automação de sistemas de abastecimento de Água

AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS DEABASTECIMENTO DE ÁGUA

CONTROLE DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA POR MÓDULOS

CONTROLE DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO CONTROLE DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE DE ÁÁGUA POR MGUA POR MÓÓDULOSDULOS

Monitoramento daqualidade da água

Distribuição de água

Captação SCADA

CONTROLE INTEGRADO DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

CONTROLE INTEGRADO DO SISTEMA DE CONTROLE INTEGRADO DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ABASTECIMENTO DE ÁÁGUAGUA

Fonte de captaçãode água

Estação detratamento

Centro de controle

Sistemas de informações

Modelo de captação de águaModelo de demanda de águaModelo de qualidade da águaModelo de otimização da operação

SCADA SCADA

Transmissãoe distribuição

Unidadesterminaisremotas

Sistema decontrole

de processos

Unidadesterminaisremotas

Água

bruta

Água

tratada

NÍVEIS DE AUTOMAÇÃONNÍÍVEIS DE AUTOMAVEIS DE AUTOMAÇÇÃOÃO

Gra

u de

auto

maç

ão

Grau de operação m

anual

Processo físico

Exemplos:

Sistemas Especialistas

Modelos matemáticosModelos provisionaisIntegração SIMAN e GIS

SCOA e CCO’s

Controlador coagulante

Medidor turbidez

Sistemas inteligentes

Modelagem sistêmica /Controle assistido

Controle e monitoramento remoto / integração de funções complexas

Coleta / Transmissão de dados eintegração parcial de funções

Instrumento de campo / Operação local

Nível 5

Nível 4

Nível 3

Nível2

Nível 1

AUTOMAÇÃO COMO INTERFACE ENTRE AS TECNOLOGIAS DE SANEAMENTO E DE INFORMAÇÃO

AUTOMAAUTOMAÇÇÃO COMO INTERFACE ENTRE AS ÃO COMO INTERFACE ENTRE AS TECNOLOGIAS DE SANEAMENTO E DE INFORMATECNOLOGIAS DE SANEAMENTO E DE INFORMAÇÇÃOÃO

Multidisciplinaridade da automação

Automação

Informática

Processo

Controle

Hidráulica

Operação Instrumentação

Eletricidade

Manutenção

Aplicação da automação em saneamento básico

Sistema Especialistas

Manutenção preditiva

Sistema de Engenharia de Processos

Automação local dos equipamentos

Adequação dos quadros elétricos

Sistema de Informações Gerenciais

Controle otimizado do processo

Sistema de Gestão de Laboratório

Tração eletrônica dos motores

Adequação dos equipamentos

Sistema de Gestão de Manutenção

Supervisão e comando centralizados

Integração com GIS

Instrumentação

Atuação físicanos processos

Hardware e Softeware

IntegraçõesTecnologiados processos

de saneamento

Tecnologiada informação

Leitura de fluídose equipamentosComandos nosequipamentos

Servidor de dadosEstações remotasRedes de computador

Sistemas de gestão e apoioGISPIMS / MêsInternet

Plataformas de:

Automação

AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA E ESGOTO SANITÁRIO

AUTOMAAUTOMAÇÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁÁGUA E ESGOTO SANITGUA E ESGOTO SANITÁÁRIORIO

Água Bruta

Água

EsgotosEsgotos

Esgotos

Efluentes

O Sitema de Automaçãosempre interage comoperador em algumnível.

Elevatórias de água tratadaReservaçãoRede de distribuição

A automação consiste em coletar e concentrar as informações do processo,processá-las com o uso da Tecnologia de informação e, com base nosresultados obtidos, atuar - de uma forma autônoma - sobre os estados e asgrandezas para obtenção dos resultados desejados

CONTROLE DO PROCESSO DE AUTOMAÇÃOCONTROLE DO PROCESSO DE AUTOMACONTROLE DO PROCESSO DE AUTOMAÇÇÃOÃOChuveiro elétrico

Aquecimento

Água fria

Água quente

Processo de transformação em um chuveiro elétrico

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UM CONTROLE AUTOMÁTICO

REPRESENTAREPRESENTAÇÇÃO ESQUEMÃO ESQUEMÁÁTICA DE UM CONTROLE TICA DE UM CONTROLE AUTOMAUTOMÁÁTICOTICO

Entrada docontrole

Entrada doprocesso Saída do

processo

Elemento final(potenciômetro)

Elemento final(válvula)

Água quenteÁgua fria

Transformação

Controle

Elemento primário(pele)

Saídas docontrole

TÉCNICAS DE CONTROLE AUTOMÁTICOTTÉÉCNICAS DE CONTROLE AUTOMCNICAS DE CONTROLE AUTOMÁÁTICOTICO

• Controles em malha aberta– Liga/desliga – Controle seqüencial– Intertravamentos– Proteção

• Controles contínuos– PID– Fuzzy-logic– Redes neurais

• Variáveis digitais e analógicas

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)CONTROLADOR LCONTROLADOR LÓÓGICO PROGRAMGICO PROGRAMÁÁVEL (CLP)VEL (CLP)

Configuração típica do CLP compacto

Alimentação

Borne de entradas

Memória

Módulo deexpansão

Conector paraprogramação /

expansão

Borne de saídas

Borne de saídas

Borne de entradas

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)CONTROLADOR LCONTROLADOR LÓÓGICO PROGRAMGICO PROGRAMÁÁVEL (CLP)VEL (CLP)

Estrutura básica de uma CLP

Entradas

Software

Unidade Central de

Processamento

Hardware

Memória

Memóriado usuário

Sistemaoperacional

Fonte

Saídas

INSTRUMENTAÇÃOINSTRUMENTAINSTRUMENTAÇÇÃOÃO• Instrumentação digital

– Pressostato– Chave de nível– Chave de fluxo– Termostato– Chave fim-de-curso– Fotocélula– Sensor de presença

• Instrumentação analógica– Transmissor de nível– Transmissor de vazão– Transmissor de pressão– Transmissor de posição– Transmissor de vibração– Medidor de pH– Medidor de oxigênio dissolvido– Analisador de cloro residual– Analisador de flúor– Turbidímetro

ATUADORES OU ACIONAMENTOSATUADORES OU ACIONAMENTOSATUADORES OU ACIONAMENTOS• Atuadores ou elementos finais

– Bombas– Ventiladores– Agitadores– Aquecedores– Lâmpadas– Válvulas– Robôs

• Acionamentos elétricos– Acionamento de motores

Partida diretaPartida estrela-triânguloPartida compensadaSoft-StarterInversor de freqüência

• Acionamentos hidráulicos e pneumáticos– Atuadores de válvulas:

Válvulas on/offVálvulas proporcionais

– Prensas– Robôs– Movimentação de cargas

ENTRADASENTRADASENTRADAS• Entradas digitais

Entrada com alimentação interna

1

2

3

Entrada com alimentação externa

+

1

2

3

• Entradas analógicasEntrada com alimentação interna

mA

20181614121086420

0 10mca

SAÍDASSASAÍÍDASDAS• Saídas digitais

− Por tensão− Por relê

• Saídas analógicas

Saídas digitais por tensão

+

1

2

3

ou

mA

20181614121086420

0 1 2 3 4 5 6 7 8

SISTEMAS DE CONTROLE DISTRIBUÍDOSSISTEMAS DE CONTROLE DISTRIBUSISTEMAS DE CONTROLE DISTRIBUÍÍDOSDOS

• Sistema de automação baseado em PC

Ethernet

Estação de controle / Estação de operação

Estação de controle(redundante)

Estação de comunicaçãode chão de fábrica

Entradas / Saídas Entradas / Saídas Entradas / Saídas

Ethernet

• Sistema misto de automação

Estação de controleem PC

CLPEstação de controleem PC

(redundante)

Servidor de redeEstação de operação

Servidor de redeEstação de operação

Rede de comunicaçãode chão de fábrica

Entradas / Saídas Entradas / Saídas Entradas / Saídas Entradas / Saídas

EthernetEthernet

REDES DE AUTOMAÇÃOREDES DE AUTOMAREDES DE AUTOMAÇÇÃOÃO• Arquitetura

– Centralizada– Distribuída

Rede em anel

Local

Local

Rem

oto

Rede em anel físico Rede em anel lógico


– DistribuídaRede em barreamento

Rede de computadores em barramento

1 2 3 4 5 6 7 8


– DistribuídaRede em estrela Rede em árvore

12

3

4

5

6

1 1 1

2 2 2

3 3

REDES DE AUTOMAÇÃOREDES DE AUTOMAREDES DE AUTOMAÇÇÃOÃO

PROTOCOLO• O modelo de 7 camadas OSI• Meio físico

– Distância máxima– Taxa de transmissão– Configurações possíveis– Número máximo de estações

• Mecanismos de controle de acesso– Mestre–Escravo– Token-Passing– CSMA – CD– CSMA – BA– Produtor/Consumidor

REDES DE AUTOMAÇÃOREDES DE AUTOMAREDES DE AUTOMAÇÇÃOÃO

• Software de supervisão e controle

• Interfaces Homem/Máquina

SISTEMA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION)

SISTEMA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND SISTEMA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION)DATA ACQUISITION)

Sistema SCADA aplicado no sistema de abastecimento de água da cidade de Rouen-França

APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

APLICAAPLICAÇÇÕES DA AUTOMAÕES DA AUTOMAÇÇÃO EM SISTEMAS DE ÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ABASTECIMENTO DE ÁÁGUAGUAMonitoramento da qualidade da água de um rio


APLICAAPLICAÇÇÕES DA AUTOMAÕES DA AUTOMAÇÇÃO EM SISTEMAS DE ÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ABASTECIMENTO DE ÁÁGUAGUA

Controle de bombeamento da água bruta através de medidor de vazão

Água brutaFT

FC

ETA

LT

FT = Transmissor de vazão

LT = Transmissor de nível

FC= Controle da vazão



Controle de bombeamento da água bruta através de medidor de vazão

Captação de água

Controleda bomba

Setpoint

ETAMedidorde vazão



Controle do bombeamento para a distribuição de água

Reservatóriode jusante

FT

FC

Reservatóriode montante

LT

PT

LT

Lógica

FT = Transmissor de vazãoLT = Transmissor de nívelPT = Transmissor da pressãoFC = Controle da vazão

ESTUDOS DE CASOSESTUDOS DE CASOSESTUDOS DE CASOS

Automação de sistemas produtores de água e tratamento de esgotos - Aqualog

Tela do supervisório do Aqualog

Principais resultados obtidos com o Aqualog:

• Redução de 27% de coagulantes em ETAs

• Redução no consumo de energia elétrica em 24%

• Racionalização da mão-de-obra de 73%

• Melhoria na qualidade de água produzida

Tela do supervisório do Aqualog

Torre dedistribuição

Reservatóriointermediário

com elevatórias

Poços commotor-bomba

Linhas deadução

LP CCO

AUTOMAAUTOMAÇÇÃO DE POÃO DE POÇÇOS PROFUNDOSOS PROFUNDOS

Alimentação

Nível Estático

Nível Dinâmico

Conjunto Moto-bomba Submersível

Controle de nível dinâmicoMonitoração de variáveis

elétricas e hidráulicas

Quadro elétricoe CCM Digital

Linha Privadaou Rádio

Controle das dosagensMonitoração de variáveis hidráulicas

Escorva automática

Reservatório

Elevatória

CCO

Dosagem:Cloro, Flúor

CLP

Poço

CLP

FLUXOGRAMA ESQUEMFLUXOGRAMA ESQUEMÁÁTICOTICOFluxograma esquemático de comunicação de dados de um sistema

automatizado e controlado a distância

Rádio Rádio Rádio

Rádio Rádio Rádio

PLC PLC PLC

PLC

Modem

Modem

SupervisóriolocalSupervisório

local

Supervisóriogerencial

Ethernet

ConversorTCP/IP - RS 232

LP

TELAS DE CONTROLE REMOTOTELAS DE CONTROLE REMOTO

Tela de controle remoto do sistema de distribuição

Tela de controle remoto de ETA

TELAS DO SUPERVISTELAS DO SUPERVISÓÓRIORIO

SISTEMA DE CONTROLE DA OPERASISTEMA DE CONTROLE DA OPERAÇÇÃO DE ADUÃO DE ADUÇÇÃO ÃO --SCOASCOA

O SCOA abrange 29 municípios da RMSP e é constituído por:• 8 estações de tratamento de água• Cerca de 1.200 km de adutoras• 150 reservatórios e elevatórias• Cerca de 24.000 km de rede de distribuiçãoO CCO do SCOA recebe informações de 164 estações remotas:• Comanda:

– 146 bombas (partida, parada)– 117 válvulas (abertura, fechamento)

• Supervisiona:– 342 bombas (estado de funcionamento)– 117 válvulas (estado de abertura)– 238 reservatórios (nível)– 3 torres (pressão)– 175 pontos de medição de pressão– 185 pontos de medição de vazão– 1 ponto de medição de temperatura ambiente– 1.232 alarmes de condições operacionais anormais

Subsistemas do SCOA

Operadores doSCOA

Macromedição

Subsistema decomunicação

de dados

Clientes doSCOA

Subsistemaclientes

Banco de dadoshistóricos

Subsistema deoperação

Subsistema de macromedição

Banco de dadosoperacionais

Diagrama de contexto do SCOA

Sistema de adução,reservação e

tratamento de água

Centro de ControleOperacional (CCO)

Clientes doSCOA

Operadores doSCOA Macromedição

SISTEMA DE CONTROLE DA OPERASISTEMA DE CONTROLE DA OPERAÇÇÃO DE ADUÃO DE ADUÇÇÃO ÃO -- SCOASCOA

SCOASCOA

Diagrama de arquitetura de hardware do SCOA

Pressão da torre

Cloro residual

Pressão da linha

Vazão

Nível reservatório

Posição válvula

Sinalização de bombas

Comando de bombas

Comando de válvulas

Estaçãoremota

Centro de controle da operação

Estação remota 1

Estação remota 1

SensoresArm

ário

de

inst

rum

enta

ção

Equi

pam

ento

rem

oto

de te

lem

etria

Linh

as p

rivad

as

Con

cent

rado

r

Arm

ário

de

prot

eção

de li

nhas

Computador1

Computador2

Mesa deoperação

SCOASCOADiagrama geral do SCOA

ERT ERT

LP LP

ECTS

Computador deBackup

Computador decontrole

Chaveador de periféricos

Apoio eplanejamento

Apoio eplanejamentoVídeo 1 Vídeo 2 Vídeo 3 Vídeo 4

Centro de controle

Campo

12B12A

01B01A

Impr 3 Impr 3Impr 1 Impr 2

ARQUITETURA ARQUITETURA DO SCOADO SCOA

Lps, frame-relayou linhas discadas

Segmento derede 1

Dualizado

Segmento derede 2

Estação deengenharia 1

Estação deengenharia n

UR 1

UR 1

Estação deotimização

Internet

UR-n

UR n

Estação deapresentação

Permissionárias

Concentradorde dados 1

Concentradorde dados 2

Servidor de dados histórico

Pólos deoperação volante

Servidor de dadosoperacionais 1

Servidor de dadosoperacionais 2

Servidor deacesso

remoto / firewall

Estação demacromedição 1

Estação demacromedição 2

Estação de telemetria 1

Estação de telemetria 2

Painél sinótico

Interfaceentre redes

Segmento derede 3

Estação deoperação 1

Estação deoperação n

Segmento derede 4

Estação de gerência 1

Estação de gerência 2

Roteador

Rede corporativaSABESP

SIGAO/CSIAtendimento 195

Distribuição

SGM Manutenção

Sistemascorporativos

GIS

Internet / IntranetSABESP

Controle deacesso físico

automação de sistemas de abastecimento de Água

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