CLP compacto com Ethernet

Conheça o T16S0P-e, um CLP versátil para uso geral em automação de processos e máquinas nas mais diversas aplicações industriais em que alto desempenho e ótimo custo-benefício são necessários. Dispõe de 8 entradas digitais, 8 saídas digitais, RS232, RS485, Ethernet, entradas de contagem rápida, MODBUS mestre e escravo, blocos de conexão extraíveis e alimentação 24 VCC.

  • 8 entradas digitais a transistor tipo PNP sendo 4 rápidas para conectar até 2 step motors em 200 KHz
  • 8 entradas digitais sendo 4 rápidas para conexão de até 2 encoders em 200 KHz
  • Alimentação 24 VCC
  • Portas de comunicação RS232, RS485 e Ethernet
  • Protocolos de comunicação MODBUS TCP, Haiwell TCP, MODBUS RTU/ASCII (mestre/escravo), Haiwell High Speed Protocol, Freedom Protocol
  • Conectores extraíveis
  • 32 malhas de PID
  • Dimensões 93x95x82 mm
  • Software de programação gratuito com até 10 páginas de monitoração de variáveis online e ambiente 100% simulado
  • Programação remota via Ethernet
  • 48k passo de programação, tempo de execução de instrução de 0,05 us
  • Linguagens de programação em Ladder (LD), Diagrama de Blocos (FBD) e Lista de instruções (IL)
  • Atende a IEC61131

Conheça o Haiwell Cloud

A solução completa da Haiwell via nuvem permite a construção de poderosos Sistemas de Supervisão, Controle e Aquisição de Dados.

Como conectar CLPs a 30 km via rádio

Olá, tudo bem?

Você trabalha com automação industrial e precisar comunicar CLPs, IHM e inversores de frequência em distâncias de até 30 km com visada e não sabe como fazer? Se a reposta é sim então esta dica pode te ajudar.

Utilize rádio em 900MHz spread spectrum de 1W com antenas direcionais e estabeleça a comunicação entre dois dispositivos que possuem portas seriais RS232 ou RS485.

Eduardo Grachten

PS: Esta categoria de rádios dispensa o registro junto a Anatel. Este tipo de comunicação não tem custos mensais pois é totalmente independente de estruturas externas de provedores de serviços de comunicação. Cidades inteiras como Jaraguá do Sul, Sorocaba, Joaçaba e São Leopoldo têm seus serviços de água e esgoto controlados e monitorados por rádios modem operando em 900 MHz.

KIT RADIO ENLACE 1

O KIT RÁDIO ENLACE 1 reúne os equipamento e materiais necessários para estabelecer a comunicação serial entre dois pontos. O padrão de comunicação pode ser em RS232 ou RS485. A velocidade serial admitida é de 1.200 a 115.200 bps. O alcance do enlace é de até 30 km com visada.  Exemplo de aplicação: comunicação entre CLP.

Composição do KIT

  • 2 Rádio modem SPREAD SPECTRUM 900 Mhz RM2060 – 1W
  • 2 Cabo interno de RF com conectores SMA e N macho
  • 2 Protetor de surto de RF (Centelhador)
  • 2 Cabo externo de RF RGC213 – comprimento 10 metros – com conectores N macho
  • 2 Antena Yagi de 14 dBi
  • 2 Antena para teste em bancada
  • 1 Cabo de programação do rádio modem
  • 1 Conector para teste de loop back

Fale conosco: (51) 3029.7161 ou comercial@alfacomp.ind.br

 

Como obter IOs analógicos a partir de IOs digitais de um CLP

Muitos CLPs de pequeno porte e baixo custo não possuem entradas e saídas analógicas, nem conexão para módulos de expansão. Em aplicações de pequeno porte, onde o custo é fundamental, podemos “criar” entradas e saídas analógicas à partir das entradas e saídas digitais, viabilizando assim aplicações de automação de excelente custo-benefício.

A interface analógica IA2820 constitui um conversor multiplexado de sinais. Tem a capacidade de converter até 8 sinais analógicos de corrente de 4 a 20mA gerando uma saída em pulsos, de freqüência proporcional a entrada selecionada. Sua utilização destina-se às configurações de CLPs que possuem entrada de contagem rápida, viabilizando aquisição de até 8 sinais analógicos por módulo IA2820 a um preço extremamente competitivo. Para cada entrada analógica, o módulo é dotado de conexão destacável para: 24V, Sinal e GND. Desta forma, o módulo funciona também como borneira economizando espaço e tempo de montagem.
Alimentação: 18 a 30 VDC
Consumo: 200 mA máximo
Entradas Analógicas: 8 entradas 4 a 20 mA
Impedância de entrada: 220 ohm
Saída: Pulsos com amplitude da tensão de alimentação e freqüência de 600 a 3000 Hz
Entradas de Seleção: 3 entradas em 24 VDC
Entradas analógicas e conexão aos 24V protegidas por supressor de transientes (Transorb), e fusíveis rearmáveis (PTC) individuais

O módulo ALFACOMP IA2801 consiste em uma solução de alto desempenho e baixo custo para conversão de pulsos de uma saída digital de CLP para sinal analógico de tensão e corrente. De formato adequado para montagem em painéis elétricos de automação industrial, é alojado em gabinete metálico para encaixe em trilho DIN.

Tensão de Alimentação: +24Vcc
Consumo de energia: 100 mA max
Entrada: Trem de pulsos (1 a 255 pulsos com amplitude de 24Vpp)
Saída: Tensão: 0 a 10V – 50mA máx
Corrente: 4 a 20mA
Temperatura de operação: -40°C a +80°C
Umidade: 10% a 90% (não condensante)
Dimensões: Altura 73 x Largura 23 x Profundidade 51 mm
Forma: Placa eletrônica alojada em gabinete metálico para encaixe em trilho DIN

http://www.alfacomp.ind.br/

Solução de telemetria para saneamento

por Marcelo Wicthoff Pessoa e Bernardo Auzier Bentes Couri 
revista TAE Fev/Mar 2016

telemetria

A competição industrial é cada vez mais acirrada no mercado mundial independente do segmento, criando nas indústrias algumas características em comum. Entre elas podemos citar: busca contínua de eficiência (em relação à performance de produção, ao consumo de energia, etc), aumento da qualidade do produto fornecido (em alguns casos aumento da disponibilidade de fornecimento) e a redução de custos (paradas, perdas, transporte, etc). Para alcançar estes resultados as indústrias investem cada vez mais em gestão e em automação, sendo que em muitos casos para ter uma gestão eficiente é necessário a automação.
Apesar de algumas características semelhantes cada segmento possui a sua peculiaridade. No caso específico de saneamento, de modo geral, há dois tipos de aplicações: as estações de tratamento (água e esgoto) onde todo o processo está em uma mesma área e as estações de telemetrias (captações, reservatórios, elevatórias, boosters, válvulas redutoras de pressão, pontos de medições de vazão e pressão) onde todo o processo está distribuído sobre a infra-estrutura de distribuição de água e coleta de esgoto da cidade. Como as unidades são distribuídas o maior desafio é a comunicação com as estações de telemetrias por longas distâncias.
Neste artigo serão comparadas algumas soluções utilizadas na telemetria que englobam desde o meio de transmissão a rádio, o protocolo de comunicação, o supervisório e as RTUs (remotas, que vem do inglês “Remote Terminal Unit”) em campo.

Meio de transmissão 

As estações de telemetria podem utilizar diversas formas de comunicação, as mais comuns são fibra ótica,rádio e GPRS. Na tabela ao lado, segue um comparativo entre os três meios de comunicação, onde “+” é a menor nota e “+++++” é a maior nota:tae1

A utilização de fibra ótica como meio de comunicação apresenta muitas características interessantes, como: Imunidade a interferência eletromagnética e alta velocidade. Porém na maioria dos casos fica inviável financeiramente devido à grande quantidade de estações e a grande distância entre elas. Devido este alto custo de implementação da fibra ótica, as estações de telemetria normalmente utilizam a comunicações sem fio (rádio ou GRPS) que possuem benefícios como: menor custo de implementação que a passagem de cabos e implicidade no planejamento. Porém em ambas as taxas de transmissão são menores, mas a confiabilidade do rádio é maior que a do GPRS, pois a comunicação GPRS depende do serviço das companhias de telefonia que dão privilégio a transmissão de voz e a cobertura do sinal nem sempre é boa sobre todas as cidades. Na continuação do artigo abordaremos a solução a rádio que atualmente tem o melhor custo X benefício.

Rádio 

Os sistemas de rádio comunicação podem trabalhar com diversas frequências. Todos os países possuem órgãos regulamentadores. No Brasil cabe a ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) administrar o espectro de rádio frequências (conforme ANATEL, 2008). Estas agências regulamentadoras atribuíram algumas bandas de frequências específicas para serem usadas de forma mais flexível que é a banda ISM para aplicações industriais, científicas e médicas que vem do inglês: “Industrial, Scientific and Medical” (conforme ANATEL, 2006). Estas frequências podem ser utilizadas irrestritamente por qualquer aplicação sem a necessidade de licença (desde que os equipamentos utilizados estejam com a homologação válida na ANATEL), as mais comuns são: 900MHz e 2400MHz. Em soluções industriais de infra-estrutura como o saneamento também há uma grande utilização de faixas de frequência próximas 400MHz que necessitam de licença junto a ANATEL para a sua utilização.
Qual frequência é melhor para utilizar? Não há uma resposta pronta para esta pergunta, pois depende da necessidade da aplicação. Para verificar a necessidade da aplicação precisa verificar os seguintes itens:
– Sensibilidade mínima do rádio utilizado – é a medida do sinal mais fraco que o rádio receptor pode ouvir de forma viável (com uma baixa probabilidade de erro) a unidade de medida é dB, exemplo – 92dB ou -102dB. Quanto menor for a sensibilidade melhor é o rádio em relação à atenuação (perda de potência durante a transmissão, caminho) do sinal;
– Distância do enlace de comunicação – com o aumento da distância aumenta a atenuação do sinal, porém quanto maior for a frequência de comunicação maior é a perda de caminho (atenuação) do sinal;
– Potência do rádio – é a potência utilizada pelo rádio na transmissão do sinal. Quanto maior for a potência maior é a distância do enlace, pois há mais potência para ser atenuada durante o caminho do sinal. Cada faixa frequência possui um valor máximo de potência permitido pela ANATEL, isto também depende da largura do canal. Os valores mais comuns são:

tae2

– Perdas em cabos e conectores – quanto maior for o comprimento do cabo maior é a perda. E quanto maior for o isolamento do cabo (“mais grosso”) menor é a perda no comprimento;
– Ganho das antenas – normalmente é utilizado dois tipos de antenas a omnidirecional e a direcional. A omnidirecional é ideal para utilização em pontos centrais com comunicação para vários rádios (ponto para multi ponto), pois o espectro do sinal é em todas as direções na horizontal e antena direcional é ideal para a utilização nos outros rádios (ponto para ponto), pois a antena gera um ângulo no espectro do sinal aumentando o ganho da antena, assim quanto mais estreito for o ângulo do espectro maior é o ganho. Normalmente o ganho da antena direcional é maior que o da omnidirecional;
– Taxa de transmissão – normalmente com o aumento da frequência do rádio é encontrada uma taxa de transmissão maior, pois a largura do canal é maior (com a largura do canal maior a potência permitida é menor).
Para melhor entendimento da relação entre sensibilidade, atenuação, potência e ganho de antenas seguem a formula de Fraiis adaptada com a perda do cabo (conforme LINK BUDGET, 2015):

PR(dBm) = PT(dBm) + GT(dB) + GR(dB) – LP(dB) – CT(dB) – CR(dB)

Onde PR é a potência recebida, PT é potência transmitida, GT é o ganho da antena do trasmissor, GR é o ganho da antena do receptor, LP é a perda do caminho (atenuação no ar), CT é a perda por atenuação no cabo do transmissor e CR é a perda por atenuação no cabo do receptor. A perda do caminho pode ser definida pela seguinte formula (considerando a visada direta sem nenhuma interferência no sinal):

LP(dB) = 32,45 + 20 * Log10(dKm) + 20 * log10(fMHZ)

Onde dKm é a distância em Km, fMHZ é frequência em MHz.
Exemplo, considerando as seguintes premissas: rádio de 900MHz, com potência de 1 Watt (30dB), sensibilidade de -92dBm, antena transmissora com ganho de 6dB, antena receptora com ganho de 6dB, perda no cabo/conector do transmissor de 3dB e perda no cabo/conector do receptor de 3dB e a distância de 10Km, a atenuação no caminho é de:

LP- 32,45 + 20 * Log10(10) + 20 * log10(900) = 111,53dB

Assim a potência recebida é de:

PR = 30 + 6 + 6 – 111,53 – 3 – 3 = – 75,53 dBm ou 2,799 * 10-11W

Com este resultado o enlace estaria aceitável já que o valor calculado da potência recebida é de -75,53 dBm e a sensibilidade mínima do rádio definida nas premissas acima era de até -92 dBm. Agora fazendo o mesmo cálculo com as frequências de 400 e 2400MHz, com suas respectivas potências máximas e mantendo as outras premissas, e comparando com o resultado do 900MHz obtém:

tae3

OBS.: Na coluna “Potência transmissor” acima pode-se visualizar que a variação em dBm de 40 para 20 significa uma grande variação em Watts de 10 para 0,1, isto ocorre pois a relação é exponencial. Este detalhe é muito importante na hora de analisar a sensibilidade de um rádio, pois alguns possuem uma sensibilidade melhor (menor valor em dBm) o que significa uma maior capacidade (exponencial) em relação a atenuação do sinal.
Os projetistas de rádio enlace ainda consideram uma margem de segurança em relação a sensibilidade mínima do rádio, devido ao crescimento de árvores e mudanças nas condições atmosféricas como temperatura e chuva que podem aumentar a atenuação do sinal no ar. Por exemplo: se a sensibilidade do rádio é de -92dBm o sistema de rádio enlace é projetado para ficar no mínimo com -82dBm. Assim, se considerarmos os resultados encontrados na tabela acima, verifica-se que o rádio de 2400MHz não atende a este critério de projeto para uma distância de 10Km. Lembrando que para o cálculo foi considerado visada direta sem nenhuma interferência de árvores e prédios, que nem sempre acontece na realidade. Se houvesse interferência de árvores e prédios em ambos os casos a potência na receptora seria menor ainda. Os rádios com menor frequência, ou seja, com maior comprimento de onda são os menos afetados em relação aos obstáculos, pois possuem maior difração conseguindo contornar melhor os obstáculos e fazendo o sinal seguir o solo durante todo o seu percurso. Assim, conclui-se que quanto menor for a frequência maior vai ser a distância de comunicação e maior vai ser a confiabilidade do enlace de rádio, isto também ocorre por que os rádios de menor frequência normalmente possuem maior potência.

Técnica de espelhamento espectral do sinal

Num sistema de transmissão de dados, seja ele digital ou analógico, com ou sem fio, precisam-se utilizar formas de inserir as informações úteis em um sinal de Rádio Frequência, chamado de onda portadora, que será o veículo de transporte da informação de um ponto a outro. Estas formas de inserção de informação em um sinal são chamadas de modulação, e permite que esta informação seja transportada embutida nos parâmetros de amplitude, frequência ou fase da portadora (conforme MALBURG, 2004).
A IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) criou um padrão para a conectividade das redes sem fios conhecido como IEEE 802.11 e para acompanhar a necessidade de uma maior taxa de comunicação IEEE vem criando variações da IEEE 802.11 indicado pelas letras ao final do protocolo, como: 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n, 802.11ac e etc.
Durante a segunda guerra mundial foram utilizadas algumas técnicas de propagação/espalhamento de espectro (do inglês spread spectrum) com o objetivo de comunicar em longas distâncias e ter segurança nas informações para que os inimigos não conseguissem interpretar o sinal interceptado. Atualmente as técnicas de espalhamento espectral mais comuns são o FHSS e DSSS (conforme SCHWARTZ).
O FHSS salto de frequência de espalhamento espectral (do Inglês Frequency Hopping Spread Spectrum), é uma das técnicas de espalhamento espectral utilizado no IEEE802.11. Onde, os rádios com modulação FHSS transmitem em pequenos canais (tipicamente <500kHz, durante um tempo menor que 400ms) que são escolhidos aleatoriamente pelo algoritmo do rádio, como a cada instante estará comunicando em um canal diferente somente conhecido pelos rádios isto aumenta a segurança. Ao utilizar este padrão de saltos os rádios com a tecnologia FHSS podem operar dentro de um ambiente de alta interferência e no caso se um canal estiver com interferência, o rádio simplesmente pula para outro canal e retransmite, possibilitando a coexistência com outros rádios (conforme, SCHNEIDER ELECTRIC DSSS vs. FHSS).
No FHSS as transmissões são realizadas sobre canais com larguras de bandas pequenas, assim permitindo um nível maior de potência na transmissão, provendo a comunicação em longas distâncias (até 70 Km na frequência de 915MHz utilizando antenas com ganho alto e com visada). No entanto, canais com largura de banda pequena restringe a taxa de transferência dos dados. Assim, canais com largura de banda pequena não são adequados para aplicações com alta taxa de transferência de dados (a taxa típica de transmissão é inferior a 2 Mbps). Porém é ideal para aplicações com baixa taxa de transferência e aplicações distribuídas em longas distâncias, como encontrado em aplicações de automação (SCADA e remotas distribuídas) em saneamento (captações, reservatórios, elevatórias, boosters, válvulas redutoras de pressão, pontos de medições de vazão e pressão). O FHSS ainda possui uma tolerância alta para sinais refletidos/multicaminhos (conforme, SCHNEIDER ELECTRIC DSSS vs. FHSS).

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O DSSS é comumente encontrado nos equipamentos de WiFi. Os dados são transmitidos em uma faixa de frequência mais larga (tipicamente 26MHz e como uma taxa de transmissão tipicamente de 11 a 54Mbps) usando um algoritmo de espalhamento. Isto permite que vários equipamentos operem na mesma área física sem significativa interferência, mas devido a larga banda de frequência as potências de transmissão são geralmente menores. No entanto, a larga banda de comunicação resulta em uma alta taxa de dados, mas por curtas distâncias tipicamente 200 metros, podendo ser aumentado com o uso de antenas (conforme, Schneider Electric DSSS vs. FHSS).

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Assim, conclui-se que as técnicas de espalhamento de espectro do sinal são importantes para evitar a interferência. Aonde a necessidade é de grande taxa de comunicação o ideal é utilizar a tecnologia DSSS e aonde o mais importante é a distância e a confiabilidade é melhor utilizar o FHSS.

Protocolo de comunicação

O protocolo de comunicação também é importante no caso das estações de telemetria, pois dependendo do protocolo a ser utilizado, vai utilizar uma maior ou menor banda de transmissão. Alguns protocolos possuem a capacidade de armazenar os dados no caso da perda de comunicação e restaurar após o seu retorno.
Para este estudo a seguir (baseado BEVIN, 2009) serão considerados o protocolo modbus/RTU que é amplamente utilizado no mundo e o protocolo DNP3 que é um protocolo dedicado para redes distribuídas que vêm do inglês, “Distributed Protocol Network”.
As estações de telemetria em saneamento possuem uma quantidade pequena de equipamentos, como por exemplo: três bombas, um multimedidor, dois instrumentos analíticos e alguns outros sinais digitais, como: sensor de presença, sinal falta de fase e etc. Para estes equipamentos vão ser considerados o monitoramento 32 sinais digitais e 16 analógicos. E como normalmente o saneamento é um processo lento com respostas na casa dos segundos, com controle local pela automação e com apenas monitoramento remoto, vão ser definidas as seguintes necessidades de projeto, são elas:
1. Os sinais digitais e analógicos devem ser registrados com uma precisão de 10 segundos;
2. As mudanças dos sinais digitais precisam ser reportadas para o centro de controle com 1 minuto de ocorrência;
3. As mudanças dos sinais analógicos precisam ser reportadas para o centro de controle com 10 minutos de ocorrência.
Também serão adotadas as seguintes premissas de comportamento do sistema:
1. Haverá 128 mudanças de sinais digitais a cada 1 hora;
2. Haverá 80 mudanças de sinais analógicos a cada 1 hora. As mudanças podem ser configuradas quando o valor analógico atinge um valor pré-definido (um limite ou setpoint) ou quando o valor tiver uma mudança significativa (por exemplo, a mudança de 5% em relação ao valor anterior considerando a escala completa da variável);
3. Será considerado que nenhum pacote de dados será perdido (transmissão perfeita).

Método1: Modbus

O sistema é configurado para ler os 32 sinais digitais com a função Read Input Status e os 16 analógicos com a função Read Holding Registers. Para atender a necessidade 1 do projeto o intervalo de leitura deve ser 10 segundos. Assim, também vão ser atendidas as necessidades 2 e 3 com o intervalo de leitura de 10 segundos.

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Para a leitura dos 32 estados vão gerar 17 bytes a cada 10 segundos:

tae7

Para a leitura dos 16 registros vão gerar 45 bytes a cada 10 segundos:
Combinando as leituras de sinais digitais e analógicos gera um total de 62 bytes a cada 10 segundos. Calculando isto durante um dia gera:
62 bytes por leitura x 6 leitura a cada minuto x 60 minutos x 24 horas = 535.680 bytes

Método2: Modbus

O sistema é modificado para ler os 32 sinais digitais e são agrupados em dois registros de 16 bits com a função Read Holding Registers seguindo imediatamente pelos 16 sinais analógicos. Semelhante ao método 1 foi mantido o intervalo de leitura a cada 10 segundos atendendo as necessidades 1, 2 e 3.
Para a leitura de 18 registros vão gerar 49 bytes a cada 10 segundos:

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A leitura dos sinais gera um total de 49 bytes a cada 10 segundos. Calculando isto durante um dia gera:
49 bytes por leitura x 6 leitura a cada minuto x 60 minutos x 24 horas = 423.360 bytes

Método 3: DNP3

O sistema conta com 32 sinais digitais e 16 sinais analógica. Pontos analógicos serão armazenados como registros de 16 bits. Os sinais digitais serão transmitidos como “pacotes” em objetos estáticos.
O DNP3 suporta estampa de tempo para eventos. Portanto, o requerimento da necessidade 1 é atendida.
Todos os 32 sinais digitais foram configurados para serem reportados de acordo com o evento Classe 1. Para atender a necessidade 2 a Classe 1 foi configurada para o intervalo de leitura de 1 minuto.
Todos 16 sinais analógicos foram configurados para serem reportados de acordo com o evento Classe 2. Para atender a necessidade 3 a Classe 2 e foi configurada para o intervalo de leitura de 10 minutos.
Para manter a integridade dos dados a leitura vai ser agendada para cada 1 hora. O regime de leitura horário pode ser descrito, como:

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O reporte para os eventos da Classe 1 são representados pelas setas verdes (tamanho menor), as quais ocorrem a cada minuto.
O reporte combinando os eventos das Classes 1 e 2 são representados pelas setas azuis (tamanho médio), as quais ocorrem a cada 10 minutos. O reporte de integridade está representada pela seta laranja (tamanho maior), a qual ocorre a cada 1 hora.
Para a leitura de integridade foi considerada que só contem dados estáticos (não há eventos esperando para ser coletados).

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Isto gera um total de 100 bytes para uma leitura de integridade. Calculando isto durante um dia gera:
100 bytes por leitura x 24 horas = 2.400 bytes
A premissa 2 define que haverá 80 mudanças analógicas por hora, como existem 16 sinais analógicos, cada sinal analógico vai ser reportado 5 vezes por hora que será a combinação da Classe 1 e 2.

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Isto gera um total de 256 bytes por leitura. Calculando isto durante um dia gera:
256 bytes por leitura x 5 leituras por hora x 24 horas = 30.720 bytes
A premissa 1 define que haverá 128 mudanças dos sinais digitais por hora, como existem 32 sinais digitais, cada sinal digital vai ser reportado 4 vezes por hora na Classe 1.

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Isto gera um total de 247 bytes por leitura. Calculando isto durante um dia gera:
247 bytes por leitura x 4 leituras por hora x 24 horas = 23.712 bytes
Considerando que todos os sinais digitais serão reportados em 4 leituras, existem 50 reportes de Classe 1 por hora que serão reportados sem eventos (esta consideração não muda o resultado final da quantidade de bytes reportados).

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Isto gera um total de 35 bytes por leitura. Calculando isto durante um dia gera:
35 bytes por leitura x 50 leituras por hora x 24 horas = 42.000 bytes
Calculando o total de bytes trafegados por um período de 1 dia, é necessário somar a leitura de integridade, os eventos analógicos, os eventos digitais e os eventos vazios. Calculando isto durante um dia gera: 2.400 (integridade) x 30.720 (analógicos) x 23.712 (digitais) + 42.000 (vazios) = 98.832 bytes

Resultado

O gráfico abaixo mostra o número de bytes em uma estação de telemetria por dia para os três métodos descritos:

tae14

Este estudo, com estas definições, mostrou que a taxa de transferência de dados das estações de telemetria são pequenas. O método utilizando o DNP3 ainda apresentou uma taxa de transmissão 23% mais eficiente que o método modbus mais eficiente (na prática o método modbus mais utilizado é o menos eficiente sem otimização dos sinais digitais).
Outro ponto importante é que se o número de eventos analógicos e/ou digitais for menor que a premissa utilizada neste estudo, o número de bytes utilizado no DNP3 vai ser reduzido enquanto no modbus seria mantido o mesmo. No mundo real, isto significa que a redução da taxa de transmissão por estação possibilita o aumento da quantidade de estações de telemetria sem a necessidade de substituir a infra-estrutura de comunicação existente.
O DNP3 ainda fornece outra característica importante que não é disponível no modbus, que é a estampa de tempo dos eventos das estações remotas. Isto permite que no caso de uma falha de comunicação os dados sejam gravados no equipamento remoto e quando reestabelecer a comunicação os dados são enviados ao sistema de supervisão automaticamente sem a perda de informações (inclusive os gráficos são preenchidos automaticamente). E se os equipamentos estiverem com a estampa de tempo sincronizadas é possível identificar aonde ocorreu um evento antes, mesmo que eles ocorram em um tempo muito próximo, função que o modbus também não possui.

tae15

O DNP3 possui níveis diferentes de implementação. O nível 1 são para comunicar medidores ou instrumentos básicos, o nível 2 são para controladores pequenos, o nível 3 são para controladores maiores e remotas (RTU) com características de leituras em grupos e o nível 4 são funções adicionais mais sofisticadas aos 3 primeiros níveis e com sincronismos de tempo por rede ethernet (conforme, DNP3 Q&A with Schneider Electric).
O DNP3 não é estático e imutável, mas sim permite extensões para ser desenvolvida por usuários finais e integrado no âmbito do protocolo. Os usuários podem definir estruturas de dados orientados a objetos para transferir informações específicas da indústria em questão usando DNP3. Um exemplo notável das camadas específicas da indústria é a criação no Reino Unido do padrão de telemetria para a indústria do saneamento, definido como WITS (que vem do inglês “Water Industry Telemetry Standart”). Esta extensão do DNP3 padroniza os dados da indústria da água para:
• Gestão de Ativos;
• Configuração Incremental;
• Status do dispositivo;
• Logging;
• Alarme.

Supervisório e RTU (Remota)

O supervisório e as remotas são tão importantes como a definição do rádio e do protocolo. O protocolo é um fator muito importante para definir o supervisório e as remotas, pois eles precisam ser compatíveis com o protocolo e o nível do protocolo utilizado.
Muitos supervisórios são preparados para alto desempenho de processos, que não é a realidade da telemetria no saneamento, gerando uma grande quantidade de leituras por segundo. Alguns supervisórios de mercado são dedicados a telemetria possuindo como padrão a integração dos diagnósticos do rádio e a configuração remota das RTUs.
As RTU além de serem compatíveis com o protocolo e o nível do protocolo devem possuir características de remotas como conectividade, amplo range de temperatura de operação, amplo range de alimentação (por exemplo 11 a 30 Vcc, para utilização de alimentação com placas solares 12Vcc).

Conclusão

A automação para telemetria possui características diferentes da automação de processo, como: tempo de resposta, taxa de transferência, topologia e meio de transporte. Vimos que o rádio é um meio de transmissão muito importante para saneamento e quanto menor a frequência maior é o alcance do sistema de rádio, maior é a confiabilidade e menor é a taxa de comunicação, porém a taxa de comunicação em saneamento é muito pequena não sendo um fator de limitação para os rádios de baixa frequência. Os protocolos modbus e DNP3 funcionam muito bem para telemetria, porém o protocolo DNP3 consegue uma taxa de transferência menor e evita a perda de dados mesmo com a queda de comunicação devido a sua função nativa de armazenamento de informações com estampa de tempo. Um outro ponto que pode ser interessante ao saneamento é o protocolo WITS, que seria um protocolo dedicado a este segmento e algumas remotas de mercado já possuem este protocolo.


Marcelo Wicthoff Pessoa
Mestre em Engenharia de Produção e Sistemas, Engenheiro de Controle e Automação. Atuando desde 2011 como Engenheiro de Soluções e Arquitetura em Saneamento na Schneider Electric Brasil

Bernardo Auzier Bentes Couri
Engenheiro Elétrico. Atuando desde 2011 como Engenheiro de Produto em Telemetria e Remotas na Schneider Electric Brasil


Referências bibliográfica:
 BEVIN, D. Modbus and DNP3: Comparing Communication Efficiencies. Control Microsystems White Paper, p. 1-6, Setembro de 2009.
 SCHNEIDER ELECTRIC. Remote Management of Critical Infrastructure - ClearSCADA. Setembro de 2011.
 ANATEL. Resolução n°506, 1° de Julho de 2008. Junho de 2008.
 ANATEL. Atribuições de Faixas de Frequências no Brasil. Outubro de 2006.
 SCHNEIDER ELECTRIC. DSSS vs. FHSS - A theory based discussion on Direct sequence spread spectrum vs. Frequency hopping spread spectrum. Schneider Electric White paper.
 DNP3 Q&A with Schneider Electric, Set. de 2013.
 MALBURG, M. M. Trabalho Final de Redes – Tema: Modulação. Novembro de 2004.
 LINK BUDGET, Janeiro de 2015.
 SCHWARTZ, S.M. Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS) vs. Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) in Broadband Wireless Access (BWA) and Wireless LAN (WLAN). Sorin M. Schwartz Seminars.
 TOURRILHES, J. Linux Wireless LAN Howto. Ago 1998.

 

O que é M2M? Veja o que significa o conceito da ‘comunicação das máquinas’

por LEONARDO RODRIGUES – para o TechTudo – 16/12/13

Você já pensou como as máquinas se comunicam? Não? O TechTudo preparou uma matéria especial com algumas informações sobre a tecnologia M2M (Machine-to-Machine ou, em português, Máquina a Máquina).

O conceito M2M é utilizado em diversos lugares, inclusive na F1 (Fonte: Reprodução/F1)

O conceito M2M é utilizado em diversos lugares, inclusive na F1 (Fonte: Reprodução/F1)

Antes de explicar o conceito de M2M propriamente dito, é importante lembrar o que é telemetria, conceito “antecessor” de M2M. Telemetria é o método utilizado para realizar a comunicação entre dois dispositivos. Na Fórmula 1, este termo é bastante comum. Basicamente, um sensor captura informações sobre determinado fenômeno no carro e transmite, normalmente via ondas de rádio, para um computador que registra e processa tais informações. Com isso, é possível otimizar a performance do carro, realizando ajustes em cada parte, como pneus, suspensão, motor, aerodinâmica, etc.

Com a evolução natural das redes de sensores sem fio, internet e computadores (Desktops, Laptops, Tablets e Smartphones), tornou-se possível ampliar o nível de comunicação entre os dispositivos. Neste contexto, adotou-se o termo M2M, que é bastante similar à telemetria, porém, expande a comunicação entre diversos dispositivos via rede. Então você pensa: “Isso serve apenas para a F1″? Não. O conceito de M2M pode ser aplicado de diversas formas e em várias áreas, como ciência, engenharia, meio ambiente, indústria, etc. E ainda há muito a explorar.

Mas como funciona o M2M? De forma resumida, o M2M utiliza um sensor localizado remotamente para coletar dados do fenômeno desejado. Tais dados são enviados de forma sem fio para uma rede, onde são roteados para a um servidor na Internet. Nesta estação, os dados são processados e analisados, sendo utilizados para alguma finalidade de acordo com o software ali configurado. Percebe-se que o funcionamento é similar à telemetria, mas é preciso ressaltar a diferença: a comunicação. Ou seja, os dados são transmitidos através de redes existentes, como qualquer rede sem fio utilizada publicamente.

Um tipo de sensor de telemetria (Foto: Reprodução/alfacompbrasil)

Um tipo de sensor de telemetria (Foto: Reprodução/alfacompbrasil)

Onde M2M pode ser utilizado? Existem diversas aplicações em funcionamento e, inclusive, outras tantas a serem descobertas no futuro. Por exemplo, pode-se utilizar M2M para cuidar de uma estação de tratamento de água, espalhando diversos sensores em todos os níveis da cadeia de tratamento para detectar anomalias na condição da água. É possível, também, controlar o trânsito em grandes cidades com sensores para detectar o fluxo do tráfego e, ao utilizar um software adequado, alterar a sinalização dos semáforos ou emitir informações relevantes em placas interativas.

O futuro do M2M é promissor e, com certeza, você ainda ouvirá muito esse termo. O fato da tecnologia aproveitar as redes existentes a torna flexível, permitindo sua utilização em praticamente qualquer tipo de aplicação.

Tecnologia GSM da Carmel Contribuiu Para a Detecção e Prevenção de Incêndios Durante as Paralimpíadas

Os especialistas da empresa Carmel Tecnologia aplicaram uma solução de telemetria que detectou situações de risco de incêndio nas instalações dos jogos.O parque Olímpico, a Vila Olímpica, o Riocentro, o Estádio Engenhão, a Marina da Glória, o Campo de Golfe Olímpico e o Complexo Esportivo de Deodoro estão entre os locais que foram monitorados 24 horas por dia pelos Dataloggers da Carmel.parque-olimpico-2

O Datalogger da Carmel Tecnologia foi lançado em 2016 para uso em diversas aplicações de telemetria. Os equipamentos consistem em uma solução multiplataforma projetado para monitorar o funcionamento de equipamentos e frotas. Através das conexões de entrada e saída analógicas e digitais o dispositivo pode adquirir o status de sinais como tensões, correntes e outras grandezas físicas.

datalogger-carmel

O Datalogger pode ser utilizado em estações meteorológicas na medição da velocidade do vento, temperatura, umidade e índices pluviométricos. O equipamento pode armazenar as leituras por muitas horas na eventualidade da interrupção da comunicação. Os dados podem ser recuperados via comunicação GPRS, pela conexão USB. A solução da Carmel reduz os custos de manutenção e de serviços de campo e permite diminuir o tempo para a detecção e solução de problemas com falhas e acidentes.

De acordo com Juatan Melga, fundador da Carmel Tecnologia, o Datalogger foi instalado em conjunto com detectores de fumaça nas instalações dos Jogos Paraolímpicos e os dados foram transmitidos utilizando a plataforma IoT da Telit para a rápida tomada de decisões de forma a combater e prevenir as ocorrências de incêndio. O funcionamento do sistema foi considerado um sucesso. A Carmel Tecnologia viabilizou a aplicação do sistema de telemetria com as tecnologias da Telit em módulos GSM, módulos GPS e plataforma IoT. Os dados são armazenados na nuvem.

A tecnologia da Carmel está no Datalogger DL2016 da Alfacomp

GPRS DL2016

Entre as muitas áreas de aplicação estão a telemetria de água e esgoto, agricultura, controle ambiental, industrias de óleo e gás, leitura remota de consumo de energia, gás e água, e monitoração de utilidades. O benefício básico dos sistemas wireless em GSM e GPRS reside na monitoração e controle com baixos custos e rapidez de implantação, distância virtualmente ilimitada entre remotas e centros de monitoração, independência de relevo e obstruções da visada, antenas de pequeno porte, e ainda a possibilidade de alarmes diretos para telefones celulares das pessoas responsáveis pelos serviços de monitoração. A tecnologia GPRS permite acesso seguro e direto às informações através do uso de tablets, smarphones e computadores. Adicionalmente, não existem gargalos de comunicação nas centrais de monitoração e servidores de dados de sistemas complexos de monitoração. Um roteador HDSPA utilizado na estação central pode fornecer velocidades de comunicação de até 10 Mbits/s quando são utilizados links fixos para o provedor dos serviços de telefonia.

A comunicação por exceção (quando a remota toma a iniciativa enviar dados dentro de circunstâncias pré-definidas) permite o recebimento rápido e simultâneo de informações das estações de campo, mesmo no caso de instalações contendo centenas de pontos de monitoração. Entre os benefícios da telemetria via GPRS estão:

  • supervisão on-line sem a necessidade de estabelecer conexões;
  • possibilidade de interação com qualquer remota a qualquer momento e em qualquer distância;
  • envio imediato de alarmes e informações sobre eventos importantes;
  • capacidade de monitoração e controle via dispositivos móveis;
  • acesso via internet de dados de estações remotas;
  • alarme de ameaças e prevenção de falhas antes que as mesmas aconteçam;
  • diagnósticos remotos;
  • controle de acesso e segurança.

Vantagens do GPRS sobre o GSM

O GPRS utiliza a mesma estrutura de comunicação que o GSM. Foi desenvolvido para a transmissão de dados tais como MMS (envio de textos e imagens), navegação na internet e M2M (machine-to-machine, comunicação entre máquinas). Entre as vantagens do GPRS sobre o GSM estão os menores custos de operação baseados em pacotes de dados mensais. A comunicação via GPRS acontece via internet com a utilização de protocolos padrão TCP/IP.

Datalogger DL2016

O Datalogger DL2016 da Alfacomp é um dispositivo capaz de coletar, armazenar, controlar, rastrear, enviar e receber dados via rede GSM/GPRS. Através das IOs que o equipamento possui, ele possibilita o controle e monitoramento de grandezas elétricas e ou físicas como, por exemplo, tensão, corrente, temperatura, velocidade do vento, nível de água, quantidade de chuva e também o controle de cargas de potência através dos três relés de saída. Estas IOs também podem ser lidas ou controladas através de comandos SMS.

DL2016 ALFACOMP

Possui interface para conexão de cartões do tipo SDCard, permitindo assim o armazenamento em massa das grandezas medidas em arquivos de texto, facilitando assim a sua coleta e visualização em computadores comuns. Também é possível fazer com que outros equipamentos comuniquem via internet através das interfaces RS232 e RS485. Na falta de energia, o datalogger é capaz de se manter em funcionamento por várias horas através de uma bateria conectada externamente. A carga da bateria é completamente gerenciada pelo próprio software interno do equipamento, evitando-se assim a preocupação em colocar baterias e gerenciadores de cargas extras.

Especificações Técnicas

Tensão de Alimentação 8 a 30 VCC
Carregador de bateria Para baterias de 7,2V/1500mAh
Interfaces Seriais RS232 e RS485
Protocolos Smart M2M, MQTT e MODBUS
Velocidade serial 110 a 256000 bps
Entradas Digitais 06 entradas digitais
Saídas Digitais 03 saídas digitais a relê
Entradas Analógicas 07 entradas analógicas de 12 bits
GPS Antena ativa externa
GPRS Entrada para dois SIM CARDs (SIM 1, SIM 2)
Consumo de energia 260mA Max
Temperatura de operação 0° a +60°C
Dimensões (montado em trilho DIN horizontal) 110 x 95 x 40mm

Por Eduardo Grachten

Águas Guariroba usa tecnologia inovadora para medir consumo

Fonte: http://www.aguasguariroba.com.br/

Com um equipamento semelhante a um smartphone e uma antena acoplados a um veículo, o leiturista passa pela rua, trafegando normalmente. Enquanto ele fica atento às normas de trânsito, o aparelho capta os sinais enviados pelos hidrômetros digitais instalados nos imóveis, fazendo a medição do consumo de água de cada um. A medição por telemetria é um projeto piloto que está sendo desenvolvido pela Águas Guariroba, empresa responsável pelos serviços de água e esgoto de Campo Grande (MS).

É um grande avanço para as empresas de saneamento e usuários, pois a nova tecnologia oferece mais praticidade. “A medição por telemetria evita o acesso do leiturista ao imóvel nos casos em que o hidrômetro é interno. Elimina também as cobranças pela média, o que acontece quando não se tem acesso ao hidrômetro”, explica Ana Paula Molina, gerente Comercial da Águas Guariroba, uma das responsáveis pelo projeto.

Outra vantagem da telemetria é detectar possíveis vazamentos, reduzindo ainda mais as perdas de água. Campo Grande tem hoje um dos menores índices de perdas do país: 19%, enquanto a média nacional é de 38% (SNIS – Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento, 2013). A redução é fruto da busca contínua pela excelência e melhores serviços, como o caso dos investimentos feitos para viabilizar o novo projeto de medição por leitura remota.

O primeiro passo foi a substituição dos hidrômetros mecânicos – os tradicionais, redondos, com relógio e conta-giros – para os digitais, também conhecidos como ultrassônicos. A troca começou a ser feita em 2014 e mais de 32 mil hidrômetros digitais foram instalados. Segundo a fabricante, uma empresa alemã, Campo Grande é a cidade brasileira que tem o maior número de clientes com acesso à essa tecnologia.

Como funciona a medição por telemetria

O hidrômetro digital permite a leitura por meio do toque no sensor ótico do aparelho. O total de metros cúbicos consumidos também são enviados por rádio frequência, que são geradas pelo aparelho automaticamente a cada 8 segundos. Elas são captadas pela antena receptora portátil usada pelo leiturista ou por antenas fixas, metodologia que também está sendo usada pela Águas Guariroba. São duas antenas em dois pontos da cidade, responsáveis pela leitura à distância de hidrômetros de 2 mil imóveis. No caso do leiturista, o registro pode ser feito com o carro ou moto em movimento e tem alcance de até 200 metros. Cada hidrômetro possui uma identificação única e uma chave de segurança que garantem total sigilo nas informações transmitidas por telemetria.

Fenasan 2016

Os benefícios da telemetria via GPRS

Quando surgiram, as tecnologias GSM e GPRS rapidamente conquistaram os mercados profissionais de telemetria e possuem algumas vantagens sobre a comunicação via rádio modem que popularizaram sua aplicação.

GPRS DL2016

Entre as muitas áreas de aplicação estão a telemetria de água e esgoto, agricultura, controle ambiental, industrias de óleo e gás, leitura remota de consumo de energia, gás e água, e monitoração de utilidades. O benefício básico dos sistemas wireless em GSM e GPRS reside na monitoração e controle com baixos custos e rapidez de implantação, distância virtualmente ilimitada entre remotas e centros de monitoração, independência de relevo e obstruções da visada, antenas de pequeno porte, e ainda a possibilidade de alarmes diretos para telefones celulares das pessoas responsáveis pelos serviços de monitoração.

DL2016 Aplicações 1000

A tecnologia GPRS permite acesso seguro e direto às informações através do uso de tablets, smarphones e computadores. Adicionalmente, não existem gargalos de comunicação nas centrais de monitoração e servidores de dados de sistemas complexos de monitoração. Um roteador HDSPA utilizado na estação central pode fornecer velocidades de comunicação de até 10 Mbits/s quando são utilizados links fixos para o provedor dos serviços de telefonia.

A comunicação por exceção (quando a remota toma a iniciativa enviar dados dentro de circunstâncias pré-definidas) permite o recebimento rápido e simultâneo de informações das estações de campo, mesmo no caso de instalações contendo centenas de pontos de monitoração. Entre os benefícios da telemetria via GPRS estão:

  • supervisão on-line sem a necessidade de estabelecer conexões;
  • possibilidade de interação com qualquer remota a qualquer momento e em qualquer distância;
  • envio imediato de alarmes e informações sobre eventos importantes;
  • capacidade de monitoração e controle via dispositivos móveis;
  • acesso via internet de dados de estações remotas;
  • alarme de ameaças e prevenção de falhas antes que as mesmas aconteçam;
  • diagnósticos remotos;
  • controle de acesso e segurança.

Vantagens do GPRS sobre o GSM

O GPRS utiliza a mesma estrutura de comunicação que o GSM. Foi desenvolvido para a transmissão de dados tais como MMS (envio de textos e imagens), navegação na internet e M2M (machine-to-machine, comunicação entre máquinas). Entre as vantagens do GPRS sobre o GSM estão os menores custos de operação baseados em pacotes de dados mensais. A comunicação via GPRS acontece via internet com a utilização de protocolos padrão TCP/IP.

Datalogger DL2016

O Datalogger DL2016 da Alfacomp é um dispositivo capaz de coletar, armazenar, controlar, rastrear, enviar e receber dados via rede GSM/GPRS. Através das IOs que o equipamento possui, ele possibilita o controle e monitoramento de grandezas elétricas e ou físicas como, por exemplo, tensão, corrente, temperatura, velocidade do vento, nível de água, quantidade de chuva e também o controle de cargas de potência através dos três relés de saída. Estas IOs também podem ser lidas ou controladas através de comandos SMS.

DL2016 ALFACOMP

Possui interface para conexão de cartões do tipo SDCard, permitindo assim o armazenamento em massa das grandezas medidas em arquivos de texto, facilitando assim a sua coleta e visualização em computadores comuns. Também é possível fazer com que outros equipamentos comuniquem via internet através das interfaces RS232 e RS485. Na falta de energia, o datalogger é capaz de se manter em funcionamento por várias horas através de uma bateria conectada externamente. A carga da bateria é completamente gerenciada pelo próprio software interno do equipamento, evitando-se assim a preocupação em colocar baterias e gerenciadores de cargas extras.

Especificações Técnicas

Tensão de Alimentação 8 a 30 VCC
Carregador de bateria Para baterias de 7,2V/1500mAh
Interfaces Seriais RS232 e RS485
Protocolos Smart M2M, MQTT e MODBUS
Velocidade serial 110 a 256000 bps
Entradas Digitais 06 entradas digitais
Saídas Digitais 03 saídas digitais a relê
Entradas Analógicas 07 entradas analógicas de 12 bits
GPS Antena ativa externa
GPRS Entrada para dois SIM CARDs (SIM 1, SIM 2)
Consumo de energia 260mA Max
Temperatura de operação 0° a +60°C
Dimensões (montado em trilho DIN horizontal) 110 x 95 x 40mm