UFOP como as torres e reservat rios Estes subsistemas sao respons veis pelo abastecimento de gua dos pr dios e unidades do Campus 3 1 Dados de consumo e vaz o do sistema De acordo com os dados obtidos atrav s das anota es dos operadores da esta o elevatoria de gua da UFOP em um semestre pode se obter a m dia de horas di rias de funcionamento das bombas e o volume de gua bombeado no sistema A tabela 3 5 apresenta a m dia semestral para as horas de funcionamento e para o volume de gua bombeados diariamente Para c lculo desses valores foi considerado que as vaz es das bombas e 2 da esta o elevat ria eram de 36 Bomba 1 19
5. eoor taso rsr enost 14 SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUA 17 2 1 Conceitos Fundamentais 17 Zall Manancial AA ECCO E ECKE NE ELEC 18 2 1 2 NE RNR 18 2 1 3 Estacao eleyalorigss s niau a tuted N ili uii EASA 20 2 1 4 Adutora actes 20 2 1 5 RESERVA PIO aetna aye Gees A 21 2 1 6 Rede de distribui o sae ood im a tas 2 2 2 BOM DAS pa anti uia calar lada 22 2 2 1 Bombas Qs dla Oron bd OD 22 2 2 2 Turbobombas ou bombas din micas a 23 2 2 3 Bombas SUBIMETS AS eee teo mmn iles es tto ate au lag 25 23 Motor de Ulis as dep 26 2 3 1 Partes de um motor de indu o iR dx de S NR DIS DOR 26 2 4 Painel de comando el trico 29 SISTEMA ATUAL DE ABASTECIMENTO DE AGUA DA UFOP 30 3 1 Dados de consumo e vaz o do sistema 35 3 2 Funcionamento do sistema atual 37 3 2 1 Configura es do sistema atual aw tina batte hag 37 3 2 2 Modo de opera o do sistema atual serene 39
6. 2 1 Configura es do sistema atual No sistema atual tem se duas op es de funcionamento que de acordo com a configura o dos registros da casa de bombas e o acionamento das respectivas bombas pode se escolher em qual configura o operar 3 2 1 1 Configura o opcional O sistema possui uma configura o que serve como op o de utiliza o se necess rio mas n o a usualmente utilizada Essa configura o opera da seguinte forma 38 a atrav s da bomba submersa do poco UFOP II a agua recalcada ao reservat rio da casa de bombas b as bombas 1 e 2 se revezam na fun o de retirar gua do reservat rio da casa de bombas e recalcar para os reservat rios do Campus Universit rio Como dito anteriormente esta configura o n o a usual ela apenas existe como uma op o tendo em vista que o reservat rio da casa de bombas n o possui uma capacidade elevada sendo esta de apenas 7 mil litros 3 2 1 2 Configura o usual A outra configura o poss vel e tamb m a comumente utilizada e importante para este trabalho a a gua recalcada do po o UFOP II atrav s da bomba submersa existente para o reservat rio da casa de bombas b as bombas 3 e 4 revezam em uma mesma fun o que a de captar a gua do reservat rio da casa de bombas e a recalcar para o reservat rio da Pac fico Homem c as bombas 1 e 2 como dito anteriormente se revezam em uma mesma fun o
7. Edi o Rio de Janeiro 1979 DANFOS Transmissores de press o Dispon vel em http www danfoss com Latin America portuguese Business Areas Industrial Automation P roducts pdf Pressure Transmitters htm gt Acesso em 10 jul 2009 DIAS C A T cnicas Avan adas de Instrumenta o amp Controle de Processos Industriais Editora e Gr fica ao Livro T cnico 1 edition 2005 DEGREMONT Water Treatment Handbook V 2 Lovoisier Publishing Inc Sixth Edition Paris 1991 DU O LAP Bombas centrifugas Disponivel em lt http www du o lap com br o selo mecanico htm gt Acesso em 15 jun 2009 FALCIONE A KROGH B H Design Recovery for Relay Ladder Logic IEEE Transactions on Automatic Control 13 2 90 98 abril 1993 95 FURG Org Entradas e saidas de CLPs Disponivel em lt www cti furg br santos apostilas AutomacaoIV_230505 pdf gt Acesso em 10 jun 2009 HYDRAULIC INSTITUTE STANDARDS For centrifugal rotary amp reciprocating pumps 14 ed Cleveland Ohio 1983 IEC Programmable controllers Part3 Programming languages IEC International Standard 61131 3 Janeiro 2003 IEC Specification Language GRAFCET for Sequential Function Charts International Standard 60848 Fevereiro 1999 INOTECH Org Chave de nivel Disponivel em lt http www inotech ind br produto_ver asp cod 84 gt Acesso em 22 jun 2009 KCEL MOTORES E FIOS Org Motor de induc o Disponivel em
8. como os Soft Starters 2 3 1 3 Partida estrela tri ngulo A Partida estrela tri ngulo um m todo de partida de motores el tricos trif sicos no qual utiliza se uma chave de mesmo nome Esta chave que pode ser manual ou autom tica interligada aos enrolamentos do motor que devem estar desmembrados em 6 terminais O motor parte em configura o estrela onde cada enrolamento receber uma tens o mais baixa fase neutra Ap s o motor vencer a sua in rcia a chave atuada convertendo a configura o para tri ngulo aumentando a tens o nos enrolamentos fase fase Logo para um sistema trif sico 220 380 V cada enrolamento do motor inicia com 220 V e termina a partida em 380 V no qual ser sua tens o nominal Atrav s desta manobra o motor realizar uma partida mais suave reduzindo sua corrente de partida em aproximadamente 1 3 da que seria se acionado em partida direta O uso de Partida Estrela tri ngulo n o pode ser usado em qualquer situa o Na verdade o sistema exige que o motor tenha dispon vel pelo menos seis terminais e que a tens o nominal tens o da concession ria seja 1gual tens o de tri ngulo do motor Um ponto important ssimo em relac o a este tipo de partida de motor el trico trif sico que o fechamento para tri ngulo s dever ser feito quando o motor atingir pelos menos noventa por cento da RPM nominal deste Logo o ajuste de tempo de mudanga estrela tri ngulo dever e
9. o das bombas Tais como a corrente b tens o c pot ncia d temperatura Os par metros de tens o corrente e temperatura poder o solicitar o desligamento dos conjuntos motor bomba A ocorr ncia de sinais de sobretemperatura nos mancais e nos enrolamentos do motor dever bloquear o funcionamento do conjunto motor bomba A figura 5 6 representa um esquema de controle do sistema pelo monitoramento das caracter sticas de opera o das bombas 86 Monitoramento das condi es de opera o dos conjuntos motor bomba Pot ncia Tens o Desligar o conjunto Enviar alerta ao motor bomba centro de controle de condi es ideais de opera o p do conjunto motor bomba 7 1 Corrente Valores distantes dos par metros Temperatura Figura 5 6 Monitoramento das condic es de operac o dos conjuntos motor bomba Nas tubula es de suc o e recalque sensores de vaz o eletromagn ticos e transdutores de press o indicar o as condi es as quais as tubula es est o sendo submetidas Os par metros limites de press o e vaz o poder o solicitar a partida ou parada das bombas Dever o existir valores m ximos e m nimos parametriz veis para monitoramento de vaz o de recalque e press o diferencial nas bombas visando prote o dos equipamentos Se a rela o entre press o e vaz o afastar se muito do normal
10. 3 3 Desvantagens do sistema atual 44 3 3 1 Opera o manual do controle das bombas 44 33 2 Inexist ncia de informa es sobre os n veis dos reservat rios 44 3 3 3 Inexist ncia de informa es sobre as condi es de opera o das bombas no momento em que est o em funcionamento n 44 3 3 4 Inexist ncia de informa es sobre problemas na tubulac o 45 3 3 5 3 3 5 Funcionamento das bombas em hor rio de pico 45 3 3 6 Falta de seguran a nas opera 06es eoe i poe aid 45 4 SISTEMA AUTOMATIZADO Su up GR Nd nutem hua 46 4 1 Requisitos necess rios para a automatiza o de sistemas 48 42 PP pd eS 50 4 2 1 Medi o de n vel utilizando de chaves do tipo Flutuador ou B ia 51 4 2 2 Medi o de n vel utilizando de dispositivo do tipo sensor ultras nico 51 4 3 C onc S3 4 3 1 Medi o de vaz o utilizando de dispositivo do tipo eletromagn tico 55 4 4 Transmissores eletr nicos de press o S6 4 5 Controle de v lvulas por meio de v lvulas motorizadas el tricas
11. evitando sobreaquecimento dos mesmos 2 4 Painel de comando el trico Segundo TSUTIYA 2006 os pain is de comando el trico s o utilizados em esta es elevat rias para operar e supervisionar todo o sistema de bombeamento O painel de comando basicamente constitu do dos seguintes elementos a comando liga desliga das bombas b chave seletora autom tico manual c chave seletora de bombas d alarme e sinaliza o de defeitos e sinaliza o de opera o f indicador de corrente amper metro g indicador de tens o voltimetro h rel s auxiliares 1 supervis o do sistema 30 3 SISTEMA ATUAL DE ABASTECIMENTO DE AGUA DA UFOP A figura 3 1 ilustra o sistema de abastecimento de gua do Campus Morro do Cruzeiro da UFOP c E Reservat rio Abastecimento e Escola de Minas Casa de bombas Escola de Minas S D pee S S pa me 4 Casa de Bombas Centro de Conven es N on gt o c LA e am eS EM c WY Reservat rio do Centro U Reservat rio de Converg ncia w Pel CREMA novo do Campus Figura 3 1 Planta do Campus Morro do Cruzeiro 31 O sistema de abastecimento de gua da Universidade Federal de Ouro Preto um sistema composto por diversas unidades de diferentes complexidades e localiza es No presente trabalho ser de estudo e import ncia o funcionamento do sistema principal O sis
12. lt http www kcel com br MyFiles Catalogos 20Novos 20Motores 20e 20Geradores Ma nual 20de 20Motores 20El tricos pdf gt Acesso em 18 jun 2009 LAMPIERE COUFFIN S ROSSI J M LESSAGE J Formal Validation of PLC Programs A Survey University Laboratory in Automated Production Research Julho 1999 MOON I Modeling Programmable Logic Controllers for Logic Verification EEE Transactions on Automatic Control 14 2 53 59 Abril 1994 NASCIMENTO N O HELLER L Ci ncia tecnologia e inova o na Engenharia Sanitaria e Ambiental Rio de Janeiro n p 36 48 2005 PNDA Programa Nacional de Combate Bras lia Sepurb sedu pr 1999 NICOLAU V P GUTHS S Medi o de Vaz o Dispon vel em lt http srv emc ufsc br labtermo Pdf Vazao2 pdf gt Acesso em 04 jul 2009 96 NOGAMI P S YASSUDA E R Capta o de agua subterr nea T cnica de Abastecimento e Tratamento de agua v I CETESB S o Paulo 1976 OLIVEIRA M A Sensores de nivel Porto Alegre Ufsc 2007 TSUTIYA M T Reduc o do Custo de Energia El trica em Sistemas de Abastecimento de Agua ABES Associa o Brasileira de Engenharia Sanit ria e Ambiental S o Paulo 2006 Abastecimento de Agua Departamento de Engenharia Hidr ulica e Sanit ria da Escola Polit cnica da universidade de S o Paulo 3 Edi o S o Paulo 2006 UFCG Motor de induc o Dispon vel em lt http www dec ufceg edu br saneamento CurvEnc3 html gt A
13. ncias externas Diversidade sem vis o do todo pode haver dificuldade de integra o Prazo de implanta o m dio e longo prazo Figura 4 3 Estrat gias de implantac o de automac o Fonte TSUTIYA 2006 50 42 Nivel Segundo BEGA 2006 a medi o de n vel definida como a determina o da posi o de uma interface entre dois meios Usualmente um destes meios liquido mas eles podem ser s lidos ou a combina o de um s lido e um l quido A interface pode ser entre um l quido e um gas ou vapor dois l quidos ou entre um s lido e um gas Existe uma grande variedade de sistemas de medi o de nivel cada um com suas vantagens e limita es A sele o do sistema de medi o a ser utilizado deve considerar as caracter sticas espec ficas da aplica o o tipo de produto cujo n vel se quer medir a precis o desejada custos e demais restrig es existentes A figura 4 4 mostra resumidamente e de forma pr tica e condensada as aplica es aos quais melhor se ad quam alguns instrumentos de medi o de n vel BEGA 2006 TABELA 4 1 Sele o de Instrumentos de N vel Tipo de instrumentgMedicao em ponto fixo Transmissor controlador 5 a js Pa s R R B Flutuador Deslocador Press o diferencial Ultra s nico Radar E Capacitivo Eletromec nico E 4 P s rotativas Pesagem 1 L quidos limpos 2 L quidos com espuma 3 Interface 4 Po
14. novamente medida provocando um reajuste na a o de controle As principais tecnologias deste tipo de controle sao a PID consiste em calcular um valor de atua o sobre o processo a partir das informac es do valor desejado e do valor atual da vari vel do processo Este valor de atua o sobre o processo transformado em um sinal adequado ao atuador utilizado v lvula motor rel e deve garantir um controle est vel e preciso b Fuzzy logic algoritmo para lidar com dados imprecisos e problemas que t m v rias solu es Embora seja implementado em computadores digitais que apenas tomam decis es do tipo sim ou n o funciona com faixa de valores resolu o de problemas de modo bastante parecido com a l gica humana usada na implementa o de redes neurais para intelig ncia artificial c redes neurais o algoritmo de redes neurais podem ser utilizados nas mesmas aplica es dos algoritmos Fuzzy A principal diferen a que ele se baseia em princ pios de intelig ncia artificial e por esta raz o pode aprender o comportamento do processo atrav s de registros hist ricos 60 A 6 2 Controladores L gicos Program veis CLPS Um controlador l gico program vel CLP um equipamento eletr nico de tecnologia digital que utiliza mem ria program vel para armazenamento interno de instru es Para exercer suas fun es um CLP processa sinais de entrada provenientes de botoeiras chaves sensores d
15. vel Diafragma Bocal Coriolis Disco de nuta o L Vertedores Venturi Eletromagn tico Palheta T rmico Pistao oscilante Insercao Turbina Pist es rec procos Pitot Ultra s nico Pitot de m dia V rtice Rotor L bulo Especiais Engrenagem Centr fugos Semi imerso Laminares Forca Correlac o Laser Figura 4 8 Classificac o de princ pios de medic o de vaz o Fonte BEGA 2006 Os principios de medi o da tabela s o compat veis com T para l quidos gases e vapor G para medic o de gases exclusivamente L para medi o de l quidos exclusivamente LC para medi o de l quidos condutores de eletricidade exclusivamente A indica que nao usado para vapores salvo exce o E l quidos com s lidos em suspens o Segundo BEGA 2006 a cada princ pio de funcionamento correspondem caracter sticas que limitam as aplica es a faixas de di metros de press es de temperaturas de viscosidades e de teores de impureza A escolha entre os poss veis medidores para uma determinada aplicac o poder tamb m considerar a perda de carga que o medidor ir introduzir na 55 tubula o os trechos retos dispon veis os custos de implanta o incluindo os acess rios necess rios e os custos de manuten o 4 3 1 Medi o de vaz o utilizando de dispositivo do tipo eletromagn tico Segundo NICOLAU 2009 esses medidores s o os nicos que n o t m obs
16. 1 Manancial o corpo de gua superficial ou subterr neo de onde retirada a gua para o abastecimento Deve fornecer vaz o suficiente para atender a demanda de gua no per odo de projeto e a qualidade dessa gua deve ser adequada sob o ponto de vista sanit rio TSUTIYA 2006 p 09 2 1 2 Capta o Segundo TSUTIYA 2006 capta o de gua o conjunto de estruturas e dispositivos constru dos ou montados junto ao manancial para a retirada de gua destinada ao sistema de abastecimento As obras de capta o devem ser projetadas e constru das de forma que em qualquer poca do ano sejam asseguradas condi es de f cil entrada de gua e tanto quanto poss vel da melhor qualidade encontrada no manancial em considera o Deve se tamb m ter sempre em vista ao desenvolver um projeto facilidades de opera o e manuten o ao longo do tempo Para a capta o de gua subterr nea podem ser utilizados drenos galerias filtrantes po os escavados rasos e po os perfurados profundos sendo este ltimo o mais utilizado para o sistema de abastecimento de gua Na figura 2 2 tem se um po o perfurado em um aq fero fre tico po o fre tico que ter o n vel de gua em seu interior coincidente com o n vel do len ol Em um po o que penetra num aq fero artesiano po o artesiano o n vel de gua em seu interior subir acima da camada aq fera Poder s vezes atingir a boca do po o e pr
17. a configura o do sistema proposto com suas respectivas UTRs e sensores UTR 1 Poco UFOP II UTR 4 Reservat rio I Campus 2 LJ d fi bey g V lvula de controle medi o de n vel e V lvula de controle medi o de medi o de vaz o vaz o e controle moto bomba UTR 5 Reservat rio II Campus E i ie V lvula de controle medi o de n vel e V lvula de controle medi o de medi o de vaz o vaz o e controle moto bomba UTR 2 Po o UFOP IV UTR 6 Casa de Bombas UTR 3 Reservat rio Pac fico Homem fa E 3 V lvula de controle medi o de nivel e medi o de vaz o Controle Supervis rio e Aquisi o de dados V lvula de controle medi o de n vel medi o de vaz o e controle moto bomba CLP Mestre Casa de Bombas Figura 5 5 Configura o do sistema proposto com suas respectivas UTRs 5 2 Instrumenta o e modo de opera o e controle da casa de bombas Na casa de bombas ser realizada uma instrumenta o e programa o de controle de opera o para garantir a otimiza o e seguran a do sistema sendo capaz tamb m de proporcionar uma 85 manuten o preventiva dos equipamentos Prote es hidr ulicas e sist micas dever o sempre proteger o conjunto motor bomba Na casa de bombas haver uma UTR que ser respons vel pela transmiss o e recep o de comandos e dados enviados pelo CLP Sensores ir o monitorar e informar condi es de opera
18. a superf cie do material que se quer medir ao atingir a 52 superficie do material o sinal refletido de volta ao sensor Pelo tempo decorrido desde a emiss o do sinal at o seu retorno pode se obter a dist ncia percorrida pelo mesmo Na figura 4 6 tem se a foto de sensores ultras nicos A figura 4 7 ilustra um sensor ultras nico utilizado para medi o de n vel em um reservat rio Figura 4 6 Sensores Ultras nicos Fonte OLIVEIRA 2007 Figura 4 7 Exemplo de aplica o de sensor de n vel Ultras nico Fonte OLIVEIRA 2007 53 4 3 Vaz o Segundo BEGA 2006 a vaz o definida como a quantidade de fluido que passa pela se o reta de um duto por unidade de tempo O fluido pode ser l quido g sou vapor A maioria dos instrumentos de vaz o prevista para a medi o de fluidos homog neos numa nica fase por m existem instrumentos para medir vaz o de fluidos em fases m ltiplas sob forma de suspens es coloidais de pastas ou gel ias Geralmente a medi o feita aproveitando o efeito de uma intera o entre o fluido e o medidor A classifica o dos medidores de vaz o pode ser feita de v rias maneiras A figura 4 8 separa os medidores pelos princ pios de medi o em 4 grupos A sequ ncia de listagem n o corresponde a qualquer crit rio de ordem de qualidade de precis o ou de maior quantidade de aplica es BEGA 2006 54 Medidores de Vazao Placa T Area vari
19. antes de ligar o conjunto motor bomba ligando em seguida o conjunto motor bomba Ap s se ter ligado o conjunto a v lvula dever abrir respeitando os limites de corrente do motor Para desligamento dever ser seguido o caminho inverso ou seja fechamento da v lvula e desligamento do conjunto motor bomba No painel de comando tamb m existir o comutadores para que se tenha a op o de fazer a abertura ou fechamento das v lvulas de forma manual Ser enviado um sinal de falha quando houver o t rmino do tempo de abertura ou fechamento da v lvula sem que haja ocorrido o ligamento do respectivo fim de curso 5 1 5 Transdutores de press o Os transdutores de press o enviar o sinais anal gicos sobre as condi es de press o na rede fundamental que os transdutores utilizados sejam totalmente confi veis que as leituras efetuadas durante o tratamento sejam exatas e que os sinais el tricos 4 a 20mA de sa da sejam rigorosamente correspondentes s leituras durante o processo 5 1 CLP O CLP ser o mestre do controle de acesso ao meio Ele far o controle e aquisi o de dados do processo e se comunicar com o centro de controle operacional para que o software possa realizar a supervis o do sistema O CLP determinar qual UTR dever transmitir e em que momento O n mero de entradas anal gicas que o controlador program vel precisar ter para atender s necessidades do processo de tratamento
20. banco de dados gerando 73 gr ficos hist ricos projetando tend ncias ou mesmo resultando c lculos estat sticos e alarmes TSUTIYA 2006 p 164 SISTEMA DA ESTA O DE TRATAMENTO DE GUA MUNICIPIO DE REGISTRO CAPACIDADE NOMINAL 240 1 5 Coagunte Coag2 pH Floc gH Pi Tu Brata Tub De ORP om 645 680 2OONTU 180000 Monitor em Teste 13 Jul 17 31 JEEAB DESLIGOU SEM COMANDO Da ETA 12 Jul 09 17 JEEAB LIGOU SEM COMANDO D ETA 12 Jul 08 40 JEEAB N O DESLIGOU Figura 4 19 Tela do supervis rio do aqualog Fonte TSUTIYA 2006 Esses supervis rios podem ser instalados remotamente conectando se ao processo via WEB telefone celular ou sat lite ou r dio A figura 4 20 apresenta um sistema autom tico de controle onde est o presentes o supervis rio e os equipamentos perif ricos 74 E Controle E Aquisi o de dados Monitor y Impressora NU Teclado n Operador Figura 4 20 Estrutura de sistema de controle autom tico com supervis rio Fonte DEGR MONT 1991 75 5 PROPOSTA DE AUTOMATIZACAO DO SISTEMA O uso da automa o em sistemas de controle em varios est gios da distribui o de gua permite uma redu o de custos de opera o e das perdas NASCIMENTO 2005 A automatiza o pode ser considerada uma necessidade para otimiza o da confiabilidade e da rela o custo beneficio na maioria dos processos A prim
21. captam a gua do reservat rio da Pac fico Homem e a recalca at os reservat rios do Campus Universit rio 39 A figura 3 7 de car ter ilustrativo e facilita o entendimento do sistema principal Reservat rio I Centro de Converg ncia Campus Reservat rio II Novo Campus 160 mil litros 500 mil litros Reservat rio da Pac fico Homem 350 mil litros Casa de Bombas Centro de Artes e Convenc es da UFOP Poco UFOP IV F Pd Poco UFOP II d Figura 3 7 Esquema de abastecimento do sistema principal 2 2 Modo de operac o do sistema atual Nas duas configura es citadas acima a esta o elevat ria de gua operada de forma manual Um funcion rio da Universidade respons vel pelo acionamento e desligamento da bomba do po o UFOP II assim como das bombas 1 2 3 e 4 existentes na casa de bombas Os hor rios de funcionamento das bombas s o feitos de acordo com o hor rio de trabalho do operador 40 Nao ha comunicag o entre as bombas seus respectivos acionamentos e desligamentos e os n veis dos reservat rios ou seja quando se aciona ou desliga a bomba n o se sabe se o reservat rio ainda n o estava completo ou se j havia transbordado O funcion rio ao operar a bomba sup e o tempo que esta deve permanecer ligada Este tempo pode variar de acordo com a os conhecimentos e a experi ncia do operador b o consumo j suposto para deter
22. de acesso mestre escravo Este protocolo possui comandos para envio de dados discretos entradas e sa das digitais ou num ricos entradas e sa das anal gicas 5 1 9 Interface El trica A comunica o entre uma UTR e seus dispositivos de campo ou entre o PLC mestre da casa de bombas e sua UTR e software supervis rio ser feita ultilizando se como interface el trica o RS485 5 1 10 UTR 82 As unidades terminais remotas ser o respons veis pela l gica de controle e comando das unidades onde est o localizadas e ter o como fun o a prote o de pessoal e equipamentos mantendo est veis as press es e vaz es nas redes e adutoras garantindo uma melhor distribui o de gua pelo sistema bem como a maior prote o contra rompimentos dessa linha e a prote o contra sobrecarga dos conjuntos motor bomba atrav s da monitora o de suas grandezas el tricas como pot ncia corrente e tens o que permite avaliar toda a efici ncia desses equipamentos aumentando a vida til dos mesmos Segundo TSUTIYA 2006 suas principais fun es dever o ser d monitorar continuamente os status das v lvulas sensores bombas e outros dispositivos pertencentes a unidade de abastecimento de gua onde est o localizadas monitorar continuamente as entradas anal gicas da unidade de abastecimento de gua onde est o localizadas monitorar continuamente o circuito de comunica o do sistema e e respon
23. importante destacar que este trabalho visa demonstrar somente o custo benef cio que a automatiza o traria ao funcionamento do sistema da esta o elevat ria de agua atrav s de sua otimiza o N o de interesse avaliar o custo benef cio do sistema quando inclu dos os gastos para sua implementa o Demonstra se os benef cios que a automatiza o pode trazer e principalmente como ela pode ajudar na manuten o controle e supervis o da esta o elevat ria de gua 17 2 SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE AGUA 2 1 Conceitos Fundamentais De acordo com TSUTIYA 2006 os sistemas de abastecimento de gua tem sua estrutura variada de acordo com caracter sticas locais e particulares Mas em geral s o constitu dos das seguintes partes a manancial b capta o c esta o elevat ria d adutora e esta o de tratamento de gua f reservat rio g rede de distribui o A figura 2 1 ilustra as partes constituintes de um sistema simples de abastecimento de gua Rede de Distribui o Manancial Capta o Adutora Reservat rio Esta o 2 i Esta o de Tratamento Elevat ria EE c o gua ETA Rio Figura 2 1 Sistema simples de abastecimento de gua Fonte TSUTIYA 2006 18 N o ser estudado o conceito de esta o de tratamento de gua por essa n o pertencer ao sistema de abastecimento de gua da Universidade Federal de Ouro Preto 2 1
24. mero de sistemas de abastecimento de gua automatizados e informatizados e os benef cios com a diminui o de perdas e energia confirmam as vantagens de utiliza o desta t cnica A esta o elevat ria de gua do Campus Morro do Cruzeiro da UFOP operada de forma manual e sem a utiliza o de sensores A partir da an lise dos dados obtidos e do modo de opera o e controle foram identificados os problemas do atual sistema e ent o elaborada uma proposta que sugere uma esta o elevat ria de gua automatizada que opere de forma desassistida e confi vel Palavras chave Automatiza o esta o elevat ria de gua telemetria 12 ABSTRACT This work deals with the development of a proposal for the automation of the water pump station from the Campus Morro do Cruzeiro Universidade Federal de Ouro Preto enable seeking an efficient safe and quality Growing number of water supply systems and automated systems and the benefits with the reduction of energy losses and confirm the advantages of using this technique The water pump station is operated in a manual and without the use of sensors From the analysis of data and the mode of operation and control were the problems of the current system and created a proposal which suggests a water pump station operating in automated unattended and reliable Keywords Automation water pump station telemetry 13 1 INTRODUCAO 1 1 Generalidades No mundo atual cada vez m
25. previamente padronizado as bombas devem ser desligadas e um alarme de poss vel ruptura na linha de recalque ser enviado A press o de recalque dever ter dois limiares superiores ajust veis sendo o primeiro para alertar o operador e n o havendo resposta em um determinado tempo de espera pr definido o segundo alerta deve desarmar o conjunto motor bomba Ela tamb m deve ser supervisionada junto com a vaz o para detec o de eventual arrebentamento da tubula o Se houver subpress o ou sobrepress o nas tubula es associadas um conjunto motor bomba que podem ser causadas por v lvulas fechadas ou defeituosas o conjunto motor bomba dever ser impedido de partir e se j estiver em funcionamento dever ser desligado A figura 5 7 representa um esquema de controle do sistema pelo monitoramento das caracter sticas de opera o das linhas de rede da esta o elevat ria de gua 87 Condi es de opera es das linhas de rede da esta o elevat ria de gua Vaz o Ambos valores com relac es distantes p Desi gar conjunto A E 2 b Enviar alarme de poss vel dos par metros pr estabelecidos p motor bomba ruptura na linha N o obteve resposta Valor de press o de recalque acima do ento Pressao P Alerta ao operador pp dos par metros Desarmar conjunto motor bomba Subpress o ou sob
26. 54 m3 h Bomba 2 18 00 m3 h Tabela 3 5 Horas de Funcionamento e volume bombeado no sistema M dia _ Horas funcionamento di rio h Agosto 2007 Setembro 2007 Outubro 2007 Novembro 2007 Dezembro 2007 Janeiro 2008 M dia Semestral 16 475 298 96 Quando divide se o valor m dio do volume pelo tempo de funcionamento possivel obter a demanda em m3 h do sistema Com isso temos um valor de demanda di ria de 18 15 m3 h Esse valor confere com uma outra medida realizada no hidr metro existente no campus em 08 02 2008 onde constatou se uma vaz o de 18 2 m3 h no sistema As vaz es de todas as bombas tamb m puderam ser obtidas atrav s de testes realizados no sistema As tabelas 3 6 3 7 e 3 8 demonstram os valores de vaz o obtidos pra as bombas 1 e 2 3 e 4 e bomba do poco UFOP II respectivamente Tabela 3 6 Vaz es m dias das bombas 1 e2 Bomba 1 Bomba 2 08 02 2008 defeito 12 09 2007 21 77 09 08 2007 16 46 19 04 2007 defeito Vaz es M dias m3 h 18 42 19 12 37 Tabela 3 7 Vaz es m dias das bombas 3 e 4 08 02 2008 11 53 0 12 09 2007 9 14 10 85 09 08 2007 0 0 19 04 2007 12 02 8 33 Vazoes M dias m3 h 10 90 Tabela 3 8 Vaz o m dia da bomba do poco UFOP II Data Bomba poco UFOP II 08 02 2008 12 09 2007 09 08 2007 19 04 2007 Vaz es M dias m3 h 3 2 Funcionamento do sistema atual
27. EE 55 Figura 4 10 Transmissores eletr nicos de press ao ereta 56 Figuras 112 Valvulaaquotorizada Uc REA a TIN 57 Figura 4 12 Elementos de Controle Autom tico eese reset eene enne 58 Figura 4 13 Fluxo de dados entre o CLP e um sistema a controlar 60 Figura 4 14 Ciclo de varredura do plc mi ARE rentis oh nag aca los a 61 Figura 4 15 Sistema radio modem eee iere o etti reete y Rae dee ein 64 Figura 4 16 Elementos de um r dio enlace soonest Yee ees Y tuo xe RII RS YE PIER DO 65 Figura 4 17 Exemplo de rede Modbus com um mestre CLP e tr s escravos 70 Figura 4 18 Esta o remota t pica sidere n oet axe T2 Figura 4 19 Tela do supervis rio do aqualog iiir Sad 73 Figura 4 20 Estrutura de sistema de controle autom tico com supervis rio 74 Figura 5 1 Soft Starter casa de bombas regne 77 Figura 5 2 Comandos do Soft Starter da casa de bombas sss 77 Figura 5 3 Compara o entre m todos de partida de motores el tricos 78 Figura 5 4 Rela o entre os sinais de sa da do sensor ultras nico e o nivel do reservat rio 79 Figura 5 5 Configura o do sistema proposto com suas respectivas UTRS
28. O elemento prim rio mec nico el stico que pode ser diafragma tubo Bourdon espiral helicoidal fole ou combina o destes elementos conectado ao processo e se movimenta deforma desloca em fun o da press o do processo aplicada sobre ele Este movimento enviado ao transdutor el trico do transmissor atrav s de um sistema adequado que o converte em um sinal eletr nico padronizado de sa da 4 a 20 mAcc BEGA 2006 Na figura 4 10 encontra se sensores transmissores de press o Figura 4 10 Transmissores eletr nicos de press o Fonte DANFOS 2009 4 5 Controle de v lvulas por meio de v lvulas motorizadas el tricas Segundo CEPEX 2009 a v lvula motorizada tem a fun o de abertura ou fechamento das tubula es de recalque e ou sa da entrada de reservat rios Atrav s de um controlador l gico pode se programar para que elas controlem tempos de abertura fechamento e espera para reverter executem comando abre comando fecha enviem sinaliza o de falha de fim de curso de aberto ou de fim de curso de fechado Na figura 4 11 tem se imagens de v lvulas motorizadas As vantagens das v lvulas motorizadas s o CEPEX 2009 57 a localiza o remota das v lvulas a manobrar b dispor de informa o sobre a posi o das v lvulas a cada momento c evitar a possibilidade de descuidos de controles manuais d posicionamento modula o e seguran a evita manobras indevidas Figura 4 11
29. SUTIYA 2006 a mestre escravo existe um elemento denominado mestre que gerencia toda comunica o Esta s ocorre se o mestre tomar a iniciativa determinando qual n deve transmitir e quando Quando o escravo recebe uma solicita o responde enviando o dado solicitado Quando recebe um comando executa a opera o indicada e envia de volta ao mestre um sinal de reconhecimento TSUTIYA 2006 67 b token passing neste mecanismo a informa o passada atrav s da c d e rede de um n para outro Um grupo de mensagens finalizado por uma mensagem especial denominada Token indicando assim o seu t rmino Cada n remove a mensagem dirigida ao mesmo adicionando novas informag es a serem transmitidas TSUTIY A 2006 CSMA CD Carrier Sense Multiple Access Collision Detection Acesso m ltiplo por detec o de portadora detec o de colis o cada um dos n s fica monitorando o meio de transmiss o e s transmite quando o meio esta desocupado Os n s monitoram as pr prias transmiss es e cessam de transmitir no instante em que detectam a presen a de outras transmiss es Neste caso interpreta se que ocorreu uma colis o TSUTIYA 2006 CSMA BA Carrier Sense Multiple Access Bitwise Arbitration Acesso m ltiplo por detec o de portadora arbitragem de bits semelhante ao CSMA CD no entanto quando ocorre uma colis o a esta o mais priorit ria continua a transmiss o e a outr
30. UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO UFOP j ESCOLA DE MINAS EM COLEGIADO DO CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMACAO CECAU ELIZA CRISTINA PAIVA MARCOS PROPOSTA DE AUTOMATIZACAO DA ESTACAO ELEVAT RIA DE AGUA DO CAMPUS MORRO DO CRUZEIRO DA UFOP MONOGRAFIA DE GRADUACAO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMACAO Ouro Preto 2009 Eliza Cristina Paiva Marcos PROPOSTA DE AUTOMATIZACAO DA ESTACAO ELEVATORIA DE AGUA DO CAMPUS MORRO DO CRUZEIRO DA UFOP Monografia apresentada curso de Engenharia de Controle e Automac o da Universidade Federal de Ouro Preto como parte dos requisitos para a obtenc o do Grau de Engenheiro de Controle e Automac o Orientador Ronilson Rocha Co orientador Gilberto Queiroz da Silva Ouro Preto Escola de Minas UFOP Agosto 2009 Monografia defendida e aprovada em 05 de agosto de 2009 pela comiss o avaliadora constitu da pelos professores Profa Dra Eliana Ferreira R drigues Professora Convidada Prof Dr a R spoli Alves ProfessorConvidado Dedico este trabalho aos meus professores minha familia ao Glauber aos meus amigos de Ouro Preto e as minhas queridas amigas da Republica Quarto Crescente AGRADECIMENTOS A Deus pela for a luz e disposi o para a concretiza o desse trabalho A minha familia especialmente minha m e e irm por todo amor e dedica o Ao Glauber pelo amor e paci ncia em todos os momentos Ao meu orientador Professor Ronil
31. V lvula motorizada Fonte CEPEX 2009 4 6 4 4 Controle Em um controle autom tico os equipamentos controlam o processo sem interfer ncia humana mas mesmo com o controle autom tico devemos ter o controle manual do processo como uma op o 58 A figura 4 12 representa os elementos do controle autom tico variavel variavel controlada Setpoint Controlador realimentac o 1 1 L i i 1 4 1 Transmissor Sensor 1 1 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 Figura 4 12 Elementos de Controle Automatico Fonte Tsutiya 2006 4 6 1 T cnicas de controle autom tico 4 6 1 1 Controle em malha aberta Segundo TSUTIYA 2006 quando o controlador n o precisa fazer nenhuma realimenta o no processo para se garantir o resultado esperado O controle em malha aberta pode ser feito das seguintes formas a liga desliga quando se deseja manter a vari vel somente entre dois valores b controle seq encial quando uma s rie de a es executada em uma ordem pr definida 59 c intertravamentos para garantir que as a es de controle s ocorram em condi es seguras d prote o l gicas de monitora o para executar uma a o caso certos valores sejam ultrapassados 4 6 1 2 Controle cont nuo Segundo TSUTIYA 2006 os controles cont nuos s o feitos utilizando se de realimenta o A a o exercida pelo controle altera o estado da vari vel controlada que
32. a o industrial Caracter sticas T cnicas O modbus utiliza o RS 232 RS 485 Ethernet ou radio como meio de comunica o O mecanismo de controle de acesso mestre escravo A esta o mestre geralmente um PLC envia mensagens solicitando dos escravos que enviem os dados lidos pela instrumenta o ou envia sinais a serem escritos nas sa das para o controle dos atuadores O protocolo possui comandos para envio de dados discretos entradas e sa das digitais ou num ricos entradas e sa das anal gicas ALFACOMP 2006 A figura 4 17 mostra um exemplo de rede Modbus com um mestre PLC e tr s escravos m dulos de entradas e sa das ou simplesmente E S 70 CLP o Q O08 O89 060000020256 oo OCR Q Q ModBus 1 2 3 Figura 4 17 Exemplo de rede Modbus com um mestre CLP e tr s escravos Fonte ALFACOMP 2006 Em cada ciclo de comunicag o o PLC l e escreve valores em cada um dos escravos Como o sistema de controle de acesso do tipo mestre escravo nenhum dos m dulos escravos inicia comunica o a n o ser para responder s solicita es do mestre Basicamente uma comunicac o em Modbus obedece a um frame que cont m o enderego do escravo um comando a ser executado uma quantidade vari vel de dados complementares e uma verifica o de consist ncia de dados ALFACOMP 2006 Para alguns comandos de diagn stico tais como rein cio de comunica o reset do m dulo ou sincroniza o de rel gio
33. a aguarda Quando termina a transmiss o a esta o que anteriormente colidira inicia imediatamente a transmiss o TSUTIYA 2006 Produtor Consumidor uma das esta es da rede definida como escalonador e sue papel sincronizar a transmiss o de dados Em cada ciclo o escalonador solicita a cada uma das esta es que ocupe o meio de transmiss o por um tempo determinado A esta o que possui o controle do meio produtor envia mensagens a todas as esta es da rede As esta es a que interessam as comunica es consumidores aproveitam as mensagens e as demais a ignoram Ao fim da comunica o a esta o informa ao escalonador que solicita a outra esta o que ocupe o meio TSUTIYA 2006 68 4 7 3 Protocolos de Comunicac o Segundo TSUTIYA 2006 podemos definir protocolo de comunica o como sendo um conjunto de conven es que rege o tratamento e a formata o de dados em um sistema de comunica o Alguns dos protocolos mais utilizados para estabelecer comunica o entre dispositivos de automa o industrial s o a b c d e CAN rede desenvolvida pela Bosch para interligar equipamentos inteligentes em aplica es automotivas Apenas a camada de enlace padronizada e se baseia no mecanismo produtor consumidor DeviceNet rede de baixa destinada comunica o ebtre dispositivos discretos e CLPs ou computadores O controle de acesso ao meio baseado no mecanismo produt
34. ais necess ria a concilia o entre a preserva o de recursos naturais e o desenvolvimento tecnol gico Bens como a gua e a energia s o essenciais em nossas vidas e devem sempre ser usados de forma racional e consciente Por diversas vezes um sistema automatizado pode garantir o controle e a manuten o atrav s da tecnologia da informa o e ao mesmo tempo fazer uma melhor utiliza o e preserva o dos recursos naturais A automatiza o de sistemas tamb m se torna um fator econ mico importante Um sistema bem regulado e supervisionado tem uma qualidade maior evitando desperd cios de gua e energia No presente trabalho essa melhor utiliza o e preserva o dos recursos e tamb m essa redu o de desperd cios se da atrav s de uma proposta de sistema automatizado para a esta o elevat ria de gua do Campus Morro do Cruzeiro da UFOP 1 2 Objetivos Criar uma proposta de automatiza o da Esta o Elevat ria de gua do Campus Morro do Cruzeiro da UFOP 1 3 Estrutura do trabalho No segundo cap tulo deste trabalho apresenta se os termos e procedimentos os conceitos as defini es e o funcionamento de elementos pertencentes a um sistema de abastecimento de gua No terceiro cap tulo apresentada a configura o do atual sistema Este cap tulo al m de mostrar as caracter sticas dos elementos atualmente presentes no sistema e seu funcionamento tamb m visa demonstrar as desvantagens e de
35. aracter sticas variam de acordo com modelos e fabricantes Caracter sticas que se podem ser encontradas em UTRs segundo TSUTIYA 2006 a permitir ampla conectividade com diversos protocolos de comunica o b program vel permite execu o de l gica de controle na pr pria UTR controle ON OFF PID set points via rede dentre outros c configura o atrav s de software do fabricante d encripta o dos dados para aumentar a seguran a e integridade das comunica es 72 A figura 4 18 ilustra uma esta o remota t pica Controle central Figura 4 18 Estac o remota t pica Fonte TSUTIYA 2006 4 8 Sistema Supervis rio Como o proprio nome representa sistemas supervis rios sao softwares utilizados basicamente para a supervis o de processos industriais O controle e aquisi o de dados desses processos s o realizados pelos CLP s Segundo TSUTIYA 2006 os sistemas supervis rios s o instalados em microcomputadores conectados a uma rede de comunica o de um ou mais CLP s ligados um equipamento uma m quina ou at mesmo a um processo completo de fabrica o S o constitu dos por bibliotecas de s mbolos de diversos processos petroqu imico sider rgico saneamento entre outros Atrav s de telas animadas figura 4 19 o operador capaz de visualizar os valores das vari veis medidas e dependendo do caso mudar seus setpoints Os dados coletados podem ser armazenados em um
36. bombas cujo campo de emprego caracteriza se pelo recalque de grandes vaz es em pequenas alturas b bombas radiais ou centr fugas o fluido penetra axialmente no rotor sendo sua trajet ria bruscamente desviada para a dire o radial S o bombas cujo campo de emprego caracteriza se pelo recalque de pequenas vaz es em grandes alturas c bombas diagonais ou de fluxo misto constitui um caso intermedi rio entre as bombas radiais e axiais tanto no que diz respeito trajet ria como inclusive no campo de emprego Assim sua trajet ria se faz numa diagonal e seu campo de emprego caracteriza se pelo recalque de m dias vaz es em m dias alturas 2 2 2 2 Funcionamento da bomba centrifuga Segundo CARVALHO 1992 no funcionamento de uma bomba centr fuga uma fonte externa bomba como um motor el trico gira um ou mais rotores dentro do corpo da bomba movimentando o l quido e criando a for a centr fuga que se transforma em energia de press o A entrada do l quido na bomba chamada de suc o onde a press o pode ser inferior atmosf rica v cuo ou superior O local de sa da do l quido da bomba conhecido como de recalque A diferen a de press o na suc o e no recalque da bomba conhecido como altura manom trica total e determina a capacidade da bomba em transferir l quido em fun o das press es que dever vencer expressa em energia de press o CARVALHO 1992 25 A figura 2 4 ilustra uma b
37. cesso em 05 jun 2009 CEPEX V lvulas motorizadas Dispon vel em lt http www inotech ind br produto_ver asp cod 84 gt Acesso em 25 jun 2009 WEG Cat logo Geral de motores el tricos Novembro de 2001
38. comportamentos seq enciais paralelismo e sincronicidades Permite a divis o de um programa de CLP ou bloco de fun es em um conjunto de etapas e transi es interconectadas por arcos direcionados Cada etapa associada a um conjunto de a es e cada transi o associada a um conjunto de condi es l gicas Baseia se no Grafcet norma IEC 60848 IEC 1999 Um dos objetivos da IEC 61131 3 proporcionar ao projetista de programas de CLP uma ferramenta modular e estruturante para viabilizar a reusabilidade e a qualidade dos programas especialmente em dire o confiabilidade seguran a LAMPERIERECOUFFIN et al 1999 Todavia a exist ncia de elementos comuns para todas as linguagens de programa o n o o bastante para assegurar a qualidade dos programas e o padr o n o trata de m todos eficientes de verifica o 63 4 7 Telemetria Segundo TSUTIYA 2006 em sistemas de supervis o e controle em muitos casos ha a necessidade da transmiss o de sinais a dist ncia maiores exigindo portanto a implanta o de equipamentos confi veis de transmiss o e recep o de dados Para isso uma boa escolha do meio de transmiss o desse sinal imprescind vel Para tal tarefa existe o r dio a fibra tica as linhas discada e privativa o sat lite o cabo da TV por assinatura a linha celular ECT Cada uma dessas alternativas possui qualidades e restri es que devem ser avaliadas no momento de optar por uma d
39. de ser feita atrav s da inspe o de forma visual de toda a tubula o at que se encontre o ponto desejado G2 3 5 3 3 5 Funcionamento das bombas em hor rio de pico Por depender de opera o manual muitas vezes o acionamento das bombas se d em fun o do hor rio de trabalho do operador e n o em fun o de hor rios em que as tarifas de energia el trica tem seus valores reduzidos 3 6 Falta de seguranca nas operac es O sistema atual n o possui nenhum meio de alerta em casos de emerg ncias ou panes o que pode comprometer a seguran a de seus operadores e da instala o da casa de bombas em geral 46 4 SISTEMA AUTOMATIZADO Com o avan o da tecnologia foi poss vel a moderniza o dos sistemas de abastecimento de gua e de suas esta es elevat rias A automatiza o dessas esta es um exemplo de moderniza o e tamb m otimiza o destes sistemas Segundo TSUTIYA 2006 em geral os equipamentos necess rios para a automatiza o de esta es elevat rias aumentam o custo do sistema mas quando feita a an lise do custo benef cio ou melhor dizendo a compara o t cnico econ mica entre um sistema automatizado ou n o na maioria das vezes a op o pela automatiza o a escolhida Esses benef cios s o dados atrav s de redu o em consumo de gua e energia otimiza o dos processos aumento da seguran a na opera o do sistema e diminui o nos custos de pessoal Segu
40. der s requisi es de dados da unidade mestre localizada na casa de bombas e executar comandos recebidos da unidade mestre Quando responder as requisi es de dados e verificar a validade da requisi o e reconhecer qualquer mudan a de status e converter sinais anal gicos em digitais e codificar a mensagem para a unidade mestre e transmitir mensagem para a unidade mestre e Quando responder aos comandos e verificar a validade do comando 83 e retornar a unidade mestre a a o de comando que deve ser executada e executar o comando quando for recebida a verifica o da unidade mestre e informar a execu o de comando para a unidade mestre No controle continuo um setpoint ser enviado a UTR que assim controlar bombas ou v lvulas para manter o valor estabelecido Tal controle ser executado at que se estabele a um novo setpoint Na perda de comunica o a UTR ser programada para continuar operando com o ltimo valor de refer ncia ou mudar para um setpoint seguro O CLP da casa de bombas o mestre na comunica o e est diretamente conectado ao software supervis rio As UTRs dos reservat rios se comunicar o com o CLP casa de bombas que o respons vel principal pela opera o da esta o elevat ria Uma UTR tamb m poder se comunicar com outras UTRs em situa es de anomalias do sistema ou se solicitado por operador Com esse sistema a falha de comunica o c
41. deve ser sempre pensado globalmente e sua estrat gia de implanta o definida de acordo com a disponibilidade de recursos materiais humanos financeiros ou tecnol gicos 49 De um modo geral a automa o pode ser implantada por tr s estrat gias TSUTIYA 2006 a automa o top down a automa o de uma dada instala o implantada de uma s vez configurando um nico sistema totalmente integrado E adequada na constru o de novas instala es para que estas estejam tecnologicamente atualizadas b automa o bottom up a automa o de uma dada instala o implementada por partes em etapas bem distintas c abordagem mista desenvolvido projeto de um sistema nico mas a implementa o f sica realizada em etapas conforme disponibilidade de recursos e de acordo com as prioridades A figura 4 3 ilustra as caracter sticas das estrat gias de automa o Automa o Top Dowm Investimento elevado de uma s vez Risco concentrado Sem dom nio tecnol gico interno mas aproveita experi ncias externas Sistema integrado Vis o sist mica Prazo de implanta o mais curto Treinamento intensivo nas etapas de projeto e implantac o Abordagem mista Projeto global Implantacao modular ou por fases Investimento otimizado pelo Automa o Botton Up retorno Investimento gradual Risco distribu do e controlado Dom nio tecnol gico interno mas com dificuldade de aproveitar experi
42. do entreferro O estator constitui a parte est tica e o rotor a parte m vel O estator composto de chapas finas de a o magn tico tratadas termicamente para reduzir ao m nimo as perdas por correntes parasitas e histerese Estas chapas t m o formato de um anel com ranhuras internas vista frontal de tal maneira que possam ser alojados enrolamentos os quais por sua vez quando em opera o dever o criar um campo magn tico no estator O rotor tamb m composto de chapas finas de aco magn tico tratadas termicamente com o formato tamb m de anel vista frontal e com os enrolamentos alojados longitudinalmente A figura 2 5 ilustra um motor de indu o Figura 2 5 Motor de Indu o Fonte UFCG 2009 27 2 3 1 1 M todos de comando de motores de indu o Segundo TSUTIYA 2006 os m todos de comando de um motor de indu o s o implementados com equipamentos eletromec nicos el tricos e eletr nicos Estes equipamentos permitem acelerar partir e desacelerar frenar o motor de acordo com requisitos impostos pela carga seguran a concession rias de energia el trica etc Conforme suas caracter sticas de torque em rela o velocidade e corrente de partida os motores de indu o trif sicos s o classificados em fun o do tipo de carga Na categoria N constituem a maioria dos motores encontrados no mercado e s o utilizados para o acionamento de cargas normais como as bombas As principais formas de par
43. dura deve ser menor do que o tempo de dura o mais curto de um sinal de entrada ou sa da do processo O tempo de varredura geralmente na escala de milissegundos e depende da velocidade do processador 62 do tamanho do programa e do numero de dispositivos de entrada e de saida FALCIONE amp KROGH 1993 O padrao IEC 61131 3 IEC 2003 define a sintaxe e a sem ntica de cinco linguagens de programa o para CLPs As quatro primeiras linguagens de programa o s o os Diagramas de Contatos os Diagramas de Blocos Funcionais que s o linguagens gr ficas os Textos Estruturados e as Listas de Instru es que s o linguagens textuais A linguagem de Diagramas de Contato Ladder Diagram LD se baseia na l gica de rel s e permite a descri o de fun es Booleanas Na linguagem dos Diagramas de Blocos Funcionais DBF a programa o feita por interm dio de blocos gr ficos A linguagem de Texto Estruturado Structured Text ST pr xima ao Pascal permite senten as condicionais sequenciais e la os A Lista de Instru es Instruction List IL uma linguagem na forma de um c digo assembler A quinta linguagem da norma IEC 61131 3 definida para estruturar a organiza o interna dos programas de CLP e blocos de fun es Esta linguagem gr fica chamada de Cartas de Fun es Seq enciais Sequential Function Charts SFC trata de uma extens o das m quinas de estado contendo primitivas para descrever
44. e a proposta de automatiza o fosse feita baseando se em experi ncias de projetos j concretizados em outros sistemas de abastecimento de gua A proposta de automatiza o da esta o elevat ria de gua da UFOP representa a possibilidade de se ter um sistema seguro confi vel e preciso atrav s do qual pode ser monitorada toda a esta o elevat ria de gua O uso de CLP para efetuar a l gica de controle permite ao sistema utilizar de recursos importantes no comando destes como por exemplo os intertravamentos controles sequenciais controles on off e an lises de vari veis obtidas pela instrumenta o proporcionando o monitoramente e controle de valores de entradas e sa das anal gicas e digitais Devido ao fato dos componentes do sistema se encontrarem em diferentes localiza es e algumas unidades serem localizadas a uma certa dist ncia uma das outras a utiliza o de UTRs permiti que as unidades do abastecimento sejam sempre monitoradas e controladas de acordo com a l gica programada Atualmente existem no mercado UTRs que possuem alta tecnologia e s o capazes de em um nico equipamento incorporar interface de comunica o interface de pot ncia e transceptor de r dio Elas conseguem garantir ao sistema precis o e seguran a at mesmo em caso de perda de comunica o com a esta o mestre do sistema que na proposta de automatiza o o CLP e s o capazes de monitorar e acionar equipamentos e cargas di
45. eira condi o para que uma esta o possa ser automatizada que esteja bem dimensionada hidraulicamente Segundo BRAND O J NIOR 2004 se estiver dimensionada corretamente a automatiza o de sistemas de abastecimento de gua quando tamb m feita de forma correta permiti a melhorar o gerenciamento dos sistemas com a centraliza o do controle b otimizar a opera o e com isso obter redu o de custos c possibilitar melhor diagn stico dos sistemas em fun o dos registros hist ricos de dados e ocorr ncias operacionais d agilizar a corre o de problemas devido a capacidade de atuar nos dispositivos de controle do sistema em tempo real e padronizar os procedimentos e propiciar maior confiabilidade na obten o dos dados operacionais Devido aos in meros equipamentos t cnicas e tecnologias existentes em instrumenta o para automatiza o um sistema pode ser automatizado escolhendo se alguns dos recursos existentes no mercado Essa escolha pode ser feita de acordo com os crit rios pr estabelecidos para o projeto que podem ser tecnologia custo praticidade seguran a das informa es etc Uma esta o elevat ria de gua possui diversas op es para sua automatiza o Atrav s da an lise do funcionamento e desvantagens do sistema atual do estudo sobre o modo de opera o de alguns instrumentos e de pesquisas sobre como outras esta es elevat rias de 76 agua foram automa
46. el e tamb m em faixas destinadas opera o de transceptores que utilizam a t cnica do espalhamento espectral ou spread spectrum Esses ltimos est o dispensados de licenciamento dentro de certas condi es Os enlaces diretos sem repetidoras utilizando transceptores dotados de modems s o poss veis em dist ncias desde alguns poucos metros at mais de 30 km Utilizando repetidoras as dist ncias podem ser extendidas a centenas de quil metros Obstru es devidas a relevo e edifica es s o fatores determinantes na viabilidade dos enlaces A figura 4 15 ilustra uma representa o de sistema r dio modem P E e lt a e TU CLP 1 25 LIPPE NE r dio modem Superpis rio SI pne AAA 5 5 E w r dio modem E e CLP n AE radio modem Figura 4 15 Sistema radio modem Fonte ALFACOMP 2006 65 4 7 2 Sistemas de comunica o via r dio 4 7 2 1 Radio enlace Segundo ALFACOMP 2006 define se como radio enlace o conjunto de equipamentos necess rios para estabelecer comunica o por r dio entre dois pontos Os elementos b sicos para a implementac o de um radio enlace sao a r dio transmissor b linha de transmiss o da esta o transmissora C antena transmissora d meio de propaga o e antena receptora f linha de transmiss o da esta o receptora g r dio receptor A figura 4 16 ilustra esses elementos Antena Antena Trans
47. elas 4 7 4 Meios de comunica o de dados Ser o citados alguns meios de comunica o de dados capazes de estabelecer a comunica o entre dois dispositivos com capacidade de comunica o por porta serial segundo ALFACOMP 2006 a linha privativa a linha privativa de comunica o de dados um servi o fornecido por companhias telef nicas destinado interliga o de dois ou mais pontos e que permite a conex o de equipamentos em velocidades que podem variar de 1 2kbps a 2Mbps b linha telef nica discada na comunica o por linha discada os equipamentos utilizam linhas telef nicas comuns e estabelecem a liga o conforme a necessidade de envio de dados c telefonia celular o telefone celular conectado rede telef nica atrav s de ondas de r dio permitindo assim sua mobilidade enquanto o telefone convencional faz uso de fios d cabos ticos os cabos ticos s o constru dos com materiais cristalinos base de vidro pl stico e s lica Ao inv s de conduzir corrente el trica conduzem luz Por suas propriedades isolantes s o imunes interfer ncia eletromagn tica e a diferen as de potencial el trico que s o causa de danos 64 por surto Apesar do di metro pequeno s o capazes de trafegar grande quantidade de dados e sistemas de r dio modem a comunica o de dados por radios modem poss vel em faixas canalizadas sendo que cada estag o tem de ser licenciada pela Anat
48. feitos que ocorrem neste 14 Atualmente esse sistema n o possui automatiza o e o controle feito de forma manual por funcion rios da universidade Como n o ha um controle do sistema por diversas vezes o nivel do reservat rio excedido fazendo com que este transborde gerando um desperd cio de gua e energia Por n o haver comunica o entre as bombas e o reservat rio a gua continua a transbordar e o fato s notado atrav s da visualiza o f sica da rea alagada No quarto cap tulo apresenta se os conceitos e elementos de um sistema de abastecimento de gua automatizado como tamb m os requisitos e procedimentos necess rios para uma correta automatiza o Uma proposta de automatiza o requer estudo sobre a configura o do atual sistema tendo como foco a demanda de gua a demanda de energia e o controle dos n veis dos reservat rios O quinto cap tulo traz a proposta de automatiza o do sistema relacionando quais ferramentas e elementos ser o utilizados nesta ap s se ter avaliado o sistema nos cap tulos anteriores priorizando as vantagens que a automatiza o traria a este Ele mostra o local onde ser o instalados os novos elementos do sistema automatizado como tamb m a maneira para que todos estes elementos atuem em conjunto No sexto cap tulo h uma compara o entre o funcionamento do sistema atual e as poss veis vantagens obtidas com o sistema automatizado proposto Nele est o de
49. iversos e fornece sinais de sa da que atuam sobre a m quina ou processo em quest o O CLP atende s fun es de seq enciamento e intertravamento el tricos por meio de compara es contagens temporiza es e controle PID em conformidade com um programa espec fico armazenado em mem ria interna program vel pelo usu rio para realizar fun es de controle comando e supervis o de m quinas e ou processos com hardware e software compat veis com as aplica es TSUTIYA 2006 A Figura 4 13 apresenta um fluxo de dados de um CLP e um processo sob seu controle MOON 1994 Prog de Aplica o M dulos Modulos de Entrada de Saida CLP Processo Sistema a I Figura 4 13 Fluxo de dados entre o CLP e um sistema a controlar Fonte FURG 2009 61 Ao controlar um sistema um CLP executa repetidamente um ciclo de varredura conforme mostra a Figura 4 14 Execu o do programa de aplica o do usu rio Figura 4 14 Ciclo de varredura do plc Fonte FURG 2009 Um ciclo de varredura consiste em tr s etapas a atualiza o dos dados da mem ria intermedi ria de entrada MIE com base nos valores lidos nos m dulos de entrada b execu o sequencial do programa de aplica o do usu rio com altera o da mem ria de dados c escrita dos valores da mem ria intermedi ria de sa da MIS nos m dulos de sa da Para que o CLP seja um controlador eficaz o tempo de varre
50. lerta de falha no monitoramento anal gico atrav s do sensor ultra s nico 8 Envia sinal para desligamento do conjunto motor bomba 15 Envia sinal para que seja ligado o conjunto motor bomba Envia alerta ao centro de controle que o reservat rio est 0 gt y pr ximo da reserva de emerg ncia e ser desligado automaticamente quando chegar a 10 m Envia sinal para fechamento de v lvula de sa da do reservat rio 10 p Sensor ultra s nico a LN V lvula s6 abre por interfer ncia do operador no sistema ou se nivel do reservat rio voltar a 12 1 Aciona Chave b ia UV Envia sinal para que seja ligado o conjunto motor bomba Envia alerta de falha no monitoramento anal gico atrav s do sensor ultra s nico Figura 5 8 Monitoramento e controle de opera es dos reservat rios 90 5 4 Sistemas de prote o Os sinais de prote o s o pr condi es para o correto controle das opera es do sistema O sistema far o monitoramento continuo de sinais de prote o e com isso conseguir obter um tempo menor de parada para manuten es que sem esse monitoramento n o poderiam ser previstas Isso contribui para uma tima efici ncia do sistema de abastecimento de gua TSUTIYA 2006 4 1 Formas de opera o e controle dos sistemas de prote o Segundo TSUTIYA 2006 algumas recomenda es s o importantes e devem ser seguidas para que o sistema opere corre
51. lpas 5 S lidos E Excelente sem restri es de uso B Bom com restri es de uso R Regular poucas aplica es Figura 4 4 Sele o de instrumentos de n vel Fonte BEGA 2006 51 2 1 Medi o de n vel utilizando de chaves do tipo Flutuador ou Boia Segundo BEGA 2006 as chaves de n vel do tipo flutuador s o constitu das por um flutuador que monitora o n vel do liquido ou a interface entre dois l quidos de densidades diferentes e por um dispositivo que detecta a movimenta o ou a passagem desse flutuador quando o n vel atinge um valor pr determinado A detec o da movimenta o ou passagem do flutuador quando o n vel atinge esse ponto pr determinado feita pelo acionamento atrav s da haste do flutuador de uma chave fechando ou abrindo um contato o que permitir acionar rel s ou controladores e comandar o acionamento de uma bomba de uma v lvula solen ide ou outros dispositivos A figura 4 5 ilustra este tipo de chave de medi o de n vel Figura 4 5 Chave de n vel tipo B ia Fonte INOTECH 2009 4 2 2 Medi o de n vel utilizando de dispositivo do tipo sensor ultras nico Segundo OLIVEIRA 2007 a medi o pela tecnologia do ultrasom baseia se no tempo de tr nsito transit time que uma onda sonora leva para se deslocar em um meio Um sensor ultras nico transmissor receptor emite uma onda na frequ ncia do ultrasom que se desloca pelo ambiente at atingir
52. minados dias da semana tendo em vista que em finais de semanas feriados e f rias este reduzido em rela o aos dias de semana do per odo letivo c informa es atrav s de outros funcion rios sobre os acionamentos anteriores mais recentes que lhe alertam se faltou ou transbordou gua nos reservat rios d o funcionamento ou n o do restaurante universit rio As tubula es n o possuem meio de detec o de poss veis rupturas ou vazamentos sendo estes realizados somente atrav s da visualiza o f sica do problema ou quando se nota um comportamento anormal do sistema Os pain is de comando el trico que se localizam na casa de bombas ao contr rio daquele que foi definido como um painel de comando el trico adequado na se o 2 4 n o informam sobre fatores relevantes do sistema tais como tens o e corrente de todas as bombas como tamb m n o detectam as falhas ou a necessidade de manuten o no sistema Algumas bombas possuem as op es de opera o manual ou autom tica mas a op o autom tica raramente utilizada devido a defeitos do sistema Na figura 3 8 temos a foto dos pain is de comandos el tricos existentes na casa de bombas e na figura 3 9 a foto do interior de um dos pain is 41 Figura 3 8 Pain is de comando el trico da casa de bombas Figura 3 9 Interior de um dos pain is de comando el trico da casa de bombas Na figura 3 10 pode se constatar que recados est o colado
53. missora Receptora PP PPP i d Atmosfera LT LT za Se AB 5 P aay isaac Radio TX Radio RX Figura 4 16 Elementos de um radio enlace Fonte ALFACOMP 2006 66 4 7 2 2 A Comunica o Digital e os Radios Modem Segundo ALFACOMP 2006 a telemetria utilizando CLPs unidades remotas dedicadas ou qualquer outro dispositivo microprocessado pressup e comunica o digital ou seja transmiss o de sequ ncias de bytes A forma como essas comunica es s o organizadas dado o nome de Protocolo de Comunica o S o muitos os protocolos de comunica o e o mais utilizado em telemetria via r dio o MODBUS RTU criado pela empresa MODICON Os equipamentos capazes de transmitir informa es digitais via r dio s o chamados R dios Modem ALFACOMP 2006 4 7 2 3 Mecanismos de controle de acesso Quando o meio f sico permite o acesso multiponto necess rio estabelecer regras para a sua utiliza o Se duas ou mais esta es transmitirem simultaneamente haver mistura de sinais provenientes de cada esta o e a rede n o consegue separar novamente estas informa es Este fen meno chamado de colis o Por isso necess rio garantir que somente uma esta o transmita a cada momento Existem diversas maneiras de evitar colis es que s o normalmente chamadas de mecanismos de controle de acesso ao meio sendo que entre os v rios mecanismos existentes os principais pertencem a uma das seguintes categorias T
54. monstrados os benef cios da automatiza o tais como redu o de desperd cio de gua e energia e tamb m o aumento do custo benef cio de um sistema automatizado tendo em vista que a automatiza o proporciona maior controle manuten o mais eficiente e melhor seguran a ao sistema 1 4 Metodologia O primeiro passo ao se propor a modifica o de um sistema em vigor conhecer detalhadamente seu funcionamento e composi o Para a compreens o do sistema como um todo foi necess rio um trabalho de campo extensivo tendo sido visitados n o s os locais onde est o presentes os componentes do bombeamento de gua principal da UFOP o qual o objeto de estudo deste trabalho mas tamb m as configura es de bombeamentos secund rios e de pequeno porte e os locais de abastecimento de outras unidades da UFOP que n o se encontram no Campus Universit rio Morro do Cruzeiro 15 Por meio destas visitas de campo foram obtidos a as localiza es dos diversos pontos pertencentes ao sistema de abastecimento de gua da UFOP b o registro atrav s de imagens C as condi es f sicas em que os componentes se apresentam d a capacidade e as caracter sticas de opera o dos elementos e a aferi o das condi es de tens o pot ncia e corrente das bombas no momento em que est o em funcionamento Ap s a aquisi o dos dados e o entendimento sobre o funcionamento do atual sistema foram feitos estudos sobre e
55. ndo TSUTIYA 2006 esta automatiza o consiste na aplica o das tecnologias de processo de abastecimento de gua junto a tecnologia da informa o A tecnologia no abastecimento pode ser aplicada nas opera es de capta o e distribui o por exemplo enquanto que a tecnologia da informa o possibilita realizar a supervis o e os controles necess rios para manter o sistema operando da melhor forma poss vel Esse controle de sistema atrav s da automa o pode ser realizado em diversos n veis Quanto menor a interfer ncia humana no controle e maior o n mero de informa es usado pelo sistema para que este efetue sua pr pria tomada de decis o mais elevado o n vel de automa o A figura 4 1 mostra os diferentes n veis de automa o e suas caracter sticas e a figura 4 2 a multidisciplinaridade da automa o TSUTIYA 2006 47 Nivel 6 Sistemas inteligentes Nivel 5 Modelagem sist mica Controle assistido N vel 4 Controle e monitoramento remoto integra o de fun es complexas N vel 2 Instrumenta o de campo Opera o local N vel 1 Processo Figura 4 1 N veis de automa o Fonte SABESP 1997 Processo Opera o Instrumenta o Manuten o Automa o Controle Hidr ulica Eletricidade Inform tica Figura 4 2 Multidisciplinaridade da automa o Fonte TSUTIYA 2006 48 4 4 Requisitos necessarios para a automatizac o de sis
56. o uso dos softwares 93 poss vel monitorar o sistema a distancia e ainda gerar gr ficos e relat rios atrav s dos dados armazenados Toda a automatiza o proposta neste trabalho foi feita visando os benef cios de sistemas de abastecimento de gua tais como seguran a confiabilidade agilidade no tratamento de informa es redu o de custos com manuten es energia e redu o do desperd cio de gua de modo que a interfer ncia humana no processo seja m nima A proposta de automatiza o da esta o elevat ria de gua do campus Morro do Cruzeiro da UFOP presente neste trabalho viabilizou um sistema seguro otimizado e de qualidade e as principais desvantagens verificadas no sistema atual poderiam ser solucionadas de forma eficiente e com bons resultados 94 REFERENCIAS ALFACOMP A Telemetria via Sistemas de Radio Modem Porto Alegre Alfacomp 2006 BEGA E A Instrumenta o industrial Editora Interci ncia 2 Edi o Rio de Janeiro 2006 BRAND O J NIOR M Tecnologia de automa o para centro de controle operacional como resultado de gest o de projeto integrado Semin rio Hispano brasileiro Sobre Sistemas de Abastecimento Urbano de gua Jo o Pessoa n p 1 13 2004 CARVALHO D F Instala es Elevat rias Bombas FUMARC Funda o Mariana Resende Costa 5 Edi o Belo Horizonte 1992 DACASH N G Sistemas Urbanos de gua Livros T cnicos e Cient ficos Editora 2
57. ocorr ncia de um ou mais sinais de prote o incluindo o de defeito do sistema supervis rio dever desabilitar a opera o dos conjuntos motor bomba TSUTIYA 2006 79 5 1 2 Sensores de n vel do tipo ultra s nico Os sensores de nivel ultra s nicos enviar o sinais anal gicos dos n veis dos reservat rios para o sistema de controle Os sinais transmitidos ser o da ordem de 4 a 20mA e corresponder o a porcentagem do n vel do reservat rio A figura 5 4 ilustra a rela o entre o n vel do reservat rio em e o sinal anal gico de sa da em mA Rela o entre os sinais de sa da do sensor ultra s nico e o n vel do reservat rio e un lt 20 Sp 15 a E em 10 SE D v a gf e ES a 0 107 20 30 40 50 60 70 80 00 100 ww N vel do reservat rio em Figura 5 4 Rela o entre os sinais de sa da do sensor ultras nico e o n vel do reservat rio 5 1 3 Chaves de n vel tipo b ia As chaves de n vel tipo b ia enviar o sinais discretos ao controlador elas ser o acionadas em caso de falha do sinal anal gico obtido pelo sensor ultra s nico 80 5 1 4 V lvulas motorizadas V lvulas motorizadas ser o respons veis por abrir e fechar a tubula o de acordo com o controle estabelecido no CLP Para evitar golpes hidr ulicos na bomba e tubula o o ligamento do conjunto motor bomba dever iniciar com a v lvula fechada caso esteja aberta dever fechar
58. oduzir uma descarga cont nua Neste caso particular o po o artesiano denomina se jorrante ou surgente TSUTIYA 2006 p 09 Linha Piezom trica Pogo h Poco Artesiano do Aq fero Artesiano Artesiano Jorrante Recarga Poco Fre tico do Aq fero Fre tico ee e quem adm EO Figura 2 2 Tipos de aqu feros e de po os Fonte NOGAMI YASSUDA 1976 A figura 2 3 apresenta um esquema de capta o de gua em po o profundo e o bombeamento para o reservat rio de gua N vel do Terreno Reservat rio N vel do Terreno N vel Din mico Conjunto Motor Bomba Submers vel Po o Profundo Figura 2 3 Capta o de gua subterr nea Fonte TSUTIYA 2006 20 2 1 3 Esta o elevat ria Um sistema de recalque ou elevat rio o conjunto de tubula es acess rios bombas e motores necess rio para transportar uma certa vaz o de um reservat rio inferior para um reservat rio superior Em geral composto por tr s partes TSUTIYA 2006 a tubula o de suc o canaliza o que liga o reservat rio inferior bomba b conjunto elevat rio constitu do por uma ou mais bombas e respectivos motores c tubula o de recalque canaliza o que liga a bomba ao reservat rio superior 2 1 3 1 Casa de bombas Local em esp cie de abrigo onde se encontram as bombas registros tubos quadro de comando e outros aces
59. om a unidade mestre n o impede as UTRs do sistema de continuar a operar as bombas dentro dos limites de controle do reservatorio 5 1 11 Centro de Controle Operacional O centro de controle operacional ser o lugar respons vel pela supervis o do sistema de abastecimento Nele estar o computador com o software supervis rio As informa es do sistema ser o enviadas ao centro de controle operacional onde o software realizar a supervis o e aquisi o de dados e um banco de dados ir permitir a posterior utiliza o das informa es O software supervis rio oferecer ao usu rio em tempo real a visualiza o do processo e dos valores das vari veis atrav s de telas de representa o gr fica das opera es e das aquisi es de dados Ele dever possibilitar ao operador interferir no sistema e mudar set points caso seja necess rio Os dados do sistema dever o ser armazenados e gerar relat rios e gr ficos quando solicitados O software ter autonomia para comandar o procedimento de acordo com a l gica e sequ ncia de opera o estabelecida enviando assim os comandos ao CLP da casa de bombas 84 Se ocorrer algum problema no sistema o centro de controle operacional emitir um sinal visual e sonoro O operador poder ent o oper lo manualmente pelo computador ou em casos extremos se deslocar at onde est o problema Desse ponto em diante a opera o passa a ser manual realmente A figura 5 5 ilustra
60. omba centrifuga Bomba Centrifuga Descarga Rotor Figura 2 4 Bomba Centrifuga Fonte DU O LAP 2009 2 2 3 Bombas submersas Segundo TSUTIYA 2006 as bombas submersas apresentam um motor el trico em curto circuito e a bomba propriamente dita acoplados num conjunto fechado que trabalha submerso no po o O enrolamento do motor envolvido e resfriado por gua sendo a fia o isolada por borracha ou por material pl stico A gua penetra em um crivo tubula o furada preso entre o motor e a bomba sendo o eixo coberto por uma bucha protetora de alta resist ncia ou ent o constru dos de a o inox A bomba normalmente multicelular e tem sua maior aplica o na extra o de gua de po os de m dia e grande profundidade S o muito usadas tamb m na manuten o ou no rebaixamento de n veis do len ol fre tico TSUTIYA 2006 26 2 3 Motor de indu o Motor de indu o um motor el trico constru do de tal maneira que se t m dois campos magn ticos girantes Os motores de indu o podem ser Monofasicos utilizados para acionamento de cargas de pequena pot ncia at 5 cv Trifasicos largamente utilizados em elevat rias de agua ou esgoto de pequenas a grandes pot ncias 2 3 1 Partes de um motor de indu o Segundo CARVALHO 1992 um motor de indu o composto basicamente de duas partes estator e rotor O espa o entre o estator e o rotor denomina
61. or consumidor mas podem tamb m ser utilizados os mecanismos mestre escravo token passing ou mistos Interbus suportado por mais de 300 fabricantes consiste de interfaces controladoras para instalar em PC ou clps que podem se comunicar com uma grande variedade de interfaces de campo Modbus criado pela Modicon e liberado para utiliza o p blica se transformou no protocolo de comunica o mais amplamente difundido entre os fabricantes de dispositivos de controle industrial Profibus possui mecanismo de acesso ao meio misto para comunica o entre esta es de controle o acesso por Token Passing Entre as esta es de controle e dispositivos e instrumentos utiliza se mecanismo mestre escravo 69 f TCP IP Transfer Control Protocol Internet Protocol o conjunto de protocolos TCP IP foi desenvolvido para implementar as camadas de enlace e rede para implementar redes locais e posteriormente tornou se a base para o funcionamento da internet 4 7 3 1 Protocolo Modbus Segundo ALFACOMP 2006 o Modbus um dos protocolos mais antigos utilizados em redes de controladores l gicos program veis PLC para a aquisi o de sinais de instrumentos e para comandar atuadores A Modicon publicou as especifica es e normas que definem o Modbus tornando as de dom nio p blico Por essa raz o utilizado em milhares de equipamentos existentes e uma das solu es de rede mais baratas a serem empregadas em autom
62. podem ser utilizadas comunica es do tipo broadcast ou seja destinada a todos os escravos simultaneamente e RS485 Alguns modelos de r dio modem s o dotados da interface RS485 Esse padrao de interface el trica permite at 32 dispositivos conectados simultaneamente sendo que apenas um assume o barramento por vez Os comprimentos de cabos podem chegar a 1500 metros e a velocidade m xima de 115 kbps 71 Esse padrao de interface tem vantagens como a imunidade a ru do el trico superior quando comparado ao padrao RS232 ALFACOMP 2006 4 7 4 UTR Unidade Terminal Remota A UTR um dispositivo que estabelece uma comunica o entre um local remoto e os instrumentos e dispositivos controlados de campo A UTR recebe os sinais el tricos tais como entradas de contato de rel s ou de sensores dos dispositivos de campo decodifica esses sinais e transmite esses dados decodificados a uma localiza o remota TSUTIYA 2006 A UTR tamb m recebe comandos de localiza es remotas e disponibiliza a sa da el trica sendo capaz de realizar acionamentos de cargas a dist ncia tais como motores v lvulas conjunto moto bomba realizar controle de n vel em reservat rios medi o de grandezas anal gicas dentre outras aplica es com alta confiabilidade Algumas UTRs podem incorporar em um nico equipamento transceptor de r dio interface de processamento de comunica o e interface de pot ncia Suas fun es e c
63. pot ncia de modo a aumentar a confiabilidade garantir condi es adequadas de opera o proteger a rede el trica possibilitar uma manuten o preventiva e diminuir os tempos de reparos no sistema e em equipamentos O uso de v lvulas motorizadas possibilitaria a correta opera o das bombas e seguran a nas manobras hidr ulicas Os sensores eletromagn ticos de vaz o e os transdutores de press o garantiriam as condi es hidr ulicas do sistema permitindo o constante monitoramento registro de dados do funcionamento e poss veis rupturas da tubula o proporcionando a otimiza o da rede hidr ulica Com este monitoramento haveria tamb m a redu o de perdas de cargas e do desperd cio de gua Atrav s do comando autom tico das bombas poderia ser feita a programa o destas de modo que as bombas s operassem no hor rio de pico em casos de emerg ncia ou interfer ncia de controle pelo operador o que beneficiaria a rede el trica e poderia trazer redu o de gastos com energia el trica Um sistema automatizado garante a seguran a das opera es de controle e dos equipamentos possibilita tamb m a exist ncia de sistemas de prote o emerg ncia e falha os quais a qualquer sinal de anomalia no abastecimento executam os comandos e alarmes necess rios A instrumenta o aliada tecnologia da informa o faz com que o uso do software supervis rio proporcione diversas vantagens ao sistema Atrav s d
64. qa Moa SA t uM NEM e 33 ROseryator Tos oos oko uin oes Ih dote Pa ree rE d 34 Figura 3 6 Poco DPOPSIV n nama ttr o een pa a a a a rs at a 35 Figura 3 7 Esquema de abastecimento do sistema principal sss 39 Figura 3 8 Pain is de comando el trico da casa de bomboas sss 4 Figura 3 9 Interior de um dos pain is de comando el trico da casa de bombas 4 Figura 3 10 Painel da casa de bombas em detalhe 1 eene 42 Figura 3 11 Painel da casa de bombas em detalhe 2 sse 43 Figura 3 12 Registro da casa de bombas saradas cas canis Pese t eee pee Gi eae da 43 Fig ra do NIVeIS de automa o es meo aeg ebore ba Ue 47 Figura 4 2 Multidisciplinaridade da automa o essere 47 Figura 4 3 Estrat gias de implanta o de automa o eres 49 Figura 4 4 Sele o de instrumentos de n vel sida Rs 50 Figura 4 5 Chave de n vel tipo B ia hei RG RR UG 51 Ergura4 6 Sensores Ultras nicos aru todas ce e Le aaa IS Ea A ASAS 22 Figura 4 7 Exemplo de aplica o de sensor de n vel Ultras nico 22 Figura 4 8 Classifica o de princ pios de medi o de vaz o sss 54 Figura 429 sensor Bletromasbe uai edis Cn etie c
65. repress o V lvulas fechadas ou na linha defeituosas Figura 5 7 Condi es de opera es das linhas de rede da esta o elevat ria de agua 5 3 Instrumenta o e modo de opera o e controle dos reservat rios Com a proposta de automatiza o as a es que envolvem os reservat rios desde o momento ideal para o acionamento das bombas at o fechamento ou abertura de v lvulas ser o comandadas automaticamente O funcionamento ser registrado e controlado de forma precisa Deste modo as an lises deixar o de ser realizadas por uma suposi o do pessoal de opera o e passar o a ser realizadas pelo CLP e pelo software supervis rio Cada reservat rio ter uma UTR que ficar respons vel pela transmiss o e recep o de dados e comandos vindos do CLP mestre da casa de bombas Os reservat rios ser o programados para armazenar um n vel m nimo de gua 10 como reserva de emerg ncia para casos de inc ndio acidentes reparos nas instala es ou interrup es de adu o Caso o n vel do reservat rio fique muito pr ximo da reserva de emerg ncia 12 um sinal de alerta ser enviado ao centro de controle e caso chegue realmente a este n vel ser emitido um comando de desligamento do conjunto motor bomba e este s voltar a ser acionado por interfer ncia do operador ou quando o n vel do reservat rio voltar a subir at 12 88 Os sensores ultra s nicos ir o monitorar os n veis do
66. reservat rio enviando sinais de valores anal gicos para que o valor dos n veis dos reservat rios possam ser acompanhados a todo momento Se o n vel do reservat rio montante do conjunto motor bomba estiver abaixo do limite pr estabelecido 10 o sistema deve impedir o conjunto motor bomba de funcionar e deslig los de maneira escalonada Para assegurar os n veis dos reservat rios em caso de falhas no sistema anal gico monitorado pelo sensor ultra s nico as chaves de n vel tipo b ias ser o instaladas no limite m ximo e no limite m nimo do reservat rio e ser o utilizadas como prote o e sinalizar o o problema ao centro de controle assim como far o o comando de acionamento ou desarmamento de conjuntos motor bomba Os comandos e l gicas das UTR s dos reservat rios servir o principalmente para monitorar o reservat rio e somente em casos extremos realizar os comandos indicados na figura 5 8 que representa um esquema de controle do reservat rio por meio de seus sensores O correto e usual funcionamento autom tico do sistema ser programado de modo que os n veis dos reservat rios estejam sempre elevados Para isso o sistema autom tico realizar a seguinte opera o acionar as bombas respons veis pelo recalque de gua para o Campus de modo que a vaz o desta possa suprir o m ximo poss vel o consumo do sistema n o ir operar em hor rio de pico a n o ser em casos de comandos especiai
67. respons vel de acionar desligar e monitorar o funcionamento da bomba 3 3 2 Inexist ncia de informa es sobre os n veis dos reservat rios Por diversas vezes o reservat rio do Centro de Converg ncia excedeu sua capacidade e isto s pode ser notado atrav s de uma visualiza o f sica da rea alagada ao redor do reservat rio Ou seja esta informa o s consegue ser passada ao operador atrav s de terceiros tendo em vista que este n o possui nenhuma forma de visualiza o dos n veis do reservat rio Esse fato de extrema relev ncia uma vez que ao transbordar o n vel do reservat rio o sistema est gerando um desperd cio de gua e energia 3 3 3 Inexist ncia de informa es sobre as condi es de opera o das bombas no momento em que est o em funcionamento O fato de o quadro de comando n o repassar v rias informa es relevantes sobre o funcionamento da bomba em opera o faz com que o sistema possa ser prejudicado por 45 irregularidades sobrecargas e altera es em seu funcionamento fazendo com que este sofra um maior desgaste e necessidade de manuten o G2 3 4 Inexist ncia de informa es sobre problemas na tubula o O sistema atual tamb m n o possui sensores para ajudar na detec o de poss veis problemas na tubula o nem onde estariam estes problemas uma vez que se houver a necessidade de manuten o em alguma parte da tubula o a detec o da rea afetada s po
68. s rios Garante que a bomba esteja em local seco bem ventilado e de f cil acesso para inspe o e manuten o Deve ser localizada pr xima ao manancial para que a linha de suc o seja o mais reta e curta poss vel 2 1 4 Adutora Adutoras s o canaliza es do sistema de abastecimento e destinam se a conduzir gua entre unidades que precedem a rede de distribui o N o distribuem a gua aos consumidores mas podem existir deriva es que s o as sub adutoras Quanto a natureza da gua transportada as adutoras podem ser classificadas em adutoras de gua bruta e adutoras de gua tratada Entretanto segundo TSUTIYA 2006 sob o ponto de vista hidr ulico existem os seguintes tipos de adutoras 21 a adutoras por gravidade transportam a gua de uma cota mais elevada para a cota mais baixa b adutoras por recalque transportam a de um ponto a outro com cota mais elevada atrav s de uma esta o elevat ria e podem ser unico recalque recalque multiplo c adutoras mistas trechos por gravidade e trechos por recalque 2 1 5 Reservat rio Segundo TSUTIYA 2006 os reservat rios de distribui o de gua dependendo da sua configura o e sua posi o com rela o rede de distribui o podem ser classificados em a enterrados semi enterrados apoiados ou elevados b de montante ou de jusante Os reservat rios elevados devido ao seu custo em geral s o associados a re
69. s em contato com o fluido de maneira tal que acionado por uma fonte externa de energia a a o da for a centr fuga e ou a for a de sustenta o produzida pelo escoamento do fluido em torno da palheta perfil aerodin mico provocam uma depress o entrada do rotor que aspira o fluido e uma sobrepress o sa da do mesmo respons vel pelo recalque do fluido CARVALHO 1992 2 2 2 1 Classifica o das turbobombas quanto a trajet ria do fluido dentro do rotor Segundo CARVALHO 1992 basicamente qualquer turbobomba constitu da por dois rg os fundamentais a rotor rg o m vel que energiza o fluido criando uma depress o em seu centro para aspir lo e uma sobrepress o na periferia para recalc lo E acionado atrav s de um eixo que lhe transmite o movimento de rota o gra as energia de uma fonte externa motor de acionamento b difusor canal de sec o crescente ao qual compete coletar o fluido expelido pelo rotor e encaminh lo tubula o de recalque Por ser de sec o crescente no sentido do escoamento ele diminui a velocidade e aumenta a press o do fluido A principal classifica o das turbobombas leva em considera o a trajet ria desenvolvida pelo fluido no rotor Assim quanto a este aspecto segundo CARVALHO 1992 classificam se as turbobombas em 24 a bombas axiais trajet ria do fluido se desenvolve com rela o ao rotor em dire o preponderantemente axial S o
70. s nos pain is Estes recados s o para avisar as condi es de opera o das bombas devido ao fato do sistema n o possuir correta sinaliza o e deficiente controle de funcionamento Nestes recados s o sinalizadas 42 condi es tais como se o painel est ligado ou se uma bomba n o pode ser acionada devido ao fato de um dos registros referentes a sua tubula o estar fechado Na figura 3 10 e 3 11 temos as fotos desses recados Uma outra foto representada pela figura 3 12 mostra a forma de sinaliza o encontrada nos registros S o avisos para indicar se os registros est o abertos ou fechados informando condi es essenciais antes de se operar uma bomba Figura 3 10 Painel da casa de bombas em detalhe 1 Figura 3 11 Painel da casa de bombas em detalhe 2 Figura 3 12 Registro da casa de bombas 43 44 Para saber em quais condi es el tricas as bombas est o operando necess rio que uma pessoa atrav s do uso de um mult metro fa a a aferi o das medidas Em dezembro de 2007 foram feitas estas medidas e verificou se que as bombas estavam operando segundo suas condi es nominais mas como dito anteriormente atualmente o nico modo de verificar estes valores atrav s do uso de mult metro 3 3 Desvantagens do sistema atual G2 3 1 Opera o manual do controle das bombas As bombas s o controladas de forma manual fazendo com que haja a necessidade de um funcion rio ficar
71. s realizados pelos reservat rios emerg ncias ou comando feito por interfer ncia do operador Para exemplificar o funcionamento do sistema ser considerado a hor rio de maior consumo 06 00h 00 00h b hor rio de pico 19 00h s 22 00h c demanda 18 2 m3 h d vaz o m dia das bombas respons veis pelo recalque de gua para o Campus bomba 1 e bomba 2 18 8 m3 h De acordo com esses dados a demanda di ria do sistema ser de 328 m3 89 Para que o sistema opere com o reservat rio sempre no nivel mais elevado poss vel repondo ao reservat rio toda gua consumida durante o dia as bombas respons veis pelo recalque de gua para o Campus ter o que operar de 06 00h s 19 00h e depois de 22 00h s aproximadamente 23 30h totalizando 16 5 horas di rias de funcionamento das bombas Esse valor de horas o mesmo daquele encontrado na tabela 3 5 do cap tulo 3 a diferen a que operando com sistema automatizado garante se que as bombas n o ir o funcionar em hor rio de pico e que se a demanda aumentar o sistema poder suprir sem correr o risco de faltar gua e o mais importante quando considerado o sistema atual caso o consumo di rio tenha sido menor que o previsto o sistema autom tico e controlado n o deixar que os reservat rios transbordem Monitoramento e controle de opera es dos reservat rios Envia sinal para desligamento do conjunto motor bomba 100 Aciona Chave b ia Envia a
72. ser estabelecido atrav s dos tipos e quantidades de 81 transdutores definidos E necess rio tamb m estabelecer as informa es l gicas para os intertravamentos atrav s do software e acionamentos l gicos a serem condicionados Para se dimensionar o CLP aconselha se que seja feito um diagn stico preciso das l gicas de controle monitoramento e prote o do sistema Depois disso tem se uma refer ncia do n mero de cart es de entrada e sa da para tratar sinais de 4 a 20 mA e de sinais on off O diagn stico quando feito de forma imprecisa pode deixar de considerar pontos que deveriam ser controlados e monitorados causando erros que acarretar o em um incorreto funcionamento da instala o do sistema de bombeamento de gua 5 1 7 R dio modem Haver um r dio modem mestre redundante com antena omnidirecional para espalhamento espectral que oferecer seguran a na recep o e transmiss o de dados Ele ir operar dentro de uma freqii ncia livre que n o interfere em nenhum outro tipo de sistema de radiocomunica o e ser instalado na casa de bombas Cada unidade do sistema ser dotada de uma UTR com transceptor de r dio que ir ter a fun o de escravo e ir se comunicar com o CLP mestre da casa de bombas 5 1 8 Protocolo de comunica o O protocolo de comunica o que ir reger o tratamento e formata o dos dados no sistema de comunica o entre os dispositivos ser o modbus O mecanismo de controle
73. servat rios apoiados ou enterrados que armazenam a maior parte do volume necess rio 2 1 6 Rede de distribui o Segundo TSUTIYA 2006 rede de distribui o a unidade do sistema constitu da por um conjunto de tubula es que conduz a gua para os pontos de consumo Na rede de distribui o distinguem se dois tipos de condutos a condutos principais 22 b condutos secund rios Condutos principais s o as canaliza es de maior di metro respons veis pela alimenta o de condutos secund rios e s o dispostas obedecendo diferentes tra ados tais como a redes ramificadas b redes malhadas c redes mistas Os condutos secund rios de menor di metro abastecem os consumidores a serem atendidos pelo sistema TSUTIYA 2006 22 Bombas A classifica o geral mais significativa para as bombas aquela apresentada pelo Hydraulic Institute segundo o qual as bombas s o subdivididas em dois grande grupos a bombas volum tricas b turbobombas 2 1 Bombas volum tricas Segundo CARVALHO 1992 as bombas volum tricas que podem ser alternativas ou rotativas caracterizam se por produzir em uma ou mais de suas c maras varia es do volume interno o que acarreta ou provoca as varia es de press o respons veis pela aspira o e recalque do fluido 29 3 2 Turbobombas ou bombas din micas S o aquelas que se caracterizam pela exist ncia de um rotor dotado de palheta
74. son Rocha pelo apoio Ao meu co orientador Professor Gilberto Queiroz da Silva pelos ensinamentos paci ncia e oportunidade de realiza o desse trabalho Pr Reitoria de Planejamento e Gest o da UFOP que permitiu a realiza o pesquisa e estudo sobre a esta o elevat ria de gua do Campus Morro do Cruzeiro A Prefeitura do Campus Universit rio e aos funcion rios respons veis pela esta o elevat ria de gua pela colabora o Aos professores do curso de Engenharia de Controle e Automa o da UFOP pelos ensinamentos Aos amigos de Ouro Preto especialmente Felipe J lia Matheus e Quartocrescentinas pelo companheirismo apoio e amizade Grande a tarefa que nos espera Para todos constitui quase um dever pensar que o que j se tiver realizado sempre pouco em comparag o com o que resta por fazer Jodo XXIII SUMARIO RIS GAsDE FIGURAS ia botte Mo hs cbe uytu s 9 LISTA DE TABELAS uet oc a cede cat bere Q Pau ai 10 RESUMO tini an 11 ABSTRACT ascen uu Seton AD EI e A p M CE E 12 INTRODU O o este made puede ei rad 13 1 1 G n ralidad s accitis oret PX petis Coto exis esu be S POPE ERE MEA Co tada 13 1 2 nsn c 13 1 3 Estrutura do trabalho 13 14 Metodo0l0818 1 l l a
75. st ncia tais como v lvulas conjunto moto bomba realizar controle de n vel em reservat rios medi o de grandezas anal gicas dentre outras aplica es com alta confiabilidade Com a automatiza o do sistema as bombas n o seriam mais operadas manualmente fazendo com que o sistema fosse controlado por CLP e software supervis rio proporcionando 92 configura es diferentes ao sistema onde seria poss vel escolher o m todo de controle e opera o existindo tamb m as possibilidades de controle manual propriamente dito de controle autom tico com interfer ncia do operador nos par metros ou o controle de maior otimiza o e qualidade ao qual este trabalho priorizou que aquele feito de forma totalmente automatizada e desassistida utilizando se de telemetria telecomando e telesupervis o realizada por um software aut nomo capaz de analisar dados e tomar decis es A instrumenta o de campo proporcionaria ao sistema o controle de seus reservat rios fazendo com que estes fossem operados de maneira eficiente e com qualidade de modo que os problemas at ent o existentes com falta de monitoramento desconhecimento dos n veis e trasbordamento seriam eliminados proporcionando um sistema seguro com redu o de desperd cio de gua e de energia Os sensores existentes na casa de bombas fariam o monitoramento das condi es de opera o das bombas informando sempre os valores de temperatura tens o corrente e
76. star baseado neste fato A mudan a da configurag o para tri ngulo sem que o motor tenha atingido este percentual de rota o provocaria pico de corrente praticamente igual ao que teria se usasse partida direta Se o motor em quest o n o preenche este quesito por conta da carga instalada conveniente que seja usado outro tipo de partida como Chave compensadora Soft starter ou at mesmo um Inversor de frequ ncia nesta fun o etc 29 2 3 1 4 Partida eletr nica soft starter Soft Starter um dispositivo eletr nico composto de pontes tiristorizadas acionadas por uma placa eletr nica a fim de controlar a tens o de partida de motores de corrente alternada sistema trif sico Seu uso comum em bombas centr fugas ventiladores e motores de elevada pot ncia cuja aplica o n o exija a varia o de velocidade O soft starter controla a tens o sobre o motor atrav s do circuito de pot ncia constitu do por seis SCRs variando o ngulo de disparo dos mesmos e consequentemente variando a tens o eficaz aplicada ao motor Assim pode se controlar a corrente de partida do motor i r proporcionando uma partida suave de forma a n o provocar quedas de tens o el trica bruscas na rede de alimenta o como ocorre em partidas diretas Costumam funcionar com a tecnologia chamada by pass a qual ap s o motor partir e receber toda a tens o da rede liga se um contator que substitui os m dulos de tiristores
77. ste onde foram apresentados desvantagens e defeitos Verificou se que a falta de controle gerava desperd cios de gua e energia el trica al m de dificuldade de manuten o Uma vez chegada a essas conclus es sobre quais eram os problemas do atual sistema foi feito um estudo para se saber qual o procedimento devido para se automatizar uma esta o elevat ria de gua As pesquisas sobre esta es que j tinham sido automatizadas serviram de entendimento para se saber quais os recursos e elementos utilizados em sistemas diversos e como foi o processo de automatiza o Atrav s do estudo sobre os diversos equipamentos e recursos existentes no mercado seu modo de funcionamento as desvantagens e vantagens em se optar por determinado equipamento ou servi o foram feitas as escolhas de quais seriam os instrumentos adotados na proposta de automatiza o Com isso elaborou se um plano alternativo de otimiza o da esta o elevat ria de gua da UFOP atrav s da sua automatiza o Nesta proposta s o demonstrados os benef cios que a automatiza o traria ao sistema tais como a diminui o do desperd cio de gua tendo em vista o controle dos n veis dos reservat rios o controle do sistema atrav s da supervis o autom tica e desassistida e a diminui o nos gastos de energia proporcionada por sensores e atuadores que controlam as condi es de opera o dos componentes do sistema de abastecimento de gua 16
78. tamente e dentre elas destacam se a b no modo autom tico o comando e prote es dos equipamentos devem ser realizados pela interface homem m quina atrav s do sistema supervis rio ou se necess rio pela interfer ncia do operador mas as prote es instaladas nos pain is locais tamb m devem atuar no autom tico Somente os comandos do painel local devem ser bloqueados com exce o do bot o de emerg ncia no modo local o operador pode comandar o processo a partir do conjunto de dispositivos dos pain is locais mas os comandos s devem ser efetivados se estiverem de acordo com o programa e as prote es previamente programadas na unidade controladora quando se fizer a manuten o do sistema as prote es de equipamentos devem continuar ativas mas n o as prote es hidr ulicas e sist micas O modo de manuten o deve poder ser escolhido mesmo se o sistema perder o sinal com a unidade controladora TSUTIYA 2006 91 6 CONCLUSAO Com a an lise sobre o funcionamento atual da elevat ria de do campus Morro do Cruzeiro da Universidade Federal de Ouro Preto atrav s de seus dados de opera o modo de controle e sistemas de prote o existentes foi poss vel perceber os benef cios que a automatiza o traria para este sistema A pesquisa sobre como outras esta es elevat rias de gua foram automatizadas e as vantagens adquiridas com essa automatiza o contribu ram para qu
79. tema principal composto por a poco UFOP II poco artesiano perfurado e profundo que possui uma bomba submersa para fazer o recalque da gua b reservat rio da casa de bombas localiza se dentro da casa de bombas e possui capacidade de 7 mil litros c reservat rio da Pac fico Homem fica localizado na rua Pac fico Homem e possui capacidade de 350 mil litros d casa de bombas local onde est o as bombas centr fugas 1 2 3 e 4 al m de registros de manobras painel de comando el trico e o reservat rio de 7 mil litros acima citado Fica localizada no Centro de Artes e Conveng es da UFOP A figura 3 2 representa uma ilustrac o da casa de bombas Na figura 3 3 tem se as fotos das bombas 1 e 2 Na figura 3 4 tem se as fotos das bombas 3 e 4 As tabelas 3 1 indicam os modelos das bombas 1 2 3 4 respectivamente e reservat rio I Centro de Converg ncia Campus respons vel pelo abastecimento do Campus Universitario Localizado no centro de converg ncia e possui capacidade de 160 mil litros f reservat rio II Novo Campus est conectado diretamente com o reservat rio do Centro de Converg ncia Fica localizado pr ximo a Escola de Farm cia do Campus Universit rio e possui capacidade de 500 mil litros Na figura 3 5 tem se a foto do reservat rio II Figura 3 2 Casa de Bombas Figura 3 3 Bombas1e2 32 Figura 3 4 Bombas 3 e 4 Tabela 3 1
80. temas Ao se planejar automatizar um sistema os requisitos necess rios a esta automatiza o devem ser avaliados Segundo TSUTIYA 2006 esses requisitos para a automatiza o de um sistema de abastecimento de gua s o diversificados e numerosos mas alguns dos principais requisitos sao a funcionais fun es de supervis o e controle do sistema quais os elementos controlados quais as entradas do sistema qual o tratamento realizado e que sa das devem produzir quais os estados internos do sistema b nao funcionais ou tratamento de falhas comportamento do sistema nos casos de falhas dos seus elementos C temporais restri es temporais fun es deterministicas no tempo tempo de validade de dados d seguranga fung es para evitar riscos de danos planta aos operadores aos consumidores devido falhas do sistema ou erros de opera o e interface com equipamentos caracter sticas de sinais e comandos especifica o de E S f opera o interface com a opera o e manuten o disponibilidade e formas de apresenta o de informa es do processo e do sistema de automa o percep o do estado do processo telas gr ficas e navega o Segundo TSUTIYA 2006 a automa o deve ser proposta com o projeto inicial seja este uma reforma uma adequa o ou um novo processo Deve envolver as partes interessadas principalmente a opera o e a manuten o O projeto de automa o
81. tens o de partida de motores de corrente alternada em sistemas trif sicos fazendo com que estes tenham uma partida suave Deste modo evitam se quedas de tens o el trica bruscas na rede de alimenta o A UFOP j possui um soft starter novo mas esse n o se encontra instalado ao sistema Na figura 5 1 tem se a foto do soft starter e na figura 5 2 os detalhes de seus comandos Figura 5 1 Soft Starter da casa de bombas Figura 5 2 Comandos do Soft Starter da casa de bombas T 78 As vantagens na diminui o dos valores de corrente ao se acionar um motor atrav s de um soft starter podem ser verificadas na figura 5 3 que compara os m todos de partida de motores el tricos PARTIDA DIRETA CORRENTE PARTIDA ESTRELA TRIANGULO SOFT of STARTER TEMPO Figura 5 3 Comparac o entre m todos de partida de motores el tricos Fonte WEG 2002 Segundo TSUTIYA 2006 a partida e parada atrav s de dispositivo de acionamento eletr nico como o soft starter possuem tamb m a vantagem de dispensar a utiliza o de dispositivos eletromec nicos m veis presentes como fun o de prote o em outros modos de partida existente Isso pode ser considerado uma vantagem tendo em vista que tais dispositivos m veis s o mais sujeitos manuten o Com a utiliza o do soft starter as prote es el tricas da bomba sobrecorrente sobretens o entre outros devem ser incorporadas ao mesmo de modo que a
82. tida de motores el tricos s o WEG 2001 2 3 1 2 Partida direta Partida direta o m todo de acionamento de motores de corrente alternada na qual o motor conectado diretamente a rede el trica Ou seja ela se d quando aplicamos a tens o nominal sobre os enrolamentos do estator do motor de maneira direta Neste tipo de partida a corrente de pico Ip pode variar de 4 a 12 vezes a corrente nominal do motor sendo a forma mais simples de partir um motor Comumente a vantagem principal o custo pois n o necess rio nenhum outro dispostivo de suporte que auxilie a suavizar as amplitudes de corrente durante a partida H in meras desvantagens com rela o a outros m todos de partida como por exemplo um transiente de corrente e torque durante a partida A corrente variando entre 4 e 12 vezes a nominal obriga o projetista do sistema el trico a superdimensionar o sistema de alimenta o disjuntores fus veis que fazem parte do circuito el trico que alimenta o motor Dependendo dos valores de pico de corrente a tens o do sistema pode sofrer quedas O Transiente de torque faz com que os componentes mec nicos associados ao eixo do motor sofram desgaste prematuro A situa o piora medida que a pot ncia el trica do motor aumenta M todos alternativos que suavizam a partida direta podem ser obtidos com contatores e 28 temporizadores partida Estrela Tri ngulo autotransformadores ou sistemas eletr nicos
83. tizadas e quais foram os instrumentos escolhidos foi possivel criar uma proposta de automatiza o para este sistema Na proposta de automatiza o da esta o elevat ria de gua do Campus Morro do Cruzeiro da UFOP sugere se uma automatiza o por abordagem mista ou seja a proposta de uma automatiza o nica mas que pode ter sua implementa o f sica realizada em etapas de acordo com as prioridades e disponibilidade de recursos 5 1 Instrumentos unidades terminais remotas opera es meios de comunica o protocolos e caracter sticas de comando e supervis o do sistema automatizado Na presente proposta o sistema de automa o composto por um conjunto de equipamentos que incluem sensores software supervis rio computador soft starter controlador l gico program vel UTRs Unidades Terminais Remotas r dios modem antenas e perif ricos que possibilitar o a opera o do sistema de forma automatizada e desassistida localmente Estes equipamentos ser o instalados em pontos estrat gicos do sistema de abastecimento de modo que se efetue o monitoramento e controle remotos a das opera es da esta o elevat ria de gua b dos n veis dos reservat rios c das medi es de vaz o e press o nas principais redes d das v lvulas do sistema 11 Soft starter Atualmente os motores das bombas s o acionados em estrela tri ngulo A instala o de soft starter permitir ao sistema controlar a
84. tru es de qualquer esp cie no percurso do l quido Portanto a perda de carga quase nula Por este motivo constituem os elementos prim rios ideais para medidas de vaz es de l quidos viscosos ou com s lidos em suspens o A nica condi o que o l quido tenha uma condutividade el trica acima de um certo m nimo O funcionamento destes medidores baseia se no fen meno da indu o eletromagn tica Um condutor el trico movendo se com a velocidade V perpendicularmente a um campo magn tico de indu o B produz uma f e m O condutor em movimento o pr prio l quido o qual circula num tubo de medida e n o magn tico com o mesmo di metro da tubula o externa O tubo de medida normalmente constitu do por a o inoxid vel Os materiais do forro interior e os eletrodos s o escolhidos em fun o do fluido a medir H dois eletrodos implantados no tubo de medida que fazem contato com o l quido Perpendicularmente linha dos eletrodos aplicado um campo magn tico produzido por duas bobinas exteriores ao tubo de medida NICOLAU 2009 A figura 4 9 ilustra esse tipo de medidor Figura 4 9 Sensor Eletromagn tico Fonte NICOLAU 2009 56 4 4 Transmissores eletr nicos de press o Segundo BEGA 2006 os transmissores eletr nicos de press o utilizam um elemento prim rio mec nico el stico combinado com um transdutor el trico que gera um sinal el trico padronizado correspondente press o medida

proposta de automatização da estação elevatória

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