Este artigo sobre CLPs para a telemetria do saneamento é o sétimo da série Tudo sobre telemetria do abastecimento municipal de água“.

Se você deseja elaborar e implantar um sistema de telemetria para os reservatórios e elevatórias de água e esgoto, ETAs e ETEs, estações reguladoras de pressão e pontos de macromedição, encontrará nessa série de artigos, todo o conhecimento necessário para projetar, construir e implantar sistemas completos.

Juntamente com os artigos, são fornecidos links para download de projetos elétricos completos dos painéis, assim como softwares Ladder para automação das estações e o software customizável SCADA com telas para até 10 reservatórios e 10 elevatórias de água, tudo absolutamente sem custo.

A solução que defendemos e compartilhamos para a construção do sistema de telemetria da distribuição de água municipal é aquela baseada em CLPs. Neste artigo falamos sobre:

  • Fatores importantes na escolha do CLP
  • Arquitetura do painel de telemetria
  • Dimensionamento do CLP
  • Cuidados na instalação

Fatores a levar em conta na hora de selecionar o CLP

  • CLP HaiwellSuporte técnico – A pergunta é: quando surge uma dúvida, você tem para quem ligar? Quando você liga, o suporte técnico ajuda você a pensar e solucionar o problema? Busque marcas com um bom suporte técnico.
  • Custo-benefício – Faça uma boa pesquisa e avalie preço x benefícios globais do produto.
  • Custo da ferramenta de programação – Existem muitas marcas que não cobram pela ferramenta.
  • Desempenho do processador – Busque produtos de última geração com processadores rápidos. Compare tempos de execução de instruções.
  • Relógio de tempo real – É importante que o CLP possua relógio de tempo real para a coleta e o armazenamento de dados em tabelas históricas.
  • HaiwellHappyCapacidade de simulação do programa sem necessidade de conectar ao CLP – Este é um recurso que apenas os CLPs mais modernos possuem, e não necessariamente custam mais por essa razão.
  • Portas de comunicação – O número e tipo de portas de comunicação é importante, busque produtos que possuam o maior número de portas de comunicação nativas.
  • Protocolos de comunicação – Para aplicações no saneamento, entendemos que os protocolos de comunicação mais importantes são o Modbus, TCP/IP e Modbus TCP.
  • Capacidade de programação remota – Esta é mais uma característica fundamental quando se busca minimizar custos com manutenção pois permite diagnosticar e resolver problemas a distância, assim como fazer atualizações de software e firmware sem a necessidade de se deslocar até a estação remota.
  • Facilidade de manutenção – Bornes destacáveis, facilidade de substituição de módulos e um bom suporte de fábrica são essenciais na escolha da marca do CLP que será utilizado para o sistema de telemetria da distribuição de água municipal.

Arquitetura do painel de telemetria

O CLP é o coração do painel de telemetria e o ponto de partida do projeto do mesmo.

Elementos componentes do painel de telemetria (remota):

  • Fonte de alimentação – Transforma a tensão alternada da rede nas tensões CC usuais, geralmente 24 VCC e gerencia a carga da bateria para a operação na falta de energia da rede;
  • CLP (Controlador Lógico Programável) – Responsável por todo o processamento local e automatismo da remota;
  • Interfaces de entradas – Condicionam os sinais de campo fornecidos pelos sensores. Podem estar incorporadas ao CLP ou serem módulo externos ao mesmo;
  • Interfaces de saída – Condicionam os sinais analógicos e digitais produzidos pelo CLP para o comando dos atuadores. Podem estar incorporadas ao CLP ou serem módulos externos ao mesmo;
  • Rádio modem – Podem ser rádios spread spectrum, canalizados ou rádios GPRS/GSM. Permitem à remota comunicar com o CCO ou com outras remotas.

Exemplo de CLP instalado em um painel de telemetria.

Dimensionamento do CLP

Uma das etapas na definição de um sistema de automação é o dimensionamento do CLP. Para tanto, devemos relacionar os dispositivos envolvidos no sistema e listar para cada um o número de entradas e saídas analógicas e digitais necessárias para o comando e monitoração.

A tabela abaixo é um exemplo de como formatar essas informações e obter os totais de pontos de entrada e saída. De posse desses números, e adicionando um percentual de folga, usualmente entre 10 e 20%, podemos selecionar o modelo de CLP e módulos que o irão compor.

Dimensionamento de CLP

Dimensionamento do CLP do reservatório de água tratada

Um reservatório típico pode ter os seguintes sensores e atuadores:

  • Transmissor de nível do reservatório;
  • Macro medidor de vazão;
  • Indicador de invasão;
  • Alarme sonoro.

A tabela de entradas e saídas do CLP pode ser como a seguir:

Dimensionamento do CLP do reservatório

O CLP para o painel de automação do reservatório que irá atender esta instalação deverá ter, no mínimo, 3 entradas analógicas, 3 entradas digitais e 2 saídas digitais. É necessário também uma porta de comunicação serial RS232 ou RS485 para comunicar via rádio com o CCO.

Configuração selecionada para o exemplo:

  • CPU Modelo Haiwell T16S0T: 8 ED + 8 SD + COM RS232 + COM RS485
  • Módulo de entradas analógicas Haiwell S04AI: 4 EA

Dimensionamento do CLP da elevatória de água tratada

Consideramos neste exemplo uma estação elevatória constituída de:

  • Transmissor de pressão na entrada da elevatória;
  • Transmissor de pressão na saída da elevatória (recalque);
  • Dois grupos motobomba de partida direta;
  • Medição de tensão, corrente e fator de potência dos grupos motobomba por multimedidores de grandezas elétricas, um por grupo, comunicando por RS485 com o CLP;
  • Indicador de invasão;
  • Alarme sonoro.

Cada painel de acionamento de motobomba oferece os seguintes sinais digitais para o comando do CLP:

  • Comando de acionamento (saída digital do CLP);
  • Chave local Manual/Automático (entrada digital do CLP);
  • Confirmação de motobomba armado e funcionando (entrada digital do CLP).

Dessa forma, a tabela de entradas e saídas do CLP fica assim:

O CLP para o painel de automação do reservatório que irá atender esta instalação deverá ter, no mínimo, 3 entradas analógicas, 6 entradas digitais e 4 saídas digitais. É necessário também uma porta de comunicação serial RS232 para comunicar via rádio com o CCO e uma porta RS485 para comunicar com os multimedidores de grandezas elétricas.

  • CPU Modelo Haiwell T16S0T: 8 ED + 8 SD + COM RS232 + COM RS485
  • Módulo de entradas analógicas Haiwell S04AI: 4 EA

Outras configurações

Outras configurações de estações, tais como centros de reservação com mais de um reservatório, estações elevatórias dotadas de mais de dois grupos motobomba, motores acionados por  inversores ou soft starters, boosters, pontos de macro medição, etc., seguem a mesma ideia de dimensionamento do CLP. Este artigo apresenta a forma de dimensionar o CLP e não deve ser entendido de forma limitada, e sim como um procedimento prático para definirmos o número de IOs e portas de comunicação do mesmo.

Cuidados na instalação do CLP

O CLP deve ser sempre montado em quadros de comando, em nosso caso é o próprio painel de telemetria, devidamente aterrados e protegidos contra surtos e instalados em locais ventilados e o mais distante dos vapores corrosivos de gases como o cloro utilizado no tratamento d’água.

Os sistemas de aterramento e proteção elétrica são extensivamente cobertos pela norma NBR5410, facilmente obtenível na internet.

Proteção contra surtos na entrada de alimentação AC

Dispositivos Protetores Contra Surtos – DPS – devem ser instalados na entrada de alimentação AC do painel de telemetria. O módulo SW3300 é um exemplo de DPS projetado para compor painéis elétricos de comando e automação e integra as seguintes funções:

  • Seccionamento
  • Proteção contra sobre corrente por meio de fusíveis
  • Proteção contra sobre tensões por meio de varistores
  • Tomada bipolar com terra
  • Sinalização luminosa de energização

Por incluir diversas funções em um módulo único, o dispositivo simplifica a montagem do quadro e portanto contribui para lay-outs mais compactos.

Proteção de entradas analógicas contra surtos

A maioria das entrada 4 a 20 mA dos CLPs de mercado possuem um resistor de cerca de 150 a 200 ohms em sua entrada.

O que acontece quando o sensor entra em curto e fornece os 24 V, sem limite de corrente, à entrada analógica 4 a 20 mA? Os resistores utilizados nas entrada analógica dos CLP não são dimensionados para suportar essa potência e fatalmente queimam.

O circuito apresentado ao lado protege não só canal analógico, mas também a alimentação 24 V que é fornecida ao sensor de campo. A proteção se dá em três estágios, por meio dos três tipos de supressores de sobretensão:

  • Centelhador a gás;
  • Varistor de óxido metálico;
  • Diodo TVS.

Proteção de saídas digitais

Sugerimos sempre a utilização de CLPs com saídas a transistor e relés isoladores externos. Por que sugerimos isso? Porque no caso de uma sobrecarga de corrente que pode acontecer quando se aciona um solenoide ou bobina de contatora em curso, isso danifica o relé. Se o relé for interno ao CLP será necessário trocar o módulo de saída digital, enquanto que, se o relé for externo  ao CLP, bastará substituir o relé.

Se você busca uma forma de reduzir o espaço ocupado pelos relés no painel de automação, apresentamos aqui uma solução simples, funcional e de excelente custo-benefício. Este dispositivo foi projetado para criar 8 saídas a relé isoladas para utilização com CLPs de saída a transistor em 24 VCC. A montagem vertical do módulo isolador permite termos 8 relés em apenas 23 mm do trilho DIN.

Proteção contra surtos na conexão de RF (rádio frequência)

Utilize sempre protetores contra surtos na conexão do cabo de antena. Também chamados de centelhadores de RF, esses dispositivos protegem o rádio e facilitam a conexão do painel com o cabo externo de RF.

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