automação de elevatorias de esgoto

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AUTOMAÇÃO DE ELEVATÓRIAS DE ESGOTO E SISTEMA SUPERVISÓRIO PARA CONTROLE E OPERAÇÃO CEDAE – COMPANHIA DE ÁGUA E ESGOTO DO RIO DE JANEIRO Projeto: Automação das Elevatórias de Esgoto da Lagoa Rodrigues de Freitas Automação: Sistema de Controle e Operação Introdução O Sistema de Controle e Operação tem por objetivo: 1) Executar o controle automático e manual das bombas centrifuga, permitindo uma operação segura e econômica. 2) Permitir a monitoração e controle automático dos principais componentes locais. 3) Permitir ao operador a supervisão operacional dos equipamentos e sistemas, a detecção de alarmes e a execução de ações de forma programada. Descrição do Sistema Operação Automática : Informada através da chave seletora no painel elétrico (Automático). 1) O medidor de nível instalado é responsável pelo controle automático das bombas, o sinal 4 a 20 mA é enviado para a entrada analógica do CLP Twido da Schneider. 2) Quando o nível do tanque de esgoto atinge a uma altura inicial pré-determinada informar ao CLP, o mesmo aciona a primeira bomba e através do Conversor de Freqüência que fica modulando a velocidade da bomba de acordo com sinal analógico emitido pelo medidor de nível. 3) Quando o nível do tanque de esgoto atinge a uma outra altura também pré-determinada, e informado ao CLP, onde o mesmo aciona a segunda bomba e através do Conversor de Freqüência fica modulando a velocidade da bomba de acordo com sinal analógico emitido pelo medidor de nível. 4) Quando o nível do tanque de esgoto atinge a uma outra altura também pré-determinada, e informado ao CLP, onde o mesmo aciona a terceira e ou quarta bomba (depende da elevatória)

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Inversores de Frequência em Elevatória de Esgoto

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Page 1: AutomaçãO De Elevatorias De Esgoto

AUTOMAÇÃO DE ELEVATÓRIAS DE ESGOTOE

SISTEMA SUPERVISÓRIO PARA CONTROLE E OPERAÇÃO

CEDAE – COMPANHIA DE ÁGUA E ESGOTO DO RIO DE JANEIROProjeto: Automação das Elevatórias de Esgoto da Lagoa Rodrigues de FreitasAutomação: Sistema de Controle e Operação

Introdução

O Sistema de Controle e Operação tem por objetivo:1) Executar o controle automático e manual das bombas centrifuga, permitindo

uma operação segura e econômica.2) Permitir a monitoração e controle automático dos principais componentes

locais.3) Permitir ao operador a supervisão operacional dos equipamentos e sistemas, a

detecção de alarmes e a execução de ações de forma programada.

Descrição do Sistema

Operação Automática: Informada através da chave seletora no painel elétrico (Automático).

1) O medidor de nível instalado é responsável pelo controle automático das bombas, o sinal 4 a 20 mA é enviado para a entrada analógica do CLP Twido da Schneider.

2) Quando o nível do tanque de esgoto atinge a uma altura inicial pré-determinada informar ao CLP, o mesmo aciona a primeira bomba e através do Conversor de Freqüência que fica modulando a velocidade da bomba de acordo com sinal analógico emitido pelo medidor de nível.

3) Quando o nível do tanque de esgoto atinge a uma outra altura também pré-determinada, e informado ao CLP, onde o mesmo aciona a segunda bomba e através do Conversor de Freqüência fica modulando a velocidade da bomba de acordo com sinal analógico emitido pelo medidor de nível.

4) Quando o nível do tanque de esgoto atinge a uma outra altura também pré-determinada, e informado ao CLP, onde o mesmo aciona a terceira e ou quarta bomba (depende da elevatória) e através do Conversor de Freqüência fica modulando a velocidade da bomba de acordo com sinal analógico emitido pelo medidor de nível.

5) Na medida que o nível do tanque vai abaixando, o CLP será responsável pela retirada das bombas, fazendo a parada remota dos conversores de freqüência e controlando a velocidade dos mesmos através do sinal analógicos enviado pelo medidor de nível.

6) Após o nível do tanque chegar ao nível baixo determinado, com as bombas desligadas após a uma nova subida do nível, ocorrerá o rodízio das mesmas. Chamando sempre por bombas diferentes.

Page 2: AutomaçãO De Elevatorias De Esgoto

7) Qualquer falha dos conversores de freqüência, os mesmos iram sinalizar no display à falha e acionará o Led azul do painel elétrico das bombas correspondentes. Enviará um sinal para o CLP, onde o mesmo chamará a outra bomba automáticamente.

8) Qualquer sobrecarga das bombas, os conversores de freqüência iram sinalizar no display à falha e acionará o Led amarelo do painel elétrico das bombas correspondentes. Enviará um sinal para o CLP, onde o mesmo chamará a outra bomba.

9) Ao acionar o botão de emergência ou a chave seletora das bombas, o sistema irá cortar toda a energia do painel elétrico correspondente.

10) Está habilitado nos conversores de freqüência o modo de “Bomba Seca”, a caso ocorra um problema com o medidor de nível ou outro, o conversor de freqüência não deixará que a bomba rode em vazio (sem água). Acionará um sinal de falha no display e acenderá o Led Azul do painel elétrico.

Operação Manual: Informada através da chave seletora no painel elétrico (Manual).

1) Os conversores de freqüência acionaram as bombas correspondentes através dos botões de comando instalado no painel elétrico.

2) As variações de velocidade dos conversores de freqüência no modo manual, serão feitos através do sinal enviado pelos potenciômetros instalado no painel elétrico, onde o operador poderá setar a velocidade em RPM desejada.

3) Qualquer falha dos conversores de freqüência, os mesmos iram sinalizar no display à falha e acionará o Led azul do painel elétrico das bombas correspondentes.

4) Qualquer sobrecarga das bombas, os conversores de freqüência iram sinalizar no display à falha e acionará o Led amarelo do painel elétrico das bombas correspondentes.

5) Ao acionar o botão de emergência ou a chave seletora das bombas, o sistema irá cortar toda a energia do painel elétrico correspondente.

6) Está habilitado nos conversores de freqüência o modo de “Bomba Seca”, a caso ocorra um problema com o medidor de nível ou outro, o conversor de freqüência não deixará que a bomba rode em vazio (sem água). Acionará um sinal de falha no display e acenderá o Led Azul do painel elétrico.

Informações Importantes:

1) Além dos parâmetros de proteção dos conversores de freqüência e do motor das bombas, estam habilitados também à função de “Bomba Seca”, onde protegerá a bomba de rodar sem fluxo de água, com isso evitando queima-lá.

2) As velocidades mínima e máxima dos conversores de freqüência que estão programados, operando tanto em modo manual ou automático.

Page 3: AutomaçãO De Elevatorias De Esgoto

Equipamentos Fornecidos

1. Um (1) Painel demarrador de baixa tensão Tipo CCM, auto suportado, alimentação em 220 Vac, trifásico, barramento principal. Instalação abrigada, para alimentação de conjuntos motor-bombas trifásicas com acionamento por Inversores de Freqüência .

2. Inversores de Freqüência Danfoss VLT FC AQUA DRIVE.

3. Medidor de Nível Ultrassônico Hidroflex da MS Instrumentos.

4. Controlador Lógico programável (CLP) Twido da Schneider Electric.

Painel Elétrico (CCM) CLP TWIDO

Inversores de Freqüência

Page 4: AutomaçãO De Elevatorias De Esgoto

Localização

1. Elevatória de Cantagalo – Controle e Operação Automática de 03 bombas (02 Inversores de Freqüência e 01 Estrela-Triângulo) – 25 CV / 220Vac.

2. Elevatória de Farme de Amoedo – Controle e Operação Automática de 03 bombas (02 Inversores de Freqüência e 01 Soft-Starter) – 40 CV / 220Vac.

3. Elevatória do Jardim Botânico – Controle e Operação Automática de 03 bombas (01 Inversor de Freqüência e 02 Soft-Starters) – 40CV / 220Vac.

4. Elevatória de Caiçara – Controle e Operação Automática de 03 bombas (03 Inversores de Freqüência) – 60CV / 220Vac.

5. Elevatória de Saturnino de Brito – Controle e Operação manual de 04 bombas (04 Inversores de Freqüência) – 200CV / 440Vac. (Faltando a implementação do CLP para automatizar)

6. Elevatória do Lebron – Controle e Operação manual de 05 bombas (03 Inversores de Freqüência e 02 Soft-Starters). – 250CV / 440Vac. (Faltando a implementação do CLP para automatizar)

7. Elevatória da Hípica – Automação futura (Projeto já concebido)

8. Elevatória de José Mariano – Automação futura (Projeto já concebido)

Implementação Futura do Projeto

Este projeto foi concebido desta maneira, porque quando for solicitado a implantação da Telemetria, ou seja operação e controle remotamente, o sistema está semi-pronto. Faltando apenas incluir uma remota em cada painel elétrico, pois o mesmo irá comunicar através do protocolo MODBUS RTU já existente no CLP e a montagem da infra estrutura de comunicação, conforme está apresentado a baixo.

Estará sendo fornecido brevemente um sistema supervisório para a construção de um CCO (Centro de Controle e Operação) do Lebron.

Os CLPs serão interligados a um modem GPRS que será responsável pela telemetria do sistema.

Page 5: AutomaçãO De Elevatorias De Esgoto

Apresentação do Sistema de Telemetria

A comunicação de dados recebidos dos dispositivos de campo (instrumentação) entre o CLP da ER`s e o supervisório do CCO constitui o sistema de comunicações que é baseado nos seguintes componentes: Modem GPRS e Interface entre este Server e o Software Supervisório.

Os dados trafegam entre a ER`s e Servidor GITS através da infra-estrutura da Operadora quando o modem se conecta com a estação rádio base - ERB e esta com a Rede GPRS das próprias operadoras GSM. Esta rede comunica-se com a rede Internet onde o Server GITS executa a gestão das comunicações.

O Software Supervisório do CCO por sua vez está conectado ao Server GITS através da rede Internet.

A arquitetura deste sistema visa simplificar as implementações, no CLP, de lógicas complexas para controle das funções de autenticação, conexão GPRS e gerenciamento da conexão, pois estas funções estão implementadas no produto modem GPRS.

Se desejar, o usuário pode também fornecer um número telefônico caso pretenda estabelecer uma comunicação padrão (CSD) ou enviar mensagens de texto (SMS) ou quando necessário solicitar outra operação desejada. O modem executa uma varredura em área pré-determinada do CLP utilizando-se de protocolo definido.

Feito isso, todo o processo de comunicação será executado automaticamente, e se a operação solicitada for comunicação via GPRS, será estabelecida uma conexão com o Server GITS, tornando disponível o acesso ao CLP através de softwares supervisórios ou similares, que também estarão conectados ao Server GITS para envio ou recebimento de dados.

Modem GPRS

O modem GPRS encerra as seguintes características:

Comunica-se com o CLP através de porta serial RS232 ou 485. Seus parâmetros de configurações (IP, porta, eventual número telefônico,

etc...) são programados pelo CLP da ER. A conexão GPRS inicializa-se através de comando do CLP. Faz o gerenciamento automático da conexão com o Server GITS após

autenticação na operadora. Faz a manutenção do fluxo bi-direcional de dados através de protocolo usado

na comunicação ponto a ponto. Gera diagnóstico da conexão do CLP com o sistema (nível de saída, ausência

de sinal da operadora, etc).

Page 6: AutomaçãO De Elevatorias De Esgoto

Server GITS

O Server GITS pode ser instalado em qualquer local, pois sua comunicação é feita pela rede Internet. Portanto pode ser instalado no fornecedor, no contratante ou em data centers (provedores de serviços), podendo migrar de um para o outro por decisão do contratante. Este servidor executa as seguintes tarefas:

Estabelece a solução do IP dinâmico e inválido atribuído aos modens pelas operadoras GSM.

Faz o transporte de mensagens assíncronas entre os componentes do sistema, CLPs e supervisórios em ambos sentidos.

Executa a autenticação para a liberação de acesso das contas do cliente (cadastramento) seja para o caso de vários conjuntos de modens e CLPs ou uma rede deles conectados a um único modem.

Gerencia o tráfego, latência, volume de dados, etc... Backup de dados: seus servidores são dimensionados para armazenar com

total segurança um grande volume de informações, garantindo pela prática de padrões internacionais os dados correspondentes a última semana de operação.

Firewall: filtra todo o tráfego baseado em informações de endereço IP e porta de origem e destino dos pacotes transmitidos. O acesso não autorizado ao servidor do cliente é bloqueado.

IDS (Instrusion Detectoin System): trabalha com uma extensa base de dados com códigos indesejáveis, expurgando-os caso sejam colocados no tráfego de dados entre a Internet e os componentes do sistema.

Monitoramento e relatórios de performance permanente da rede.

GITS Web Control Panel – GWCP (Acesso livre via Web)

Unidade de controle e administração do GITS Server para acesso remoto aos dispositivos conectados ao sistema. O Gits Web Control Panel provê:

- Criação e remoção de contas de usuários e grupos;- Criação e remoção de cadastros de dispositivos;- Visualização dos dados por números e variáveis;- Manutenção e supervisão do sistema.

Interface com softwares supervisórios (Fornecido com o sistema de supervisão)

Componentes de software que transmite e recebe dados provenientes de OPC Clients de sistemas supervisórios para os modems e permite a criação e manipulação de dados (tags) no formato OPC de forma transparente ao sistema. É a interface com o supervisório Elipse. O OPC Server abstrai a infra-estrutura do GITS Server, disponibilizando as variáveis transportadas de ou OPC Clients dos softwares supervisórios.

Software de Supervisão Gráfica (Supervisório)

Page 7: AutomaçãO De Elevatorias De Esgoto

Software que proporciona a visualização gráfica e animada da aplicação e que provê:

- Supervisão e Controle do Sistema- Históricos de eventos- Alarmes - Diagnósticos de falhas- Relatórios- Gráficos

DADOS DO AUTOREng. Eduardo Mendonça(Engenheiro responsável pela execução e elaboração do projeto)Celular: (21) 9252-6168E-mail: [email protected]