sistema wireless para monitoramento remoto. artur kruse marcos heck flávio arthur túlio müller

SISTEMA WIRELESS PARA MONITORAMENTO

REMOTO.

Artur KruseMarcos HeckFlávio ArthurTúlio Müller

O sistema de telemetria é um conjunto de dispositivos que utilizam comunicação remota sem fio para automação de processos industriais que necessitam de monitoramento e/ou controle à distância em alternativa ou substituição ao uso de cabeamento.

Utilizando a tecnologia de Espalhamento Espectral por Saltos em Freqüência (“Frequency Hopping Spread Spectrum”) na faixa livre de freqüência de 902 - 928 MHz, o sistema não requer a obtenção de qualquer licença de operação.

Variáveis de processo passíveis de controle e monitoração:• Nível• Vazão• Pressão• Temperatura• Tensão• Corrente• Potência• Analíticos (pH, Redox, Condutividade)• Sistemas de Telemetria

TECNOLOGIA SPREAD SPECTRUMTECNOLOGIA SPREAD SPECTRUM

A freqüência em que o sinal é transmitido é alterada diversas vezes por segundo seguindo uma seqüência pseudo-aleatória, possibilitando deste modo que as informações sejam enviadas sem sofrer congestionamentos ou interferências entre os rádios.

Somente os transceptores que compõem a mesma rede operam em sincronia, sem interferir em outros sistemas de rádio existentes no mesmo ambiente.

TECNOLOGIA SPREAD SPECTRUMTECNOLOGIA SPREAD SPECTRUM

Esta técnica de transmissão apresenta elevada imunidade contra interferências nos mais diversos tipos de aplicações industriais e nas mais adversas situações, permitindo que a informação seja transmitida e recebida com precisão, segurança e confiabilidade.

SPREADSPECTRUM

TECNOLOGIA SPREAD SPECTRUMTECNOLOGIA SPREAD SPECTRUM

• Frequency Hopping Spread Spectrum ou espalhamento Espectral por Saltos em Freqüência

• Faixa livre de 902-928 MHz

• Sem necessidade de obtenção de licença

• Imunidade contra interferências

• Coexistência de outros rádios no mesmo ambiente

• Segurança : baixa densidade de potência

PRINCÍPIO DA TECNOLOGIA FHSSPRINCÍPIO DA TECNOLOGIA FHSS

• Utilização de faixas estreitas de freqüência

• Envio de pacotes de informação em diferentes freqüências dentro da faixa de 902-928 MHz seguindo uma seqüência pseudo-aleatória

• Transmissor e receptor operam em sincronia

• A potência RF é concentrada em um canal de freqüência e em único momento

Frequência

Potê

ncia

do

sina

l

FrequênciaPo

tênc

ia d

o si

nal

Freqüência fixa Freqüência pseudo-aleatória

INTERFERÊNCIAS NÃO SÃO INTERFERÊNCIAS NÃO SÃO PROBLEMASPROBLEMAS

• Interferências não afetam a comunicação de sistemas de rádio que utilizam a tecnologia FHSS

• Se durante a transmissão de 1 pacote houver uma interferência na mesma freqüência, após o salto a mesma informação é enviada numa outra faixa (salto)

Transmissor

Frequência

Potê

ncia

do

sina

l

Frequência

Potê

ncia

do

sina

l

Receptor

BENEFÍCIOSBENEFÍCIOS

• Operação no mesmo ambiente de outros rádios

• Ideal para aplicações industriais onde interferências estão presentes

• Segurança e confiabilidade

CARACTERÍSTICASCARACTERÍSTICAS• Tecnologia : Espalhamento espectral por saltos em freqüência (FHSS)

• Faixa de freqüência : 902-928 MHz

• Potência : até 1W

• Alcance : até 32 km (linha de visada)

• Número de canais : até 32

• Entradas :Analógica de 4-20 mAON/OFFSerial (RS-485)

• Expansível : através da inclusão de módulos de E/S

• Montagem em trilho DIN, fundo de painel

• Comunicação bidirecional

• Sistema de endereçamento

CONFIGURAÇÃO PONTO-PONTOCONFIGURAÇÃO PONTO-PONTO

• Transmissão individual

• 1 transmissor e 1 receptor formam 1 rede

CONFIGURAÇÃO PONTO-PONTOCONFIGURAÇÃO PONTO-PONTO

Até 32 redes podem estar presentes no mesmo ambiente

Rede 1

Rede 2

Rede 3

Rede 32

CONFIGURAÇÃO PONTO-MULTIPONTOCONFIGURAÇÃO PONTO-MULTIPONTO

• Transmissão coletiva

• Diversos transmissores e 1 receptor formam 1 rede

CONFIGURAÇÃO PONTO-MULTIPONTOCONFIGURAÇÃO PONTO-MULTIPONTO

TR1.Rede 1

TR2.Rede 1

TR3.Rede 1

TR1.Rede 2

TR2.Rede 2

RT.Rede 1 RT.

Rede 2

Até 32 redes podem estar presentes no mesmo ambiente

COMUNICAÇÃO UNIDIRECIONALCOMUNICAÇÃO UNIDIRECIONAL

Sentido das informações (4-20 mA)

Módulo RF + Módulo de Saída Módulo RF + Módulo de Entrada

4-20 mA 4-20 mA

COMUNICAÇÃO BIDIRECIONALCOMUNICAÇÃO BIDIRECIONAL

- Alarme de nível alto (ON/OFF)- Alarme de nível baixo (ON/OFF)

Bomba ligada

Bomba desligada

Status da bomba :

- Liga bomba (ON/OFF)- Desliga bomba (ON/OFF)

Status da bomba

Sentido das informações

ANTENASANTENAS

A antena é um componente essencial para o sistema de telemetria uma vez que é através dela que as informações são transmitidas e recebidas.

Dois tipos diferentes de antenas podem ser utilizados em um sistema de telemetria :

ANTENASANTENASAntena Omni (colinear ou não direcional) : é uma antena

multidirecional que possui área de abrangência de 360º, isto é, transmite e/ou recebe informações para/de todos os lados. Possui baixa capacidade de transmissão a longas distâncias uma vez que a área irradiada é espalhada em todas as direções. É utilizada principalmente quando o rádio for somente um receptor de diversos transmissores (configuração Ponto – Multiponto).

ANTENASANTENAS

Antena Yagi (ou direcional) : trata-se de uma antena que concentra o sinal em uma única direção, sem espalhá-lo, permitindo a transmissão a longas distâncias. É utilizado para grandes distâncias ou quando não se deseja que o sinal irradiado tenha uma área de cobertura elevada e que possa interferir em outros sistemas.

Exemplo de AplicaçãoExemplo de Aplicação

Considerando uma distância de 32 km e a maior freqüência (pior caso) 928 MHz, calculamos a perda no espaço livre: Ao = 122dB

Potência de transmissão: 1W = 1000mW = 30dBmSensibilidade do receptor: -100dBmGanho antena TX (Yagi): 16dBGanho antena RX (Yagi): 16dB

Exemplo de AplicaçãoExemplo de Aplicação

Desconsiderada perdas na linha de transmissão (conectores e cabo coaxial)

PRX = PTX + GTX + GRX – Ao

PRX = 30dBm + 16dB + 16 dB – 122dB

Potência entregue no receptor: -60dBm

-60dBm ≥ -100dBm, Ok

Exemplo de AplicaçãoExemplo de Aplicação

Considerando um sistema multiponto, com uma antena vertical Omni direcional na central de controle e antenas Yagi nos pontos monitorados, calculamos a máxima distância permitida pela sensibilidade calculada para o receptor, -60dBm.

Ganho antena TX (Omni): 3dBGanho antena RX (Yagi): 16dB

Ao = PTX + GTX + GRX – PRX

Ao = 30dBm + 3dB + 16dB – (-60dBm)

Ao = 109dBR = 7,25 km

Local de InstalaçãoLocal de Instalação

É de grande importância que o local planejado para a instalação do sistema de telemetria possibilite a visada direta entre as antenas dos transceptores, principalmente quando a distância envolvida na transmissão dos sinais for elevada.

Local de InstalaçãoLocal de Instalação

CASOSCASOSTELEMETRIA – RÁDIO SÉRIE 500TELEMETRIA – RÁDIO SÉRIE 500

• Função : monitoramento remoto do nível de água de reservatório de distribuição

• Instrumentação :Medidor de nível hidrostáticoTransceptor de rádio

• Sinal transmitido : 4-20 mA

CASOSCASOSTELEMETRIA – RÁDIO SÉRIE 500TELEMETRIA – RÁDIO SÉRIE 500

• Distância envolvida : 2,5 km• Local : Manaus - AM