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UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Faculdade de Ciências e

1. 10 H SEM Hughes Energy Monitoring System A Hughes Energy Monitoring System uma solu o de acompanhamento e segmenta o autom tica de energia O sistema constitu do por hardware cablagem e software O fabricante providencia a instala o ensaios e suporte necess rios para implementar o sistema Qualquer tipo de energia ou o fluxo de recursos podem ser medidos electricidade g s leo vapor gua ar comprimido temperatura etc Os contadores podem ser fornecidos e instalados como parte da solu o ou podem simplesmente ser utilizados os contadores existentes desde que disponham de uma interface de dados compat veis com a sa da por impulsos Modbus M Bus ou 4 20 mA 4 Num computador central s o recolhidos dados de todos os contadores usando o software desenvolvido pela Hughes Energy Systems Com o HES DataLog poss vel comunicar com contadores e equipamentos de dados remotos usando uma variedade de protocolos de comunica o embora o protocolo Modbus seja geralmente utilizado A comunica o de dados normalmente atrav s da rede Ethernet No entanto liga es de r dio de baixa pot ncia bem como a rede GSM podem tamb m ser utilizadas para liga es dist ncia Wi LeM A nova tecnologia lan ada pelo grupo QEnergia esta assente numa topologia wireless Fig 2 2 conseguindo assim ultrapassar os problemas de todos os sistemas com fios existentes Esta solu o disponibilizada atrav s
2. A aplica o LOGGER tem como objectivo recolher os valores de energia activa e reactiva de todos os analisadores de energia estando ou n o estes ligados mesma rede de comunica es e registar numa base de dados suportada pela mem ria do computador onde a aplica o est a correr 34 4 2 1 APLICA O ONLINE Esta aplica o tem como objectivo permitir uma an lise online dos seguintes par metros el ctricos disponibilizadas pelos analisadores de energia e Tens es simples e compostas valores eficazes e Correntes valores eficazes e Pot ncias Activa Reactiva Aparente e Factor de Pot ncia e Frequ ncia e Energia activa e reactiva A aplica o efectua um registo de todos os par metros numa base de dados permitindo assim a sua posterior an lise Atrav s da sua interface gr fica apresentada na Fig 4 11 poss vel observar online todos os par metros anteriormente descritos Nesta interface poss vel definir qual o analisador de energia que se pretende monitorizar e verificar qual o estado da conex o S o apresentados por fase os valores eficazes das tens es e das intensidades de corrente S o tamb m apresentadas as pot ncias activas reactiva e aparente bem como os valores da energia consumida Fig 4 11 Interface da aplica o ONLINE desligada 35 Funcionalidades A aplica o ONLINE apresenta funcionalidades que permitem ao utilizador ter conhecimento sobre
3. o est estruturada em 5 cap tulos incluindo o presente cap tulo de Introdu o No cap tulo 2 apresentada a monitoriza o de consumos descreve se quais os conceitos relacionados com a monitoriza o quais os tipos de monitoriza o desenvolvidos quais os objectivos dos mesmos mas tamb m as suas defini es e toda a apresenta o e m todo de trabalho utilizado para o desenvolvimento desta parte do trabalho Faz se tamb m um enquadramento dos sistemas existentes no mercado face ao sistema desenvolvido real ando quais as principais diferen as e vantagens deste sistema No cap tulo 3 feita a descri o de todo o sistema desenvolvido S o descritas as suas funcionalidades e modos de opera o Como o principal objectivo da solu o apresentada a an lise de consumos energ ticos em grandes complexos descrevem se as configura es de rede que t m de ser efectuadas fazendo se uma descri o detalhada de cada uma das aplica es que constituem o Energy Monitor O cap tulo 4 dedicado descri o de todas as fases de implementa o Apresenta se detalhadamente as vantagens da exist ncia de um sistema de monitoriza o abordando todas as tecnologias utilizadas para o desenvolvimento do Energy Monitor Por fim s o apresentados os resultados obtidos com o sistema implementado discutindo o seu comportamento de acordo com as funcionalidades por ele oferecidas atrav s dos testes efectuados em laborat rio pa
4. o por forma a reduzir os consumos de energia Atrav s dos dados recolhidos ser poss vel criar ac es de consciencializa o e ajustar o contrato de energia pot ncia contratada da melhor forma poss vel 1 1 MOTIVA O necess rio adaptar o actual paradigma atr s retratado a uma nova realidade sendo necess rias solu es para resolver o problema de consumo energ tico excessivo Para fins de contextualiza o a Faculdade de Ci ncias e Tecnologia FCT tem v rios departamentos com v rios centros de custo associados Este complexo serviu de suporte a toda a instala o e desenvolvimento do presente sistema servindo de refer ncia para esta disserta o O processo de gest o de energia deve ser encarado como um processo de v rias etapas A an lise da factura energ tica uma das etapas imprescind veis para que seja poss vel efectuar uma optimiza o dos consumos e dos contratos de aquisi o de energia Para serem atribu dos encargos associados aos consumos de energia efectuados necess ria uma an lise de consumos por centros de custo atrav s do conhecimento do consumo de energia por departamento opera o ou equipamento necess rio localizar consumos an malos ou evit veis de forma a proceder elimina o ou minimiza o de encargos associados a situa es an malas que derivam de avaria desconhecimento ou m utiliza o de recursos sendo isso poss vel atrav s da aquisi o an lise
5. lt 100 m e Luzes de opera o 22 e Tempo de aquisi o de endere o gt 16 s e Alimenta o 230V 50Hz O conversor PD8 permite transmiss o de dados do mestre atrav s de um computador equipado com placa de rede para os dispositivos escravo com interface RS 485 O conversor tem dispon veis duas formar de operar Servi o de Rede Real Port e ponte s rie com protocolo UTP No caso particular em desenvolvimento foi utilizado o conversor no modo Servi o de Rede Real Port porque existe a necessidade de ter um computador a guardar todos os dados disponibilizados pelo analisador de energia e de controlar os intervalos de tempo de comunica o Utilizando o conversor neste modo s poss vel interagir com um escravo de cada vez Quando a rede apresenta v rios analisadores feito um ciclo que efectua a liga o a cada analisador presente na rede recolhendo os dados pretendidos numa frac o de tempo de 5s predefinido entre cada analisador Analisador de energia eoeeeese v0000000 Fig 3 10 Analisador de energia UPT210 marca ALGODUE O analisador de energia el ctrica escolhido foi o modelo UPT210 da marca ALGODUE O UPT210 um analisador digital com a capacidade de medir os par metros el ctricos em sistemas trif sicos conseguindo leituras com precis o mesmo em presen a de formas de onda distorcidas Atrav s do seu ecr de cristais l quidos
6. A comunica o efectuada por recurso ao protocolo Modbus RTU sendo que toda a execu o feita atrav s da Ethernet ou Internet o que favorece a implementa o deste sistema em grandes complexos evitando a necessidade de considerar cablagem em toda a rea A cablagem tem custos de implementa o extremamente elevados sendo que por vezes implica que o sistema se torne inexequivel Normalmente a implementa o de sistemas de monitoriza o de consumos de energia utilizam conversores de rede RS 232 para rede RS 485 indicando a necessidade de um computador em cada rede implementada O Energy Monitor permite a monitoriza o dos consumos de energia de v rias redes necessitando apenas um computador para monitorizar todo o processo Para tornar isso poss vel foram utilizados conversores RS 485 Ethernet analisadores de energia e um PC normal onde se correm as aplica es desenvolvidas em Visual Basic for Applications em execu o no sistema operativo Microsoft Windows 46 O sistema possibilita a an lise dos par metros el ctricos que os analisadores permitem recolher de forma online criando com os valores gr ficos e tabelas que facilitam monitoriza o dos consumos efectuados num complexo com in meros pontos cr ticos de consumo de energia Disponibiliza funcionalidades como o envio dos dados recolhidos para contas de correio electr nico impress o ou o simples arquivo dos dados recolhidos num ficheiro de forma
7. de acordo com a an lise que deseje efectuar O bot o Calculate gera um diagrama de carga referente ao intervalo de tempo seleccionado sendo tamb m apresentados em forma de tabela os dados que servem de base ao gr fico apresentado A funcionalidade de grava o de toda a informa o para um ficheiro xls est dispon vel atrav s do bot o Save sendo ainda poss vel enviar por correio electr nico todos estes dados atrav s do bot o Email ou efectuada uma impress o dos mesmos utilizando o bot o Print Para cada gr fico criado mostrado de imediato no espa o designado por Energy o valor de energia consumida associada ao intervalo de tempo seleccionado Na Fig 4 14 apresenta se parte da base de dados criada pela aplica o sendo facilmente percept vel a complexidade de cada leitura efectuada Estes dados podem constituir se como elementos importantes em auditorias energ ticas 39 Hora T1 T2 T3 11 12 13 P1 P2 P3 PSistema FP1 FP2 FP3 Q1 Q2 Q3 QSistema S1 s2 3 S Sistema 12 33 36 233 233 8 234 7 54 2 6 72 38 7 1219402 1449 85 8668 08 22311 95 0 97 0 92 0 95 3313 87 604 44 2724 05 6642 36 12636 29 1570 80 9086 04 23293 13 12 33 47 232 8 233 8 234 7 54 1 4 032 38 6 12109 85 868 02 8678 24 21656 12 0 96 0 92 0 96 3437 20 367 15 2564 62 6368 97 12588 20 942 48 9049 26 22579 94 12 34 36 233 233 8 2346 55 2 6 24 38 7 1245056 1343 54 8691 63 22485 74 0 97 0 92 0 96 3227 76 568 29 2634 63 6430 67 12862 15 1
8. lise online dos par metros el ctricos recolhidos pelos analisadores Atrav s desta aplica o s o criadas tabelas autom ticas com o registo de todos os par metros el ctricos que os analisadores permitem recolher a cada instante 3 3 1 CARACTER STICAS T CNICAS Os valores recolhidos por esta aplica o podem ser utilizados para produzir diagramas de carga e analisar o consumo energ tico em cada per odo hor rio poss vel gravar os dados analisados num ficheiro de seguran a e ainda disponibilizar funcionalidades como a impress o ou o envio de ficheiros para um endere o de correio electr nico quando existir a necessidade de dar conhecimento de uma anomalia ou simplesmente dos consumos incorridos Permite ainda ter a indica o do estado da liga o atrav s da barra de status verificando se assim se a liga o foi estabelecida correctamente com o analisador em quest o ou se ocorreu algum tipo de erro 3 3 2 FUNCIONALIDADES A aplica o ONLINE n o tem como objectivo a recolha dos par metros el ctricos a tempo inteiro O seu desenvolvimento foi efectuado com o intuito de ser uma ferramenta que permita em qualquer instante efectuar uma liga o a um qualquer analisador e monitorizar as v rias grandezas el ctricas adquiridas por esse dispositivo podendo elaborar gr ficos de grande precis o com refer ncia ao dia hora exacta Desta forma poss vel quantificar e fornecer ao gestor de energia os dados necess rios pa
9. simples inactividade do equipamento mas tamb m caso detecte desvios de consumo n o considerados normais 6 Al m do acesso a dados informa es e alertas o sistema utiliza relat rios e processos operacionais para garantir a coer ncia com os relat rios necess rios aos servi os de manuten o e assim aumentar a efic cia das opera es 2 3 3 DISCUSS O DOS SISTEMAS EXISTENTES Os sistemas apresentados t m v rias caracter sticas em comum Alguns t m como objectivo uma melhor an lise de consumos energ ticos enquanto outros limitam se a recolher os dados dos contadores para possibilitar uma an lise posterior 12 eMonitor Este sistema tem um investimento base alto a n vel de equipamentos e instala o pois o produto final comercializado por outras empresas um sistema bastante flex vel mas apresenta custos elevados e n o permite a visualiza o dos par metros el ctricos de cada analisador de energia online Energy Lens Sistema que apresenta grandes potencialidades na produ o de gr ficos de energia permitindo tra ar automaticamente padr es de consumo Todavia tem custos elevados e n o permite a visualiza o dos par metros el ctricos de cada analisador de energia online H SEM Hughes Energy Monitoring System Solu o extremamente dispendiosa Sendo bastante abrangente suporta a monitoriza o de v rias fontes e tipos de energia Apresenta a desvantagem de ser necess ria a utiliza o de
10. comunica o com um qualquer analisador O bot o Connect Serial permite iniciar a liga o com o analisador referenciado nas configura es anteriores e o bot o Disconnect terminar a essa mesma liga o No campo op es do dispositivo Device Options poss vel definir algumas op es que podem ser teis para utiliza o de analisadores de diferentes marcas e modelos No caso dos analisadores UPT210 utilizados neste trabalho os valores encontram se predefinidos n o sendo necess rio efectuar nenhuma altera o aos mesmos No caso de utiliza o de analisadores diferentes devem ser definidos o primeiro endere o de mem ria Point Address o tipo de fun o que se pretende utilizar no espa o Point type e o n mero de endere os que se pretende ler no campo Length O bot o Read serve para efectuar uma leitura dos valores depois de os anteriores campos estarem devidamente configurados Ao seleccionar a op o Real Time as leituras ser o efectuadas de forma autom tica a cada 5s 37 Caso as configura es n o estejam correctas referenciado o problema atrav s da caixa de mensagens de estado Status Atrav s destas informa es poss vel reajustar os valores das op es anteriormente descritas de forma a ser poss vel colocar a aplica o em funcionamento Na janela Valores Instant neos apresenta se toda a informa o online de todas as
11. diagramas de carga para uma posterior an lise do consumo de energia de determinado equipamento em determinado per odo do tempo Todas as leituras que esta aplica o efectua ficam guardadas num ficheiro para que mais tarde possam ser consultadas ou simplesmente impressas tamb m poss vel configurar o envio dos dados para o correio electr nico do t cnico respons vel Como se trata de uma aplica o online apenas permitido uma liga o de cada vez pois necess rio reservar a porta de comunica es do computador para que a aplica o seja executada sem atrasos que poderiam ser relevantes numa an lise deste tipo A aplica o LOGGER tem como objectivo recolher os valores de energia activa e reactiva de todos os analisadores de energia estando ou n o estes ligados mesma rede de comunica es Fig 3 2 e registar numa base de dados suportada pela mem ria do computador onde a aplica o est a correr Neste caso cada aplica o reporta ao servidor um relat rio dos valores de energia de cada analisador ligado a cada rede em intervalos de 24h N o existe qualquer interesse em ter relat rios de consumos de energia inferiores a um dia completo pois cont m pouca informa o para an lise O intervalo de tempo foi predefinido em 24h mas este valor pode ser alterado pelos utilizadores 16 Internet Ethernet Ethernet RS 485 PD8 Ethernet at Ethernet LJA Rs 485 Peel
12. e das vari veis ambientais por exemplo a temperatura Caracteriza se essencialmente pela sua flexibilidade de instala o adaptando se facilmente ao edif cio e aos requisitos pretendidos pelo cliente e pelos custos moderados de instala o possibilitando a interliga o a diversos equipamentos j instalados no edif cio bem como a outros existentes no mercado O eMonitor permite definir alertas autom ticos atrav s de envio de mensagens de correio electr nico ou de SMS informando sobre a detec o de consumos an malos ou apenas sensibilizando os utentes do edif cio Com este sistema ainda poss vel o armazenamento continuo de dados relativos aos consumos totais do edif cio desagregados por sec es ou at por equipamentos criando se um hist rico de consumos que poder ser utilizado nas auditorias e inspec es peri dicas a que os edif cios estar o sujeitos ao abrigo do novo diploma de certifica o energ tica 2 Energy Lens Atrav s deste sistema poss vel criar uma grande variedade de gr ficos e tabelas dos dados de energia relativas a um intervalo de tempo 3 Por outro lado estes gr ficos e tabelas podem ser utilizados para diversos tipos de an lises particularmente para monitoriza o de energia e segmenta o da mesma Este sistema torna poss vel atrav s dos gr ficos Fig 2 1 ter uma vis o global do consumo de energia e criar padr es de consumo The business is closed on weekends what
13. funcionalidade encontra se dispon vel porque normalmente os grandes complexos s o alimentados em regime de m dia tens o com sistema tetra hor rio 7 3 2 CONFIGURA O DA REDE A rede de monitoriza o pode ser dividida em duas grandes reas 1 Principal 2 Secund ria A rede principal composta por um computador que corre uma aplica o de forma a controlar os intervalos de tempo entre as mensagens enviadas e mensagens recebidas recolher toda a informa o proveniente dos analisadores e analisar a mesma Este computador necess rio devido ao facto de os analisadores n o possu rem mem ria interna para guardar a informa o proveniente das leituras A rede secund ria constitu da por um conversor RS 485 Ethernet pelos v rios de analisadores necess rios s monitoriza es desejadas e por um computador Fig 3 2 Este computador respons vel por guardar todos os dados dos analisadores que constem na sua rede e enviar toda a informa o separada por analisador para o servidor atrav s da Internet ou Ethernet Este sistema efectua a comunica o entre ambas as partes atrav s da rede Ethernet Fig 3 4 A rede Ethernet faz parte das instala es el ctricas especiais da maior parte dos grandes complexos Para situa es em que se pretende instalar o sistema de monitoriza o 18 num nico complexo poss vel efectuar todas as comunica es atrav s desta rede com uma configura o id ntica apresen
14. intuito possibilitar ao utilizador a visualiza o dos par metros el ctricos lidos por cada analisador de energia mostrando os na janela criada para o efeito de forma a este ter a no o das mesmas A segunda aplica o LOGGER destina se a efectuar o registo dos valores de energia activa e reactiva que o analisador adquire ao longo do tempo Com estes dados poss vel cruzar informa o com a presente na factura emitida pelo fornecedor de energia EDP Testes Ap s dadas como conclu das as anteriores etapas ser necess rio efectuar v rios ensaios testes na comunica o registo e an lise dos valores obtidos atrav s do sistema pois s assim o trabalho pode ser dado por conclu do 2 3 ESTADO DA ARTE Os consumos de energia num complexo de grandes dimens es s o por norma muito elevados torna se percept vel que consumos de tal ordem devem ser controlados de forma a se proceder a um poss vel ajuste diminui o dos mesmos Atrav s do seguimento comportamental dos consumos poss vel depois de uma an lise detalhada ajustar tarifas de factura o e at detectar consumos extraordin rios Sem este tipo de sistemas de monitoriza o tal afigura se como uma tarefa praticamente imposs vel dado que as leituras s o efectuadas em largos per odos de tempo tornando assim tardia a interven o quando necess ria 2 3 1 SISTEMAS DE ENERGIA EM GRANDES COMPLEXOS Nos dias de hoje a humanidade enfrenta enormes desaf
15. leituras e Guardar Relat rios e Ajuste Tarif rio O intervalo de tempo entre leituras pode ser personalizado pelo utilizador alterando o seguinte par metro de c digo presente na fun o Private Sub MbMasterV71 SlaveReadResponse PauseTime 5 Este valor encontra se predefinido para 5s minimo testado O sistema grava relat rios di rios dos consumos de energia este par metro pode ser alterado na fun o Private Sub MbMasterV71_SlaveReadResponse no seguinte par metro MyTime Time A aplica o Logger efectua o ajuste autom tico do periodo tarif rio todavia este per odo pode se alterar de ano para ano desta forma necess rio efectuar reajustes no seguinte c digo da fun o Private Sub MbMasterV71 SlaveReadResponse Data1 CLng CDate 1 1 Data2 CLng CDate 31 1 Data3 CLng CDate 1 10 Data4 CLng CDate 31 12 Apos a introducao das datas correctas de inicio de cada periodo o sistema gera os relatorios de forma completamente automatica 52
16. um DataLogger e n o permite a visualiza o dos par metros el ctricos lidos por cada analisador de energia online Wi LeM Este sistema permite somente o registo dos valores de energia de v rios dispositivos descentralizados limitado tendo apenas a vantagem de utilizar tecnologia wireless Optimal Monitoring System Dos sistemas que analisados neste estado de arte sem d vida o mais completo contudo tamb m o mais dispendioso A grande desvantagem n o permitir a visualiza o dos par metros el ctricos lidos por cada analisador de energia online Esta disserta o tem como principal objectivo o desenvolvimento e implementa o de um sistema de monitoriza o de baixo custo aplicado a grandes complexo Apresenta se como uma a solu o mais equilibrada Tabela 2 2 pois o Energy Monitor permite todas as funcionalidades das solu es atr s apresentadas possibilitando ainda a visualiza o dos par metros el ctricos lidos por cada analisador de energia online 13 Sendo de momento uma aplica o open source poder ser alvo de posteriores desenvolvimentos de forma a explorar mais funcionalidades Tabela 2 2 Tabela de compara o dos sistemas existentes E Monitor Lens Gr ficos sm sm sm n o sm sm Tabelas sm sm sm n o sm sm sm sm no sim sm FEFE Envio i p Correio Electr nico An lise S online Sim Sim Sim im 14 CAP TULO Ill AN LISE DE CONSUM
17. 3 10 Analisador de energia UPT210 marca ALGODUE Fig 3 11 Transformador de corrente rela o 50 5 Fig 4 1 Fun o de inicio de comunica o com os dispositivos utilizando o protocolo ModBus Fig 4 2 Fun o de fim de comunica o com os dispositivos utilizando o protocolo ModBus Fig 4 3 Interface de configura o da liga o Fig 4 4 Fun o de Status do sistema Fig 4 5 Janela de Status Aplica o ONLINE Fig 4 6 Comunica o Modbus Mestre Escravo Fig 4 7 Envio de mensagem Modbus do mestre para o escravo Fig 4 8 Interface de Leitura Aplica o ONLINE Fig 4 9 Configura o da rede Modbus normalmente utilizada Fig 4 10 Configura o da rede Modbus adaptada monitoriza o de grandes complexos Fig 4 11 Interface da aplica o ONLINE desligada Fig 4 12 Interface da aplica o ONLINE ligada Fig 4 13 Diagrama de carga efectuado pela aplica o ONLINE 26 28 29 32 34 35 36 36 37 38 38 39 40 41 46 47 47 48 48 49 49 49 50 50 52 55 56 Fig 4 14 Base de dados criada pela aplica o ONLINE ao monitorizar QGBT do DEE Fig 4 15 Aplica o LOGGER desligada Fig 4 16 Aplica o LOGGER ligada Fig 4 17 Formato do ficheiro de registo criado diariamente para cada analisador de energia Fig 4 18 Aplica o de teste de comunica o Fig 4 19 Aplica o de te
18. 3 6 Modelo OSI A camada de aplica o faz a interface entre o protocolo de comunica o e a aplica o que pediu ou receber a informa o atrav s da rede Por exemplo neste caso o Energy Monitor ao solicitar a recep o dos par metros el ctricos atrav s da aplica o ONLINE entrar em contacto com a camada de Aplica o do protocolo de rede efectuando a solicita o Esta camada apenas assegura as condi es para que os programas possam cooperar entre si A camada de aplica o o n vel mais alto do modelo OSI totalmente dedicada e dependente das aplica es a fornecer ao utilizador espec fico Os dispositivos ligados a uma rede Modbus interagem atrav s de t cnicas Mestre Escravo Fig 3 7 onde somente o mestre tem a capacidade de inicializar uma comunica o e limitando se o escravo a responder com o envio da informa o requerida pelo mestre 20 Fig 3 7 Comunica o entre mestre e escravo no protocolo Modbus A comunica o Modbus pode utilizar dois tipos de transmiss o ASCII ou RTU Remote Terminal Unit Os modos de comunica o definem a forma de codifica o das mensagens Modbus Fig 3 8 No modo Modbus RTU formato utilizado na implementa o do Energy Monitor utilizado o formato bin rio para codificar as mensagens tornando se as mensagens ileg veis para quem n o sabe qual a informa o requerida pelo mestre O tamanho das mensagens diminui permitindo um maior fluxo de mensagens n
19. 3524 56 564 32 2682 12 6771 00 1274484 1457 48 9042 71 23245 02 12 43 53 232 9 233 6 234 6 54 7 3 712 38 7 1227486 797 79 8693 48 21766 13 0 96 0 92 0 96 3435 19 339 86 2635 19 6410 24 1274648 867 16 9084 10 22697 74 12 46 57 232 5 2329 2339 54 6 3 232 38 6 1222643 693 21 8641 12 21560 75 0 96 0 92 0 96 3372 44 293 21 2586 64 6252 29 1268302 752 67 9019 96 22455 64 12 47 08 232 3 2329 233 8 55 5 3 232 38 6 1244482 69408 8618 65 21757 55 0 97 0 92 0 96 3382 02 291 48 2644 80 6318 30 1289619 752 80 9015 33 22664 31 12 47 18 232 1 233 2338 57 6 6 56 38 6 1296733 1412 01 8617 55 22996 89 0 97 0 92 0 96 3249 92 584 35 2644 46 6478 73 13368 38 1528 15 9014 17 23910 71 12 47 29 232 2327 2336 57 3 6 4 38 6 1292793 1373 35 8630 40 22931 69 0 97 0 92 0 96 3066 63 576 73 2583 43 6226 79 13286 67 1489 54 9008 77 23784 98 12 47 55 231 9 232 7 233 8 54 6 3 552 38 4 1218590 759 44 8600 11 21545 45 0 96 0 92 0 96 3410 30 325 80 2574 36 6310 46 1265410 826 37 8977 15 22457 63 Fig 4 14 Base de dados criada pela aplica o ONLINE ao monitorizar QGBT do DEE Atrav s destes relat rios poss vel comparar o consumo de instala es equipamentos e ou servi os similares responsabilizando os respons veis de cada departamento ou sec o pelos desvios observados 4 2 2 APLICA O LOGGER A monitoriza o das condi es de funcionamento duma instala o dos locais a monitorizar e dos equipamentos deve permitir determinar o consumo energ tico das instala es
20. 4 20 J D Glover M Sarma Power System Analysis and Design PWS KENT 1989 49 ANEXO A MANUAL DE INSTALA O PERSONALIZA O INSTALA O Nesta sec o far se uma an lise relativamente aos ficheiros necess rios para o bom funcionamento das aplica es desenvolvidas Todos os passos aqui descritos devem ser efectuados para que n o existam erros no funcionamento nas aplica es Uma das configura es mais importantes a frequ ncia de amostragem esta frequ ncia pode ser estabelecida pelo utilizador podendo ir de 1seg at 24h A aplica o tem como valor pr definido 5s pois para a situa o que se pretendia estudar era o intervalo de tempo que fazia sentido todavia este valor deve ser alterado de acordo com tipo de an lise que se pretende efectuar face ao n mero de contadores que se encontram na rede O protocolo Modbus define uma s rie de fun es as quais s o necess rias para O funcionamento da aplica o o primeiro passo que se deve efectuar uma c pia para a pasta c windows system no disco r gido do computador onde devem constar dois ficheiros essenciais e MbMasterV7 0cx ActiveXcontrol e Modbusm dll Depois de colocados na pasta devemos passar por refer ncia os ficheiros no VBA Visual Basic for Applications tal como est demonstrado na Fig B 50 aa Microsoft Visual Basic Trab completo 16 interface 3 xism design FolhaZ Code RA File Edit View Insert Form
21. 4 6653 91 12789 78 1497 09 9170 89 23457 76 12 39 03 233 2339 2348 547 624 38 6 1228813 134704 8673 26 2230842 0 96 0 92 0 96 3389 46 561 58 2596 26 6547 30 12747 02 1459 41 9053 50 23259 94 12 39 14 232 7 233 6 2345 55 7 624 38 7 12605 28 1343 85 8680 33 22629 46 0 97 0 92 0 96 2990 10 564 34 2663 72 6218 16 12955 07 1457 54 9079 84 23492 44 12 39 24 233 1 233 6 2346 54 7 64 38 7 1228382 1376 76 8666 97 22327 54 0 96 0 92 0 95 3437 70 582 34 2723 71 6743 74 12755 78 1494 85 908487 23335 50 12 39 35 233 233 5 2346 549 6 56 38 7 1232882 1410 51 8646 96 22386 29 0 96 0 92 0 95 3400 69 596 61 2780 27 6777 57 12789 24 1531 50 9082 94 23403 67 12 42 34 232 7 233 7 2345 549 6 24 38 4 1231136 1342 80 8625 86 22280 02 0 96 0 92 0 96 3395 87 567 97 2582 07 6545 91 12771 12 1457 98 900403 23233 13 12 42 45 232 5 233 6 2344 55 7 04 38 4 1233558 1517 85 8640 92 2249436 0 96 0 92 0 96 3402 55 632 79 2520 27 6555 61 12796 25 164447 9000 96 23441 68 12 42 55 232 3 2334 2344 55 672 38 6 1230099 1446 36 8657 37 2240472 0 96 0 92 0 96 3491 45 607 39 2591 50 6690 35 12786 89 1568 72 9036 92 23392 53 12 43 06 232 4 233 5 2344 549 4032 38 6 1225406 865 97 8647 96 21768 00 0 96 0 92 0 96 3526 37 368 90 2621 39 6516 66 1275137 941 27 9036 54 22729 17 12 43 32 232 7 233 4 2343 54 7 3 872 38 6 12260 10 833 16 8671 74 21765 01 0 96 0 92 0 96 3431 06 349 88 2529 26 6310 21 12731 16 903 65 9033 07 22667 87 12 43 42 232 9 233 6 2345 54 7 624 38 6 1224779 1343 79 8635 78 22227 36 0 96 0 92 0 96
22. 458 79 9082 16 23403 10 12 34 46 233 1 233 8 234 5 541 6 24 38 4 1215432 1343 60 8637 08 2213499 0 96 0 92 0 96 3352 55 568 31 2552 45 6473 32 12608 21 1458 85 9006 34 23073 40 12 35 27 233 1 233 5 2346 541 6 24 38 6 1213806 1342 11 8656 82 22136 99 0 96 0 92 0 96 3396 91 567 68 2624 07 6588 67 1260443 1457 23 9045 79 23107 44 12 35 37 232 9 233 6 2346 554 7 52 38 6 1228736 1619 86 8665 87 22573 08 0 95 0 92 0 96 3906 30 680 25 2594 05 7180 60 12893 34 1756 90 9045 79 23696 03 12 35 48 233 2336 2345 55 4 8 16 38 7 1241896 1761 31 8690 15 22870 41 0 96 0 92 0 96 3475 52 728 91 2634 18 6838 60 1289611 1906 18 9080 61 23882 90 12 37 01 233 4 234 2348 549 64 386 1228382 137941 8665 31 2232854 0 96 0 92 0 96 3630 15 583 46 2626 65 6840 25 1280899 1497 73 9054 66 23361 38 12 37 11 233 2 2339 2348 547 64 38 6 1232684 1378 46 8682 68 22387 98 0 97 0 92 0 96 3299 18 583 06 2565 93 6448 17 12760 70 1496 70 9053 89 23311 30 12 37 22 233 1 233 8 2348 57 1 7 52 38 7 1310051 1622 94 8701 64 23425 08 0 98 0 92 0 96 2372 05 676 60 2637 66 5686 31 13313 53 1758 33 9092 62 24164 47 12 37 33 233 1 233 8 2346 57 9 7 04 38 7 1347357 1517 57 8676 42 23667 56 1 00 0 92 0 96 853 42 637 30 2694 74 4185 46 13500 557 1645 95 9085 26 24231 79 12 38 42 232 8 234 2349 55 7 3 872 38 7 1253509 833 56 8685 30 22053 95 0 97 0 92 0 96 3302 63 355 10 2697 50 6355 22 12962 86 906 05 909455 22963 46 12 38 52 233 1 2339 2349 549 64 39 1234214 1380 32 8758 20 22480 65 0 97 0 92 0 96 3354 12 579 66 2720 1
23. 5 53730 01 06 2009 392 61 189123 191239 209161 192453 92670 93707 102489 02 06 2009 372351 249443 125611 390002 182452 122227 61549 292304 Fig 4 17 Formato do ficheiro de registo criado diariamente para cada analisador de energia Atrav s da cria o de relat rios de consumo Fig 4 17 de um n mero ilimitado de pontos de medi o localizados em uma ou mais complexos poss vel medir os custos reais incorridos nos diversos sectores departamentos ou mesmo em equipamentos cr ticos com benef cios imediatos transpar ncia da contabilidade conhecimento dos custos das actividades ajuste da pol tica de tarifas contratadas investimento em novos equipamentos A informa o recolhida armazenada em ficheiros distintos cada qual com a identifica o do contador proveniente e a data a que se refere Com isto torna se poss vel comparar consumos em locais distintos A aplica o lista de forma clara o valor da energia activa e reactiva de cada dispositivo que se encontre ligado a rede separando os valores de consumo pelos respectivos per odos tarif rios facilitando assim a posterior an lise dos mesmos 4 3 ESPECIFICA O E UTILIZA O Com estas aplica es poss vel recolher dados relativamente aos consumos energ ticos di rios tra ar diagramas de carga criar registos de consumos por departamento efectuar a factura o separada identificar picos de energia e poss veis falhas Refira se ainda que estas aplica e
24. Fig 4 2 apresentado o c digo que termina uma comunica o repondo todas as vari veis ao seu valor inicial de forma a tornar poss vel o in cio de uma nova comunica o 29 Handler for the DISCONNECT Button Private Sub Desconectar Click Tell the control to Disconnect MyStatus MbMasterV71 Disconnect MyHandle MyHandle 1 ConnectSerial Enabled True Desconectar Enabled False status Text Not Connected READMODBUS Enabled False End Sub Fig 4 2 Fun o de fim de comunica o com os dispositivos utilizando o protocolo ModBus atrav s desta tecnologia que s o criadas todas as interfaces gr ficas que auxiliam o utilizador em todo o processo de manuseamento deste sistema de monitoriza o As fun es de comunica o s o facilmente preenchidas com os dados necess rios atrav s da interface que se apresenta na Fig 4 3 Caso estas interfaces n o existissem o processo seria muito mais moroso e menos intuitivo onnect eee eee ere re rt Fig 4 3 Interface de configura o da liga o Atrav s desta tecnologia foram tamb m criadas fun es que permitem ao utilizador ter uma no o clara da situa o em que o sistema se encontra isto poss vel atrav s de fun es de Status cujo respectivo se apresenta na Fig 4 4 Esta importante fun o permite ao utilizador saber mais pormenores sobre a liga o mostrando atrav s de mensagens de texto simples o estado do sist
25. MONIO iara siena T doca aa Saad 34 A2 Apicac do ONLINE ceed trek ae E EEE EE ie Se eita 35 ADEN CAG O LOGGE Riisa TNE eas aa Ai Se a a 40 AS Especifica o e WN ZAC AO facccgasesecesedecnctasdacwscadsxedsadazactacadabaredesestaccciusitedideasetaiasteeceuezeceaes 43 Capitulo V CONGCIUS OCS aa fe iai aU Sidi ada 46 5 1 S ntese das Aplica es Inform ticas e Contribui es ccceccceeecceeeseceeseeeneeeeeseeneens 46 Sd prerspecinas ge Trabalho Ftu O anren E bhadabaaeneten 48 RETEREM Cla Seano Da E 49 Referencias BIDIIOBRATICAS assina a DOS nada aaee Ga 49 Anexo A Manual de Instala o Personaliza o ccccceessseessseeseeseeecececccsceseeeeseeeseeesseeeeees 50 EA Oaa O a 50 PER ONZI I a O O O a 52 vii viii LISTA DE FIGURAS Fig 2 1 Vis o global do consumo de energia do Energy Lens 3 Fig 2 2 Solu o sem fio implementada pela Qenergia 5 Fig 2 3 Interface gr fica Optimal Monitoring 6 Fig 3 1 Vis o global do sistema ENERGY MONITOR Fig 3 2 Liga o de v rias redes de analisadores locais a um servidor Fig 3 3 Per odos Tarif rios estabelecidos pela EDP Fig 3 4 Esquema da rede de comunica o implementada Fig 3 5 Esquema de comunica o utilizando a internet Fig 3 6 Modelo OSI Fig 3 7 Comunica o entre mestre e escravo no protocolo Modbus Fig 3 8 Formato de mensagem Modbus Fig 3 9 Conversor RS 485 Ethernet marca LUMEL Fig
26. OS EM GRANDES COMPLEXOS Sum rio A an lise de consumos indispens vel em qualquer industria ou empresa com dimens o consider vel onde podem existir excessos energ ticos dif ceis de detectar ganha import ncia acrescida quando aplicada a grandes complexos 3 1 VIS O CONCEPTUAL DO SISTEMA O sistema apresentado nesta disserta o composto por duas aplica es 1 ONLINE 2 LOGGER Estas aplica es s o completamente parametriz veis expans veis e adapt veis a qualquer tipo de complexos onde existam v rios pontos de consumo energ tico descentralizados A configura o do sistema apresentada na Fig 3 1 Analisador 1 Analisador 2 Analisador 3 Analisador 4 Fig 3 1 Vis o global do sistema ENERGY MONITOR Na Fig 3 1 poss vel ter a vis o global do Energy Monitor As duas aplica es que constituem este sistema apresentam v rias funcionalidades distintas 15 A aplica o ONLINE permite a an lise online dos par metros el ctricos que os equipamentos de an lise utilizados permitem adquirir tais como e Tens es simples e compostas Correntes Factor de pot ncia Pot ncias aparente activa reactiva e Frequ ncia A monitoriza o destas grandezas de grande import ncia pois atrav s delas poss vel construir gr ficos e tabelas que permitem analisar o comportamento dos v rios equipamentos cargas el ctricas Os valores adquiridos podem ser utilizados para elaborar
27. UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Departamento de Engenharia Electrot cnica Sec o de Electrot cnica e M quinas El ctricas Efici ncia Energ tica Sistema de Monitoriza o de Consumos de Energia Por Jo o Carlos Amador Guerreiro Disserta o apresentada na Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obten o do grau de Mestre em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Orientadores Professor Jo o Francisco Martins Eng Pedro Miguel Ribeiro Pereira Lisboa 2009 AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar aos meus orientadores Prof Joao Francisco Martins e Eng Pedro Miguel Ribeiro Pereira pela credibilidade apoio e disponibilidade bem como todos os conselhos e sugest es de fundamental import ncia para a realiza o deste trabalho mostrando me que n o h limites para a criatividade Muito obrigado pela dedica o e amizade Ao Departamento de Engenharia Electrot cnica e em particular a Sec o de Electrotecnia e M quinas El ctricas pelos meios disponibilizados e total apoio para a realiza o deste trabalho A Farm cia S o Pedro por ter apoiado este projecto desde inicio patrocinando parte do material nele envolvido um bem haja Aos meus amigos de inf ncia Francisco Louren o S rgio Baleia Pedro Vieira M rio Portela D cio Alegria Andr Soares a quem dedico este trabalho com grande amizade pois sempre me apoiaram e motivaram a
28. a poderem ser posteriormente revistos e ou analisados Atrav s da aplica o LOGGER o sistema efectua o registo dos valores de consumos de energia activa e reactiva separando os por analisador reportando ainda toda a informa o recolhida a cada intervalo de 24h para um servidor onde s o guardados todos os ficheiros di rios Estes dados podem por op o ser enviados tamb m de forma peri dica para endere os de correio electr nico O sistema atrav s de fun es de Status desenvolvidas informa atrav s de mensagens qual o estado da liga o de cada rede implementada reportando anomalias ao utilizador atrav s de mensagens simples no espa o criado para o efeito O sistema desenvolvido flex vel apresenta uma interface amig vel e uma grande capacidade de armazenamento de dados usando o disco r gido do PC para o efeito Este trabalho descreve o desenvolvimento de um sistema de monitoriza o de consumos de energia el ctrica que pode ser muito til para instala es industriais ou comerciais apresentando um custo reduzido de plataforma Tanto o hardware como o software contribuem para que se tenha obtido um sistema completo de baixo custo uma vez que para al m do reduzido custo do equipamento este sistema pode ser instalado utilizando redes Ethernet j existentes A sua utiliza o em grandes complexos assim facilitada devido ao facto de permitir ultrapassar eventuais limita es de dist ncia Os objec
29. ante conhecer a evolu o dos consumos ao longo dos ciclos di rios e semanais de funcionamento das instala es Para grandes complexos onde existem in meros pontos de contagem de energia a solu o manual tradicional tem um custo elevado pois exige pessoal que fa a o percurso dos contadores registe as leituras e posteriormente as introduza numa aplica o inform tica que por fim procede a sua an lise O sistema a implementar permite que esta tarefa seja realizada de modo autom tico com a frequ ncia desejada e sem erros de leitura ou an lise tornando se assim uma solu o simples econ mica e eficaz 2 2 METODOLOGIA DE TRABALHO Para desenvolver um sistema de monitoriza o de energia necess rio definir todas as etapas pelas quais o trabalho ter de passar para que se torne um sistema que d resposta aos objectivos delineados An lise A fase inicial do trabalho foi dedicada pesquisa de informa o relacionada com protocolos equipamentos e ficheiros de configura o necess rios SO assim foi poss vel tra ar o perfil completo a alcan ar com este trabalho Estando o objectivo delineado tornou se mais f cil perceber qual a metodologia a adoptar para implementar um sistema de monitoriza o de consumos de energia aplicado a grandes complexos Ap s a an lise e discuss o sobre vantagens desvantagens e limita es de utiliza o dos protocolos e equipamentos dispon veis no mercado foi decidido que o prot
30. at Debug Run Tools Add Ins Window Help Ecs E Project VBAProject x gt 1 ff Additional Controls General a E aa E z Macros amp amp VBAProject Trab comp Microsoft Excel Objects Options VBAProject Properties Digital Signature s m gt Properties x Alphabetic Categorized References VBAProject Visual Basic For Applications Microsoft Excel 12 0 Object Library OLE Automation Microsoft Office 12 0 Object Library Microsoft Forms 2 0 Object Library Microsoft Calendar Control 2007 Microsoft Windows Common Controls 6 0 SP6 mbMasterV ActiveX Control module Microsoft ActiveX Data Objects Multi dimensional 2 Microsoft ActiveX Data Objects 2 0 Library Microsoft Graph 12 0 Object Library MISSING Microsoft Office Web Components 11 0 MISSING Microsoft Grid Control kel Microsoft Word 12 0 Ohiert ihrary mbMasterV ActiveX Control module Location CiIVINDOW S system imbMasterVZ 0cx Language Standard Fig B Passagem do Protocolo por refer ncia em VBA Deve gravar as altera es efectuadas e reiniciar o computador em seguida as aplica es ONLINE e LOGGER j devem estar dispon veis para correr conforme desejado 51 PERSONALIZA O Existem v rios par metros que podem ser personalizados no Energy Monitor Ser o descritos nesta sec o os mais importantes tais como e Intervalo de tempo entre
31. ctivo principal deste trabalho elaborar um sistema computacional a ser utilizado em grandes complexos que permita n o s o registo dos valores da energia activa reactiva medidos em cada um dos analisadores de energia el ctrica instalados mas tamb m a analisar as grandezas el ctricas caracter sticas de um sistema de energia Com desenvolvimento deste sistema pretende se ultrapassar as dificuldades que surgem quando se pretende monitorizar a energia em grandes complexos onde complicado ter a percep o exacta da distribui o dos consumos energ ticos A utiliza o de um sistema deste tipo possibilita uma criteriosa an lise da distribui o do consumo de energia a fim de avaliar poss veis interven es Atrav s do conhecimento desta distribui o de consumos pode se ent o tentar reduzir os consumos minimizar picos e desperd cios afectando os custos envolvidos aos diferentes departamentos fornecendo indica es precisas sobre a validade das solu es apresentadas tarif rio e possibilitando a verifica o da exactid o dos valores debitados pela empresa de distribui o de energia el ctrica 1 2 2 OBJECTIVOS ESPEC FICOS O sistema dever dar resposta aos seguintes objectivos espec ficos An lise online dos par metros el ctricos nos v rios pontos de consumo Registo da energia activa e reactiva nos v rios pontos de consumo Sistema de baixo custo 1 3 ESTRUTURA DA DISSERTA O A presente disserta
32. de um simples computador que pode ter acesso at 250 contadores efectuar os registos de energia com a periodicidade desejada entre 5 e 30 minutos e posterior exporta o para an lise oferecendo assim uma redu o bastante consider vel do tempo outrora despendido na desloca o instala o 5 Energy Meter Node EMN Mesh Gate MG Fig 2 2 Solu o sem fios implementada pela Qenergia 5 11 Optimal Monitoring System O sistema Optimal Monitoring uma solu o orientada para a recolha e elabora o de relat rios de dados energ ticos Fig 2 3 imal Y Optimal Communications Support welcome to the Support Account monitoring System ISX E report creator fa documentation fa administration E alarm E transmitter 5 log out Tue 16 Sep 2008 a gt SETE Tuesday 16th September 2008 kWhh A Transmitters London School 01 Economics Ludwick Nurser 60 Mak survery kf care of Optimal Coma amp Maple Grove Easibrook Primary Sch D E Moin a 40 6 Kichen 20 0 00 01 02 03 04 05 06 07 06 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Hour pS G Eastbrook P School G M kWhh v aple Grove Ea Primary Sc G ain Fig 2 3 Interface gr fica Optimal Monitoring 6 O Optimal Monitoring um sistema automatizado utilizado para medir o consumo e os custos podendo tamb m enviar mensagens de alarme em caso de falha de alimenta o ou
33. detectar defici ncias no funcionamento dos sistemas e calcular as medidas mais eficientes em termos energ tico econ micos Complementarmente pode prevenir e detectar avarias que eventualmente tenham lugar durante uma poss vel auditoria A aplica o LOGGER Fig 4 15 torna poss vel o armazenamento continuo de dados relativos aos consumos de energia activa e reactiva de v rios pontos de consumo podendo estes estar separados por edif cios departamentos sec es ou equipamentos Os analisadores de energia podem estar ligados atrav s da Internet ou atrav s de liga es rea local Ethernet No primeiro caso um nico servidor capaz de recolher toda a informa o dos n analisadores ligados a m conversores No segundo caso cada rede local caso exista mais do que uma necessita de um servidor onde ficar o localizadas todos os ficheiros di rios 40 Com esta aplica o poss vel criar um hist rico de consumos que poder ser utilizado para compara o dos consumos entre edif cios departamentos sec es ou equipamentos id nticos e posterior factura o dos mesmos Fig 4 15 Aplica o LOGGER desligada Funcionalidades A aplica o LOGGER apresenta uma interface simples tendo apenas quatro bot es e duas caixas de texto onde aparecem informa es sobre o funcionamento e estado da aplica o A aplica o apresenta as seguintes funcionalidades Logger Connect Serial Button Start Button Save Bu
34. e compara o de dados energ ticos que permitam a verifica o da efici ncia de um departamento ou de um equipamento por compara o com outros de funcionamento semelhante igualmente importante efectuar o registo hist rico dos v rios consumos e fazer o planeamento de interven es altera es necess rias de forma a optimizar esses mesmos consumos Estas ac es s o imprescind veis para uma consequente redu o do custo da factura energ tica a curto m dio e longo prazo Todo este processo n o pode ser efectuado de forma directa necess rio comparar consumos custos e resultados com outros pontos de consumo an logos permitindo uma r pida identifica o divulga o e adop o das melhores medidas e pr ticas a adoptar O desenvolvimento de um sistema que permita aos respons veis pela instala o definir alertas autom ticos atrav s de envio de mensagens de correio electr nico relativas aos consumos anuais mensais semanais ou at mesmo di rios torna se uma ferramenta til para permitir uma redu o dos consumos existentes e induzir altera es comportamentais nos utentes Um sistema com estas caracter sticas apresenta ainda vantagens ambientais uma vez que a redu o dos consumos de energia significa menos emiss es de di xido de carbono para a atmosfera e vantagens financeiras para a gest o do edif cio associadas a redu o dos custos de energia 1 2 OBJECTIVOS 1 2 1 OBJECTIVOS GERAIS O obje
35. e equipamentos similares com esta perspectiva facilmente se podem detectar desvios e consumos de energia sup rfluos 3 4 2 FUNCIONALIDADES A aplica o LOGGER permite a recolha sistem tica dos dados necess rios a uma efectiva gest o de energia e permite a automa o de algumas tarefas atrav s da cria o de relat rios possibilitando a consulta remota ou envio autom tico por e mail Esta aplica o n o substitui a aplica o ONLINE esta aplica o permite a recolha dos dados e produz os relat rios necess rios a gest o de energia de forma aos consumidores de poderem ajustar as taxas impostas pelo fornecedor de energia ajustando se aos quatro per odos de factura o anuais cada um programado de forma din mica de maneira a que os per odos di rios horas do dia estejam de acordo com o per odo presentemente a decorrer Esta aplica o tr s benef cios ao aumentar a transpar ncia da contabilidade pois ganha se detalhe no conhecimento do custo das actividades e ganha se informa o essencial para 26 ajustar os tarif rios contratados e a pol tica de investimento em novos equipamentos de energia Com esta informa o poss vel procurar processos e procedimentos de opera o mais eficazes que conduzam a um desempenho superior comparando os consumos entre instala es e equipamentos an logos possibilitando a emiss o de uma factura ao respons vel por cada departamento de forma a prestar contas pelos des
36. ectrical parameters such as voltage current intensity frequency power factor This system has two available applications ONLINE and LOGGER The ONLINE application displays online the electrical parameters collected for each analyzer allowing graphic and printing facilities sends reports to email accounts and keeps the recorded data in a file The LOGGER application records the active and reactive energy consumption recorded by all of the electrical energy analyzers in the network The system supports an unlimited number of analyzers and is fully customizable XV XVI CAP TULO INTRODU O Sum rio Este trabalho contempla o desenvolvimento de um sistema de monitoriza o de energia el ctrica designado por Energy Monitor tamb m feita uma an lise cr tica ao consumo energ tico excessivo que se faz sentir no mundo nos dias de hoje Os combust veis f sseis nomeadamente o petr leo s o um recurso natural finito a sua disponibilidade na natureza est comprometida devido explora o que tem sido feita de forma inconsciente tornado o cada vez mais escasso Esta escassez provoca infla o do pre o deste recurso Grandes complexos apresentam normalmente consumos de energia extremamente elevados sendo necess rio controlar os consumos de energia quase imposs vel controlar o consumo energ tico de centenas de pessoas que por dia frequentam um complexo desta natureza tornando se fundamental a monitoriza
37. ema de monitoriza o Estas mensagens s o apresentadas no espa o designado por Status Fig 4 5 em ambas as aplica es Estas mensagens s o essenciais para que o utilizador perceba se est a introduzir os valores de configura o correctos caso deseje efectuar leituras pontuais com a aplica o 30 ONLINE servindo tamb m para dar informa es sobre o estado global do sistema de monitoriza o Generic function to display status value returned from PollModbus WriteModbus Public Sub show status Errlode As Integer If ErrCode 0 Then Status Text ElseIf ErrCode Status Text lt 255 Then Slave Device Exception Response ElseIf ErrCode 756 Then Status Text Invalid Connection Handle ElseIf ErrCode 757 Then Status Text Message Overrun ElseIf ErrCode 258 Then Status Text Invalid Point Address ElseIf ErrCode 759 Then Status Text Invalid Slave Node Address ElseIf ErrCode 760 Then Status Text Invalid Length ElseIf ErrCode 2761 Then Status Text Unsupported Modbus Command ElseIf ErrCode 2763 Then Status Text Slave Device Time Out ElseIf ErrCode 2764 Then Status Text Invalid Transmission Mode ElseIf ErrCode 765 Then Status Text Invalid CRC In Slave Response ElseIf ErrCode 2766 Then Status Text Connection Not Established ElseIf ErrCode 267 Then status Text Invalid Slave Response ElseIf E
38. er SE er UPT240 Print RS 485 else erica y ja PD8 Ethernet Fig 3 2 Liga o de v rias redes de analisadores locais a um servidor Atrav s desta aplica o poss vel efectuar uma posterior factura o por cada rede implementada tendo o servidor total conhecimento de quais os dispositivos contidos em cada rede de forma a poder ser feita uma compara o de consumos Esta compara o pode ser feita n o s em termos temporais de m s para m s mas tamb m entre equipamentos similares Nesta perspectiva ser poss vel detectar facilmente consumos exagerados ou desvios an malos Esta aplica o disponibiliza a informa o necess ria a um poss vel ajuste ao tarif rio em vigor A aplica o efectua o ajuste autom tico dos quatro per odos tarif rios do ano predefinidos Fig 3 3 n o sendo necess rio qualquer tipo de interven o ou altera o manual 17 Per odos Tarif rios 5 12 o Nos termos do Regulamento Tarif rio consideram se os seguintes periodos tonfarios l Periodos timestrais e Periodo de 1 de Janeiro a 31 de Marco Periodo ll de 1 de Abril a 30 de Junho Periodo ll de 1 de Julho a 30 de Setembro Periodo IV de 1 de Outubro a 31 de Dezembro 2 Periodos hor rios Horas de ponta Horas fora de vazio z Horas cheios Horas de vazio normal Horas de vazio Z Horas de super vazio Fig 3 3 Per odos Tarif rios estabelecidos pela EDP 7 Esta
39. grandezas el ctricas que est o a ser monitorizadas pelo respectivo analisador de energia como pode ser visto na Fig 4 12 Connection Parameters Graph Exit ey O Connect Serial Point Adress 0001 Point Type 3 o W Real Time Fig 4 12 Interface da aplica o ONLINE ligada O separador Graph permite a visualiza o dos valores de energia quer sob a forma de registo gr fico e tabela permitindo facilmente a identifica o de contribui es temporais e valores de pico tal como se mostra na Fig 4 13 38 Pot ncia j ER Hora Valor 05 08 2009 18 39 49 3318 87 05 08 2009 18 39 52 3317 83 05 08 2009 18 39 55 3313 71 05 08 2009 18 39 57 3314 02 05 08 2009 18 40 00 3311 56 05 08 2009 18 40 02 3309 78 05 08 2009 18 40 05 1669 47 05 08 2009 18 40 07 1669 04 05 08 2009 18 40 10 1670 54 05 08 2009 18 40 13 1669 25 05 08 2009 18 40 15 736 942 05 08 2009 18 40 18 1637 248 05 08 2009 18 40 20 3312 81 ee 05 08 2009 18 40 23 3313 84 05 08 2009 18 40 25 3312 77 05 08 2009 18 40 28 3309 87 05 08 2009 18 40 31 1665 7 05 08 2009 18 40 31 1666 83 18 40 02 18 40 11 18 40 19 18 40 28 18 40 37 Horas Data Inicial 5 8 2009 Data Final 5 8 2009 Energy 778767 3 Wh _Cakulate save mat Print om Fig 4 13 Diagrama de carga efectuado pela aplica o ONLINE Os campos designados por Data Inicial e Data Final definem os intervalos de datas que o utilizador pretende visualizar
40. http www energylens com oUPTuts visto em 26 12 2009 4 http www hughes energy com MT H EMS aspx visto em 26 12 2009 5 http www qenergia pt 120 contagem de energia wireless htm visto em 26 12 2009 6 http www optimalcomms net OptimalSystem Overview aspx visto em 26 12 2009 7 http www erse pt pt electricidade tarifaseprecos periodoshorarios Paginas default aspx visto em 26 12 2009 8 http homepage ufp pt Imbg textos norma osi html visto em 26 12 2009 9 http www algodue com visto em 26 12 2009 10 http www lumel com pl en visto em 26 12 2009 14 http www modbus org visto em 26 12 2009 15 http www modbus org docs Modbus Application Protocol V1 1b pdf REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS 11 Implementaci n de una Red MODBUS TCP Andr s F Ruiz Olaya Asfur Barandica L pez Fabio G Guerrero Moreno 12 International Journal of Information Technology amp Decision Making Vol 2 No 4 2003 669 681 World Scientific Publishing Company 13 Engineers Journal Volume 63 Issue 1 January February 2009 16 REDES INDUSTRIAIS Aplica es em Sistemas Digitais de Controlo Distribu do Pedro Albuquerque e Auzuir Alexandria 2007 17 Data Communications for Instrumentation and Control Steve Mackay Edwin Wright John Park 2003 18 Automation Network Selection Dick Caro 2004 19 J J Grainger W D Stevenson Power System Analysis McGraw Hill 199
41. ios no que concerne energia el ctrica nomeadamente relacionados com a garantia de fornecimento desta a pre os convenientes No caso particular dos sistemas de distribui o de electricidade os avan os tecnol gicos e as consequ ncias da reestrutura o dos sistemas de distribui o de energia t m sido particularmente significativos A tradicional actividade de distribui o foi em consequ ncia da reestrutura o dos sistemas de distribui o de energia desmembrada num conjunto de actividades separadas nomeadamente na actividade de distribui o de electricidade e na actividade de comercializa o de electricidade Novas actividades est o a emergir impulsionadas quer pelos desenvolvimentos tecnol gicos quer pelas reformas operadas nos sistemas de distribui o de energia entre estas actividades encontra se a produ o de energia el ctrica em muito pequena escala vulgarmente designada por micro gera o No caso particular de Portugal a micro gera o pode contribuir para atingir o objectivo de em 2010 39 do consumo bruto de energia do pa s seja proveniente de energias renov veis A tecnologia fotovoltaica e a produ o combinada de calor e electricidade podem ser uma realidade t cnica e economicamente vi vel As potencialidades n o se resumem apenas produ o de energia el ctrica de forma eficiente aproveitando por exemplo a produ o combinada de calor e electricidade estendem se ao controlo do perfil de carga do
42. ise de energia como se pode ver na Fig 4 1 onde se apresenta o c digo utilizado para efectuar a liga o a cada analisador Nesta fun o s o definidos par metros importantes que v o desde a velocidade de comunica o bits de paridade bits de dados bits de paragem tempo limite para estabelecer uma comunica o e modo de transmiss o a partir desta fun o que todo o processo de monitoriza o come a Handler for the CONNECT SERIAL Button Private Sub ConnectSerial Click MbMasterV71 BaudRate 9600 S600 Baud MbMasterVY1 PARITY 0 O NOPARITY 1 ODDPARITY 2 EVENPARITY 3 MARKPARITY 4 SPACEPARITY MbMasterVil DataBbits amp S DataBits MpMasterVT1 StopBits 0 O ONESTOPBIT 1 ONESSTOPBITS 2 IWOSTOPBITS MbMasterVil TimeOut 5000 2000 msec MbHasterV71 TransmissionMode 1 O ASCII 1 RIU MyHandle MbMasterV71 ConnectSerial 3 Ligar porta COM 1 If MyHandle gt O Then MyHandle funciona como uma flag que informa o estado da conex o ConnectSerial Enabled False Desactiva o bot o de conex o na form Desconectar Enabled True Activa o bot o para desconectar a liga o Status Text Connected Informa que a conex o foi bem sucedida READMODBUS Enabled True Activa bot o de leitura Else A Conex o Falhou Status Text Not Connected Informa que a conex o foi mal sucedida End If End Sub Fig 4 1 Fun o de inicio de comunica o com os dispositivos utilizando o protocolo ModBus Na
43. n lise Para se conseguir efectuar an lises online relevante o tempo que demora um analisador a obter uma leitura completa dos par metros el ctricos estabeleceu se um tempo m nimo de 5s entre leituras quando implementados numa rede de pelo menos dois analisadores Escolha da Tecnologia Estando o protocolo estabelecido e os equipamentos escolhidos foi feita uma abordagem sobre o software de desenvolvimento a utilizar Foi escolhida a tecnologia VBA Visual Basic for Applications visto ter uma base de dados associada Presente no Microsoft Excel f cil de trabalhar e existir facilidade de passagem do protocolo Modbus como refer ncia neste ambiente Para al m disso o VBA tem uma grande capacidade de personaliza o e expans o Outra vantagem o facto de esta tecnologia VBA estar presente na maior parte dos computadores pois faz parte do conjunto de aplica es dispon veis no pacote denominado de Microsoft Office facilitando assim todo o processo de instala o das aplica es a desenvolver Desenvolvimento das Aplica es No processo de desenvolvimento da aplica o foi tida em conta a complexidade das interfaces Estas teriam de ser simples as aplica es t m de ser completamente expans veis tanto em n mero de equipamentos como funcionalidades e flex veis de forma a poderem ser ajustadas a cada situa o Foram desenvolvidas duas aplica es ONLINE e LOGGER A aplica o denominada ONLINE tem como
44. o mesmo intervalo de tempo In cio Endere o Fun o Dados C digo Fim detector de erros Fig 3 8 Formato de mensagem Modbus Os equipamentos escolhidos para implementar o sistema t m de ser compat veis com o protocolo utilizado optando se por analisadores de energia da marca Algodue modelo UPT 210 8 e conversores da marca LUMEL modelo PD8 9 21 Assim os dispositivos utilizados para implementar a rede s o PD8 Conversor RS 485 Ethernet UPT210 Analisador de energia TI Transformador de corrente com rela o de 50 5 Nos pontos seguintes ser feita uma descri o mais detalhada de cada uma dos dispositivos enunciados anteriormente Conversor RS 485 Ethernet Fig 3 9 Conversor RS 485 Ethernet marca LUMEL O conversor escolhido foi o modelo PD8 da marca LUMEL Este conversor tem como objectivo possibilitar a convers o dos dados entre os dois tipos de rede aqui utilizados RS485 Ethernet e tem como principais caracter sticas e Formato de dados 9 10 11 12 Bit e Velocidade de transmiss o RS 485 300 600 1200 2400 4800 9600 19200 38400 56000 Bit s e Tempo m ximo de resposta 1000 ms e Distancia maxima de transmiss o acima de 1200m a 9600 Bit s e Interface Ethernet 10 100 Base T e Protocolo de Transmiss o Ethernet Digi Real Port TCP IP http ICMP DHCP ARP e Velocidade de transmiss o Ethernet 10 100 Mbit s e Distancia de transmiss o
45. o proporcionarem bons momentos na sua companhia de forma a n o desistir um grande abra o Dedico este trabalho aos meus pais e ao meu irm o que sempre me apoiaram em tudo na minha vida apostaram na minha forma o acreditando sempre que seria capaz de alcan ar os meus objectivos Finalmente quero agradecer com todo o carinho a pessoa que sempre esteve junto a mim e me ajudou a alcan ar este projecto de vida Diana Magno Nunes que sempre me acompanhou nos momentos f ceis dif ceis alegres e tristes mostrando me que o amore a amizade s o elementos deveras importantes na vida obrigado por fazeres parte da minha Quero agradecer de forma muito carinhosa aos meus queridos av s que por muita pena minha n o podem ver o seu maior desejo concretizado mas bem sei que est o a olhar por mim um grande beijo para voc s tudo aquilo que hoje sou devo o a voc s Diana e a nossa futura vida em comum NDICE Agradecimento S siete tenet E sa tanral ae cabayradtedssad sv aeaans lav A lil AC EE E EAI AIEEE E AIEEE E EE EE AEEA EE EEIE AIE EETA vi HSCS ClO FIGURAS ste eros E A E T A E T ix LVS Tal ST AD CAS season a eee te de E SS acean tants xi GIOSS ANNO sapata Ao banana RS ee eee a nea xii RESUMO cionta atada cules ae cece ent aes eames ied eee nae ado A Eta s a anta XIV PU SUN AC tect tae tact TNR XV Capt Ulo Mitr OGUC AO si a DS RR en os 1 TAL MOLIVA O cn DS O Aa a ee aes 1 T2 OID S CCV OS paia carats E E auawe a ee tiace
46. ocolo a utilizar seria o protocolo Modbus RTU 1 O factor decisivo foi o custo que os analisadores que suportam este protocolo t m face aos restantes Profibus FieldBus Rede CAN associado sua simplicidade de utiliza o e implementa o Foi necess rio adquirir um conhecimento profundo das grandezas que os equipamentos permitem analisar pois s assim foi poss vel avan ar para a fase de desenvolvimento das aplica es que v o dar suporte ao sistema desenvolvido Escolha de Material Neste caso os equipamentos adoptados foram os analisadores da marca Algodue modelo UPT210 e conversores da marca Lumel modelo PD8 Ethernet RS485 A escolha desta solu o deve se ao facto de ser necess rio contemplar alguns requisitos m nimos para que a aplica o seja vi vel o equipamento de an lise deve ter uma porta de comunica o RJ485 de forma a poder ser ligado ao computador onde est o a ser executadas as aplica es desenvolvidas ser completamente compat vel como o protocolo Modbus RTU e ser capaz de efectuar leituras em intervalos de 5s sem erros de comunica o numa rede com pelo menos dois analisadores caso pr tico utilizado Este ltimo requisito importante de forma a apresentar um registo suficientemente rico em informa o para posterior an lise O equipamento ao ter dispon vel uma porta de comunica o permite que sejam recolhidos valores dos registos sendo guardados temporariamente os valores recolhidos da carga em a
47. omando da fun o Modbus que queremos requisitar Address READADDRESS Text Endere o do registo Length READLENGIH Text quantidade a ler MyStatus MbMasterV 1 PollModbus MyHandle Slave Cmd Address Length If MyStatus O Then Verifica se o pedido foi enviado Status Text Busy Else show status MyStatus End If End Sub Fig 4 7 Envio de mensagem Modbus do mestre para o escravo 32 cr air bee oer erdoUisposTino colo Reate So Fig 4 8 Interface de Leitura Aplica o ONLINE A rede Modbus tradicional apresenta a seguinte configura o Fig 4 9 Conversor R 232 para Rede RS 485 ModBus Slave hd 6 ModBus Slave Fig 4 9 Configura o da rede Modbus normalmente utilizada A monitoriza o de energia em grandes complexos s poss vel atrav s de uma rede de comunica o que permita a descentraliza o dos equipamentos de an lise de energia Como a localiza o dos analisadores de energia em grandes complexos n o centralizada esta topologia de rede Fig 4 9 n o permite a recolha dos dados e a sua focaliza o num s ponto Servidor como pretendido A rede de comunica o utilizada pelo Energy Monitor foi desenvolvida e pensada de forma a evitar elevados custos associados aos equipamentos e tendo em linha de conta a total funcionalidade do sistema bem como a sua poss vel amplia o esta topologia de rede est apresentada na Fig 4 10 desta forma po
48. os consumos existentes e de quanto se pode poupar criando para isso se necess rio metas a cumprir internamente Estas medidas t m como finalidade n o s da redu o dos consumos energ ticos mas tamb m uma redu o do impacto ambiental Podem parecer reformas simples mas ap s um per odo de contagens alargado torna se claro quais os excessos que ocorrem podendo assim ser criadas iniciativas para reduzir alguns excessos ou um ajuste das tarifas contratadas passando por ac es de sensibiliza o internas para alunos docentes e funcion rios Atrav s do uso de v rias tecnologias entre elas est o algumas de utiliza o mais habitual fazendo parte do quotidiano da maior parte das pessoas Microsoft Windows foi poss vel o 28 desenvolvimento deste sistema As aplica es foram desenvolvidas em VBA Visual Basic for Applications tecnologia presente no pacote de software denominado por Microsoft Office Aproveitando as potencialidades deste pacote de Software Microsoft Office foi escolhida a ferramenta Microsoft Excel como base de dados para as aplica es desenvolvidas sendo esta uma ferramenta que permite trabalhar sobre folhas de c lculo efectuar todos os c lculos necess rios e guardar todos os registos de leitura efectuados pelos analisadores de energia na sua base de dados A tecnologia VBA foi adoptada para desenvolver todas as fun es n o s de comunica o entre o protocolo ModBus e os dispositivos de an l
49. os par metros el ctricos que os dispositivos de an lise permitem ler A aplica o disponibiliza v rias funcionalidades estando organizadas da seguinte forma Connection Parameters Connection Ly Node Address Baud Rate Parity StopBits DataBits Connect Serial Button Disconnect Button Device Options Ly Point Address Point type Length Real Time CheckBox Read Button Valores Instant neos b Tens es simples e compostas Vef Correntes lef Pot ncias Activa Reactiva Aparente Factor de Pot ncia Frequ ncia Energia 36 Status Ls Status Message Box Graph Data Inicial Data Final Energy Display Calculate Button Save Button Email Button Print Button No separador Connection Parameters Fig 4 11 onde se efectuam as configura es de liga o e as configura es do analisador Nas configura es de liga o est o dispon veis v rios campos sem os quais n o seria poss vel efectuar qualquer liga o Estas configura es devem estar de acordo com as configura es efectuadas nos analisadores para que a comunica o seja poss vel As configura es necess rias s o o n mero do analisador Node Address a velocidade de comunica o Baud Rate o numero de Bits de paridade Parity o numero de Bits de paragem StopBits e o numero de Bits de dados DataBits SO depois de estas vari veis estarem definidas poss vel estabelecer
50. p s terem sido efectuados v rios testes ajustes e compara es dos valores obtidos com as aplica es reuniu se toda a informa o e deu se por terminado o desenvolvimento do Energy Monitor 45 CAP TULO V CONCLUS ES Sum rio Neste cap tulo apresentam se as conclus es finais da presente disserta o bem como as avalia es dos objectivos apresentados no inicio deste documento Resumem se as ideias e contribui es principais do trabalho e consideram se igualmente ideias de investiga o complementares 5 1 S NTESE DAS APLICA ES INFORM TICAS E CONTRIBUI ES Hoje existem v rios tipos de ferramentas comerciais no mercado que podem ser usadas para monitorizar a energia e detectar problemas de forma a realizar estudos de gest o de energia No entanto quando estes equipamentos apresentam bons desempenhos e caracter sticas s o geralmente muito dispendiosos A grande vantagem do Energy Monitor o facto possibilitar duas formas distintas de monitoriza o poss vel visualizar online v rios par metros energ ticos tens es correntes pot ncias factor de pot ncia frequ ncia de um dado analisador de energia atrav s da aplica o ONLINE Por outro lado permite registar os valores da energia activa e reactiva de v rios analisadores em simult neo separando automaticamente esta energia pelos v rios per odos tarif rios cheia vazio normal super vazio e ponta atrav s da aplica o LOGGER
51. poss vel visualizar as grandezas medidas bem como efectuar toda a configura o do mesmo Este analisador um dispositivo compacto de baixo custo que pode funcionar sozinho ou integrado numa rede de monitoriza o de energia de maior dimens o substituindo tanto os mult metros anal gicos mas tamb m os medidores de fun es espec ficas tais como voltimetros amper metros wattimetros var metros frequ ncimetro fas metros medidores de energia etc 23 As suas principais caracter sticas s o e Dimens es compactas 6 DIN M dulos e Medi es de verdadeiro valor eficaz True RMS e 2 Sa das digitais para emiss o de impulsos e Medi o de mais de 35 par metros el ctricos e Porta de comunica o RS485 e Programa o das rela es dos Tl s e TT s e M todo de verdadeiro valor eficaz permitindo uma medi o precisa mesmo atrav s de forma de onda distorcida e Emiss o de impulsos at duas energias atrav s de sa da opto isolada e Porta de comunica o s rie Transformador de corrente Fig 3 11 Transformador de corrente rela o 50 5 O transformador de corrente TI utilizado para medir correntes el ctricas quando a corrente el ctrica do circuito muito alta para ser directamente lida por instrumentos de medida Disponibilizando aos seus terminais uma corrente proporcional existente no circuito 24 3 3 APLICA O ONLINE A primeira aplica o tem como objectivo a an
52. ra calibra o e ajuste do mesmo Finalmente no cap tulo 5 s o apresentadas as conclus es e as linhas de investiga o futuras complementares ao trabalho apresentado CAP TULO II MONITORIZA O DE CONSUMOS Sum rio O acesso energia tem um custo cada vez maior sendo not ria a necessidade de se monitorizar os consumos energ ticos 2 1 DEFINI O E CONCEITOS Qualquer neg cio para se tornar competitivo exige que todos os custos sejam controlados e optimizados isto todos os recursos t m que ser geridos incluindo os energ ticos Ao seguir com aten o uma factura energ tica podem ser estabelecidos objectivos de conten o e ou redu o das despesas de forma a optimizar a afecta o dos recursos tentando dar resposta a quest es simples como ONDE utilizada a energia COMO utilizada QUANDO utilizada O distribuidor ou o gestor de um qualquer grande complexo efectua geralmente leituras mensais da energia e s a factura cerca de 15 dias depois Isto podem decorrer mais de 6 semanas at que o cliente tenha conhecimento dos consumos ocorridos e possa detectar eventuais consumos an malos O ciclo de funcionamento da larga maioria das instala es n o mensal com os consumos a variarem de dia para dia Assim o valor mensal dos consumos num dado local n o chega para conhecer quando estes foram efectuados nem como foram efectuados Para gerir de modo eficiente os recursos energ ticos import
53. ra uma tomada de decis o fundamentada 3 4 APLICA O LOGGER A segunda aplica o permite o registo da energia activa e reactiva consumida por cada equipamento carga reportando todos os dados recolhidos para o servidor a cada 24 horas por predefini o 25 Esta aplica o apresenta se como alternativa ao registo manual de medi es energia activa reactiva sendo esta normalmente efectuada por um funcion rio que percorre todas as reas onde se encontram dispositivos de medi o instalados e recolhe os valores por estes registados com consequentes erros de leitura e desfasamento temporal Desta forma a compara o dos valores registados manualmente n o exacta o que pode causar erros nas solu es a adoptar ou mesmo m s decis es no que diz respeito da escolha dos tarif rios 3 4 1 CARACTER STICAS Atrav s dos relat rios de consumos de energia de cada rede implementada e consequentemente de cada analisador nela instalada poss vel facturar os valores de energia separadamente A aplica o resolve esta quest o ao reportar os consumos realizados num n mero ilimitado de pontos de medi o situados numa nica ou em v rias instala es e assim tornar vis veis os custos reais incorridos nos v rios sectores departamentos ou equipamentos espec ficos O servidor tem total conhecimento de quais os dispositivos instalados em cada rede de forma a poder comparar n o s os consumos mensais mas tamb m entr
54. resistiva monof sica Fig 4 19 Aplica o de teste de comunica o com protocolo Modbus 44 Tens o 3 Fases y Pot ncia Reactiva 3 Fases 23322 35004 Tens o 2 Pot ncia Reactiva 2 Tens o 3 Pot ncia Reactiva 3 Tean er Pot ncia Aparente 3 Fases Tens o 2 3 51095 Tens o 3 1 Pot ncia Aparente 2 Pot ncia Aparente 3 Pot ncia Activa 3 Fases 36298 Corrente 2 Pot ncia Activa 2 Corrente 3 Pot ncia Activa 3 Fig 4 20 Exemplo de teste com uma carga resistiva monof sica De seguida foram desenvolvidas todas as bases de dados necess rias ao armazenamento dos valores recolhidos pelos v rios analisadores de energia para que toda a informa o ficasse devidamente guardada Estes valores foram j apresentados nas Fig 4 14 e 4 17 Nesta fase fizeram se as calibra es finais dos registos que cont m os valores respons veis pelas an lises pretendidas O Energy Monitor um sistema vi vel como acima demonstrado vindo preencher uma relevante lacuna nos sistemas de monitoriza o de energia existentes no mercado A introdu o da possibilidade de an lise online dos par metros el ctricos uma mais valia face aos sistemas existentes no mercado Nesse sentido conclui se que este sistema para al m de introduzir a possibilidade de efectuar an lises mais abrangentes ainda potenciador de um elevado valor de informa o permitindo aos seus utilizadores tomarem decis es seguras A
55. rrCode 271 Then Status Text Demo Time Expired ElseIf ErrCode 272 Then Status Text Invalid modbus TCP Command End If End Sub Fig 4 4 Fun o de Status do sistema Fig 4 5 Janela de Status Aplica o ONLINE O protocolo de comunica o utilizado Protocolo Modbus RTU 13 est preparado para trabalhar numa situa o de mestre escravo Fig 4 6 onde o mestre envia pela rede uma 31 mensagem direccionada a um ou mais escravos e estes por sua vez limitam se a responder com uma mensagem onde consta toda a informa o requerida pelo mestre Ra question response Es Fig 4 6 Comunica o Modbus Mestre Escravo As aplica es apresentam um interface amig vel evitando que o utilizador se aperceba de todos estes processos internos Na Fig 4 7 mostram se as entradas inputs que s o necess rias para efectuar um leitura dos dados de um analisador que se encontre ligado rede O utilizador para efectuar este procedimento ter apenas contacto com uma interface intuitiva apresentada na Fig 4 8 e um bot o que dever pressionar para realizar a tarefa pretendida Handler for the READ Button Private Sub READMODBUS Click Dim MyData As Long Come a por carregar os valores do Slave Address o comando da fun o Modbus o endere o e o comprimento Slave NODEADDRESS Text Carrega para a vari vel Slave o endere o do contador Cmd POINTTYPE Text Carrega o c
56. s consumidores Os grandes complexos n o dependem de uma nica fonte de energia para garantirem o seu pleno funcionamento estes dependem para al m da energia da rede qual est o ligados de Grupos Electrog neos e fontes de energia renov vel Note se que para monitorizar toda a energia num grande complexo com este tipo de recursos n o uma tarefa simples 2 3 2 SISTEMAS COMPUTACIONAIS EXISTENTES Existem no mercado diversos sistemas de monitoriza o de consumos de energia cada um com as suas caracter sticas mas nem todos d o resposta ao mesmo tipo de necessidades sendo alguns mais dedicados a an lise dos par metros el ctricos enquanto outros se limitam a efectuar apenas leituras dist ncia Dos v rios sistemas destacam se e eMonitor e Energy Lens e H SEM Hughes Energy Monitoring System e Wi LeM e Optimal Monitoring System Foram escolhidos estes sistemas pois poderiam a partida conseguir dar resposta aos problemas de monitoriza o de energia em grandes complexos Cada um dos sistemas apresenta vantagens e desvantagens estando alguns deles mais pr ximo dos objectivos que se pretendem atingir com o presente trabalho A descri o seguinte de cada sistema pretende fazer transparecer as potencialidades de cada um deles eMonitor O eMonitor um sistema de monitoriza o flexivel que permite manter um hist rico dos consumos do edif cio electricidade g s e gua dos respectivos custos associados
57. s using allthis energy What caused this spike in enemy usage f Sat 20 Jan OF Sun 21 Jan 07 Is equipment being Sat 27 Jan O7 Sun 28 Jan left on overnight Fig 2 1 Vis o global do consumo de energia do Energy Lens 3 O Energy Lens possibilita tamb m criar tabelas Tabela 2 2 mostrando entre as datas seleccionadas qual o m nimo e o m ximo da energia consumida Tabela 2 1 Tabela di ria de energia consumida 3 Average maximum amp minimum figures 1 Dec 2007 31 Jan 2008 Tuesdays Wednesdays amp Thursdays only excluding 25 26 27 Dec 2008 1 2 Jan 2008 Average Maximum Minimum im en KW Date kW Date 00 00 4 056 1 4 461 6 Wed 30 Jan 2006 3616 0 Wed 19 Dec 2007 00 15 4 046 6 4 460 0 Wed 30 Jan 2000 3 624 6 Wed 19 Dec 2007 00 30 4020 1 4 450 6 Wed 5 Dec 2007 3614 0 Thu 24 Jan 2008 00 45 4052 2 4370 0 Wed 30 Jan 4008 3651 2 Thu 24 Jan 2008 01 00 40520 4345 2 Thu 10 Jan 2006 3 731 2 Thu 24 Jan 2006 01 15 4044 1 4329 2 Thu 11 Jan 2007 3 731 6 Thu 24 Jan 2006 01 30 4 054 6 4 551 6 Wed 30 Jan 2006 3 756 0 Tue 16 Dec 2007 01 45 4056 2 4 504 4 Wed 30 dan 2005 3 765 6 Thu 24 Jan 2006 O2 00 4059 1 4 509 2 Wed 30 Jan 2005 3676 4 Thu 24 Jan 2006 02 15 4059 6 43320 Wed 30 Jan 2005 3 642 4 Thu 24 Jan 2008 02 30 4026 0 4 527 6 Wed 30 Jan 2000 3610 4 Thu 24 Jan 2006 02 45 oe 045 cg Egaitted a oe CUD Re ake Sar pus a4 Jan 200 a ee me
58. s de funcionamento de alguns dos principais equipamentos de pot ncia elevada deve ser considerada como obrigat ria No entanto mesmo para equipamentos de menor pot ncia e para cada instala o deve ser instalado um equipamento de monitoriza o sempre que poss vel A aplica o garante a possibilidade de uma an lise parcelar por tipo de energia e atrav s dos consumos parcelares determinar o consumo total e compar lo com existente em qualquer ponto de monitoriza o A aplica o LOGGER cria ficheiros di rios com relat rios dos consumos de energia Fig 4 17 por per odo tarif rio possibilitando desta forma um rastreio ou an lise r pida dos dados Os ficheiros s o guardados numa directoria predefinida no disco r gido do computador que se encontra agregado rede em quest o atrav s da Ethernet e enviado automaticamente para o servidor que agrega os dados de todas as redes existentes atrav s da Internet Est dispon vel tamb m uma funcionalidade que permite enviar os ficheiros para uma ou mais contas de correio electr nico sempre que se pretender 42 Energia Activa Energia Reactiva Data Super Vazio Cheias Ponta Vazio Normal Super Vazio Cheias Ponta Vazio Normal 28 05 2009 213122 896660 193332 223345 104430 439360 94733 109439 29 05 2009 313244 179393 34274 646545 153450 87903 408794 316807 30 05 2009 432414 169333 342554 356634 211883 B2973 167851 175731 31 05 2009 132341 199343 121235 109666 D447 97078 5940
59. s s o especialmente indicadas para grandes complexos com in meros pontos de medida pois existem solu es para complexos de menor dimens o que ser o certamente mais econ micas todavia este sistema tamb m pode ser utilizado nesse tipo de complexos Este sistema funciona em simult neo com analisadores de energia em sistemas monof sicos e trif sicos dando assim resposta a vari veis de sistemas el ctricos ou equipamentos totalmente distintos Para a certifica o do funcionamento do projecto foi necess ria a realiza o de v rios testes pr ticos para que pudesse ser feita a valida o do funcionamento do mesmo A din mica de desenvolvimento adoptada neste trabalho foi testar cada etapa separadamente medida que se desenvolvia o trabalho Inicialmente os testes foram efectuados recorrendo a 43 programas de comunica o Modbus Fig 4 18 de forma a correcta configura o dos equipamentos Teste Modbus All Relays ON All Relays OFF Fig 4 18 Aplica o de teste de comunica o Posteriormente com o aux lio dos restantes equipamentos conversor PD8 Ethernet RS485 e Transformadores de Intensidade foram feitos os ajustes necess rios para que as medi es espelhassem os valores correctos A partir desse momento desenvolveu se a parte de comunica o Fig 4 19 tornando se assim poss vel efectuar testes pr ticos com cargas reais Na Fig 4 20 apresenta se um exemplo de teste efectuado com um carga
60. ss vel contornar as limita es existentes na rede anterior 33 Router Router UPT210 UPT210 RS ess cessssso Deceosos Ethernet Internet Ethernet RS 485 PC Computer PD8 ceeeseso oroeosos UPT210 Fig 4 10 Configura o da rede Modbus adaptada a monitoriza o de grandes complexos 4 2 ENERGY MONITOR O Energy Monitor um sistema que engloba para al m de dispositivos de comunica o e analisadores de energia duas aplica es fundamentais que disponibilizam todas as funcionalidades relacionadas com a monitoriza o dos consumos de energia Estas aplica es permitem o registo da energia activa reactiva de um edif cio departamento sec o ou equipamento o seu envio para o respons vel gestor em per odos predefinidos de tempo uma visualiza o online dos par metros el ctricos associados a um determinado analisador de energia e o registo dos mesmos Partindo dos par metros el ctricos recolhidos poss vel efectuar an lises pormenorizadas sobre os consumos de energia incorridos A aplica o ONLINE permite a an lise online dos par metros el ctricos que os equipamentos de an lise utilizados permitem adquirir Os valores adquiridos podem ser utilizados para elaborar diagramas de carga para uma posterior an lise do consumo de energia de determinado equipamento em determinado per odo do tempo
61. ste de comunica o com protocolo Modbus Fig 4 20 Exemplo de teste com uma carga resistiva monof sica Fig 4 21 Bases de dados das aplica es desenvolvidas F g 4 22 Aplica o ONLINE F g 4 23 Aplica o LOGGER Fig A Passagem do Protocolo por refer ncia em VBA LISTA DE TABELAS Tabela 2 1 Tabela di ria de energia consumida 3 Tabela 2 2 Tabela de compara o dos sistemas existentes XI 27 31 GLOSS RIO Energy Monitor Sistema constitu do por software e hardware que possibilita a monitoriza o de energia em grandes complexos O Software ser composto por duas aplica es denominadas respectivamente ONLINE e LOGGER Este Software permite analisar diversas caracter sticas el ctricas e tamb m guardar o valor da energia activa e reactiva de cada analisador ligado rede para os diferentes per odos tarif rios O Hardware constitu do por um conjunto de analisadores de energia el ctrica transformadores de corrente e conversores de dados que implementam a rede de comunica o do sistema de monitoriza o Grandes Complexos Edif cio de grande dimens o Centro comercial faculdade tribunal ou conjunto de edif cios departamentos que formam uma entidade que podem ou n o estar centralizados Grupos Electrog neos Geradores de energia el ctrica que para o efeito transformam combust vel f ssil em energia el ctrica As pot ncias normalmente andam en
62. tada na Fig 3 4 Analisador Rede local EA ETHERNET ETHERNET a Computador mr rr Controlador Fig 3 4 Esquema da rede de comunica o implementada Caso se pretenda efectuar a monitoriza o de um conjunto de grandes complexos com consumos descentralizados pode ser utilizada a Internet como meio de comunica o Fig 3 5 Ro Router E vos 5 EE et a Em RS 485 ETHERNET ETHERNET ai Lar PDS Loncentrador de Rede E Computador Controlador Fig 3 5 Esquema de comunica o utilizando a internet necess ria a adop o de um protocolo que controle e possibilite a transfer ncia de dados entre as duas redes utilizados RS485 Ethernet Um protocolo pode ser definido como as regras que governam a sintaxe sem ntica e sincroniza o da comunica o Para este efeito foi escolhido o protocolo Modbus O factor decisivo foi o custo que os analisadores que suportam este protocolo t m face aos restantes Profibus FieldBus Rede CAN bem como a sua simplicidade de utiliza o e implementa o O ModBus um protocolo de comunica o 19 da camada aplica o encontrando se posicionado no n vel 7 do modelo OSI Fig 3 6 que providencia uma comunica o cliente servidor entre dispositivos ligados entre diferentes tipos de redes 6 Camada de Apresenta o Aplica o 4 Camada de Transporte Camada de Rede Camada de Enlace Rede Fig
63. tivos desta disserta o foram alcan ados sendo este um sistema de monitoriza o de energia que permite n o s a an lise online dos par metros el ctricos nos v rios pontos de consumo como efectua o registo da energia activa e reactiva nos v rios pontos de consumo sendo um sistema de baixo custo 47 5 2 PERSPECTIVAS DE TRABALHO FUTURO No trabalho realizado foram identificados v rios aspectos complementares que permitem tra ar linhas de investiga o futuras entre os quais s o de destacar os seguintes e An lise dos consumos de g s e An lise dos consumos de gua e An lise da produ o de energia renov vel e Hist rico dos respectivos custos associados e de vari veis ambientais Com o decorrer deste trabalho foi percept vel que os elevados consumos que se praticam em grandes complexos n o s o apenas de car cter el ctrico Tamb m esses outros consumos s o pass veis de serem controlados ou reduzidos Desta forma uma evolu o natural do Energy Monitor ser a integra o de todos os consumos de energia Trabalhos como este podem ser utilizados para posteriores an lises em meios sociais altamente consumistas onde o consumo n o tem restri es n o existe controlo nem responsabiliza o pelos actos de cada um 48 REFER NCIAS 1 http www rtaautomation com modbusrtu visto em 26 12 2009 2 http www ambienteonline pt noticias detalhes php id 6316 visto em 26 12 2009 3
64. tre os 6 e os 4000 kVA Ex Grupel dependendo da aplica o em quest o Microsoft Office Microsoft Office um conjunto de aplica es que cont m programas tais como processador de texto folha de c lculo Base de dados apresenta o gr fica gestor de tarefas correio electr nico e contactos VBA Visual Basic for Applications Visual Basic for Applications VBA uma implementa o do Visual Basic da Microsoft incorporada em todos os programas do Microsoft Office o VBA substitui e estende as capacidades de anteriores linguagens de programa o de macros espec ficas para as aplica es e pode ser usado para controlar a quase totalidade dos aspectos da aplica o anfitri incluindo a manipula o de aspectos do interface Microsoft Excel um programa de c lculo produzido pela Microsoft para computadores que utilizam o sistema operativo Microsoft Windows e tamb m para computadores Macintosh da Apple Apresenta uma interface intuitiva e ferramentas de c lculo e constru o de gr ficos Faz parte do conjunto de software disponibilizado no pacote Microsoft Office xii xiii RESUMO Com a necessidade de monitoriza o dos consumos de energia el ctrica em grandes complexos pretende se projectar um sistema designado Energy Monitor que permita monitorizar a energia de v rios consumidores descentralizados e agregar todas as informa es recolhidas num nico s tio evitando assim a necessidade de efect
65. tton Disconnect Button Status Message Box Slave Message Box A aplica o LOGGER disponibiliza a informa o do numero do analisador atrav s da janela central Slave Message Box onde aparece o Slave Node Address endere o do analisador a que a aplica o esta ligada a cada momento com esta informa o o utilizador pode constatar quais os analisadores que est o a ser monitorizados Fig 4 16 41 Tal como na aplica o ONLINE poss vel atrav s da caixa de mensagens de estado Status saber da ocorr ncia de qualquer problema de comunica o sendo assim poss vel intervir caso seja necess rio O bot o Connect Serial permite iniciar a liga o com a rede onde est o ligados os v rios analisadores e o bot o Disconnect p e fim a essa mesma liga o Observando a Fig 4 16 o bot o Connect Serial esta bloqueado pois a liga o j foi efectuada Neste momento o utilizador tem dispon vel a fun o que d in cio ao registo dos valores de energia atrav s do bot o Start e a possibilidade de gravar os dados com o bot o Save que se encontra permanentemente dispon vel Ao pressionar este bot o o utilizador pode guardar ou enviar para uma ou mais contas de correio electr nico um ficheiro com o registo dos valores de energia activa reactiva de todos os analisadores Save Disconnect Fig 4 16 Aplica o LOGGER ligada A monitoriza o das condi e
66. ua eau an nce osseneeas 3 TZI Objectivos GE aS sans ascents saa SD DADO ADE 3 1 22 ODIECUVOS ES PECIICOS mune nan ius ti ad Sad DS oa aaa 3 15 Estrutura da DISSErta o sans St E e ees eee 4 Cap tulo Il Monitoriza o de CONSUMOS sccccsseccceseccceseceecesceceunececeaecessuaeceseceseuecesseneeees 5 2 1 Detini o CONCE OSes tal a E a eee 5 22 Metodologia de Trabalho sas Ss le ie a O a RS 6 2 Estado aA gos saca eae a ER O E 8 2 3 1 Sistemas de Energia em Grandes Complexos cccssseccceseceecesececeeececeeseeeeeseceneees 8 2 3 2 Sistemas Computacionais Existentes ee e eceeceeeee eee reee cer re encarna 9 2 3 3 Discuss o dos Sistemas Existente S seinistir en E E E T 12 Cap tulo Ill An lise de Consumos em Grandes Complexos sssssssseessseerssrressrerssrressereseerses 15 Sd Visdo Conceptual dO SISTEMA sas xxisicteints inne LOG tied ie A E OI pa 15 Se conticura o da CC assine sia Ea ese TR awe ate mace DE NE TEA 18 SS Aplica o ONIN E see si as ii 25 3 9 1 Caracteristicas TECNICAS saspi hewuedevads iscas saida ro assassinada ias aa 25 vi So MiIncionalIQAdES suma ba ec oe sc A ese ee eee 25 5 4 Aplica o LOGGER amassada sa a beet nes eae 25 34 1 Caracteristicas eren cassa EaD S S Da aa Eai 26 342 FUNCIONANTA ES sose Prenda sLa Roda aa ios congas ine som aa pa 26 Capitulo V mplementa o asas g aspas vans EA aaa a 28 E ECHO O BIAS cursa a A e E T 28 A 2 EMCEE Y
67. uar leituras locais Desta forma para al m de n o ser necess rio destacar um funcion rio para efectuar essas mesmas leituras o Energy Monitor ter dispon veis duas aplica es uma aplica o designada ONLINE que apresenta os par metros el ctricos que est o a ser recolhidos por um qualquer analisador de energia el ctrica do sistema efectua diagramas de carga para posterior an lise envia relat rios para correio electr nico regista os par metros el ctricos de um intervalo de tempo num ficheiro e disponibiliza tamb m a funcionalidade de impress o de todas as informa es inerentes a cada leitura efectuada uma segunda aplica o designada LOGGER que permite o registo da energia activa e reactiva consumida por cada equipamento carga O Energy Monitor suporta um n mero ilimitado de analisadores de energia e completamente personaliz vel XIV ABSTRACT There are various possibilities to solve the large energy consumption problem in large complexes In this way was decided to develop a system that could monitor the energy consumption without the necessity of human intervention The implemented system called Energy Monitor has the capabilities of monitoring the energy consumption of several decentralized electrical networks centralizing all information in one place Analyzes the energy consumptions active and reactive energies for automatic adjustment of charging periods and several other el
68. vios verificados 27 CAP TULO IV IMPLEMENTA O Sum rio A instala o deste sistema teve lugar ap s ter sido conclu do o processo de desenvolvimento da estrutura f sica equipamentos e protocolos de comunica o e das aplica es que permitem toda a an lise e registo dos dados de energia 4 1 TECNOLOGIAS Quer se com este sistema analisar e registar os dados relativos ao consumo de energia no Departamento de Engenharia Electrot cnica da Faculdade de Ci ncias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa e posteriormente expandir o mesmo a todo o campus da faculdade de forma a poder existir uma separa o correcta dos valores de consumo efectuado por cada departamento Nesta primeira fase o sistema far o registo da energia consumida pelo departamento e a monitoriza o da energia produzida pelo aerogerador que a se encontra possibilitando assim a an lise da contribui o energ tica do mesmo A exist ncia de um sistema de monitoriza o deste tipo apresenta vantagens imediatas e Cria o de Documentos Internos e Educa o Energ tica e Redu o do Impacto Ambiental e Ac es de Sensibiliza o Internas Documentos internos permitem responsabilizar os departamentos pelos consumos efectuados Esta responsabiliza o torna se numa forma de educa o energ tica dado que ap s um per odo de contagens poder o ser feitos estudos e compara es entre os v rios departamentos dando assim a alus o d

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