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Universidade Federal do Espírito Santo Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Elétrica Projeto de Graduação Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular André Miranda Daher Vitória - ES Agosto/2007

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Page 1: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Universidade Federal do Espírito Santo

Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Elétrica

Projeto de Graduação

Desenvolvimento e estudo qualitativo de um

sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem

celular

André Miranda Daher

Vitória - ES

Agosto/2007

Page 2: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

André Miranda Daher

Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações

elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Parte manuscrita do Projeto de

Graduação do aluno André

Miranda Daher, apresentado ao

Departamento de Engenharia

Elétrica do Centro Tecnológico da

Universidade Federal do Espírito

Santo, para obtenção do grau de

Engenheiro Eletricista.

Vitória – ES

Agosto/2007

Page 3: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

André Miranda Daher

Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com

comunicação através de um modem celular

COMISSÃO EXAMINADORA: Prof. Dr. Alessandro Mattedi

Orientador

_________________________________ Prof. Dr. José Denti Filho Co-Orientador ____________________________

Prof.Jose Leandro Felix Salles Examinador

___________________________ Thobias Tose Examinador

Vitória - ES, 03 de agosto de 2007

Page 4: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

1

DEDICATÓRIA Dedico este projeto aos meus pais.

Page 5: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

2

AGRADECIMENTOS Agradeço a Lorrayne Zucolotto que contribui com suas críticas, aos

funcionários da CESAN, Engenheiros Thobias Tose e Roberto Dellaqua que me

apoiaram e ajudaram na execução do projeto, a Gilberto e Luis da empresa Atos

que responderam aos meus questionamentos, aos funcionários da empresa

Tomazzelli que me ajudaram na instalação do projeto e aos professores da UFES

Alessandro Mattedi e José Denti Filho que me deram a oportunidade de realizar

este projeto de graduação.

Page 6: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

3

Lista de figuras

Figura 1 – Diagrama funcional de todo projeto ................................................. 17

Figura 2 – Painel ................................................................................................... 19

Figura 3 – Estação Elevatória de Esgoto Bruto (EEEB) .................................... 20

Figura 4 – Acionamento do soft-starter anterior ao projeto ............................. 21

Figura 5 – Temporizador eletrônico .................................................................... 22

Figura 6 – Eletrodos do relé de nível .................................................................. 23

Figura 7 – Diagrama de funcionamento do relé de nível ................................... 23

Figura 8 – Relé de nível ........................................................................................ 24

Figura 9 – Ligação relé de nível .......................................................................... 24

Figura 10 – Bloco-diagrama simplificado do SSW-04 ....................................... 25

Figura 11 – Desenho do cartão eletrônico de controle do SSW- 04 ................. 26

Figura 12 – Descrição do conector X2 ................................................................ 27

Figura 13 – Funcionamento do relé 1 ................................................................. 28

Figura 14 – Diagrama de força da bomba 1 ........................................................ 30

Figura 15 – Diagrama de força da bomba 2 ........................................................ 31

Figura 16 – Diagrama funcional do acionamento da bomba 1 ........................ 32

Figura 17 – Diagrama funcional do acionamento da bomba 2 ......................... 32

Figura 18 – Diagrama funcional da bomba 1 modificado .................................. 33

Figura 19 – Diagrama funcional da bomba 2 modificado .................................. 34

Figura 20 – Conector X2 modificado .................................................................. 34

Page 7: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

4

Figura 21 – Entradas CLP .................................................................................... 34

Figura 22 – Bomba submersível .......................................................................... 35

Figura 23 – Barrilete ............................................................................................. 36

Figura 24 – Válvula flap ........................................................................................ 37

Figura 25 – Válvula borboleta .............................................................................. 37

Figura 26 – Comunicação entre o CLP e o modem ........................................... 39

Figura 27 – Cabo de comunicação do modem com computador ..................... 40

Figura 28 – Interligação PC com modem ............................................................ 40

Figura 29 – Selecionando o item Configuration ................................................ 42

Figura 30 – Parâmetros iniciais Gitz Wizard ...................................................... 43

Figura 31 – Auto Save Log File ........................................................................... 43

Figura 32 – Configuração utilizando o Gitz Wizard ........................................... 44

Figura 33 – Configuração do canal ..................................................................... 45

Figura 34 – Configuração da APN ....................................................................... 45

Figura 35 – Self Test ............................................................................................ 46

Figura 36 – Identificando o ID ............................................................................. 47

Figura 37 – Arquitetura de um sistema de informação e controle ................... 48

Figura 38 – Janela Principal do Atos OPC ......................................................... 49

Figura 39 – Adicionando Servidor ..................................................................... 49

Figura 40 – Propriedades do host ...................................................................... 50

Figura 41 – Adicionando um Peer ....................................................................... 51

Figura 42 – Configurando o Peer ........................................................................ 51

Figura 43 – Adicionando um CLP ....................................................................... 52

Page 8: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

5

Figura 44 – Configurando o CLP ......................................................................... 52

Figura 45 – Grupo ASYNC e WriteOnly .............................................................. 53

Figura 46 – Propriedades das TAG’s .................................................................. 54

Figura 47 – Escrever valor na TAG ..................................................................... 55

Figura 48 – TAG’s paramétricas .......................................................................... 56

Figura 49 – Janela de logs ................................................................................... 57

Figura 50 – Janela de frames .............................................................................. 58

Figura 51– Sequência de comunicação .............................................................. 58

Figura 52 – Topologia do Atos OPC com os softwares supervisórios ............ 59

Figura 53 – Inserindo tags no supervisório ....................................................... 60

Figura 54 – Janela ORGANIZER .......................................................................... 61

Figura 55 – Inserindo animação .......................................................................... 62

Figura 56 – Tela Geral .......................................................................................... 62

Figura 57 – Tela Jardim Camburi Praia .............................................................. 63

Figura 58 – E-mail da empresa Atos ................................................................... 66

Figura 59 – Alteração na placa ............................................................................ 66

Figura 60 – E-mail resumindo problemas ........................................................... 67

Figura 61 – Convite da empresa Atos ................................................................. 69

Figura 62 – Disponibilidade da comunicação .................................................... 71

Figura 63 – Bytes transferidos ............................................................................ 72

Figura 64 – Tensão inicial .................................................................................... 80

Figura 65 – Rampa de aceleração ....................................................................... 81

Figura 66 – Tempo de rampa ............................................................................... 81

Page 9: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

6

Figura 67 – Limitação de corrente ...................................................................... 81

Figura 68 – Sobrecorrente imediata .................................................................... 82

Figura 69 – Gráfico de sobrecorrente imediata ................................................. 82

Figura 70 – Tempo de sobrecorrente imediata .................................................. 83

Figura 71 – Subcorrente imediata ....................................................................... 83

Figura 72 – Tempo de subcorrente imediata ...................................................... 84

Figura 73 – Tensão nominal entre partidas ........................................................ 85

Figura 74 – Intervalo entre partidas .................................................................... 85

Figura 75 – Tempo para auto-reset ..................................................................... 86

Figura 76 – Entradas e saídas do CLP ................................................................ 89

Figura 77 – Guia geral .......................................................................................... 94

Figura 78 – Cabo de ligação em RS232 (PC < >TICO) ....................................... 94

Figura 79 – Conexão do cabo de ligação ........................................................... 95

Figura 80 – Abrindo o CLP (TICO) ....................................................................... 96

Figura 81 – Localização do jumper de segurança ............................................. 97

Figura 82 – Exemplo de programação com instruções básicas ....................... 98

Figura 83 – Exemplo de programação com o bloco SETR................................ 99

Figura 84 – Exemplo de programação com a instrução MONOD ..................... 99

Figura 85 – Gráfico da instrução MONO .......................................................... 100

Figura 86 – Exemplo de programação com temporizador .............................. 100

Figura 87 – Exemplo de programação com um contador ............................... 101

Figura 88 – Exemplo de programação com um comparador .......................... 102

Figura 89 – Exemplo de programação com MOVK .......................................... 103

Page 10: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

7

Figura 90 – Exemplo de programação com a instrução CALL ....................... 103

Figura 91 – Exemplo de programação com MOVK .......................................... 104

Figura 92 – Enviar para o CLP ........................................................................... 105

Figura 93 – Janelas de configura conexão e enviar para o CLP .................... 105

Figura 94 – Receber do CLP .............................................................................. 106

Figura 95 – Rotina principal .............................................................................. 107

Figura 96 – Subrotina E0 ................................................................................... 108

Figura 97 – Subrotina CONFIG (1) ..................................................................... 108

Figura 98 – Subrotina CONFIG (2) ..................................................................... 109

Figura 99 – Subrotina CONFIG (3) ..................................................................... 109

Figura 100 – Subrotina CONFIG (4) ................................................................... 110

Figura 101 – Subrotina Arranjo ......................................................................... 111

Figura 102 – Subrotina LIGB1 .......................................................................... 111

Figura 103 – Subrotina LIGB2 .......................................................................... 112

Figura 104 – Subrotina RESET ......................................................................... 112

Figura 105 – Subrotina S7-OFF (1) ................................................................... 113

Figura 106 – Subrotina S7-OFF (2) .................................................................... 113

Page 11: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

8

Lista de tabelas

Tabela 1 – Dados técnicos relé de nível ............................................................. 24

Tabela 2 – Erros do soft-starter ........................................................................... 28

Tabela 3 – Custo por elevatória ........................................................................... 74

Tabela 4 – Custo para 15 elevatórias com Software Supervisório .................. 75

Tabela 5 – Comparação de custos ...................................................................... 75 Tabela 6 – 1° Lista de parâmetros do SSW-04 ................................................... 77

Tabela 7 – 2° Lista de parâmetros do SSW-04 ................................................... 78

Tabela 8 – 3° Lista de parâmetros do SSW-04 ................................................... 79

Tabela 9 – Parâmetro 00 ...................................................................................... 80

Tabela 10 – Características de programação do micro-controlador ................ 88

Tabela 11 – Especificações das entradas digitais ............................................. 88

Tabela 12 – Características das saídas digitais ................................................. 89

Tabela 13 – Mapeamento da memória ................................................................ 90

Tabela 14 – Estados internos da memória (1) .................................................... 91

Tabela 15 – Estados internos da memória (2) .................................................... 91

Tabela 16 – Mapeamento dos registros especiais ............................................. 92

Tabela 17 – Referência cruzada dos estados internos ...................................... 93

Page 12: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

9

SIMBOLOGIA

APN – Acess Point Name (Ponto de Acesso de Nome)

BCD – Binary Coded Decimal (Código Binário Decimal)

BIT – Binary Digit, (Dígito binário)

CDMA – Code Division Multiple Access ( Código de Acesso por Divisões Múltiplo)

CESAN – Companhia Espírito Santense de Saneamento

CLP – Controlador lógico programável

CPU – Central Process Unit ( Unidade Central de Processamento)

EEEB – Estação Elevatória de Esgoto Bruto

GITS – Gwyddion Interactive Teleoperation System. (Sistema de tele-operação

Interativa Gwyddion

GTD – Gwyddion Telemetry Device ( Dispositivo de telemetria Gwyddion )

IHM – Interface Homem Máquina

ID – Identificação

IEC – International Eletrotechnical Comission – Órgão internacional de

padronização

IN – Corrente Nominal

IP – Internet Protocol. (Protocolo de Internet)

LED – Light Emitting Diode (Diodo Emissor de luz)

Modem – Acrônimo (Mo – modulador , dem – demodulador )

OPC – OLE for Process Control (OLE para controle de processos)

OLE – Object Linking and Embedding (Ligando e Encaixando Objetos )

PIN – Personal Identification Number (Número de indentificação Pessoal)

RAM – Random Acess Memory (Acesso de Memória Randômico)

SSW-04 – Soft-Starter WEG – 04

VPN – Vitual Private Network ( Rede de Trabalho Virtual Privada )

WIRELESS – Sem fio (wire=fio, less=sem)

1xRTT- Radio Transmission Tecnology (Tecnológia de transmissão a rádio)

Page 13: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

10

GLOSSÁRIO

APN – (Acess Point Name), possibilita o modem fazer uma conexão com a rede de

IP externa (Operadora).

Bit – Abreviatura de "Binary Digit" (em inglês, “dígito binário”).

Byte – Conjunto de oito bits.

GITS – Gwyddion Interactive Teleoperation System. Denominação da infra-

estrutura de comunicação.

Handler ID - Código de identificação da conexão Atos OPC GPRS Server com

GITS Server.

HDL – handler (manuseador) - é um perfil do OPC.

ID – 1.Identificação do número do chip. 2.Pode ser ID de uma tag.

IP – Internet Protocol. É um protocolo para redes de comunicação de dados, ou

seja, IP é um conjunto de regras e formatos utilizado em redes em que a

comunicação se dá através de pacotes de dados.

Jumper – Ligação entre dois pontos

Ladder – É uma linguagem de programação usada para programar controladores

lógicos programáveis.

OPC – Tem a função de padronizar a comunicação para leitura de todos os

supervisórios

Overflow – Acontece quando a quantidade armazenada excede o limite

Peer – Designação para modem e unidade com Atos OPC.

PIN – Senha do módulo celular .

Profile – é o conjunto de funcionalidades que caracterizam cada tipo de peer, ou

seja, é uma de descrição do modo de trabalho do peer.

Relé – dispositivo provido de uma bobina que quando energizada, movimenta um

conjunto de contatos, fechando-os ou abrindo-os;

Soft-starter – Dispositivo que aciona cargas através de uma rampa, que pode ser

obtida controlando a tensão ou a corrente.

Stand-by – Em espera, sistema pronto para ser executado

TAG – Rótulo de idenficação de variáveis coletadas

Page 14: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

11

TCP – Transmission Control Protocol. É um padrão utilizado para conectar as

redes de computadores que fazem parte da Internet, permitindo a comunicação

entre aplicativos em computadores de redes distintas sem que haja necessidade

de se conhecer a topologia empregada em cada uma delas.

Voluta – A voluta é tipo um funil encurvado que possui sua área aumentada na

saída da bomba.No final da voluta a área da seção transversal aumenta, causando

redução da velocidade do líquido e aumentando a sua pressão.

WIRELESS – A tecnologia Wireless (wire=fio, less=sem) permite a conexão entre

diferentes pontos sem a necessidade do uso de cabos (nem de telefonia, nem de

TV a cabo, nem de fibra ótica), através da instalação de uma antena e de um rádio

de transmissão. O sinal é recebido em alta freqüência, portanto não interfere em

nenhum tipo de aparelho eletrônico. Essa tecnologia vem sendo amplamente

adotada por se tratar de uma solução que possibilita alta velocidade a um custo

semelhante ao da conexão discada.

Page 15: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

12

Sumário

Dedicatória .............................................................................................................. 1

Agradecimentos ..................................................................................................... 2

Lista de figuras ....................................................................................................... 3

Lista de tabela ........................................................................................................ 7

Simbologia .............................................................................................................. 8

Glossário ................................................................................................................. 9

Sumário ................................................................................................................. 11

Resumo ................................................................................................................. 14

1Introdução ........................................................................................................... 15

2.A estação elevatória de esgoto bruto .............................................................. 19

2.1 A planta ........................................................................................................ 19

2.2 A lógica de funcionamento do processo .................................................. 20

2.2.1 Temporizador eletrônico ..................................................................... 21

2.2.2 Relé de nível eletrônico ....................................................................... 22

2.2.2.1 Funcionamento do relé de nível .............................................. 23

2.2.2.2 Esquema de ligação\ Dados técnicos ..................................... 24

2.3 Soft-Starter (SSW-04) ................................................................................... 24

2.3.1 Hardware .............................................................................................. 25

2.3.2 Relés do soft-start SSW-04 ......................................................... 28

2.3.3 Programação ................................................................................ 30

Page 16: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

13

2.4 Painel da elevatória ...................................................................................... 30

2.5 Bombas ......................................................................................................... 35

2.6 Barrilete ........................................................................................................ 35

2.6.1 Válvula de retenção ..................................................................... 36

2.7 Sinalização ................................................................................................ 37

2.8 Conclusão ..................................................................................................... 37

3 Comunicação ..................................................................................................... 38

3.1 Cabos de comunicação ............................................................................... 39

3.2 Programação do Modem ............................................................................. 41

3.2.1 Gitz Wizard ........................................................................................... 42

3.2.2 Configuração ................................................................................ 44

3.2.3 Testando Configuração ............................................................... 46

3.2.3.1 Identificando ID e realizando testes ................................. 47

3.3 Configuração do ATOS OPC Server ........................................................... 47

3.3.1 Adicionando um Servidor Gits.................................................... 49

3.3.2 Adicionando um Peer .................................................................. 50

3.3.3 Adicionando um CLP ................................................................... 52

3.3.4 Tag’s ............................................................................................. 53

3.3.5 Inicializando uma aplicação do ATOS OPC Server ................... 57

3.4 Conclusão ..................................................................................................... 58

4 Software supervisório Elipse ........................................................................... 59

4.1 Programação do software supervisório Elipse ......................................... 60

Page 17: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

14

4.2 Relacionando TAG's a objetos .................................................................... 61

4.3 Conclusão ..................................................................................................... 63

5 Problemas na instalação do projeto ................................................................ 64

5.1 Instalação do CLP no painel. ...................................................................... 64

5.2 Colocação do painel na elevatória ............................................................. 64

5.3 Problema de comum. do modem com o CLP e como módulo celular ..... 65

5.4 Erros de fabricação na comunicação do modem com o ATOS OPC ....... 67

5.5 Conclusão............... ...................................................................................... 69

6 Estudo qualitativo do projeto .......................................................................... 71

6.1 Disponibilidade ............................................................................................ 71

6.2 Melhorias ...................................................................................................... 73

6.3 Viabilidade deste projeto em situações semelhantes ............................... 73

6.4 Custos do projeto ........................................................................................ 74

6.5 Conclusão.................. ................................................................................... 76

Anexo A - Programação do SSW-04......................................................................77

Anexo B - O Micro-Controlador Programável .................................................... 87

B-1 Características Gerais ................................................................................ 87

B-2 Características de Programação e Hardware ............................................ 88

B-3 Especificações Elétricas ............................................................................. 88

B-4 Memória do micro-controlador 2200.39R da série TICO .......................... 90

B-4.1 Mapeamento da Memória ........................................................... 90

B-4.2 Estados internos ......................................................................... 91

Page 18: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

15

B-4.3 Registros especiais .................................................................... 92

B-4.4 Temporizadores e Contadores ................................................... 92

B-5 Envio de dados para um dispositivo externo ........................................... 93

B-5.1 Comunicação Serial .................................................................... 94

B-5.2 Jumper de segurança ................................................................. 95

Anexo C - Programação do micro-controlador .................................................. 98

C-1 Instruções .................................................................................................... 98

C-1.1 Instruções básicas ...................................................................... 98

C-1.2 Instrução de comparação ......................................................... 102

C-1.3 Instruções de movimentação ................................................... 103

C-1.4 Instruções especiais ................................................................. 103

C-2 Envio do programa do computador para o CLP ..................................... 104

C-3 Recebimento do programa do CLP em um computador ........................ 106

C-4 Supervisório do WinSUP .......................................................................... 106

Anexo D – Rotinas do CLP ................................................................................ 107

Bibliografia ......................................................................................................... 114

Page 19: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

16

RESUMO

O presente Projeto de Graduação foi desenvolvido com o objetivo de

otimizar o sistema operacional da CESAN, reduzindo gastos com a operação e

evitando possíveis danos ao meio ambiente e à população em geral . O projeto

consiste num supervisório onde é possível verificar o funcionamento das

elevatórias espalhadas por toda a Grande Vitória, e intervir, caso seja necessário,

através de um micro-controlador conectado a um modem que se comunica com o

supervisório instalado numa central de monitoramento.

Temos também uma análise qualitativa do projeto, avaliando-se o tempo de

disponibilidade do sinal, a quantidade de bytes transmitidos por dia e um

detalhamento do custo do projeto, verificando-se assim a sua efetividade .

Page 20: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

17

CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO

O projeto foi aplicado na estação elevatória de esgoto bruto, situada no

bairro de Cidade Continental, setor Europa, Serra - ES

A planta se trata de um fosso e duas bombas de 30 CV que funciona da

seguinte maneira: quando o nível do poço está alto é atuado um relé de eletrodo

que aciona a bomba 1, depois de um tempo, proveniente do temporizador

eletrônico, a bomba 1 é desligada e a bomba 2 é acionada, e assim por diante. As

bombas só param de funcionar quando o relé de eletrodo identifica o nível mínimo,

pois o mesmo abre o contato e retira a alimentação.

No sistema atual faltam controle de algumas situações, como exemplo: o

não reconhecimento de falha em uma das bombas pelo temporizador eletrônico.

Com a instalação deste projeto o CLP identificará defeitos de um motor, e este não

será solicitado, corrigindo uma falha existente no sistema anterior.

O CLP será programado utilizando a linguagem de programação em

LADDER e irá analisar falhas na bomba, temporizar o revezamento das bombas,

receber sinais do supervisório para reiniciar o soft-starter e ligar as bombas 1 e 2.

Pode-se também fazer a segurança da elevatória, instalando sensores de

presença que enviam um sinal para o CLP e que, por sua vez, avisam o

supervisório , acionando a segurança, disparando um alarme, ou ambos.

O CLP e o Modem utilizados são respectivamente o 2200-39R e 2490-31 da

empresa Atos e o supervisório é o Elipse. Este modem necessitou de um módulo

celular Motorola C18 para utilizar a tecnologia CDMA \ 1xRTT .

Page 21: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

18

A figura 1 ilustra o diagrama funcional do sistema:

Figura 1: Diagrama Funcional de todo projeto

Page 22: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

19

CAPÍTULO 2 A Estação Elevatória de Esgoto Bruto (EEEB)

2.1 A Planta A planta onde foi elaborado o projeto trata-se de uma elevatória de

esgoto bruto, onde há um fosso, o qual armazena grande quantidade de

esgoto e um painel elétrico completo, utilizando dois soft-starters da

empresa WEG (SSW-04) como acionamento de partida para as duas

bombas submersas de 30 CV instaladas.

A figura 2 mostra o painel onde o projeto foi implantado:

Figura 2: Painel

É importante citar que as bombas submersíveis não podem

trabalhar quando não estão imersas, isto ocorre devido a necessidade de

refrigeração constante do selo que impede a entrada de líquido no rotor,

situado no eixo do motor. Ao funcionar fora desta condição, o selo

esquenta rapidamente, danificando-se, e caso a bomba for reativada, o

líquido poderá entrar no rotor da bomba pelo selo danificado, causando

curto no rotor.

Sendo esta a maior causa de perdas de bombas submersíveis, de

acordo com dados da CESAN.

Page 23: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

20

A figura 3 ilustra uma estação elevatória de esgoto bruto:

Figura 3: Estação Elevatória de Esgoto Bruto (EEEB)

2.2 A Lógica de funcionamento do Processo

Podemos dividir em dois tipos: manual e automático:

i) O modo manual é usado somente em condições especiais, em

emergências, nos casos onde se deseja uma intervenção direta do

operador, como também nos casos de manutenção onde é necessário o

acompanhamento local do funcionamento da elevatória.

Neste modo de operação podemos ligar ou desligar as bombas

quando desejar, tomando-se cuidado para não ligar as duas bombas e

sobrecarregar a rede, ultrapassando a demanda contratada, ou não

deixar a bomba funcionando com o poço de sucção vazio. Ao ligar a

bomba é dada partida através do soft-starter onde foi definido os

parâmetros de funcionamento do motor como será descrito mais a frente

desta monografia.

ii) No modo automático o processo tem início quando o relé de

eletrodo fecha o contato estabelecido como nível alto, e ativa um

temporizador eletrônico e quando o contator trifásico fornece a

alimentação ao soft-starter. Ao fechar o contator trifásico, o soft-starter

recebe a condição de partida e inicia a rampa de acordo com o

programado.

Page 24: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

21

O esquema da figura 4 abaixo mostra como era o acionamento do

soft-starter antes do projeto:

Figura 4: Acionamento do soft-starter anterior ao projeto

2.2.1 Temporizador eletrônico

O motor terá um tempo de atuação limitado pelo temporizador

eletrônico. Sendo assim, o mesmo retira a condição de funcionamento do

soft-starter, quando o se chegar ao tempo limite, provocando a rampa de

desaceleração de acordo com sua programação, e inicia-se o

procedimento de partida detalhado no item 2.2 (ii), na bomba 2 .

Page 25: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

22

A figura 5 abaixo mostra os detalhes do temporizador eletrônico

utilizado:

Figura 5: Temporizador eletrônico

O temporizador eletrônico faz com que haja um revezamento entre

as bombas. Uma bomba nunca opera dois ciclos consecutivos: quando

uma bomba é desativada por tempo ou por nível baixo, a bomba que

opera no ciclo seguinte será a bomba que estava fora de operação.

2.2.2 Relé de nível eletrônico O relé de nível tem a função de ativar o sistema caso haja um nível

acima do estabelecido, iniciando a partida da rampa do soft-starter e

reduzindo o nível de esgoto da EEEB.

No caso de uma das bombas deixar o nível de esgoto baixo, o relé

de eletrodo é desativado e o contator trifásico desabilitado, provocando o

início da rampa de desaceleração do soft-starter. Após o término da

rampa o soft-starter opera em modo ready (pronto), aguardando

condição para iniciar a rampa de aceleração.

Page 26: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

23

2.2.2.1 Funcionamento do relé de nível Um circuito eletrônico compara a corrente que circula entre dois

eletrodos conectados ao aparelho, com um valor selecionado no frontal,

através de um potenciômetro. Quando o líquido condutor cobrir ou

descobrir os dois eletrodos condutores, com relação ao eletrodo de

referência (Er), o relé de saída será energizado ou desenergizado.

Figura 6: Eletrodos do relé de nível

Figura 7: Diagrama de funcionamento do relé de nível

2.2.2.2 Esquema de ligação\ Dados técnicos

Tabela 1: Dados técnicos relé de nível

Page 27: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

24

Nas figuras 8 e 9 a seguir temos uma foto do relé de nível e seu

respectivo esquema de ligação:

Figura 8: Relé de nível Figura 9 : Ligação relé de nível

2.3 Soft-Starter (SSW-04) Devido às elevatórias de esgoto situarem-se em bairros

residenciais, geralmente no final da rede de fornecimento de energia, as

constantes partidas das bombas provocam fortes oscilações na tensão

fornecida às casas próximas das elevatórias, provocando também danos

a rede elétrica e aos equipamentos elétricos da vizinhança, por este

motivo e para preservar a vida útil das bombas é indispensável a

utilização de soft-starters .

A elevatória escolhida para execução do projeto possui um soft-

starter, modelo SSW-04, marca WEG, construído para suportar uma

potência de até 40 CV.

Devido à quantidade de parâmetros e outras informações

relacionadas ao soft-starter, os tópicos 2.3.1, 2.3.2 tratam apenas das

informações importantes para execução do projeto e a programação do

soft-start pode ser vista no anexo A.

Page 28: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

25

2.3.1 Hardware

Para entender este projeto, é necessário conhecer um pouco do

hardware do SSW-04, da empresa WEG. Nas figuras 10 e 11 abaixo são

mostrados um bloco-diagrama simplificado do SSW-04 e uma descrição

da placa eletrônica do soft-starter, respectivamente:

Figura 10: Bloco-diagrama simplificado do SSW-04

Page 29: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

26

Figura 11: Desenho do cartão eletrônico de controle do SSW-04

Neste projeto foram utilizadas os seguintes conectores do SSW-04:

• X1-1 e X1-2 (alimentação da placa eletrônica);

• X2-1 (acionamento do soft-starter);

• X2-2 (reset);

• X2-3 (falha externa);

• X2-5 (fonte de alimentação 24 VCC);

• X2-11 e X2-10 (relé 3);

• X4,X5 e X6 (entrada dos transformadores de corrente);

• X7 (conector do ventilador);

Page 30: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

27

• X8, X9, X10, X11, X12, X13 (conexão de disparo dos tiristores);

• X 270 (conexão para o aterramento);

• XC2 ( conector da HMI ).

Na figura 12 abaixo temos o conector X2 do soft-start SSW-04

detalhado:

Figura 12: Descrição do conector X2

Page 31: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

28

2.3.2 Relés do soft-start SSW-04 Neste item será detalhada a configuração dos relés do conector

X2 do SSW-04 , através dos parâmetros 51,52,53 e 54 mostrados na

tabela 7 do anexo A .

O parâmetro 51 define o funcionamento do relé 1 . Parametrizado

com valor 1, o relé é ligado instantaneamente com o comando de aciona

do soft-starter, só desligando quando a tensão de alimentação chega à

30% da corrente nominal parametrizada. Este relé seria utilizado no

projeto, mas optou-se por estar coletando a informação de bomba ligada

direto da saída do contator. Na figura 13 o gráfico de tensão versus

tempo exemplifica o funcionamento do relé 1:

Figura 13: Funcionamento do relé 1

Quando o parâmetro 50 é configurado com o valor 02, o relé 03

fecha o contato normalmente aberto se o SSW-04 estiver em estado de

erro. Os erros identificados pelo SSW-04 podem ser vistos na tabela 2:

Tabela 2 : Erros do soft-starter

Page 32: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

29

O parâmetro 53 define como a entrada digital 02 (borne X2-2) irá

funcionar. Neste projeto a entrada digital 2 tem a função de reset de

erros, para isso o parâmetro 53 deve ter valor igual a 1 e a tensão de

entrada deve ser de 24 Vcc. Utilizou-se como alimentação o borne X2-5

que é uma fonte de 24 Vcc.

O parâmetro 54 define como a entrada digital 3 (borne X2-3) irá

funcionar. Neste projeto a entrada digital 3 tem a função de botão de

emergência, o parâmetro 54 deve ter valor igual a 3 e a tensão de

entrada deve ser de 24 Vcc. Para isso utilizou-se como alimentação o

borne X2-5 que é uma fonte de 24 Vcc. O botão de emergência atua

cortando a alimentação da entrada digital 3, assim desativando o

SSW 04.

Page 33: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

30

2.4 Painel da elevatória

Os esquemáticos do painel da elevatória antes da implantação da

elevatória são mostrados nas figuras 26, 27,28 e 29 a seguir:

Figura 14: Diagrama de força da bomba 1

Page 34: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

31

Figura 15: Diagrama de força da bomba 2

Page 35: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

32

Figura 16: Diagrama funcional do acionamento da bomba 1

Figura 17: Diagrama funcional do acionamento da bomba 1

Após a instalação do CLP, foram acrescentadas várias melhorias

ao sistema de comando da elevatória, as quais poderão ser vistas mais

Page 36: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

33

adiante no anexo D, onde são detalhadas as rotinas de programação do

CLP.

O projeto do painel após a instalação do CLP não necessitou de

alterações nos diagramas de força das figuras 14 e 1, porém os

diagramas funcionais das bombas 01 e 02 (figuras 16 e 17) foram

alterados. As alterações podem ser vistas nas figuras 18 e 19 abaixo :

Figura 18: Diagrama funcional da bomba 1 modificado

Page 37: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

34

Figura 19: Diagrama funcional da bomba 2 modificado

Nas figuras 20 e 21 são mostradas as entradas utilizadas no

projeto do conector X2 do SSW-04 e as entradas e saídas do CLP. No

item 4.2 (Estado internos) do anexo B são detalhados os endereços de

memória do CLP e no Anexo D (Rotinas Do Programa), será detalhada a

utlização das entradas e saídas do CLP:

Figura 20: Entradas conector X2 Figura 21: Entradas CLP

Page 38: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

35

2.5 Bombas

As bombas submersíveis utilizadas na elevatória onde foi instalado o

projeto, são bombas de 30 CV (22 KW), com vazão máxima de 36,03

litros por segundo para uma altura manométrica de 26,1 metros, corrente

nominal de 78 ampéres, tensão de 220 volts (fase-fase), 60 Hz e 1750

rpm. A bomba foi fabricada pela empresa ABS e tem uma voluta com

saída de 150 mm de diâmetro. A figura 34 mostra a foto da bomba que

opera nesta elevatória.

Figura 22: Bomba submersível

2.6 Barrilete

No relevo de uma cidade existem montanhas e vales, e supondo

que o esgoto seja coletado numa casa na montanha, este esgoto desce

até o vale devido a gravidade, e ao chegar ao vale este esgoto não

consegue subir novamente, logo utiliza-se bombas que fazem pressão

no esgoto para que ele suba e desça novamente até a estação de

tratamento.

A tubulação que se inicia no fundo do poço e leva o esgoto até a

rede é chamada de barrilete. Na figura 35 temos uma foto onde é

mostrado um barrilete de uma EEEB da CESAN.

Page 39: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

36

Figura 23: Barrilete

2.6.1 Válvula de retenção

A válvula de retenção tem a função de não deixar que o esgoto

retorne para a elevatória. Existem vários modelos de válvula de retenção

como, por exemplo, podemos citar os modelos flap, borboleta e borboleta

pneumática. Neste projeto e em praticamente todas elevatórias de

esgoto do Espírito Santo se utiliza à válvula flap.

A válvula flap é aberta ao receber uma forte pressão devido ao

fluxo de esgoto bombeado da elevatória e é fechada devido ao fluxo

reverso de esgoto que empurra a válvula no sentido contrário.

Nas figuras 24 e 25 abaixo são mostrados dois tipos de válvula de

retenção:

Page 40: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

37

Figura 24: Válvula flap Figura 25: Válvula borboleta

2.7 Sinalização

O painel possui lâmpadas, mostradores analógicos e um horímetro

em sua parte frontal.

O amperímetro de ponteiro recebe a informação de corrente de 03

transformadores de corrente situados acima do soft-starter e existe um

amperímetro para cada bomba .

O voltímetro de ponteiro coleta a tensão da entrada da bomba.

A sinalização é composta por 03 lâmpadas para cada uma das

bombas, sendo uma lâmpada para falha e as outras para sinalizar a

bomba ligada e desligada.

O horímetro marca o tempo que a bomba estiver em

funcionamento.

Os transformadores de corrente servem para fazer a leitura da

corrente que é mostrada no amperímetro na porta do painel.

2.8 Conclusão

O objetivo deste capítulo é explicar o que é uma elevatória, seu

funcionamento geral e de seus equipamentos individualmente e quais

foram as melhorias acrescentadas a elevatória depois da instalação

deste projeto.

Page 41: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

38

Page 42: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

38

Capítulo 3 Comunicação

A comunicação de dados entre o supervisório e o CLP, é realizada

através de um modem celular tecnologia CDMA-1xRTT, esta tecnologia é

um serviço específico oferecido, pelas operadoras com tecnologia CDMA

e permite atender um número maior de usuários na mesma faixa de

freqüência. Este serviço se baseia em endereçamento IP e acesso às

redes de dados via Internet.

A tarifação deste serviço é feita através da quantidade de bytes

trafegados e não por tempo de conexão.

A figura 1 no início desta monografia mostra a arquitetura básica e

os produtos relacionados de um sistema de comunicação para

monitoração, ou operação à distância, utilizando a tecnologia

CDMA-1xRTT.

Nesta arquitetura podemos considerar três elementos que são

responsáveis pelo fluxo de dados entre os CLP's e um sistema

Supervisório:

1) Modem – Transporte de dados do CLP, através do serviço

de telefonia celular, para sistemas supervisórios via Gits Server.

2) Gits Server – Fornece IP e porta válidos para a comunicação

via internet entre o CLP e os sistemas supervisórios.

3) Atos OPC Server – Componente de software que transmite e

recebe dados provenientes do OPC Clients de sistemas

supervisórios para os modems.

A conexão do CLP com o software supervisório, obedece a

seqüência de comunicação descrita a seguir:

- O CLP se comunica com o modem obedecendo o protocolo

modbus. O modem celular ao ser iniciado manda um sinal a

operadora requisitando acesso ao serviço CDMA / 1xRTT, então a

operadora fornece um sinal codificado para ser realizada a

Page 43: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

39

transmissão na frequência determinada .Vale lembrar que a

transmissão CDMA / 1xRTT se baseia em endereçamento IP e

acesso às redes de dados via Internet.

- Após o modem estar conectado a internet, o modem requisita

comunicação com o Gits Server, este ao identificar o modem,

fornecerá um IP e porta válidos para o modem se comunicar via

internet.

- Estando o modem conectado na internet com um IP fornecido pelo

Gits Server, o OPC lê do Gits Server as informações do CLP.

3.1Cabos de comunicação A comunicação entre o modem 2490.31 e o CLP 2200-39R

conectado a ele, e realizada através do canal serial RS-232.A

comunicação entre o CLP, o modem e o modulo celular é mostrado na

figura 26:

Figura 26: Comunicação entre o CLP e o modem

Page 44: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

40

A configuração do modem é feita somente pelo canal serial

RS-232, no qual é viabilizado por dois métodos. O primeiro é por meio do

software específico Gits Wizard e o segundo utilizando o Hyper Terminal.

O cabo de comunicação do modem com o computador deverá

estar de acordo com a figura abaixo:

Figura 27: Cabo de comunicação do modem com computador

Figura 28: Interligação PC com o modem

Page 45: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

41

Para a comunicação com a rede wireless ser realizada o modem

CDMA 2490.31 necessita de um módulo celular. Neste projeto foi

utilizado o módulo celular C18 Motorola.

3.2 Programação do Modem O modem funcionando no modo stand-alone funciona com a

configuração de operação do tipo mestre modbus. Seu funcionamento

independe de qualquer dispositivo conectado a ele. A programação de

leitura ou escrita de endereços específicos de dispositivos escravos com

comunicação modbus, pode ser feita através de tags parametrizadas,

utilizando o Atos OPC.

O modem tem capacidade de armazenamento de 15 regras (tags)

por Peer enviadas por meio do Atos OPC Server.

Ao ser energizado, o modem, entra no modo de espera ou BOOT

(duração de 30 segundos – LED run piscando rápido intermitente)

aguardando o possível comando MODE.

O comando MODE alterna entre os 3 modos de funcionamento do

dispositivo, BOOT, CONF e WORK. O modem ao ser ativado permanece

por 30 segundos em modo BOOT, alternando para modo WORK na

seqüência (LED run piscando rápido).

Se o comando MODE for digitado dentro destes 30 segundos,o

dispositivo passará a operar em modo CONF. Digitando MODE

novamente, o modem passará a operar em modo WORK.

Utilizando o Gits Wizard para configurar o modem, não é

necessário digitar o comando MODE, pois o software envia este

comando automaticamente. Já com o Hyper Terminal, há a necessidade

de digitar este comando para entrar no modo de configuração de modem.

Parâmetros Default:

• PIN: 3636;

Page 46: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

42

• APN: Operadora Claro;

• Servidor: ATOS;

• Configuração UART Modbus: 9600, 8 bits, Paridade nenhuma, 2

Stop Bits.

3.2.1 Gitz Wizard

Este é o software de configuração do modem 2490.10. Ao utilizar o

programa pela primeira vez com o modem na configuração default, deve-

se configurar o canal serial para o default do modem (configuração de

fábrica: Baud rate = 9600, bits = 8, paridade nenhuma e stop bit = 2).

Neste item será explicado passo a passo como realizar a

configuração e o teste do produto em relação ao sinal de antena,

reconhecimento do ID, conexão CDMA, autenticação junto a operadora e

recebimento de IP válido.

A configuração tem inicio selecionando EDIT na barra do MENU,e

depois em CONFIGURATION. A figura 29 demonstra a ação:

Figura 29: Selecionando o item Configuration

Configura-se o canal serial para o mesmo do modem, seleciona-se

a porta a ser utilizada e altera-se os parâmetros da serial como na figura

30.

Page 47: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

43

Figura 30: Parâmetros iniciais Gitz Wizard

Depois de configurado o canal serial clique no botão OK.

Na aba LOGGING, ativando o item AUTO SAVE LOG FILE o

programa irá salvar automaticamente todos os logs gerados durante a

configuração e teste.

Figura 31: Auto Save Log File

Depois salva-se o programação e inicia-se a configuração.

Page 48: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

44

3.2.2 Configuração

Para iniciar a configuração pelo Gitz Wizard selecionamos Initialize

Device para que o programa crie a conexão e faça uma busca pelo

modem no canal serial. Liga-se o modem para enviar um sinal de

presença no canal serial e aguarde até que o programa tenha todas as

informações necessárias do modem e nível de sinal.

Figura 32: Configuração utilizando o Gitz Wizard

O PIN (Personal Identification Number) é um código de proteção

de acesso.

O IP (Internet Protocol) deve ter o endereço do servidor gits, que é

necessário para identificar que modem está enviando os dados.

Page 49: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

45

Na configuração do canal serial defini-se, os parâmetros: Paridade,

bits (Dígitos binários), bits de parada e velocidade de comunicação. A

tela para configuração do canal é mostrada na figura 33 a seguir:

Figura 33: Configuração do canal

Na janela de configuração da APN, selecionamos a operadora que

o modem irá se conectar. Antes de configurar a APN, deve-se obter a

informação sobre qual é a APN da operadora para o serviço de dados

contratado. Além da APN deve ser fornecido pela operadora o nome do

usuário (User) e senha (Password).

Figura 34: Configuração da APN

A URL é o endereço da operadora na internet no qual oferece o

serviço CDMA/1xRTT. Uma URL (Universal Resource Locator) em

português significa (Localizador Universal de Recursos) é o endereço de

Page 50: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

46

um recurso disponível em uma rede de Internet. A User é o login de

identificação da operadora e password é a senha de acesso.

3.2.3 Testando Configuração

Terminado a Configuração dos parâmetros, pode-se realizar um

teste no Gits Wizard para verificar a configuração.

Para iniciar o teste selecionamos o botão try configuration no

menu. Irá aparecer a figura 75 abaixo :

Figura 35 : Self Test

PIN state: mostra se o PIN está sendo usado (destravado) ou não

(travado). Com o uso do PIN será exibida a mensagem “SIM PIN” e sem

uso do PIN (Não use o PIN) a mensagem “READY”.

Using the last five ID=”?????”: neste item é verificado o número

de identificação (ID), e para conexão são usados o ID mais 4 digitos

fornecidos pelo Gits server.

Page 51: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

47

3.2.3.1 Identificando ID e realizando testes

Para identificar o ID basta digitar o comando on no campo

Command e pressionar enter. A figura 36 irá aparecer :

Figura 36: Identificando o ID

Para testar a autenticação e o recebimento de um IP junto a

operadora, selecionamos o botão next, o GITS irá verificar

automaticamente. Selecionando o botão next novamante, é realizado o

teste do socket, nesta fase do teste o modem tenta abrir um Socket com

o GITS Server e se registrar (confirmação de acesso). Com o modem

registrado no GITS Server finalizamos a configuração e seleciona-se o

botão Initialize Device, que muda o modo do modem de CONF para

WORK (inicializa conexão).

Pode-se realizar toda a configuração do modem pelo hyper

Terminal, porém neste projeto foi utilizado o software Gits devido as

facilidades fornecidas por ele.

3.3 Configuração do ATOS OPC Server A interface com os softwares supervisórios do mercado, tais como:

Elipse, Fix, Citect, Wizcon, In-touch, Aquaview e outros, é feita através

de um módulo de software padronizado, OPC Server, que abstrai a infra-

estrutura do GITS Server, disponibilizando as variáveis transportadas de

ou para OPC Client dos softwares supervisórios.

Page 52: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

48

De acordo com a definição da OPC Foundation, OPC é um

mecanismo que provê meios de padronizar a comunicação entre

inúmeras fontes de dados, sejam eles equipamentos de chão de fábrica,

ou bancos de dados numa sala de controle.

A figura abaixo, retirada da documentação fornecida pela OPC

Foundation, mostra o exposto acima.

Figura 37: Arquitetura de um sistema de informação e controle

Neste projeto foi utilizado o OPC Server da empresa ATOS, mas

poderia ser utilizado um software OPC de qualquer empresa já que sua

finalidade é padronizar as variáveis coletadas para que seja utilizada por

qualquer supervisório.

O ambiente de Trabalho do Atos OPC é muito simples e de fácil

compreensão. Na figura 38, se tem uma breve descrição dos itens do

software.

Page 53: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

49

Figura 38:Janela Principal do Atos OPC

3.3.1 Adicionando um Servidor Gits Para adicionar um Servidor, seleciona-se no menu Editar e

seleciona-se a opção Adicionar Server. Veja a figura 39:

Figura 39: Adicionando Servidor

Depois de clicar na opção Adicionar Server, será disponibilizada

uma janela (figura 40) para configuração dos parâmetros do servidor.

Page 54: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

50

Figura 40: Propriedades do host

Habilitando o item logar em arquivo, o OPC gera um banco de

dados (arquivos do tipo texto) dos logs de comunicação exibidos durante

a conexão do modem e OPC ao GITS Server, armazenados na pasta

AtosOpcLog. Utilizando esta opção com OPC conectado por longos

períodos, a cada dia de conexão será gerado um novo arquivo de log ou

mesmo a cada conexão e desconexão.

3.3.2 Adicionando um Peer

Para adicionar um Peer (unidade remota Modem Celular),

selecione com o mouse o ícone do Gits Server, clique no menu Editar ou

dê um clique com o botão direito do mouse sobre a região de

gerenciamento de módulos e selecione a opção Adicionar Peer. Quando

for inserido um novo Peer, será mostrada uma janela de configuração de

parâmetros do Peer. O número Máximo de Peers no OPC é 60. As

figuras 41 e 42 abaixo demonstram como fazer.

Page 55: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

51

Figura 41: Adicionando um Peer

Figura 42: Configurando o Peer

Profile é o conjunto de funcionalidades que caracterizam cada tipo

de peer, ou seja, é uma de descrição do modo de trabalho do peer.

Atualmente existem 3 tipos de profiles, tais como: o GTD600 (para

comunicação com dispositivos através do APR03), o GTD700 (para

comunicação através com dispositivos do protocolo modbus) e HDL para

comunicação com o Atos OPC Server.

A comunicação entre o modem e o CLP é modbus e entre o

servidor GITS e o OPC é HDL.

Neste projeto é utilizado o profile GTD700 que possibilita o

armazenamento de 15 regras (tags) configuradas e enviadas por meio do

Atos OPC Server. Cada regra pode transportar até 28 bytes.

Page 56: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

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3.3.3 Adicionando um CLP

Para adicionar um novo CLP, seleciona-se com o mouse o ícone

do Peer (Modem), clique no menu Editar e selecione a opção Adicionar

CLP.

É exibida uma janela de propriedades do CLP para serem

configurados.

No campo Nome deve ser digitado um nome para o novo CLP,

caso contrário permanecerá o default de descrição como CLP1, CLP2 e

assim sucessivamente. No campo Net Id deve ser digitado o número da

estação do CLP.

O número máximo de CLPs ou dispositivos modbus no OPC é 60,

sendo um para cada Peer na utilização máxima de ambas configurações,

ou seja, configurando 60 Peers somente poderão ser configurados 60

CLPs.

Abaixo a demonstração de como é o procedimento ;

Figura 43: Adicionando um CLP Figura 44: Configurando o CLP

Quando se trabalha com o profile GTD 700, ao adicionar um CLP

são criados automaticamente dois grupos, um Grupo Async (tags

assíncronas) e um Grupo Write Only (para tags de escritas). Os grupos

podem ser vistos na figura 45:

Page 57: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

53

Figura 45: Grupos ASYNC e WriteOnly

O Grupo ASYNC, é um grupo composto por tags paramétricas que

serão enviadas ao modem, passando a ser regras que definem como as

variáveis serão requisitadas no CLP ou dispositivo Modbus. Estas tags

são geralmente de leitura mas podem ser de escrita também.

O Grupo Write Only, deverá conter tags exclusivamente para

escritas. Os valores destas tags são enviadas aos peers (modem)

assincronamente em instantes definidos pelos softwares supervisórios,

sendo que a qualidade da transmissão deve estar “Boa”. O número

máximo de Grupos no Atos OPC é 100.

3.3.4 Tags

Para adicionar uma Tag no Grupo ASYNC, seleciona-se com o

mouse o ícone do Grupo (no qual ela estará fazendo parte), seleciona no

menu Editar a opção Adicionar Tag.

Será exibida uma janela de propriedades da Tag para serem

configurados. Os itens numerados da figura 46 abaixo, serão descritos a

seguir .

Page 58: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

54

Figura 46: Propriedades das TAG’s

Descrição dos Campos

1- Campo Nome serve para nomear a tag monitorada. É

importante ter em mente que o nome da tag tenha representatividade

com a sua função, para diferenciá-la de outras tags.

2- No Campo Endereço, digite o endereço (Estado Interno ou

Registro) da tag monitorada. O endereço representa a posição na

memória do CLP ou dispositivo Modbus escravo que se deseja

monitorar/atualizar. O valor do endereço deve sempre ser digitado em

hexadecimal.

3- No campo Tipo de dado, escolha o tipo do dado da tag

monitorada. O tipo do dado é a propriedade que informa ao servidor e

aos seus clientes como a variável deve ser tratada e quantos bytes

ocupa.

Neste projeto utilizou-se variável do tipo booleano. Deve-se definir

se o tipo de estado interno da variável é uma saída (coil) ou entrada

(input).

Os tipos de dados possíveis são: Estado Interno (booleano),

Registro (inteiro 1 a 4 bytes), String (texto contido em um buffer), Float

(ponto flutuante de 4 bytes), Array de Estados Internos (conjunto de

Page 59: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

55

variáveis boleanas) e Array de bytes (buffer de memória do CLP). A

variável do tipo Registro ainda pode ser formatada em BCD ou

hexadecimal.

4- No campo Tamanho, digite a quantidade de bytes a serem

transportados da tag monitorada a partir do endereço de origem.

5- No campo Formato, selecione o formato do dado (conteúdo do

endereço) da tag monitorada. Este item “não” realiza conversão de

dados, ou seja, apenas identifica qual o formato do dado no endereço de

origem.

6- No campo Somente Leitura, selecione esta opção caso queira

que a tag monitorada seja apenas de leitura, não podendo ser escrita na

mesma.

O número máximo de Tags no OPC é 1000. O tempo

recomendado pelo fabricante é configurar a tag time com um tempo de 8

segundos para cada tag, por exemplo, no projeto nós temos no máximo 8

tags , então 64 segundos é o tempo suficiente para que sejam lidas todas

as tags.

Para se forçar um valor através do Atos OPC Server ou Client,

clica-se o botão direito do mouse em cima da variável que será forçada

quando o Atos OPC estiver conectado e seleciona-se a opção escrever

valor .

Figura 47: Escrever valor na TAG

Page 60: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

56

No campo paramétricas podemos inserir funções paramétricas

para fazer com que as variáveis sejam lidas caso ocorra o que é pedido

na função

O campo Paramétrica disponibiliza sete parâmetros diferentes que

servem de referência para o transporte de dados da tag.

Figura 48: TAG’s paramétricas

Neste projeto utilizamos apenas a função Int> (maior que), com

função de fazer com que sejam lidos apenas os dados do CLP quando

houver uma transição, as outras são; menor que, none (nenhuma), fora

de, dentro de, variação percentual, variação absoluta.

As subrotinas E0, E1, E2, E3, E4 colocam o valor 50 hexadecimal

nas memórias 0FCE, 0FCC, 0FCA, OFC8, OFC6 respectivamente,

quando ocorrer um evento nas entradas 100, 101, 102, 103, 104

respectivamente, e o ATOS OPC Server recebe estas entradas somente

quando há um valor maior que 10 nas memórias.

Assim só é transmitido dados quando há um evento,

economizando muito dinheiro com despesas de transmissão de dados, já

que a operadora cobra por dados transmitidos e não por tempo de

conexão. Com esta programação pode ser feito um contrato de

demanda, onde o custo por quantidade de dados transmitidos é ainda

menor que num contrato sem demanda . Apenas a tag de nível é lida

com menos tempo pois se não houver transmissão de dados durante

aproximadamente 3 minutos a conexão com a operadora é perdida.

Page 61: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

57

3.3.5 Inicializando Aplicação do ATOS OPC Server Para iniciar a aplicação seleciona-se o botão “pool ativo”.Depois de

enviadas todas as regras, inicia-se o processo de monitoramento das

Tags. Cada tag corresponde a um ID cujo número está relacionado com

o número da tag. Logo, a tag 1 tem o ID 1 e assim por diante.

No monitoramento é possível visualizar a qualidade da informação

(“BOA” ou “RUIM”) e o valor da tag tanto na coluna Valor como também

nas abas de Logs ou Frames.

A aba de Log exibe uma informação genérica da tag, onde

constam as seguintes informações da tag: Data, Hora, Tag Recebido do

Peer com ID, Tag com ID e o valor do dado da tag.

A aba de Frames apresenta informações mais detalhadas, pois

mostra a mensagem “M” que o peer envia com: número da mensagem,

ID do peer, número da tag e o valor do dado da tag.

Também é possível verificar a resposta “A” que o OPC envia ao

modem com o número da mensagem na frente, isso serve para que o

modem saiba que a mensagem (“M”) enviada foi recebida (“A”).

Nas figuras 49 e 50 é mostrado como aparecem as informações

nas abas de Logs e de Frames:

Figura 49: Janela de logs

Page 62: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

58

Figura 50: Janela de frames Neste sistema (OPC e Peer) existe uma lei bem simples para envio

de mensagens, baseada em pergunta e resposta.

Tomando como ínicio o OPC a comunicação é realizada na

seguinte sequencia ;

1) OPC - envia mensagem e um pedido de confirmação;

2) Peer - envia resposta do recebimento da mensagem e um

pedido de confirmação;

3) Por fim, o OPC recebe confirmação do Peer referente a

mensagem e envia a resposta referente ao pedido de confirmação do

Peer.

Figura 51: Sequência de comunicação 3.4 Conclusão

O objetivo deste capítulo foi detalhar todas etapas do procedimento

de configuração do modem e do OPC Server, explicando o significado de

cada elemento configurado e detalhando o procedimento de

configuração destes elementos para que seja feita a comunicação entre

o OPC Server e o CLP.

Page 63: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

59

Page 64: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

59

Capitulo 4 Software supervisório Elipse

O software supervisório tem a função de otimizar o sistema de supervisão,

de maneira que todo o processo seja apresentado ao operador de maneira ampla,

objetiva e fácil de compreender.A supervisão pode ser centralizadas em um único

computador ou distribuídas por uma rede de computadores de modo a permitir o

compartilhamento dos dados provenientes do sistema. A figura 52 mostra a

topologia do Atos OPC com os softwares supervisórios:

Figura 52: Topologia do Atos OPC com os softwares supervisórios É comum a visualização de um diagrama representativo da planta industrial,

com a representação gráfica das estações remotas, os valores constantes nos

sensores e atuadores e a apresentação dos alarmes detectados na rede. Os

softwares supervisórios permitem ainda visualizar previsões e tendências com

base em valores recolhidos e valores parametrizados pelo operador do sistema,

Page 65: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

60

bem como gráficos e relatórios relativos aos dados atuais existentes em um

histórico. Por exemplo, o processamento de alarmes permite informar anomalias

verificadas, sugerir medidas e, em algumas situações, reagir automaticamente

mediante parâmetros previamente estabelecidos. Os alarmes são classificados por

níveis de prioridade em função da sua gravidade, sendo reservada a maior

prioridade para os alarmes relacionados com questões de segurança da própria

rede.

4.1 Programação do software supervisório Elipse

Neste item será detalhado os procedimentos utilizados no projeto, para a

elaboração do supervisório.

O servidor Atos OPC pode se comunicar com qualquer supervisório que

contemple a interface cliente para o OPC Data Access 2.0. Para inserirmos as

tag's recebidas pelo servidor Atos OPC , clica-se no menu no item “Arquivo”,

depois no comando “Organizer”, este procedimento é mostrado na figura a seguir:

Figura 53: Inserindo tags no supervisório

Com a janela organizer aberta, clique na opção OPC Servers e então no

botão novo. Um objeto server é criado, conforme mostrado na figura abaixo:

Page 66: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

61

Figura 54: Janela ORGANIZER

O combo nome do servidor mostrará todos os servidores OPC registrados na

máquina. Selecione o servidor Atos OPC Server Serial, e então clique no botão

importar. O supervisório deve mostrar uma tela com os grupos e tags disponíveis

no servidor Atos OPC. Arraste os tags que desejar para o objeto Server do

supervisório. Clicando sobre o tag arrastado para o objeto Server, pode-se ver uma

janela com suas propriedades, e testar a leitura e escrita do tag.

4.2 Relacionando TAG's a objetos

Para inserir objetos relacionados as tag's recebidas, clica-se em objetos na

barra de tarefas, e seleciona-se o item animação . Inserindo o espaço onde se

quer colocar o objeto e clicando duas vezes em cima deste espaço, irá aparecer a

janela de configuração, como na figura 55.

Page 67: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

62

Figura 55: Inserindo animação

Na janela de propriedades da animação seleciona-se no item Tags e então

escolhe-se o servidor, e a tag deste servidor que será relacionada ao objeto

inserido. No item zonas define-se quando o objeto inserido irá aparecer, por

exemplo : Neste projeto foi definido que quando a tag bomba 1 do CLP Europa, for

1, irá aparecer o desenho com a bomba verde, e quando for 0, irá aparecer a

bomba vermelha no mesmo local da bomba verde, se não houver comunicação irá

aparecer a bomba cinza .

As figuras 56 e 57 mostram o supervisório do projeto realizado em

funcionamento :

Figura 56: Tela Geral

Page 68: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

63

Figura 57: Tela JC Praia 4.3 Conclusão

O objetivo deste capítulo foi destacar as funções de um software

supervisório , mostrar um exemplo de como se foi inserido animações no projeto e

detalhar a relação do OPC Server com os supervisórios .

Page 69: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

64

Capitulo 5 Problemas na instalação do projeto

Durante a execução de projetos de automação industrial, existem muitos

problemas que podem surgir devido a fatores externos imprevisíveis, ou

possibilidades não previstas no projeto original.

Neste projeto também houve dificuldades durante sua execução e os

problemas encontrados serão detalhados por etapas, neste capítulo.

5.1 Instalação do CLP no painel

Primeiramente foi realizada a lógica do funcionamento da elevatória no CLP

utilizando o software Winsup e então projetado as alterações no painel para

instalação do CLP.

O projeto foi realizado utilizando como base o projeto da empresa

responsável pela montagem do painel, porém durante a inspeção da lógica de tal

painel, foram encontradas várias diferenças entre o projeto original do painel e o

que foi executado, devido a isso houve necessidade de se verificar todos as

ligações do painel através do teste de continuidade, utilizando um multímetro

digital.

Após mapeado o painel e ajustado o projeto, foi realizado a passagem da

fiação e testado na oficina da CESAN, o funcionamento do novo painel com o CLP

em um motor de 15 CV a vazio

5.2 Colocação do painel na elevatória

Após a instalação do painel na elevatória, ligou-se a bomba. A bomba

instalada no local é uma bomba de 30 cavalos e sua corrente nominal é de 78

ampéres, porém, ao ligar a bomba, a corrente fornecida foi de cerca de 48

ampéres, ou seja, muito abaixo da nominal. Este fato pode ter ocorrido por muitos

motivos, mas o que é importante destacar é que o soft-start atuou imediatamente

após a partida devido o soft-start ter sido parametrizado para uma bomba com

Page 70: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

65

corrente nominal de 78 ampéres.

Modificando os parâmetros de corrente nominal, subcorrente imediata e

sobrecorrente imediata, foi corrigido o problema e a bomba funcionou

normalmente.

Ao ser realizado o revezamento das bombas o soft-start identificou uma

falha novamente. A falha foi devido ao tempo entre partidas do soft-start, que não

estava prevista na lógica do CLP. Devido o fato de ter várias pessoas envolvidas

naquela ação e não haver tempo hábil para reprogramar o CLP, o parâmetro de

tempo entre partidas foi reprogramado para que este problema fosse resolvido de

imediato. Com a reprogramação do tempo entre partidas, a elevatória funcionou

conforme previsto no projeto.

Após o ocorrido foi instalado na lógica do CLP, uma lógica de tempo entre

partidas, e não se utiliza mais o parâmetro com mesma função do soft-start.

5.3 Problema de comunicação do modem com o CLP e modulo celular O equipamento solicitado para elaborar o sistema supervisório foi um CLP

2200-39R e um modem 2490-10, por possuírem baixo custo e satisfazerem todos

os requisitos, mas devido o contrato de transmissão de dados com a empresa

VIVO, teve-se que trocar o modem que já havia sido comprado com transmissão

GSM por um modem com transmissão CDMA.

Para não haver mais custos, definiu-se que a melhor solução seria tentar

trocar o modem GSM, pelo modem CDMA da ATOS, que estava sendo utilizado

pela empresa Petrobrás.

Conseguiu-se trocar os equipamentos sem adicionar nenhum custo ao

projeto, mas este equipamento ainda não estava sendo comercializado, havia sido

criado apenas para atender a empresa Petrobrás, e foram descobertas várias

dificuldades em sua utilização.

A primeira dificuldade encontrada foi devido ao fato de o canal RS-232

necessitar de uma alimentação externa (3 a 15 Vcc) para poder funcionar. O CLP

TICO 2200.39R (Alimentação Vca), possui somente o canal RS-232 isolado e o

modem 2490.31 não fornece nenhuma alimentação no seu canal de comunicação,

Page 71: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

66

sendo necessário realizar uma alteração na placa do modem e no cabo de

comunicação para que o canal RS-232 do TICO possa ser polarizado. Sendo

assim enviamos devolvemos os equipamentos, e recebemos o equipamento de

volta com as alterações. O email recebido pela empresa esta na figura 58 :

Figura 58: Email da empresa Atos A figura 59 mostra a modificação realizada no modem 2490.10 para

comunicação com o CLP TICO:

Figura 59: Alteração na placa

Page 72: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

67

Após as alterações realizadas, o CLP conseguiu se comunicar com o

modem, porém após um certo tempo, o modem perdia a conexão, e não conectava

mais. Novamente encaminhamos o modem para a Atos, com a suspeita que os

relés de saída do modem que serviam de alimentação do modulo motorola C18

estavam ficando presos quando fechados e assim o modem não era reiniciado

quando havia alguma falha na comunicação, também estavam ocorrendo erros na

comunicação modbus do modem com o CLP. A empresa realizou várias

modificações e devolveu o equipamento.

No hardware, os modems foram atualizados com a retirada do relé e foi

implementado acionamento com transistor FET, foi implementado um jumper para

comunicação com o TICO e enviado o novo esquema de ligação, o firmware dos

modems foram atualizados, mudando para 15 os dígitos do ID, mandaram a

versão atualizada do Gits e também mandaram 4 novos CLP's com o firmware

atualizado para comunicação com o modem atualizado.

A empresa atos resumiu os problemas escrevendo que resumidamente,

havia um problema com o firmware do TICO e em alguma peças do modem. O

email com a empresa Atos admitindo o erro esta na figura 60 :

Figura 60: Email resumindo problemas 5.4 Erros de fabricação na comunicação do modem com o ATOS OPC

Com todas as alterações feitas anteriormente, acreditava-se que não haveria

Page 73: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

68

mais problemas, porém os erros na comunicação continuavam. A empresa tentou

simular o problemas utilizando equipamentos iguais aos que estavam sendo

utilizados na CESAN, com a mesma marca e características, e sempre obtinha

sucesso na comunicação, então ela pediu para que enviássemos os

equipamentos da CESAN para que ela testasse em seu laboratório, e após vários

testes, encontraram um novo problema no CLP TICO 2200.39R, o produto era

inadequado, por apresentar incompatibilidade da sua interface serial com o padrão

RS-232.

A empresa disse que o CLP TICO 2200.39R não era indicado para uso em

rede e comunicação serial individual, porém este dado não foi fornecido no

manual. A porta serial apenas poderia ser utilizada para enviar e receber

programação de usuário. Então eles modificaram o equipamento, atualizaram o

firmware novamente, realizaram todos os testes com rigor e enviaram o

equipamento de volta.

Com o equipamento já na CESAN, reiniciou-se a tentativa de comunicação,

sendo que agora o modem transmitia normalmente, e várias falhas foram

sanadas, contudo no decorrer dos testes a comunicação era perdida e não

retornava. Durante oito dias de teste, este problema ocorreu três vezes.

Em paralelo aos testes na CESAN, eram realizados testes na Atos com os

mesmos equipamentos. Foi realizado o burning de conexões em temperaturas

muito altas e muito baixas, tentaram simular as falhas que ocorriam na CESAN de

várias formas.

Como não conseguiram resolver o nosso problema, o gerente da divisão de

desenvolvimento de equipamentos da Atos veio para Vitória para tentar resolver o

problema. Trouxe todo equipamento necessário para alterar o firmware e ver o

que estava ocorrendo no equipamento pelo hyper terminal.

No primeiro dia foram feitos vários testes, revisado linha por linha a

programação do driver do modem e não solucionou-se o problema. No segundo

dia foi analisado o modulo celular Motorola C18, e verificou-se que o lote de

fabricação era diferente, mas a versão era a mesma, logo não teria diferença. A

empresa Atos já havia conversado com os responsáveis da empresa Informat que

é a fabricante do módulo celular C18 da Motorola, e ela havia informado que não

Page 74: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

69

havia feito nenhuma alteração . Porém depois de conferir internamente a

programação foi detectado 2 ou 3 pequenas mudanças que poderiam atrapalhar

na comunicação, enviou-se a programação do módulo celular para o responsável

pela edição da programação do modem da Atos, ele alterou o programa para que

o modem conseguisse comunicar com ambos, e devolveu ao Gerente da Atos que

se encontra na CESAN. Foi modificado o firmware do modem mais uma vez e

obteve-se sucesso na comunicação do equipamento na CESAN.

Após a última alteração não houve mais problemas na comunicação. Vale

ressaltar que este último problema paralisou o andamento do projeto de novembro

de 2006 até o início de junho de 2007

Depois de vencida todas as dificuldades, para instalação do projeto, e

encontrado todos os defeitos do modem 2490.31 junto da empresa Atos, a mesma

enviou o convite mostrado na figura 61:

Figura 61: Convite da empresa Atos

5.5 Conclusão Durante a execução deste projeto houve a necessidade de estudar e

entender o funcionamento e a configuração de equipamentos, que não seriam

estudados caso não houvesse ocorrido tais problemas descritos neste capítulo.

Page 75: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

70

Devido a tais problemas, se fez necessário o entendimento de toda a

programação do soft-start e entendeu-se mais sobre o funcionamento do modem,

do CLP, do Atos OPC Server e do Gits Server.

Conclui-se que a execução do projeto trouxe novos conhecimentos que não

seriam adquiridos na elaboração deste, e que os problemas detalhados e muitos

outros não descritos neste capítulo, contribuíram de maneira significativa para que

este projeto seja instalado em outras elevatórias com uma eficiência muito maior

que neste protótipo.

Page 76: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

71

Capítulo 6 Estudo qualitativo do projeto

Neste capítulo é realizada uma análise do projeto quanto à disponibilidade,

custo, melhorias adquiridas e possibilidade de utilização deste projeto em outras

situações.

6.1 Disponibilidade A disponibilidade do sistema do dia 13 ao dia 23 de julho de 2007 (dez dias)

se mostrou perfeita para esta aplicação, sendo que a disponibilidade dos dados foi

superior a 95 % ao dia, destacando que o projeto esta instalado a dez dias. A

menor disponibilidade foi de 96,88% ao dia, porém tal disponibilidade ao dia é

muito superior ao mínimo requerido para a viabilidade desta aplicação.

O maior tempo de indisponibilidade registrado foi de 31 minutos referente ao

dia em que obteve-se 96,88% de disponibilidade. Praticamente todas as perdas de

comunicação são inferiores a um minuto, houve 6 perdas com tempo superior a 1

minuto, porém menor que 5 minutos, acontece em media cerca de 5 reconexões

por dia.

Na figura 62 é mostrado: O gráfico de disponibilidade do dia 22/07/2007, o

número conexões por dia, o tempo de duração da conexão, e a quantidade de

bytes transmitidos:

Figura 62: Disponibilidade da comunicação

Page 77: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

72

Nesta figura pode-se reparar que a indisponibilidade do sistema neste dia foi

de apenas 57 segundos, vindo a perder a conexão novamente apenas as dez

horas e sete minutos do dia seguinte.

Todos os dados e o gráfico mostrado na figura 106 podem ser coletados no

servidor Gits, que é disponibilizado para o uso dos clientes, pela empresa Atos.

Este servidor não precisa necessariamente estar localizado na empresa

fornecedora do equipamento, podendo ser comprado e instalado na própria

empresa.

Na figura 63 temos o gráfico mostrando a quantidade de bytes transferidos

por dia a média da disponibilidade da transmissão e as conexões realizadas no

período .

Figura 63: Bytes transferidos

A disponibilidade mostrada neste gráfico é de 92% devido a transmissão do

dia 13/07/2007 que foi de 86% pois foi iniciada às nove horas da manhã .

Page 78: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

73

6.2 Melhorias

São muitas as melhorias ocorridas no sistema de coleta e tratamento de

esgoto da grande vitória. Em onze dias de funcionamento, foram evitados danos

graves ao meio ambiente em cinco ocasiões. Com a instalação do projeto em mais

elevatórias a melhoria na operação do sistema será imensa e a qualidade do

serviço prestado pela CESAN será mais eficaz.

Atualmente o controle das elevatórias de todo o estado é feito por

operadores com veículos, que tem a função de verificar o funcionamento das

elevatórias, porém muitas elevatórias não são visitadas, causando ocorrências de

graves danos ao meio ambiente e reclamações da população.

Além da melhoria na supervisão das elevatórias, o CLP instalado corrigiu

alguns problemas que existiam como a não identificação de uma bomba queimada

na lógica do revezamento de bombas com relé de tempo cíclico e a necessidade

de ligar duas bombas quando uma bomba não estiver conseguindo reduzir o nível

do poço.

6.3 Viabilidade deste projeto em situações semelhantes Neste item é comentada a viabilidade técnica de utilizar-se este projeto como

solução de supervisão em outras situações com necessidade de coletar dados de

equipamentos geograficamente dispersos.

No sistema de supervisão de locomotivas não existe cobertura da rede

wireless durante grande parte do percurso, além disso, para que o este sistema

funcione a operadora contratada deverá atuar em todos os locais onde trafegam as

locomotivas. Devido a este fato, o sistema não serve para ferrovias que cobrem

grandes áreas, só em casos onde há um sistema de trens que disponibilize

comunicação por toda linha ferroviária como por exemplo, os trens de superfície

utilizados em grandes cidades.

O sistema é satisfatório para realizar a coleta e envio de informações para

fins de relatórios de custos e fluxo de passageiros, mas não deve ser utilizado em

um sistema de controle de trens, pois o mesmo não permite pequenas perdas de

Page 79: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

74

comunicação, nestes casos, os danos podem ser catastróficos. Numa elevatória de

esgoto uma perda de comunicação de até quinze minutos é aceitável já que as

elevatórias com maior vazão demoram aproximadamente quinze minutos para

encher o poço e na maioria das elevatórias o tempo em a bomba fica desligada é

muito maior.

Percebe-se que este projeto poderia ser aplicado no sistema de distribuição

de água e de energia, pois de acordo com a disponibilidade média demonstrada

nos testes até agora (disponibilidade maior que 99%), o projeto satisfaz

perfeitamente as necessidades de coleta de informação e da necessidade de atuar

quando necessário nestes sistemas. Outro benefício é o baixo custo em relação ao

sistema de rádio independente, além da confiabilidade que oferece.

Hoje em dia, já existem estudos sobre a implantação deste tipo de

supervisão em muitas empresas do ramo de distribuição de energia e água devido

ao seu baixo custo , por exemplo, Escelsa e Sabesp .

Na empresa de exploração de petróleo Petrobrás existem aplicações com

este tipo de supervisão, utilizando o mesmo modem e módulo celular que foi

utilizado neste projeto, porém o CLP e o software supervisório são outros, outra

diferença é que no caso da Petrobrás é utilizado um servidor Gits próprio em uma

VPN .

6.4 Custos do projeto

Além da qualidade, outro fator importante foi o custo do projeto. Na tabela 03

temos o orçamento realizado no dia 26/07/2007 da instalação do projeto por

elevatória:

Tabela 03: Custo por elevatória

Com os equipamentos da tabela 15 é possível supervisionar todas as tags

Qtd. Equipamento Custo (Total)1 Modem 2490.31(Atos) 768,741 CLP 2200.39R (Atos) 565,211 Fonte 501 Filtro de linha 121 Antena 70,25

Total 1466,2

Page 80: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

75

através do Atos OPC e obter relatórios de tempo de conexão e bytes transmitidos

pelo Gits Server. Porém a utilização de um software supervisório é importante

pois a utilização do mesmo facilita a supervisão e o controle dos dados coletados,

além de gerar histórico de alarmes, gráficos de tendências e evitar o acesso a

configuração do OPC Server. Devido ao sucesso do projeto a CESAN já adquiriu

mais 15 conjuntos de equipamentos descritos na tabela 15 para serem instalados,

caso seja comprado o software de supervisão Elipse View MMI 75 teriámos um

custo por elevatória de acordo com a tabela 04 :

Tabela 04: Custo para 15 elevatórias com Software Supervisório Comparando o custo da instalação deste projeto com um supervisório que

utiliza comunicação a rádio, veremos que o custo do sistema à rádio é muito mais

elevado . Na tabela 05 é realizada uma comparação do orçamento para instalação

de ambos :

Tabela 05: Comparação de custos A tabela 05 demonstra que o projeto teve um custo muito menor que o

Equipamento Sistema de Rádio CDMARadio + Antena 5610 N/A

Cabos 30 5Conectores 40 2,8

N/A

N/A 838,99

PLC 565,21 565,21Operadora N/A 29,9(ao mês)

Total 6245,21 1441,4

Sistema de Proteção Contra

Descarga Atmosférica

(Pará-Raio, Malha de Terra, etc)

Varia de acordo com a elevatória (custo

elevado)

Modem CDMA + Antena

Qtd. Equipamento Custo (unidade) Custo (total)1 Modem 2490.31(Atos) 768,74 11531,11 CLP 2200.39R (Atos) 565,21 8478,151 Fonte 50 7501 Filtro de linha 12 1801 Antena 70,25 1053,751 Software Elipse view MMI 75 137,33 2060

Total 1603,53 24053

Page 81: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

76

sistema de rádio convencional.

6.5 Conclusão

Neste capítulo é feita uma analise do projeto, mostrando que a inovação

tecnológica implementada no serviço de coleta e tratamento de esgoto, melhorou a

qualidade do serviço prestado pela CESAN, e obteve redução de gastos de

operação e danos ambientais.

Sendo assim de acordo com as comparações realizadas, este projeto se

mostrou mais vantajoso em relação aos outros sistemas de supervisão,

relacionados neste capítulo.

Page 82: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Conclusão O projeto é viável, pois cumpriu todos os requisitos necessários para a

solução do problema .

Além de solucionar o problema o projeto é de baixo custo se comparado ao

sistema com comunicação a rádio, e também devemos destacar que a

disponibilidade de transmissão é perfeita para supervisão de elevatórias de

esgoto, já que a disponibilidade foi de quase 100% .

Em relação ao aprendizado, este projeto contribuiu bastante para minha

formação acrescentando experiência, principalmente em programação de CLP's,

na área de comunicação de dados, softwares supervisórios, parametrização de

soft-starters, diagramas elétricos e bombas submersíveis e comunicação wireless.

Esta monografia também mostra todos os passos executados para

implantação do projeto, detalhando toda programação do CLP , do soft-starter, do

modem, do Atos OPC Server, e do software Elipse. 1

Page 83: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Anexo A

Programação SSW-04

O SSW-04 possui 51 parâmetros. A tabela 6, 7 e 8 abaixo mostram todos os

parâmetros:

Tabela 6: 1° Lista de parâmetros do SSW-04

77

Page 84: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Tabela 7: 2° Lista de parâmetros do SSW-04 Tabela 7: 2° Lista de parâmetros do SSW-04

78 78

Page 85: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Tabela 8: 3° Lista de parâmetros do SSW-04

79

Page 86: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Neste projeto não é necessário que sejam parametrizados todos os parâmetros. A

seguir será detalhado os parâmetros necessários para que o SSW-04 funcione de acordo com

o projeto:

• P00 – Parâmetro de acesso:

Libera o acesso para alteração dos parâmetros.

Tabela 9: Parâmetro 00

• P01- Tensão inicial (% VN)

Ajusta o valor inicial de tensão (% UN) que será aplicado ao motor conforme

figura 64. Este parâmetro deve ser ajustado para o mínimo valor que inicie a girar o

motor.

Figura 64: Tensão inicial

• P02-Tempo da rampa de aceleração

Define o tempo da rampa de incremento de tensão, conforme mostrado nas

figuras 65 e 66 abaixo, desde que o soft-starter não entre em limitação de corrente

(P11). Quando em limitação de corrente o parâmetro P02, atua como proteção

contra rotor bloqueado.

80

Page 87: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Figura 65: Rampa de aceleração

Figura 66: Tempo de rampa

• P11 – Limitação de corrente (%IN da chave )

Ajusta o valor máximo de corrente que será fornecido ao motor (carga)

durante a aceleração. A limitação de corrente é utilizada para cargas com alto ou

constante torque de partida. A limitação de corrente deve ser ajustada para um

nível que se observe a aceleração do motor, caso contrário o motor não irá dar

partida.

A proteção térmica dos tiristores, inclusive durante a limitação de corrente é

feita através de sensores da própria chave.

Figura 67: Limitação de corrente

Exemplo de cálculo para ajuste da limitação de corrente:

81

Page 88: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Limitar a corrente em 2,5x do motor:

52A =130A

IN da chave = 60A

IN do motor = 52A

Corrente limite=250% da do motor => 2,5x

130 (A) = 130 = 2,17 x IN da chave

IN da chave 60

função (P11) não atua se o pulso de tensão na partida (P41) estiver

abilitado.

• P12- Sobrecorrente imediata (%IN da chave)

ra 69 . Esta função tem atuação apenas em tensão

plena, após a partida do motor.

Figura 69: Gráfico de sobrecorrente imediata

P11 = 217% da IN da chave = 2,5 X IN do motor.

Esta

h

Ajusta o nível de sobrecorrente instantânea que o motor ou a soft-starter

permite, durante um tempo pré-ajustado em P13, após o qual a chave desliga ,

indicando E06, mostrado na figu

Figura 68: Sobrecorrente imediata

82

Page 89: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Exemplo de cálculo para ajuste da sobrecorrente imediata:

Valor máximo de corrente igual a 1,4x do motor

IN da chave =60A

IN do motor =52A

1,4x 52A =72,8A

72,8A = 72,8A = 1,21 x IN chave 60 A

IN chave 60ª

P12 =121% da IN da chave =140% da do motor

• P13 - Tempo de Sobrecorrente imediata

Através deste parâmetro é que se determina o tempo máximo que a carga

pode operar com sobrecorrente, conforme ajustado em P12.

Figura 70: Tempo de sobrecorrente imediata

• P14 - Subcorrente imediata (%IN da chave)

Ajusta o nível de subcorrente mínimo que o motor mais a carga pode operar

sem problemas. Esta proteção atua quando a corrente da carga (figura 69) cai a

um valor inferior ao ajustado em P14 ; e por um tempo igual ou superior ao

ajustado em P15, indicando erro E05. Esta função tem atuação apenas em Tensão

Plena, após a partida do motor.

Figura 71: Subcorrente imediata

Exemplo de cálculo para ajuste de subcorrente imediata

83

Page 90: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Valor mínimo de corrente igual a 70% do motor.

IN da chave = 60A

IN do motor = 52A

70% de 52A= 0,7 x 52A = 36,4A

36,4 A/ IN da chave= 36,4 A/60A = 0,61 x IN Chave 60A

P14 = 61% da IN chave = 70% da IN do motor

• P15 – Tempo de subcorrente imediata

Através deste parâmetro é determinado o tempo máximo que a carga pode

operar com subcorrente, conforme ajustado em P14. A aplicação típica desta

função é em sistemas de bombeamento, que se beneficiam com esta proteção no

caso de trabalharem a seco.

Figura 72: Tempo de subcorrente imediata

• P21 - Ajuste da corrente do motor (% IN da chave)

Ajusta o valor da corrente do motor percentualmente em relação a nominal

da chave.

Supervisiona as condições de sobrecarga conforme a curva da classe

térmica selecionada em P25, protegendo o motor termicamente contra

sobrecargas aplicadas ao seu eixo.

Ao exceder o tempo de sobrecarga definido pela Classe de Proteção

térmica, o motor é desabilitado e será indicado no display da HMI-3P erro E04.

Como ajustar P21:

IN da chave = 60A

IN do motor = 52A

84

Page 91: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

52A= 0,867

60A

P21 = 86,7%

O erro de sobrecarga do motor, erro E04, mesmo que a CPU seja resetada,

e o valor de sobrecarga é mantido na memória e quando a CPU é desligada o

último valor é memorizado. O valor só é decrementado com a chave ligada e o

motor com carga está abaixo da nominal ou desligado.

• P23 – Tensão Nominal da Chave (V)

Sua função é para indicação das potências fornecidas à carga.

Figura 73: Tensão nominal entre partidas

• P36 – Intervalo de tempo entre partidas

Esta proteção atua limitando o intervalo mínimo de tempo entre partidas

Figura 74: Intervalo entre partidas

• P47 – Tempo para auto-reset

85

Page 92: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

Quando ocorre um erro, exceto E01, E02 e E07 ou E2x, o soft-starter poderá

provocar um reset automaticamente, após transcorrido o tempo programado em

P47.

Caso o erro voltar a ocorrer por três vezes consecutivas, a função de auto-

reset será inibida. Portanto, se um erro ocorrer quatro vezes consecutivas, este

permanecerá indicado (e o soft-starter bloqueado) permanentemente. Um erro é

considerado reincidente, se este voltar a ocorrer até 60 segundos após o último

erro ter ocorrido.

Figura 75: Tempo para auto-reset

Os outros parâmetros podem permanecer como padrão de fábrica.

86

Page 93: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

87

Anexo B O Micro-Controlador Programável

Para a implantação do projeto é necessário um micro-controlador programável

com no mínimo 7 entradas digitais e 3 saídas digitais. É desejável que as entradas

sejam de 100 a 240 Vca a uma freqüência de 60 Hz. É necessário também que o

micro-controlador tenha uma porta de comunicação serial , para comunicar-se com o

modem.

O micro-controlador programável utilizado no projeto foi o modelo 2200.39R da

série TICO, da empresa Atos. Este modelo foi escolhido por cumprir todos os

requisitos necessários.

B-1 Características Gerais

As características gerais do micro-controlador 2200.39R da série TICO são:

-Tensão de alimentação nominal: 90 à 253 Vca , 50/60 Hz

-Falta momentânea de energia permissível: máximo 50 ms

-Temperatura de Armazenagem: -20 a +70 °C

-Temperatura de Operação: 0 a +55 °C

-Umidade: 0 a 95% (sem condensação)

-Vibração: 5 a 50 Hz / 0,625 G (0,1 mm pico a pico)

-Imunidade a ruído: Conforme Nema Standard ICS2-230

-Imunidade à descarga eletrostática: Conforme IEC 801-2

-Indicadores LED: entradas (verde) e saídas (vermelho)

-Método de Programação: Diagrama de relés (LADDER)

-Proteção contra queda de energia: 30 dias p/ memória RAM através de

capacitor GOLD e 10 anos com bateria de Lítio.

-Interface de Comunicação: Padrão RS232

Page 94: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

88

B-2 Características de Programação e Hardware

Na tabela 10 abaixo estão as características de programação do micro-

controlador:

Tabela 10: Características de programação do micro-controlador

Os dados de hardware são os seguintes:

• As entradas recebem de 90 à 253 Vca com freqüência de 50/60 Hz, e existem

8 saídas a relés;

• A memória usuário é de 32K RAM;

• Possui um relógio calendário;

• Possui uma porta RS232 para comunicação serial.

B-3 Especificações Elétricas

As especificações das entradas digitais são mostradas na tabela 11 abaixo:

Tabela 11: Especificações das entradas digitais

Page 95: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

89

A tabela 12 contém as características das saídas digitais:

Tabela 12: Características das saídas digitais

A figura 76 mostra o esquemático da ligação de entrada e saída do CLP :

Figura 76: Entradas e saídas do CLP

Page 96: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

90

B-4 Memória do micro-controlador 2200.39R da série TICO

Os valores na memória do Controlador Programável seguem uma estrutura de

dados de 4 dígitos (caso BCD com valores de 0000 a 9999 ou caso BIN de 0000 a

FFFFh), onde a parte mais significativa ocupa um endereço par e a parte menos

significativa ocupa o endereço ímpar seguinte.

Alguns registros são de uso geral, enquanto outros possuem atribuições

especiais.

B-4.1 Mapeamento da Memória A memória do micro-processador é definida de acordo com a tabela 13:

Tabela 13: Mapeamento da memória

Page 97: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

91

B-4.2 Estados internos No quadro abaixo temos a descrição dos estados internos da memória;

Tabela 14: Estados internos da memória (1)

Tabela 15: Estados internos da memória (2) OBSERVAÇÕES: (1) estados escritos como saída no software de usuário, para uso no software básico. (2) estados de leitura apenas pelo software usuário. (3) ativado quando há um overflow na soma ou não há empréstimo na subtração.

Page 98: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

92

(4) quando não existe habilita ativo, os estados são os da última comparação com habilita ativo. (5) estados internos que não podem ser forçados pelo WinSUP .

B-4.3 Registros especiais

A tabela 16 abaixo, mostra o mapeamento dos registros especiais.

Tabela 16: Mapeamento dos registros especiais

B-4.4 Temporizadores e Contadores

A série TICO possibilita simular temporizadores com retardo na energização e

contadores, através das instruções TMR (temporizador) e CNT (contador).O estado

interno relacionado ao temporizador passa de desacionado (OFF) para acionado (ON)

quando o efetivo atingir o preset de tempo programado. Também para o contador os

estados internos são acionados quando o efetivo da contagem atingir o preset.

Os temporizadores possuem base de tempo de 0,01 segundos, tendo assim o

tempo máximo de 99,99 segundos cada.

Estão disponíveis ao usuário 32 temporizadores ou contadores.

A tabela referência cruzada dos estados internos, presets e efetivos dos

temporizadores/contadores:

Page 99: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

93

Tabela 17: Referência cruzada dos estados internos B-5 Envio de dados para um dispositivo externo

Para enviar informações para um dispositivo externo deve-se habilitar o modo

print. Os estados internos relacionados são:

0FB - Habilita modo print

0BD - Permanecer desligado

0FC - Estado interno que indica canal serial ocupado ou seja durante a

transmissão dos dados ele ficará ligado. Este estado auxilia o usuário a sincronizar o

envio de várias mensagens.

Ao habilitar o modo print (EI 0FB ligado), o usuário deverá ativar a instrução

"print" através de um “monoa” para enviar os dados através do canal serial.

O estado 0FB deve ficar ativo durante todo o tempo de transmissão dos dados.

Ao ativar o estado 0FB, o controlador não poderá mais receber programação

através do software de programação, pois seu canal serial fica reservado para o envio

de dados .

A taxa de transmissão para o modo print é definida pelo usuário no menu de

configuração de hardware.

A programação da taxa de comunicação dos canais seriais do CLP é feita na

Page 100: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

94

guia Geral da janela configurações de Hardware, nos campos mostrados na figura 77:

Figura 77: Guia geral

No micro-controlador utilizado no projeto só existe comunicação modbus .

B-5.1 Comunicação Serial

Para enviar-se um programa em ladder, de um computador para o micro-

controlador é necessário a construção de um cabo de comunicação com no máximo

15 metros de comprimento de acordo com as figuras 78 e 79 a seguir:

Figura 78: Cabo de ligação em RS232 (PC < >TICO)

Page 101: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

95

Figura 79: Conexão do cabo de ligação B-5.2 Jumper de segurança

Existem 2 situações que devem-se utilizar o jumper de segurança para

desabilitar o canal serial do controlador .

1º Caso Quando o programa instalado no micro-controlador contempla uma

comunicação com um dispositivo externo (modo print), o estado interno 00FB estará

ligado, e não será possível comunicar-se com o micro-controlador. Para realizar uma

alteração no programa ou fazer um upload ou download do computador para a CPU

ou da mesma para computador, deve-se colocar o equipamento no modo de

segurança.

2º Caso Quando o micro-controlador estiver sendo utilizado como mestre de uma rede.

Isto ocorre quando o estado interno 03D0 está ligado.

Esta operação é feita mudando-se um jumper interno ao equipamento e em

seguida energizando-o novamente. Nesta situação o LED de status irá piscar

pausadamente indicando o status do controlador, e o canal serial assumirá o modo

escravo com a taxa e estação previamente programada.

Page 102: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

96

As figuras 80 e 81 a seguir mostram como colocar o TICO em modo de

segurança.

Figura 80: Abrindo o CLP (TICO)

Para ter acesso ao jumper retira-se a frente do equipamento, pressionando as

abas indicadas na figura 80.

Posicionando o controlador como mostrado abaixo, localize o jumper ST1. Ele

encontra-se na região indicada na figura 81 abaixo:

Page 103: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

97

Figura 81: Localização do jumper de segurança

A posição padrão do jumper ST1 é em modo RUN. O modo de segurança é

inicializado passando-se o jumper para modo DBG.

Se o controlador estiver dentro de uma malha morta ou com alguns dos estados

internos de controle de comunicação ativados, ao passar o jumper ST1 para modo

DBG, seu programa atual pára de ser executado e o controlador entra em modo

stand-by, liberando o canal serial para comunicação com o WinSUP e sistemas

supervisórios.

Page 104: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

98

Anexo C Programação do micro-controlador

O aplicativo utilizado para editar os programas para os micro-controladores

da empresa Atos é o WinSUP.

Para estar verificando à lógica dos programas, o WinSUP possui um

supervisório capaz de verificar os programas editados antes de instalar o

equipamento em campo, assim evitando possíveis falhas.

C-1 Instruções

O WinSUP edita apenas programas em lógica LADDER. Este aplicativo

possui também diversas instruções de movimento, comparação, temporização,

operações lógicas, aritméticas, entre outras.

As instruções utillizadas no projeto serão detalhadas a seguir:

C-1.1 Instruções básicas

As instruções básicas utilizadas no projeto são:

-| |- Contato normalmente aberto

-| / |- Contato normalmente fechado

-( OUT )- Coloca o resultado de uma operação lógica em um estado interno

especificado pelo operando. Este estado interno pode ser uma saída, um estado

interno auxiliar ou um estado interno auxiliar com retenção. A figura 82 mostra um

exemplo de programação utilizando instruções básicas:

Figura 82: Exemplo de programação com instruções básicas

Enquanto o EI 100 estiver ligado, o EI 180 estará ligado.

Page 105: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

99

SET-RESET - Permite executar um estado interno com retenção (LATCH). É

composta por duas entradas:

• (S)ET - Se a entrada é acionada, mesmo durante um único período de

varredura, o estado interno especificado pelo operando é acionado;

• (R)ESET - Se a entrada é acionada, mesmo durante um único período de

varredura o estado interno especificado pelo operando é desacionado. Se ambas

as entradas são acionadas a entrada RESET tem prioridade.

Figura 83: Exemplo de programação com o bloco SETR

EI 100 ligado por um pulso ou constantemente ligado = EI 180 é ligado;

desligando o EI 100, o EI 180 se manterá ligado (efeito memória ou

LATCH).Ligando o EI 101 o EI 180 é desligado e permanecerá desligado até que

exista novo pulso ligado no EI 100 que só ligará o EI 180 desde que o EI 101 seja

desligado (sempre prevalece a entrada R).

- (MONOD)- Monoestável no desacionamento. Realiza o acionamento de um

estado interno especificado por uma única varredura quando as condições lógicas

de entrada passam do estado ativado (ON) para desativado (OFF). Quando a

condição lógica de entrada está ativada (ON) o estado interno especificado

permanece desativado.

Figura 84: Exemplo de programação com a instrução MONOD

Page 106: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

100

Figura 85: Gráfico da instrução MONOD

No exemplo apresentado, a saída 180 será acionada pelo tempo de uma

varredura toda vez que a entrada 100 passar do estado ON para estado OFF.

Temporizador (TMR) - Simula um temporizador com retardo na

energização. É composto por 2 entradas:

(H)ABILITA - permite a contagem do temporizador, quando a condição lógica

da entrada é ativada. Caso contrário a contagem é zerada.

(S)TART/STOP - Quando ativada permite a contagem e quando desativada

pára a contagem (sem zerar).

Figura 86 : Exemplo de programação com temporizador

Inicialmente deve-se ativar o preset deste temporizador no endereço

(400/401). Este endereço é devido ao estado interno utilizado – 000

Estando a entrada 100 acionada, quando a entrada 101 for acionada a

contagem de tempo é iniciada, e neste caso alocada, ou atualizada no endereço

(440/441) efetivo. E com a entrada 100 desacionada o valor da contagem é

zerado. Se a entrada 101 for desacionada a temporização pára e não zera

continuando assim que a entrada 101 ser acionada novamente.

Neste exemplo, quando o valor da contagem de tempo (end. 440/441) se

Page 107: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

101

igualar ao valor de preset (end.400/401) o estado interno 000 será acionado e

conseqüentemente a saída 180 também.

Contador (CNT) - Simula um contador. É composta por duas entradas:

• (H)ABILITA - Permite que ocorra a contagem, quando a condição lógica da

entrada é ativada. Caso contrário a contagem é zerada.

• (S)TART/STOP - Na Transição de OFF para ON incrementa a contagem.

Para isto a entrada HABILITA deve estar ativada .

Figura 87: Exemplo de programação com um contador

Inicialmente deve-se ativar o preset deste contador no endereço (400/401).

Este endereço é devido ao estado interno utilizado (000), consultar mapeamento

dos temporizadores/contadores.

Este valor de preset pode ser colocado na memória do CLP de várias

formas, por exemplo, através de um campo de edição em uma IHM ou através de

uma instrução que escreva dados na memória. Estando a entrada 100 acionada, a

cada acionamento da entrada 101 o conteúdo do endereço (440/441) efetivo é

incrementado de uma unidade. E com a entrada 100 desacionada o valor da

contagem é zerado.

Neste exemplo, quando o valor da contagem (end.440/441) se igualar ao

valor de preset (end.400/401) o EI 000 será acionado e conseqüentemente a saída

180 também.

C-1.2 Instrução de comparação

Page 108: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

102

A instrução de comparação utilizada no projeto é a instrução CMP detalhada

a seguir:

Comparador(CMP)- Comparação entre conteúdos de registros. Esta

instrução executa a comparação dos 16 bits de um registro de palavras indicado

por OP1 com outro registro indicado por OP2. É uma instrução de entrada única:

• (H)ABILITA – quando acionada permite que a comparação seja executada

e após sua execução os flags de comparação estarão na seguinte condição:

se (OP1) > (OP2) = LIGA 0F8

se (OP1) = (OP2) = LIGA 0F9

se (OP1) < (OP2) = LIGA 0FA

Onde: (OP1) e (OP2) indicam o conteúdo dos registros OP1 e OP2 definidos

na instrução.

O conteúdo dos registros não é alterado por uma instrução de comparação.

Figura 88: Exemplo de programação com um comparador

Os estados internos 0F8, 0F9 e 0FA são flags de comparação, portanto cada

vez que se habilitar as diversas instruções CMP em um programa, esses flags

serão alterados. .

Se no exemplo acima o estado interno 200 é derivado de uma operação

MONOD, quando na varredura a instrução CMP não é executada, ocorre um salto

no programa de modo a não atualizar os estados internos ativados pelos flags 0F8,

0F9 e 0FA.

Se o estado interno 200 for ativado e o conteúdo dos registros 600 e 800

forem, por exemplo, 1000d e 0999d respectivamente, após a execução da

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103

instrução somente EI 0F8 estará ligado. Para 600 = 0999d e 800=0999d somente o

EI 0F9 estará ligado.

Finalmente, para 600=0999d e 800=1000d somente o EI 0FA estará ligado.

C-1.3 Instruções de movimentação

A única instrução de movimentação utilizada no projeto é a MOVK.

MOVK - Carregamento de constante em um registro. Esta instrução executa

a colocação de um valor de 16 bits em um registro de palavras indicado por OP1.

A instrução tem uma única entrada (Habilita).

Figura 89: Exemplo de programação com MOVK No exemplo acima, se o estado 200, derivado da operação MONOA estiver

acionado, o valor 1234 é colocado no registro 600 (posições 600 e 601 da

memória).

C-1.4 Instruções especiais

(CALL)- Controla o desvio de execução de um programa de usuário, com

retorno para a instrução seguinte ao CALL. Caso a entrada esteja acionada a

operação chamada de sub-rotina é executada, caso contrário a seqüência de

programa será a próxima linha do diagrama de relés. As chamadas podem ser

encadeadas em até 4 chamadas.

Figura 90 : Exemplo de programação com a instrução CALL

Page 110: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

104

UPDD - Aumenta ou diminui de uma unidade o conteúdo de um registro. A

contagem se dá em BCD. É composta das seguintes entradas:

• (I)NC/DEC - se acionada produz diminuição na contagem; caso contrário

produz aumento na contagem.

• (R)ESET - se acionada o conteúdo do registro é zerado.

• (H)ABILITA - se acionada executa as funções anteriores

Figura 91: Exemplo de programação com MOVK

Se o conteúdo do registro 600 for inicialmente igual a 0000d e estando as

entradas 100 e 101 desacionadas, assim que o estado interno 200 for acionado

através de uma instrução MONOA ou MONOD o conteúdo de 600 passará a ser

igual a 0001d, portanto a cada acionamento do E.I. 200 o conteúdo de E.I. 600

será incrementado de uma unidade.

Caso a entrada 100 estiver acionada e o E.I. 200 for acionado o conteúdo de

600 será decrementado de uma unidade, deste modo se o conteúdo de 600 fosse

igual a 0000d passaria a ser igual a 9999d.

Para zerar o conteúdo de 600 é necessário acionar a entrada 101 e o E.I.

200. Em caso de não se desejar zerar o registro em nenhuma condição, a entrada

R pode ser ligada ao contato invertido da entrada H.

C-2 Envio do programa do computador para o CLP Para enviarmos o programa para o micro-controlador selecionamos na

barra de tarefas a opção comunicação e em seguida selecionamos a opção enviar

para o CLP. O procedimento é mostrado na figura 92 :

Page 111: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

105

Figura 92: Enviar para o CLP

Em seguida seleciona-se configurar conexão no frame envio para o CLP e

define-se a porta de comunicação que está sendo utilizada, selecionamos também

baud rate automático e endereço automático para que a não haja erros, clica-se

em OK e em seguida selecionamos enviar.

Abaixo a figura 93 mostra as telas de enviar para o CLP e de configura

conexão :

Figura 93: Janelas de configura conexão e enviar para o CLP

Em seguida o WinSUP verifica se dados de configuração estão corretos se

Page 112: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

106

os estados internos 0FB, 0FC e 03D0 estão desativados e se o CLP não esta em

modo run, se tudo estiver de acordo o programa é enviado para o CLP .

C-3 Recebimento do programa do CLP em um computador

Semelhante ao envio mas após selecionarmos o item comunicação na barra

de tarefas selecionamos receber do CLP em seguida fazemos a configuração de

maneira análoga ao envio .

A figura 94 abaixo demonstra como é feito o recebimento do programa:

Figura 94: Receber do CLP C-4 Supervisório do WinSUP

O aplicativo WinSUP possui um supervisório onde podemos verificar se o

programa editado não terá falhas quando o micro-controlador estiver instalado no

local . Para se utilizar este supervisório seleciona-se na barra de tarefas o item

comunicação em seguida seleciona-se iniciar supervisão, assim o WinSUP irá

verificar se o CLP está em modo run ou stand-by.

Page 113: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

107

Anexo D Rotinas do CLP

O programa de controle da elevatória é composto por uma rotina principal e

onze subrotinas. É preciso estudar os estados internos e as instruções fornecidas

no capítulo B, para que se compreenda o programa de controle da elevatória.

O programa de controle da elevatória pode ser visto no anexo A mostrado

no anexo. A rotina principal define a ordem que as subrotinas são chamadas

quando a entrada 105 (automático) está demonstrada na figura 95 a seguir :

Figura 95: Rotina principal

As subrotinas E0, E1, E2, E3 e E4 tem a função de controlar o envio de

dados, fazendo com que só sejam enviados dados quando houver transição.

Na subrotina E0 , ao haver transição é movido a constante 50 para a

memória interna 0FCE e permanece com este valor durante um minuto, o servidor

OPC verifica a condição da memória interna 0FCE e quando está memória for

maior que 10, o OPC irá verificar a condição da memória desta memória.

O funcionamento das subrotinas E1, E2, E3 e E4 é análogo ao

funcionamento da subrotina E0, porém utiliza endereços diferentes para os

temporizadores, memórias, comparadores e blocos de movimentação . A figura 96

abaixo demonstra a subrotina E0 :

Page 114: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

108

Figura 96: Subrotina E0

A subrotina CONFIG tem a função de mover para as memórias internas

utilizadas no programa as constantes que servem como parâmetros de tempo e

condição, e também habilita a memória 00BE que quando ativada habilita a

comunicação modbus do CLP.

A subrotina CONFIG é demonstrada nas figuras 97,98,99 e 100 a seguir:

Figura 97: Subrotina CONFIG (1)

Page 115: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

109

Figura 98: Subrotina CONFIG (2)

Figura 99: Subrotina CONFIG (3)

Page 116: Desenvolvimento e estudo qualitativo de um sistema supervisório de estações elevatórias de esgoto com comunicação através de um modem celular

110

Figura 100: Subrotina CONFIG (4)

A subrotina ARRANJO possui toda a lógica de controle do painel da

elevatória. Quando o CLP receber sinal de tensão na entrada 106 (nível alto), ou

na entrada 107 (extravazão) e o valor armazenado no preset (memória 40E), do

contator 008 for diferente do valor atual armazenado na memória 44E a memória

213 é ativada.

A função do contador é multiplicar o tempo máximo que o temporizador

pode contar, para que se utilize um tempo mais longo que o máximo do

temporizador.

O temporizador inicia a contagem quando há nível alto de esgoto, quando o

valor do efetivo do temporizador 007 se igualar ao seu preset configurado na

subrotina CONFIG, é acrescido uma unidade no efetivo do contador 008 e em

seguida é iniciada a contagem do temporizador novamente, quando chega ao valor

do preset novamente, é acrescido novamente 1 unidade no contador 008 e quando

o valor do efetivo do contador é igual ao seu preset é acionada a memória 008 e é

zerado o contador, iniciando um novo ciclo.

A memória 215 define qual bomba entra em funcionamento quando o relé de

nível é ativado, quando temos um pulso na memória 213 é invertido o estado da

memória 215, invertendo a bomba imediatamente.

A condição para que as bombas funcionem são nível alto (106) ou

extravazão (107), estar selecionada para funcionamento (215), e não estar em

falha que corresponde as entradas 102 e 103 do CLP .

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A figura 101 demonstra a subrotina ARRANJO no programa WINSUP:

Figura 101: Subrotina Arranjo

A subrotina LIGB1 define um tempo para a partida da bomba 1 e define um

tempo para que uma bomba desligue e a outra ligue no mesmo momento ou as

duas desliguem juntas.

A subrotina LIGB1 está demonstrada na figura 102 abaixo:

Figura 102: Subrotina LIGB1

A subrotina LIGB2 tem uma temporização para evitar que uma bomba ligue

enquanto a outra está desligando ou ligando, e liga a bomba 2.

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A subrotina LIGB2 está demonstrada na figura 103 abaixo ;

Figura 103 : Subrotina LIGB2

A subrotina RESET irá ativar a saída física 180 do CLP, durante 5 segundos.

Esta saída aciona o reset do soft-starter.

A figura 104 mostra a lógica da subrotina RESET:

Figura 104: Subrotina RESET

A subrotina S7-OFF tem a função de prevenir uma eventual falha, do modulo

2490-31 que faz a comunicação do CLP com o modem Motorolla C18. A perda de

comunicação sem retorno devido a este equipamento ocorreu várias vezes, na

implantação do projeto e somente foi sanada com a implantação desta subrotina.

Esta subrotina verifica através de memórias internas se a comunicação está

ocorrendo, caso não haja comunicação durante 30 minutos ela desliga e religa o

modulo 2490-31 através da saída física 187 do CLP.

As figuras 105 e 106 abaixo mostram a subrotina S7-OFF ;

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Figura 105: Subrotina S7-OFF (1)

Figura 106: Subrotina S7-OFF (2)

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Referencias Bibliográficas [1] – Manual Modem Celular GSM/GPRS GTD700 –Revisão 1.00 – Maio/2006 [2] – Tutorial Elipse Scada – Versão 2.29 – 20/10/2006 [3] – Manual do usuário Elipse Scada – Versão 2.29 – 30/01/2007 [4] – Manual do Atos OPC Server – Revisão 1.00 – Novembro/2002 [5] – Conjunto de Instruções DWARE – Revisão 1.9 – Setembro/2006 [6] – Manual do Micro-Controlador Programável TICO – Revisão 1.10 – Maio/2004 [7] – Manual do usuário Soft-Starter SSW-04 [8] – Controlador Programável – MPC 4004 (Winsup 2) – Revisão 2.2 – Maio 2006 [9] – http://www.opcfoundation.org/ - 27/07/2007- 19 h 00 min [10] – http://www.cesan.com.br/ - 26/07/07 – 14 h 00 min