Projeto de automação e telemetria de uma elevatória de água

Projeto de automação e telemetria de uma estação elevatória de água tratada

Este artigo contendo o Projeto de automação e telemetria de uma elevatória de água tratada é o nono 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.

Neste artigo apresentamos o projeto completo de hardware e software para a automação, controle e telemetria de uma estação elevatória de água tratada.

O link abaixo contém o arquivo compactado contendo o projeto completo.

• 
  Projeto de automação da elevatória

  Projeto completo de automação e telemetria de uma elevatória de água tratada contendo esquemático, software Ladder e o Manual de Projeto e Utilização.

Descrição geral do funcionamento da elevatória de água tratada

A forma mais usual para garantir o abastecimento de água em um bairro ou região de um município consiste em construir reservatórios em pontos elevados da área atendida, ou construir reservatório elevados quando a região é plana. A água é conduzida aos pontos de consumo por gravidade e o sistema de abastecimento municipal tem como missão, manter os reservatórios abastecidos.

Cabe à estação elevatória de água a função de manter o reservatório abastecido. Para tanto, a informação do nível do reservatório deve ser transmitida à elevatória para que essa, por sua vez, comande o funcionamento dos grupos moto bombas de maneira a manter o reservatório sempre com o nível dentro dos níveis predefinidos de operação.

A informação de nível de cada reservatório é repassada à sua respectiva estação elevatória pelo sistema da comunicação via rádio, centralizado no CCO.

Nesse tipo de configuração o reservatório terá dois níveis (set points) pré-definidos pela operação:

• Nível de liga: O nível de liga é mais baixo que o nível de desliga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser ligado.
• Nível de desliga: O nível de desliga é mais alto que o nível de liga e é aquele nível, que quando atingido, indica para a lógica de comando da elevatória que o grupo moto-bomba deve ser desligado.

A figura acima apresenta uma topologia típica de uma elevatória de água tratada  de um sistema de distribuição de água tratada municipal. O diagrama mostra os componentes básicos de uma elevatória composta por dois conjuntos moto bomba, principal e reserva, e apresenta também o reservatório abastecido por essa elevatória, que pode estar distante quilômetros da elevatória.

Para controlar o funcionamento da estação elevatória, o CLP local monitora os seguintes parâmetros locais e remotos:

• Nível do reservatório (remoto): enviado pelo CCO;
• Alarme de perda da informação do nível;
• Pressão de sucção: pressão na entrada das bombas, o bombeamento não pode acontecer se não houver pressão mínima;
• Pressão de recalque: pressão na saída das bombas;
• Tensão da rede: as bombas não podem operar se a tensão estiver fora dos mínimos e máximos definidos;
• Corrente elétrica das bombas: deve ser monitorada para garantir a segurança das bombas e para detectar desgastes preventivamente;
• Fator de potência: deve ser monitorado para garantir o controle de consumo elétrico;
• Temperatura e vibração dos mancais dos motores: visa detectar e prevenir desgastes dos motores;
• Sinais digitais de motores desarmados;
• Sinais digitais de chaves de comando manual/automático e local/remoto. 

Operação da estação elevatória de água

Para que o sistema opere corretamente, as chaves seletoras das bombas e das válvulas devem estar na posição AUTOMÁTICO (comandadas pelo CLP). O sistema funciona automaticamente após a energização do quadro e ligando a chave GERAL.

Operação manual

No Funcionamento Manual o painel de automação não atua sobre o comando das bombas. Em Manual, as bombas são comandas pelo operador diretamente nos quadros de comando respectivos. Durante a operação manual, o painel de automação lê as grandezas elétricas e hidráulicas, executa as comunicações com a central, e monitora entradas digitais. Nesse modo de funcionamento, um operador pode ligar e desligar as bombas localmente nos respectivos quadros de acionamento das mesmas (comando manual).

SEMPRE QUE UMA OPERAÇÃO DE MANUTENÇÃO FOR SER REALIZADA, A PRIMEIRA AÇÃO DEVERÁ SER A DE COLOCAR O SISTEMA EM MANUAL. ISTO É FEITO POSICIONANDO A CHAVE SELETORA NA POSIÇÃO MANUAL.

Para desativar o sistema e operar manualmente as bombas e válvulas é necessário:

• Girar as seletoras A/M para a posição MANUAL;
• Aguardar que os grupos sejam desativados. Esta operação se dá sequencialmente;
• Operar manualmente os grupos pelas chaves localizadas no painel frontal.

Operação automática

Neste modo, o acionamento das bombas se dá de acordo com o nível do reservatório de recalque e monitora as condições de operação. Lê as grandezas elétricas e hidráulicas, executa as comunicações com a central e monitora entradas e saídas digitais.

Para selecionar o sistema para controle automático, é necessário:

• Girar as seletoras A/M para a posição AUTOMÁTICO.
• Aguardar a parada dos equipamentos.
• Aguardar a entrada sequencial dos grupos.

Comando via telemetria

Quando em automático, a estação pode ser comandada via central de telemetria. É possível desativar e reativar o funcionamento da elevatória, ligar e desligar grupos e alterar a seleção de grupo principal.

Comandos de ativação e desativação da elevatória de água

Bloqueio – A elevatória é desativada fazendo a posição 0 da tabela de setpoints diferente de zero. Isto faz com que o CLP desative os grupos sequencialmente. Este modo de operação é chamado Manual Remoto.

Desbloqueio – A elevatória é ativada fazendo a posição 0 da tabela de setpoints igual a zero. Isto permite que o CLP opere automaticamente.

Composição da remota de telemetria

A figura a seguir mostra o bloco diagrama da remota de telemetria utilizada na automação da estação elevatória:

• Fonte com bateria modelo 2061;
• Rádio modem RM2060;
• CLP Haiwell modelo T48S0P com 28 ED e 20 SD;
• Interface IA2820 com 8 entradas em 4 a 20 mA;
• Interface ID2908 com 8 saídas isoladas a relé.

Painel de telemetria PT5520

Baseado no CLP Haiwell modelo C48S0P, o painel apresenta alto índice de integração, modularidade, facilidade de manutenção e protocolo MODBUS RTU mestre e escravo, resultando em uma montagem de alto desempenho e baixo custo.

O CLP com duas portas seriais comunica por protocolo MODBUS RTU mestre e escravo e está programado para controlar e monitorar:

• Pressões de sucção e recalque:
• Operação de grupos motobomba;
• Multimedidores de grandezas elétricas;
• Invasão;
• Falta de energia;
• Painel aberto;

Características técnicas do painel de telemetria

Componentes do painel de telemetria

Materiais diversos utilizados na instalação da remota de telemetria

Esquema elétrico do quadro de automação – Remota de elevatória

Software de controle da estação elevatória

A programação do CLP que controla a estação elevatória é feita em Ladder.

A figura a seguir apresenta os módulos de rotinas que compõe a programação da estação.

Lista de entradas e saídas

Entradas analógicas

Entradas digitais

Saídas digitais

Mapa de memórias do CLP

ICOM – Interface de comunicação

O mapeamento de memória utilizado para leitura e escrita do mestre de comunicação Modbus RTU chamamos de ICOM. As tabela abaixo agrupam as variáveis de leitura e escrita da ICOM.

• Bloco de Memória de Monitoração (V0 a V19)
• Bloco de Memória de Setpoints (V100 a V109)

Bloco de memória de monitoração (V0 a V19)

Este é o bloco de dados lidos pelo CCO.

Descrição da memória de monitoramento – STATUS

A memória Status contém 16 bits que são utilizados como status de funcionamento da estação, cada bit identifica uma ocorrência, sendo 0=false e 1=true.

• Bit 0 =0(bateria),     =1(rede CA)
• Bit 1 =0(porta fechada),     =1( porta aberta)
• Bit 2 =0(painel em manual),     =1(painel em automático)
• Bit 3 =0(invasão sim),     =1(invasão não)
• Bit 4 =0(alarme sonoro desligado),     =1(alarme sonoro ligado)
• Bit 5  =0(seleção MB01),     =1( seleção MB02)

Descrição da memória de monitoramento – Cond_Op1

A memória Cond_Op1 contém 16 bits que são utilizados como status de funcionamento da estação, cada bit identifica uma ocorrência, sendo 0=false e 1=true. 

• Bit 0 =0(normal),     =1(bloqueado pelo CCO)
• Bit 1 =1(normal),     =1(subtensão)
• Bit 2 =0(normal),     =1(sobretensão)
• Bit 3 =0(normal),     =1(pressão de sucção baixa)
• Bit 4 =0(normal),     =1(nível remoto cheio)
• Bit 5 =0(normal),     =1(nível remoto perdido)
• Bit 6 =0(normal),     =1(falha no grupo selecionado)
• Bit 7 =0(normal),     =1(MB01 em manual)
• Bit 8 =0(normal),     =1(MB01 desativada)
• Bit 9 =0(normal),     =1(MB01 em automático)
• Bit 10 =0(normal),    =1(MB02 em manual)
• Bit 11 =0(normal),    =1(MB02 desativada)
• Bit 12 =0(normal),    =1(MB02 em automático)

Descrição da memória de monitoramento – Parada1

A memória Parada1 é responsável por informar para o CCO o motivo da parada do grupo motobomba em funcionamento.

• 00 = sem motivo
• 01 = painel de telemetria em manual
• 02 = bloqueado pelo CCO
• 03 = subtensão na rede
• 04 = sobretensão na rede
• 05 = pressão de sucção baixa
• 06 = nível remoto cheio
• 07 = nível remoto perdido
• 08 = grupo selecionado em falha
• 09 = grupo selecionado em manual
• 10 = grupo selecionado desativado

Descrição da memória de monitoramento – Estado1 / Estado2

As memórias Estado1 e Estado2 são responsáveis por informar para o CCO o status das bombas.

• 00 = bomba desligada
• 01 = bomba ligada

Descrição da memória de monitoramento – Falha1 / Falha2

As memórias Falha1 e Falha2 são responsáveis por informar para o CCO os códigos de falha das bombas.

• 00 = sem falha
• 01 = subcorrente
• 02 = sobrecorrente
• 03 = não utilizado
• 04 = grupo desarmou

Bloco de memória de setpoints (V100 a V109)

Este é o bloco de parâmetros enviados pelo CCO.

Descrição da memória de setpoint – Cmd

A memória Cmd é responsável por receber valores do CCO e executar comandos, que estão listados a seguir.

• 00 = sem comando
• 01 = não utilizado
• 02 = não utilizado
• 03 = bloqueia funcionamento automático
• 04 = libera funcionamento automático
• 05 = cala alarme sonoro
• 06 = liga MB01
• 07 = desliga MB01
• 08 = liga MB02
• 09 = desliga MB02
• 10 = não utilizado
• 11 = não utilizado
• 12 = não utilizado
• 13 = não utilizado
• 14 = não utilizado
• 15 = não utilizado
• 16 = não utilizado
• 17 = não utilizado
• 18 = zera horímetro da MB01
• 19 = zera horímetro da MB02
• 20 = não utilizado
• 21 = não utilizado
• 22 = não utilizado
• 23 = não utilizado
• 24 = zera falha da MB01
• 25 = zera falha da MB02

Operação da IHM

O IHM (Interface Homem Máquina) TP300 é composto de:

• Monocromático de 4 linhas por 24 caracteres;
• Display de 4,3”;
• Resolução de 192 x 64 pixels;
• Backlight;
• Ajuste de contraste;
• Portas de comunicação RS232 e RS485;
• Possui 19 teclas que podem ser definidas como teclas de função;
• Protocolos de comunicação para SIEMENS, Mitsubishi, OMRON, Schneider, Facon, entre outros fabricantes;
• Possui protocolo Modbus RTU;

Teclas de Edição e Navegação

• Para navegar entre as telas da IHM, pressione a seta para cima ou seta para baixo.
• Nas telas que permitem edição, pressione SET para selecionar o campo de edição, quando selecionado ficará com o fundo branco.
• Quando estiver em um campo de edição e precisar apagar o seu valor, pressionar CLR.
• Para acessar um campo de edição ou confirmar o novo valor digitado, pressionar a tecla ENT.
• Para sair de um campo de edição sem alterar o seu valor, pressione a tecla ESC.

Telas configuradas

Este item descreve as telas configuradas no projeto. Para navegar pelas telas, utilize as teclas de seta para cima e seta para baixo.

Tela 01 – Tela de apresentação

Tela de apresentação com nome da empresa contratante do sistema e com o nome da empresa que desenvolveu o software.

Tela 02 – Nível remoto

Apresenta o valor do nível do reservatório em percentual para o qual a elevatória bombeia a água tratada e o nível de liga e o nível de desliga.

Tela 03 – Pressão

Apresenta a pressão de recalque e sucção da elevatória.

Tela 04 – Rede CA

Apresenta o valor da tensão e corrente das fases R, S, T e o fator de potência da elevatória.

Tela 05 – Grupo selecionado

Apresenta o grupo selecionado na chave seletora do painel de acionamento do CCM da elevatória.

Tela 06 – Status da elevatória

Apresenta status da motobombas, motivo de parada do grupo e horímetros.

Tela 07 – Escala dos transmissores

Ajuste da escala dos transmissores de pressão de recalque e sucção da elevatória.

Multimedidor – ST9250R

As grandezas elétricas como corrente, tensão e fator de potência, são adquiridas pelo multimedidor de grandezas elétricas modelo ST9250R que se comunica com o CLP pela porta RS485 do CLP em protocolo MODBUS. Nesta porta, o CLP está configurado como endereço 1, 19200 bps, 8 bits, 1 stop bits e sem paridade. O multimedidor assume o endereço 1.

O manual do multimedidor pode ser baixado diretamente do site da Alfacomp no link: https://www.alfacomp.ind.br/medidores-e-indicadores/multimedidor-de-grandezas-eletricas.

Os registradores de grandezas elétricas ST9250R atuam como poderosos sistemas de monitoramento de energia elétrica, avaliando de forma contínua e em tempo real a tensão e a corrente nas três fases pelo método True RMS, permitindo o cálculo preciso de todos os itens de interesse.

Os parâmetros do registrador podem ser ajustados no próprio equipamento, através de uma interface amigável ou via interface serial padrão elétrico RS-485, pelo protocolo MODBUS-RTU.

Cálculo I

Para o cálculo do fator de potência.

• Se valor entre 65536 e 64511, sinal indutivo (-) Fp = (65536 – VALOR) / 1024
• Se valor entre 1024 e 0, sinal capacitivo (+) Fp = valor / 1024

Cálculo II

Para o cálculo de corrente, potência ativa, aparente, reativa, falta de Kvar e excesso de Kvar.

• Variável = valor lido * (valor do TC / 5) / 1000

A resposta é uma variável quantizada (Qx) de acordo com a tabela de variáveis.

Definição do tamanho das variáveis

• Int = Inteiros de 2 Bytes
• Long = Inteiros de 4 Bytes
• Variáveis em Q1, dividir por 2 para obter a parte inteira e a decimal
• Variáveis em Q2, dividir por 4 para obter a parte inteira e a decimal
• Variáveis em Q3, dividir por 8 para obter a parte inteira e a decimal
• Variáveis em Q5, dividir por 32 para obter a parte inteira e a decimal
• Variáveis em Q6, dividir por 64 para obter a parte inteira e a decimal
• Variáveis em Q10, dividir por 1024 para obter a parte inteira e a decimal

Esquemas elétricos de ligações

As figuras a seguir mostram os esquemas de ligação para a instalação dos registradores ST9250R.

Observações importantes na instalação do equipamento

• O transformador de corrente (TC) deve medir a corrente total a ser monitorada.
• Deve-se colocar um TC específico para a medição de corrente (sempre na relação de transformação XXXX/5A). Caso já exista um instrumento de medição, a medição de corrente pode aproveitar o TC do instrumento, desde que a corrente do secundário do TC seja sempre ligada em série com a do medidor.
• Deve-se colocar um TC específico para a medição de corrente (sempre na relação de transformação XXXX/5A). Caso já exista um instrumento de medição, a medição de corrente pode aproveitar o TC do instrumento, desde que a corrente do secundário do TC seja sempre ligada em série com a do medidor.

Endereços de memória do multimedidor

São os seguintes os parâmetros básicos de leitura Modbus do multimedidor, utilizando a função 0x04 (read input registers).

Download do projeto completo

• 
  Projeto de automação da elevatória

  Projeto completo de automação e telemetria de uma elevatória de água tratada contendo esquemático, software Ladder e o Manual de Projeto e Utilização.

Suporte para a implantação

Para mais informações ou ajuda técnica, conte com nosso suporte.

https://alfacompbrasil.com/suporte/ –  Whatsapp (51)99380.2956

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