Automação e Supervisão de Processo de Distribuição de Água Tratada Para Reuso

7/23/2019 Automao e Superviso de Processo de Distribuio de gua Tratada Para Reuso

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INSTITUTO FEDERAL DE GOIAS

Engenharia de Controle e Automacao

AUTOMACAO E SUPERVISAO DE PROCESSO DE

DISTRIBUICAO DE AGUA TRATADA PARA REUSO

Calebe Abrenhosa Matias

Iago Silva Morais

Paulo Diniz Tomaz de Oliveira

[IFG] & [ECA]

[Goiania - Goias - Brasil]

3 de abril de 2015


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INSTITUTO FEDERAL DE GOIAS

Engenharia de Controle e Automacao

AUTOMACAO E SUPERVISAO DE PROCESSO DE

DISTRIBUICAO DE AGUA TRATADA PARA REUSO

Calebe Abrenhosa Matias

Iago Silva Morais

Paulo Diniz Tomaz de Oliveira

Trabalho de Conclusao de Curso (TCC) apresentado a Banca Examinadora como

exigencia parcial para a obtencao do ttulo de Bacharel em Engenharia de Controle

e Automacao pelo Instituto Federal de Educacao, Ciencia e Tecnologia de Goias

(IFG). Orientador Prof. Jose Luiz Ferraz Barbosa, M.Sc Eng.

[IFG] & [ECA]

[Goiania - Goias - Brasil]

3 de abril de 2015


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Dados Internacionais de Catalogacao na Publicacao (CIP)

Sistemas da Bibliotecas do IFG, GO - Brasil

X123x Abrenhosa, Calebe Matias, 30/08/1988. Silva, Iago Mo-rais, 26/03/1992. Diniz, Paulo Tomaz de Oliveira,08/12/1983..

Automacao e Supervisao de Processo de Distribuicao deAgua Tratada Para Reuso/ Calebe Abrenhosa MatiasIago Silva MoraisPaulo Diniz Tomaz de Oliveira. [Goiania - Goias - Brasil]:[IFG] & [ECA], 3 de abril de 2015.

118f. : il.

Orientador: Prof. M.Sc. Jose Luiz Ferraz Barbosa - IFG

Trabalho de Conclusao de Curso - Instituto Federal

de Goias - IFG, Departamento de Area IV, Engenharia deControle e Automacao

Inclui bibliografia.

1.Automacao - 2.Supervisao - 3.Controle - 4.Sistemade Distribuicao de Agua

CDU 621.3.537:681.5

Copyright c3 de abril de 2015 by Federal Institute of Goias - IFG, Brazil. No part

of this publication may be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted

in any form or by any means, eletronic, mechanical, photocopying, microfilming,

recording or otherwise, without written permission from the Library of IFG, with

the exception of any material supplied specifically for the purpose of being entered

and executed on a computer system, for exclusive use of the reader of the work.


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A verdadeira motivacao vem de realizacao, desenvolvimento pessoal,satisfacao no trabalho e reconhecimento.

Frederick Herzberg


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A todos amigos e parentes que contriburam com este projeto.

A eles dedicamos este trabalho.


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AGRADECIMENTOS

O caminho percorrido na graduacao nos levou ao crescimento. O fim dessa jornada

e marcada por inumeras batalhas que enfrentamos mas obtivemos vitoria junto aos

familiares e amigos, que sempre nos deram suporte e forca pra continuar lutando

pelos objetivos.

Agradecemos, principalmente: a todos amigos e colegas de graduacao, pois levaremos

a bagagem desta amizade sempre conosco. Em especial a Maria Jose Tomaz de

Oliveira, gerente da pousada Sao Joao Bosco, que proporcionou a viabilidade deste

projeto e nos recebeu de bracos abertos com sua enorme hospitalidade.


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RESUMO

A crescente preocupacao global com o desperdcio e o uso indevido da agua incen-tiva os usuarios a adotarem melhores praticas de utilizacao deste recurso natural.O Ministerio Publico do Estado de Goias determinou que as empresas de entre-tenimento aquatico de Caldas Novas-GO, cidade turstica com enfase em piscinastermais, assumissem um compromisso de tratar toda agua utilizada nas piscinasantes de devolve-la ao esgoto ou rede pluvial. Este trabalho tem como ob jetivo oprojeto e a implementacao da automacao de um sistema de reuso, armazenamentoe distribuicao da agua tratada das piscinas de uma pousada, em Caldas Novas.

Tambem sera contemplado o desenvolvimento de um sistema supervisorio capaz demonitorar e controlar a planta remotamente com a finalidade de diminuir o impactocausado nos lencois freaticos da regiao e tambem na reducao dos custos relacionadosao uso dos recursos do Departamento Municipal de Agua de Esgoto, DEMAE, deCaldas Novas. O Sistema e composto por um CLP, varios sensores do tipo boia,motobombas e um driver de aquisicao de dados funcionando como um modulo decomunicacao com um sistema SCADA. O trabalho tem carater interdisciplinar hajavista a utilizacao de conhecimentos de eletronica analogica e digital, instrumentacao,automacao e computacao adquiridos ao longo do curso de Engenharia de Controlee Automacao.


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AUTOMATION AND SUPERVISION OF TREATED WATERDISTRIBUTION PROCESS FOR REUSE

ABSTRACT

Growing global concern about the waste and unreasonable usage of water encoura-ges users to adopt better practices about the usage of this natural resource. PublicMinistry of State of Goias determined that aquatic entertainment companies fromCaldas Novas-GO, tourist city with emphasis on thermal pools, should assume acommitment to treat the water used in swimming pools before returning it to thesewer or rainwater drainage system. This paper aims to carry out a project for thecreation, implementation and automation of a system to reuse, storage and distri-bution of treated water from the pools of a hotel in Caldas Novas, as well as thedevelopment of a supervisory system able to monitor and control the plant remo-tely in order to lessen the impact on groundwater in the region and also reducingcosts from the use of resources related to the Municipal Department of Water andSewage, DEMAE, Caldas Novas. The system is composed by one PLC, several floattype level switches sensors, water pumps and a data acquisition driver working asa communication module with a SCADA system. This paper has interdisciplinarycharacteristics given by the knowledge of analog and digital electronics, instrumenta-tion, automation and computing acquired during the course of Control Engineeringand Automation.


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SUMARIO

Pag.

LISTA DE FIGURAS

LISTA DE TABELAS

LISTA DE SIMBOLOS

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

CAPITULO 1 INTRODUCAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.1 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.1.1 Objetivos Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.1.2 Objetivos Especficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

CAPITULO 2 FUNDAMENTACAO TEORICA . . . . . . . . . . . 31

2.1 Automacao de Processos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.2 Sistema de Armazenamento e Distribuicao de Agua Tratada . . . . . . . 32

2.2.1 Processo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.2.2 Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.2.2.1 Sensores de Nvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.2.3 Atuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

2.2.4 Controlador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.3 Placa de Aquisicao de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.3.1 Microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.4 Protocolos de comunicacao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.4.1 ModBus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.4.1.1 Modo RTU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.4.2 Comunicacao Serial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.4.2.1 Padrao RS-232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.5 Sistema Supervisorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.5.1 Hardware de um sistema SCADA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

CAPITULO 3 DESENVOLVIMENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.1 Caso em Estudo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51


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3.1.1 Descricao do Sistema Original (Sem Automacao) . . . . . . . . . . . . 51

3.2 Projeto de automacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.2.1 Descricao do novo processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533.3 Bancada para testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.3.1 Processo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.3.2 Atuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.3.3 Sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.3.4 Controlador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.4 Implementacao da Automacao de Distribuicao de Agua Reciclada na

Pousada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.4.1 Tubulacao de Agua. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603.4.2 Sensoriamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.4.3 Atuadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.4.4 Quadro de Comando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.4.5 Controlador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.4.5.1 Software de Programacao LOGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.4.5.2 Operacao do Sistema de Automacao da Distribuicao deAgua Reciclada 65

3.4.5.3 Programacao do CLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.4.6 Projeto do Sistema de Supervisao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733.4.6.1 Projeto do conversor de sinal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.4.6.2 Microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.4.6.3 Projeto da Placa de Comando Auxiliar. . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.4.7 Desenvolvimento do Supervisorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.4.7.1 Interface de Comunicacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

CAPITULO 4 RESULTADOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.1 Bancada para Testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.2 Desempenho Operacional do Sistema Automatico de Distribuicao de

Agua Reciclada da Pousada Sao Joao Bosco . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.3 Analise do Aproveitamento de Agua Reciclada . . . . . . . . . . . . . . 98

CAPITULO 5 CONCLUSAO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

5.1 Sugestoes para Trabalhos Futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

ANEXO A Fotolito para confeccao do circuito impresso da Placa

de Aquisicao de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . 103


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ANEXO B Esquematico e Lista de Componentes da Placa de

Aquisicao de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

ANEXO C Circuito Completo da Placa de Comando Auxiliar . 107

ANEXO D Fotolito e Legenda da Placa de Comando Auxiliar . 109

ANEXO E Subrotinas da Programacao Ladder para a Bancada

de Testes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

ANEXO F Programa em Linguagem de Blocos do LOGO 230RC115

REFERENCIAS BIBLIOGR

AFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117


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LISTA DE FIGURAS

Pag.

2.1 Sensor de Nvel Boia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.2 Estrutura interna simplificada de um rele. . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.3 Esquema de acionamento de carga de alta potencia atraves de rele . . . . 35

2.4 Diagrama do contator CWM32-22-30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.5 Bomba centrfuga monoestagio de rotor aberto. . . . . . . . . . . . . . . 38

2.6 Divisao funcional da estrutura de um CLP . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.7 Algumas linguagens de programacao de CLPs . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.8 Representacao do sistema de controle de malha fechada simples . . . . . 42

2.9 Acao on-offdo atuador no processo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.10 Ciclo de Requerimento-Resposta Mestre-Escravo. . . . . . . . . . . . . . 45

2.11 Fiacao para a comunicacao RS-232 entre dois dispositivos. . . . . . . . . 48

2.12 Sinal conforme o padrao RS-232. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

3.1 Pousada Sao Joao Bosco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.2 Representacao do Sistema Original . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.3 Diagrama de blocos do Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.4 Expansao do sistema original para o processo de automacao . . . . . . . 543.5 Bancada para testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.6 Esquema de montagem dos reservatorios do prototipo . . . . . . . . . . . 57

3.7 Rack com os modulos do CLP MPC6006 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.8 Atos A1 Soft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.9 Tipos de Dados auxiliares de programacao . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.10 Boia Eletrica usada no sensoriamento dos reservatorios das pousada . . . 60

3.11 Sensor de nvel, monitoramento de uma faixa diferencial de nvel de agua. 60

3.12 Bombas dagua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.13 Contatora marca WEG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.14 Armario em aco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.15 Botoeiras da marca Steck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.16 CLP LOGO da marca Siemens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.17 Fluxograma de acionamento da Bomba1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.18 Fluxograma de acionamento das Bombas B2 e B4 . . . . . . . . . . . . . 65

3.19 Fluxograma de acionamento da Bomba3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.20 Tampa do quadro de comando. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

3.21 Esquema Eletrico para acionamento manual de uma bomba dagua . . . 67


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3.22 Circuito logica para o acionamento de B1. . . . . . . . . . . . . . . . . . 72




3.26 Circuito de Conversao de Sinal 220V AC/5V DC. . . . . . . . . . . . . . 74

3.27 Curva de descarga do capacitor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.28 Estabilizacao da tensao no capacitor Cap1. . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

3.29 Microcontrolador Atmega328p e as respectivas funcoes das portas usadas

pelo Arduino. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.30 Ligacao entre o CLP e o microcontrolador . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.31 Conversor externo USB/RS-232Plug&Play . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.32 Conversor TTL/RS-232 utilizando o CI Max232 . . . . . . . . . . . . . . 793.33 Placa de Aquisicao de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.34 Diagrama de ligacao entre os componentes de comando . . . . . . . . . . 81

3.35 Circuito de acionamento do Rele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

3.36 Esquema de ligacao do Rele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.37 Esquema de ligacao entre a Placa de Comando Auxiliar e a Contatora. . 83

3.38 Placa de Comando Auxiliar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.39 Diagrama de representacao do sistema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.40 Divisao das telas criadas para a representacao visual. . . . . . . . . . . . 85

3.41 Tela de apresentacao inicial com botao login . . . . . . . . . . . . . . . . 853.42 Quadro que permite o arranjo de varias telas para uma representacao

unificada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

3.43 Estrutura do Quadro1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

3.44 Exemplo da representacao das telas dispostas no Quadro1 . . . . . . . . 87

3.45 Tela que permite a navegacao do operador pelo sistema . . . . . . . . . . 87

3.46 Tela que permite a visualizacao rapida dos alarmes . . . . . . . . . . . . 87

3.47 Tela que permite visualizar a planta do processo . . . . . . . . . . . . . . 88

3.48 Tela que permite a visualizacao do historico dos estados das bombas. . . 88

3.49 Tela que permite a visualizacao do historico dos estados dos reservatorios 89

3.50 Conversor externo USB/SerialPlug&Play . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

3.51 Configuracao do modo de operacao do Modbus . . . . . . . . . . . . . . 91

3.52 Configuracao da camada fsica de comunicacao. . . . . . . . . . . . . . . 91

3.53 Configuracao das caractersticas de comunicacao . . . . . . . . . . . . . . 92

3.54 Configuracao das Tags de Comunicacao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

4.1 Teste de acionamento automatico da Bomba B1 . . . . . . . . . . . . . . 95

4.2 Teste de acionamento automatico das Bombas B2 e B3 . . . . . . . . . . 96


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4.3 Teste de acionamento automatico da Bomba B4 . . . . . . . . . . . . . . 97

4.4 Grafico do custo mensal de agua e esgoto nos anos de 2013 e 2014.. . . . 98

A.1 Fotolito usado para a confeccao do circuito impresso da Placa de Aqui-

sicao de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

B.1 Circuito Completo da Placa de Aquisicao de Dados . . . . . . . . . . . . 106

C.1 Circuito completo da Placa de Comando Auxiliar . . . . . . . . . . . . . 107

D.1 Fotolito e Legenda da Placa de Comando Auxiliar . . . . . . . . . . . . . 109

E.1 Subrotina da programacao Ladder dos Sensores . . . . . . . . . . . . . . 111

E.2 Subrotina da programacao Ladder das Bombas . . . . . . . . . . . . . . 112E.3 Subrotina da programacao Ladder dos Tanques . . . . . . . . . . . . . . 113

E.4 Subrotina da programacao Ladder dos Acionamentos . . . . . . . . . . . 114

F.1 Rotina da Linguagem de Blocos usado no Logo 230RC . . . . . . . . . . 115


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LISTA DE TABELAS

Pag.

2.1 Especificacoes Tecnicas do Sensor de Nvel tipo Boia . . . . . . . . . . . 34

2.2 informacoes do contator CWM32-22-30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.3 Especificacoes das Bombas Usadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.4 Formato de cada Byte no modo RTU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.5 Pacote de Mensagem do Modo RTU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.1 Caractersticas de Hardware do Atos MPC6006.06. . . . . . . . . . . . . 57

3.2 Caractersticas Eletricas do modulo 6006.44 . . . . . . . . . . . . . . . . 583.3 Tabela verdade de operacao da bomba dagua B1. . . . . . . . . . . . . . 68

3.4 Tabela verdade de operacao da bomba dagua B2. . . . . . . . . . . . . . 69



3.7 Portas usadas para a captacao de sinal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.8 Parametros de enderecamento para tags de comunicacao . . . . . . . . . 92

B.1 Tabela de Componentes usados na fabricacao da Placa de Aquisicao de

Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

C.1 Componentes usados na Placa de Comando Auxiliar . . . . . . . . . . . 108


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LISTA DE SIMBOLOS

V, v Tensao eletricaI, i Corrente eletrica

A AreaP PotenciaCA Corrente AlternadaDC Corrente Contnuad Distancia entre objetos Constante dieletricaQ, q Quantidade de carga em um capacitor

C CapacitanciaV0 Fonte de tensao eletricaVR Tensao eletrica no resistorVC Tensao eletrica no capacitorVd Fonte de forca eletromotrizR Resistencia Eletrica Constante de tempo do circuito RC


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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

DEMAE Departamento Municipal deAgua e Esgodo de Caldas NovasSCADA Supervisory Control And Data AcquisitionCLP Controlador Logico ProgramavelPLC Programmable Logic ControllersRTU Remote Terminal UnitsNEMA National Electrical Manufactures AssociationRISC Reduced Instruction Set ComputingEIA Electronic Industries Association

TTL Transistor-Transistor LogicIDE Integrated Development EnvironmentCONAMA Conselho Nacional do Meio Ambiente


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CAPITULO 1

INTRODUCAO

O desperdcio e mau uso da agua nos dias atuais e uma problema da sociedade

moderna. Medidas governamentais e acoes regulatorias tentam minimizar o impacto

negativo do uso indevido deste recurso natural. Assim, de acordo com o termo de

compromisso, firmado entre o Ministerio Publico do Estado de Goias e o Municpio

de Caldas Novas-GO, referido no Inquerito Civil Publico n 42/1999, todo Empreen-

dimento Turstico, portanto, abstem-se, definitivamente, do lancamento direto das

aguas utilizadas nas piscinas na rede coletora de esgoto do DEMAE (Departamento

Municipal de Agua e Esgoto de Caldas Novas), nas ruas, na rede pluvial, bem como

nos rios ou em qualquer curso dagua, de acordo com as exigencias estabelecidas em

leis ou regulamentos, pactuando-se, no tratamento final da agua com raios Ultra-

Violeta(UV) e/ou tratamento de igual eficiencia, observando-se, ainda, o padrao de

qualidade no descarte, conforme Resolucoes CONAMA n 274 e 357.

Haja vista que toda agua das piscinas necessitam ser tratadas antes do lancamento

desta em rede pluvial, idealizou-se um projeto cujo sistema proporcionasse a reu-

tilizacao das aguas das piscinas no abastecimento de consumo geral da pousada

Sao Joao Bosco em Caldas Novas. Tendo em vista tal necessidade, foi projetado eimplementado um sistema automatizado de distribuicao e armazenamento de agua

para uso local dos hospedes e servicos gerais. Sistemas automatizados de controle e

monitoramento de distribuicao de agua podem contribuir significativamente no uso

eficiente deste recurso natural.

... entende-se por automacao qualquer sistema, apoiado em compu-

tadores, que substitua o trabalho humano e que vise solucoes rapidas

e economicas para atingir os complexos objetivos das industrias e dosservicos (por exemplo, automacao industrial, automacao bancaria). A

automacao implica na implantacao de sistemas interligados e assisti-

dos por redes de comunicacao, compreendendo sistemas supervisorios

e interfaces homem-maquina que possam auxiliar os operadores no

exerccio de supervisao e analise dos problemas que porventura ve-

nham a ocorrer. A automacao na industria decorre de necessidades

tais como: maiores nveis de qualidade de conformacao e de flexibili-

dade, menores custos de trabalho, menores perdas materiais e menores

custos de capital; maior controle das informacoes relativas ao processo,

maior qualidade das informacoes e melhor planejamento e controle da

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producao. (MORAES; CASTRUCCI,2001)

Em lugares onde a automacao nao e utilizada e necessario que operarios realizem

acionamentos e manobras dos componentes do sistema, varias vezes durante o de-

correr do dia, o que acaba sendo oneroso e gerando imprecis oes e falhas no controle

do sistema.

Para garantir maior eficiencia e robustez do sistema o uso de CLP (Controlador

Logico Programavel) faz-se necessario. As informacoes recebidas dos sensores pelo

CLP podem ser usadas para realizar l ogica de rotinas de respostas predefinidas. A

nao intervencao humana em sistemas que utilizam esta ferramenta proporciona uma

menor ocorrencia de falhas. (ROSARIO, 2005)

Alem do controle automatico da planta, este projeto tem a finalidade de desenvolver

um supervisorio capaz de monitorar todo o ambiente e efetuar operacoes remotas

atraves de sinoticos representativos do sistema real. A estacao SCADA (Supervisory

Control and Data Aquisition) tras comodidade ao operador da planta, pois proporci-ona remotamente analisar os estados das variaveis do sistema, monitorar e controlar

a planta.

Gerenciar o uso de recursos hdricos e fundamental para o bom aproveitamento

deste. Justifica-se este projeto principalmente pelo sistema de reutilizacao da agua

como forma de uso consciente deste recurso natural tao importante, enfatizando a

sustentabilidade. Assim com gerenciar o sistema de distribuicao de agua, propor-

ciona, tambem, economia com os gastos relacionados a este recurso tarifados pelo

Departamento Municipal de Agua e Esgoto de Caldas Novas.

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivos Gerais

O objetivo deste trabalho e automatizar um sistema de distribuicao de agua reciclada

atraves de um CLP e uma interface computadorizada, tendo em vista a reducao do

desperdcio de agua juntamente com economia nos gastos referentes a esse recurso

renovavel limitado.

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1.1.2 Objetivos Especficos

Criar um sistema que possibilite um controle sobre o processo de distribuicao de agua

reciclada atuando de forma rapida e precisa, alem de tratar informacoes referentes

a esse processo.

Desenvolver um ambiente supervisorio capaz de monitorar e operar a planta remota-

mente, criando tambem um mecanismo de relatorio sobre as condicoes das variaveis

do sistema.

Reduzir custos referentes ao consumo de agua tarifada pelo Departamento Municipal

de Agua e Esgoto de Caldas Novas.

Analisar os benefcios gerados com a implantacao do projeto utilizando um sistema

automatizado e uma estacao SCADA no processo.

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CAPITULO 2

FUNDAMENTACAO TEORICA

Serao apresentados neste captulo os conceitos e fundamentacoes teoricas usadas

neste trabalho.

2.1 Automacao de Processos

De acordo com (MORAES; CASTRUCCI, 2007) automacao e:

Qualquer sistema, apoiado em computadores, que substitui o tra-

balho humano, em favor da seguranca das pessoas, da qualidade dosprodutos, rapidez da producao ou da reducao de custos, assim aper-

feicoando os complexos objetivos das industrias, dos servicos ou bem

estar.

A automacao engloba varias areas das atividades humanas beneficiando suas inte-

racoes com o mundo. Pode-se encontra-la nas residencias, mercados e industrias.

Seja onde for, a automacao tem a finalidade de simplificar a producao e aumentar a

precisao na fabricacao de produtos com processos repetitivos.

As principais motivacoes da automacao industrial e garantir a qualidade de trabalho

do homem (evitar tarefas insalubres, repetitivas ou de grande esforco fsico), reduzir

custos de producao e aumentar a qualidade dos produtos.

Visando garantir uma qualidade de producao otima a automacao de processos deve

agir livre da acao de operadores adequando-se de forma automatica a diferentes

interferencias na execucao do trabalho.

No meio produtivo, a automacao industrial divide-se em dois campos: Processo In-

dustrial Contnuo e Processo Industrial Discreto. Este e caracterizado quando a

maioria das variaveis de controle manipuladas sao na forma contnua, ou analogica.

Este e caracterizado quando a maioria das variaveis de controle manipuladas sao na

forma discreta, ou digital. (MARTINS,2007)

Os sistemas automatizados, de acordo com (ROSARIO,2005), podem ser classificados

como:

Automatismo combinatorio: Quando os estados das sadas dependem dos

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estados das entradas do sistema. A sada e determinada unicamente pelo

estado corrente da entrada.

Automatismo sequenciais: Quando os estados das sadas dependem dos

estados atuais da entrada, consequentemente dependentes do tempo. A

sada esta em funcao do tempo t do estado das entradas.

2.2 Sistema de Armazenamento e Distribuicao de Agua Tratada

Nesta secao serao tratados os assuntos referentes ao sistema de armazenamento de

agua e os conceitos teoricos de cada elemento que compoem o sistema para que haja

o funcionamento otimo.

Sera abordado, tambem, a sntese da ideia do projeto para clarificar as partes cons-

tituintes usadas no processo de desenvolvimento.

2.2.1 Processo

O sistema automatico de armazenamento de agua possibilita a mnima interferencia

humana no processo tornando-o mais eficiente. Um recipiente de armazenamento

temporario permite o constante abastecimento local de agua livrando o consumidor

final das oscilacoes da entrada de agua tratada no sistema.

A ideia principal deste trabalho e a reutilizacao da agua de piscinas para o uso

geral, exceto consumo, e abastecimento local. Os bancos de tratamento de agua deste

sistema nao e do interesse deste projeto, mas sim o destino da sada de agua. Haja

vista que a sada dos bancos de tratamento de agua deste sistema oscila diariamente

justifica-se o uso de reservatorios para eliminar a percepcao da variacao da entrega de

agua para o usuario final. Reservatorios auxiliares sao usados para tornar o processo

mais confiavel.

O trabalho de transporte de agua de um reservatorio auxiliar a outro e feito por

meio de Bombas dagua, pois a acao da gravidade impossibilita a troca controlada

dos fluidos entre os recipientes.

Sensores de nvel do tipo boia, que retornam informacao de nvel em dois estados

(alto e baixo), sao usados para verificar a presenca de agua nos reservatorios. O

processo, entao, se enquadra como Discreto, pois a maioria das variaveis de controle

sao digitais, secao2.1.

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A automacao do sistema e realizada por Controlador Logico Programavel. Este re-

cebe as informacoes dos sensores e define as sadas. Este e processo industrial discreto

classificado como Automatismo Combinatorio, cuja sadas (Bombas) sao determina-das pelo estado corrente das entradas (Sensores), secao2.1.

Circuitos de comando auxiliares como contatores e reles tambem sao usados neste

projeto. Cada componente sera descrito com mais riqueza e detalhes nas proximas

secoes.

2.2.2 Sensores

Um sensor e um dispositivo capaz de identificar estmulos externos e transformar

as grandezas fsicas ou qumicas em grandezas eletricas. Os sensores, em suma, sao

componentes que permitem obter informacao do meio e interagir com o mesmo.

2.2.2.1 Sensores de Nvel

Em processos automatizados existe a constante necessidade de medicao para o con-

trole da instalacao. Existem varias formas de se verificar, monitorar e controlar estes

processos, sendo que um elemento muito usado nestes processos e o sensor de nvel.

Para o melhor entendimento, defini-se nvel como sendo a altura de um conteudo

fluido ou solido em um reservatorio. No caso deste trabalho esse conteudo e a agua.

A chave boia e uma especie de interruptor que tem como finalidade a indicacao do

nvel de lquidos em tanques, que por acao da flutuacao assume posicoes que podem

ligar ou desligar um circuito eletrico, na Figura2.1pode-se visualizar o sensor de

nvel utilizado.

Figura 2.1 - Sensor de Nvel Boia

Este equipamento possui 3 vantagens para utilizacao no sistema automatizado do

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trabalho, sao elas:

Contato reversvel, permitindo o controle de nvel inferior ou superior;

Facil instalacao;

Isenta de mercurio1, sendo controlada por princpios eletromecanicos.

Na Tabela2.1segue algumas especificacoes tecnicas relevantes da chave boia utili-

zada na implementacao da instalacao.

Tabela 2.1 - Especificacoes Tecnicas do Sensor de Nvel tipo Boia

Especificacoes Tecnicas Chave BoiaTensao utilizada 220 VCorrente nominal 15 ACapacidade 1 CVGrau de protecao IP X8Protecao contra choques eletricos Classe IIMaterial Boia em polipropileno - PPRange de temperatura 0oC a 60oC

Tipo de interrupcao Micro - desconexao

2.2.3 Atuadores

Reles

Os reles sao dispositivos comutadores eletromecanicos. A sada do rele e acionada

quando uma corrente eletrica percorre sua bobina, e desenergizados quando nao ha

corrente circulando por sua bobina. Na Figura 2.2 tem-se a estrutura simplificada

de um rele. Os contatos 1 e 2 sao referentes a entrada de comando. O contato

3 disponibiliza-se a fase da alimentacao que sera utilizada pela carga atraves dos

contato 4.

Uma das caractersticas do rele e que ele pode ser energizado com correntes muito

pequenas em relacao a corrente que o circuito controlado exige para funcionar. Isso

1

Sensores de nvel antigos usavam mercurio como condutor eletrico

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Figura 2.2 - Estrutura interna simplificada de um rele

significa a possibilidade de controlar circuitos de altas correntes como motores, lam-

padas e maquinas industriais, diretamente a partir de dispositivos eletronicos fracos.

A corrente fornecida diretamente por um transistor de pequena potencia da ordem

de 0,1A nao conseguiria controlar uma maquina industrial, um motor ou uma lam-

pada, mas pode ativar um rele e atraves dele controlar a carga de alta potencia,

atraves Figura 2.3pode-se visualizar melhor esse controle.

Figura 2.3 - Esquema de acionamento de carga de alta potencia atraves de rele

A seguranca dada pelo isolamento do circuito de controle em relacao ao circuito que

esta sendo controlado e outra caracterstica importante dos reles. Nao existe contato

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eletrico entre o circuito da bobina e os circuitos dos contatos do rele, impossibilitando

a passagem de qualquer corrente do circuito que pode ativar o rele no circuito que

ele controla. Se o circuito controlado for de alta tensao, por exemplo, este isolamentopode ser importante em termos de seguranca.

Usando reles, pode-se controlar circuitos de caractersticas completamente diferentes,

por exemplo, um rele, cuja bobina seja energizada com apenas 6V ou 12V, pode sem

problemas controlar circuitos de tensoes mais altas como 110V ou 220V.

Os reles podem ter diversos tipos de construcao, muitos contatos e apresentar ca-

ractersticas proprias sendo indicados para aplicacoes bem determinadas.

Contatores

Em projetos de automacao, onde as correntes que alimentam os diversos dispositivos

sao intensas, dispositivos especiais para seu controle devem ser usados. O contator

possui recursos que permitem ligar e desligar cargas eletricas de uma determinada

instalacao de forma segura e eficiente.

As elevadas correntes que sao drenadas pelos equipamentos industriais, principal-

mente os motores de alta potencia, impedem que interruptores comuns sejam usados

para seu controle. Atraves da utilizacao do contator, esse controle se torna muito

mais versatil por permitir que circuitos com recursos especiais sejam agregados, po-

dendo ter, na hipotese de sobrecargas , a interrupcao automatica da passagem dessas

elavadas correntes.

O contator e um dispositivo eletromecanico com princpio de funcionamento seme-

lhante ao de um rele, possui duas funcoes basicas em comandos eletricos: logica de

contatos e acionamento de motores. Para o melhor controle das correntes intensas,

o contator deve possuir alta velocidade de fechamento e abertura dos contatos, alemde grande superfcie desses contatos.

Neste trabalho foi utilizado o contator tripolar WEG CWM32-22-30 com o intuito

de um melhor desempenho da nossa instalacao. A Tabela 2.2 contem informacoes

pertinentes do contator utilizado e a Figura2.4o seu diagrama.

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Figura 2.4 - Diagrama do contator CWM32-22-30

Tabela 2.2 - informacoes do contator CWM32-22-30

CWM32-22-30Tensao de comando 220 VCorrente nominal 32 AContatos auxiliares NF 2

Contatos auxiliares NA 2Circuito magnetico fechado 9,5 VAFechamento do circuito magnetico 115 VATempo de fechamento dos contatosNA

10 ms

Tempo de abertura dos contatosNF

5 ms

Impedancia media por polo 1,3 m

Bombas hidraulicas

Com a crescente utilizacao da automacao nos mais variados ramos de empreendi-

mentos, ha uma grande necessidade de projetar instalacoes que possam proporcionar

fornecimento de agua com maior rapidez e eficiencia. Sendo assim, a presenca de

bombas hidraulicas num projeto de abastecimento de agua para um sistema auto-

matizado e de extrema importancia.

As bombas hidraulicas sao consideradas maquinas de fluxo que possuem a funcao

de fornecer energia para a agua com o intuito de eleva-la, atraves da conversao de

energia mecanica de seu rotor proveniente de um motor eletrico.

Bombas centrfugas monoestagio sao as mais utilizadas atualmente e tem como ca-

racterstica basica trabalhar com pequenas vazoes a grandes alturas, com predomi-

nancia de forca centrfuga.

Seu funcionamento e constitudo pela movimentacao do fludo pela acao de forcas

que se desenvolvem na massa do mesmo, em consequencia da rotacao de um eixo no

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qual e acoplado um rotor dotado de helice, o qual recebe o fludo pelo seu centro e o

expulsa pela periferia, pela acao da forca centrfuga, da o seu nome mais usual. Na

Figura2.5e ilustrado uma bomba centrfuga monoestagio onde e possvel visualizaro rotor e suas helices, alem do centro por onde ocorre a succao da agua e a periferia

por onde o lquido e lancado.

Figura 2.5 - Bomba centrfuga monoestagio de rotor aberto

As bombas centrfugas monoestagio apresentam rendimentos elevados e foram conce-

bidas para servico contnuo e pesado em instalacoes. Na Tabela2.3ha especificacoestecnicas dos dois modelos utilizados na instalacao do sistema.

Tabela 2.3 - Especificacoes das Bombas Usadas

Especificacoes Tecnicas Modelo

BCR - 2010 BC - 91 S/TPotencia 1/2 CV 1 CVSuccao 1 pol 11/4 polRecalque 1 pol 1 pol

Pressao Maxima sem Vazao 26 mca 28 mcaAltura Maxima de Succao 8 mca 8 mcaRotor 128 mm 123 mm

2.2.4 Controlador

Um controlador e o componente capaz gerir e monitorar dispositivos, por exemplo

sensores, e definir sadas predefinidas de acordo com o estado atual das entradas.

Sua funcao e tornar o controle de processos independentes da intervencao humana

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e acelerar o sistema de tomada de decisoes.

Controladores Logicos Programaveis

Algumas decadas atras, os controles logicos de processos eram realizados, em sua

grande maioria, por dispositivos eletromecanicos, principalmente os reles. Eles eram

necessarios sempre que se exigiam grandes complexidades nos processos produtivos

como em industriais automobilsticas. O seu grande problema era que a complexidade

do processo requeria paineis com centenas de reles e, consequentemente, inumeras

interconexoes entre eles. Alem disso, como os reles possuem dimensao fsica elevada,

os paineis ficavam muito robustos e de difcil manutencao, o que fazia com que se

perdessem horas na pesquisa. E por ultimo, outro fator que comprometia as insta-lacoes com reles era a dificuldade em alteracoes na programacao logica do processo,

uma vez que as interconexoes eletricas deles eram fixas e caso fosse necessario a sua

alteracao teriam que parar o processo produtivo, que nao e muito bem vindo na

producao industrial (SILVEIRA; SANTOS, 2002).

Com o avanco da automacao e o seu uso intenso em quase todos os processos de

producao, se torna necessario padronizar os procedimentos nesse sentido, levando

a um conjunto de dispositivos que hoje e encontrado praticamente em todas as

aplicacoes de automacao: os controladores logicos programaveis.

Os CLP sao amplamente utilizados na industria e sao definidos como computadores

industriais em que o hardwaree osoftwareforam especificamente adaptados para o

ambiente industrial (STENERSON, 2003).

A norma NEMA (National Electrical Manufactures Association), ICS3-1978, parte

ICS3-304, define um CLP como:

Aparelho eletronico digital que utiliza uma memoria programa-

vel para o armazenamento interno de instrucoes para implemen-

tacao de funcoes especficas, tais como logica, sequenciamento,

temporizacao, contagem e aritmetica para controlar, atraves de

modulo de entradas e sadas, varios tipos de maquinas ou pro-

cessos. Um computador digital que e utilizado para desempenhar

as funcoes de um controlador programavel e considerado dentro

deste escopo. Estao excludas as chaves tambores e outros tipos

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de sequenciamentos mecanicos.

Conforme mostra a Figura2.6, o CLP pode ser dividido em blocos funcionais (ASSIS,2012).

Figura 2.6 - Divisao funcional da estrutura de um CLP

Entradas digitais: sao dados provenientes de dispositivos que entregam

sinais do tipo ligado ou desligado.

Entradas Analogicas: sao sinais de corrente ou tensao que variam continu-

amente e possuem faixas determinadas de variacao de amplitude.

Processador: e o bloco onde sao entregues todas as informacoes, comandos

matematicos, comunicacoes com outros equipamentos, temporizacoes, etc.

Memoria de programa e dados: constituda pela memoria que armazena as

instrucoes inseridas pelo usuario, a fim de realizar uma tarefa. A memoria

armazena ainda as variaveis do processo sejam elas entradas fsicas ou

valores inseridos por outros equipamentos ou operador.

Comunicacoes: conjunto responsavel por permitir a troca de informacoes

entre equipamentos diversos. Composto pelo software, que modifica o si-

nal para que se possa transmitir em um protocolo bem definido, e pelo

hardware, que transmitem este sinal fisicamente, e depende da topologia

do sistema de comunicacao a ser utilizado.

Interface Homem-Maquina: e onde ocorre a integracao entre o CLP e o

usuario. Geralmente composto por teclado, que servem para enviar os co-

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mandos, e o display, que informa o usuario as modificacoes de entrada,

sada, andamento do processo, etc.

Coprocessador especializado: e composto por modulos com aplicacoes es-

pecficas, como operacoes matematicas sofisticadas, comunicacoes e alto

desempenho, sadas de alta velocidade, entre outras.

Sadas digitais: possuem como principal aplicacao realizar o liga e desliga

de diversos dispositivos.

Sadas analogicas: e um sinal de tensao e/ou corrente variavel no tempoque pode realizar o controle de equipamentos, podemos citar, por exemplo

as valvulas hidraulicas proporcionais.

A versatilidade dos CLP e determinante nas suas aplicacoes, pois permite que sejam

feitos comandos simples com CLP de capacidade e custo baixos, e permite tambem

que o mais sofisticados facam os controle mais complexos.

A programacao de CLP exige algum tipo de linguagem, as mais comuns utilizadaspor fabricantes hoje sao: Diagrama de Contatos (LADDER), Lista de Diagrama em

Blocos de Funcoes, texto estruturado, linguagem sequencial (grafcet), IL do ingles

Instruction List, entre outros (NATALE,2008). A Figura2.7mostra algumas dessas

linguagens.

Figura 2.7 - Algumas linguagens de programacao de CLPs

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Controle de Malha Fechada

O sistema de malha fechada usa a diferenca entre a entrada de referencia e a sada

do processo como metodo de controle do sistema. A resposta do sistema realimenta

o comparador, onde e feita a verificacao do erro entre o desejado e o obtido. O

controlador deve minimizar e manter o erro o mais proximo do valor de referencia.

(OGATA,2010)

O sistema de malha fechada mostra-se menos susceptvel a pertubacoes externas e

variacoes de parametros. Entretanto a estabilidade deve ser tratada com cautela pois

existe a inclinacao em corrigir erros demasiadamente.

A Figura2.8 ilustra um sistema de controle de malha fechada, os componentes do

sistema sao:

Entrada: Sinal esperado da variavel de controle;

Comparador: Dispositivo que gera o sinal de erro baseado no sinal de en-

trada e sinal de realimentacao;

Controlador: Dispositivo que aplica no sistema um sinal de controle;

Atuador: Dispositivo que gera um estmulo capaz de atuar no sistema;

Processo: Sistema que se deseja controlar;

Sensor: Dispositivo para a monitoramento da variavel a ser controlada.

Figura 2.8 - Representacao do sistema de controle de malha fechada simples

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Acao de controle de duas posicoes ou on-off

Um sistema de controleon-offpossui uma implementacao elementar, pois neste caso

o atuador agira apenas de duas formas, ligado ou desligado. A sada do controla-

dor muda de ligada para desligada, ou vice-e-versa, a medida que o sinal do erro

passa pelo ponto de ajuste do valor de referencia. Assim e possvel manter a sada

do sistema constante apenas controlando a frequencia de comutacao do estado do

atuador. (OGATA, 2010)

O grafico da acao on-off e ilustrado na Figura2.9. O atuador comuta seu estado

entre ligado e desligado afim de controlar o processo de acordo com o valor de

referencia configurado.

Figura 2.9 - Acao on-offdo atuador no processo.

A vantagem deste tipo de controle e a simplicidade ao implementar, porem, sua

desvantagem e a alta frequencia de comutacao de estados do atuador na planta, pois

a grandeza controlada nao estabiliza em nenhum ponto e sim oscila entre o ponto

desejado.

Na presenca de rudos tem-se uma inconsistencia em zero ou um, pois haveria cha-

veamentos espurios quando o sinal variar proximo de zero ou um. Para evitar este

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tipo de problema, utiliza-se na pratica o controlador on-off com histerese. O acio-

namento do atuador neste caso comuta seu estado mediante a um t (variacao de

tempo) pre configurado, porem, isto torna o sistema ainda mais instavel fazendo queo sinal oscile entre o valor de referencia.

2.3 Placa de Aquisicao de Dados

Em sistemas onde equipamentos de controle e atuacao sao puramente eletronicos ou

aqueles que possuem um controlador que centraliza as operacoes, mas tal controlador

nao possui comunicacao externa, e necessario um sistema de captura dos dados de

entrada e sada para que este possa disponibiliza-los, via interface de comunicacao,

a outro dispositivo capaz de interpretar estes dados.

2.3.1 Microcontrolador

O microcontrolador pode ser considerado como um dos principais componentes em

um projeto eletronico. E praticamente um computador em um chip, contendo pro-

cessador, memoria e varios perifericos de entrada/sada.

O microcontrolador e dispositivo eletronico programavel utilizado no controle de pro-

cessos logicos que possui arquitetura de um microcomputador, porem com conjunto

de instrucoes de computacao reduzida. Os microcontroladores possuem caractersti-

cas bastante atraentes para a industria: tamanho reduzido, preco acessvel e menor

consumo de energia (ROBOTICA. . . , 2011).

2.4 Protocolos de comunicacao

A adequacao semantica e sintatica dos dados transmitidos em um conjunto de regras

definem o protocolo de comunicacao. Para que uma mensagem possa ser usada em

uma aplicacao ela deve possuir um conjunto de regras que determinem a quantidade

de bits enviada e recebida, assim como sua ordem, a codificacao das funcoes imple-

mentadas, a deteccao de erros, e uma serie de outras caractersticas que o define.

O protocolo define a estrutura da mensagem que o controlador ou dispositivo ira

reconhecer e usar, independentemente do tipo de rede na qual eles se comunicam.

Portanto, os equipamentos ligados devem se comunicar usando o mesmo protocolo

(MODICON, 1996).

Ha diversos tipo de protocolos que diferem-se pelo sua aplicabilidade e finalidade,

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levando em conta, tambem, os custos, seguranca e quantidade de dispositivos que o

protocolo suporta.

2.4.1 ModBus

Durante uma comunicacao em uma rede ModBus, o protocolo determinara como

cada controlador reconhecera o endereco de acesso a cada dispositivo, reconhecer

uma mensagem destinada a ele, determinar o tipo de acao a ser tomada, e extrair

qualquer informacao ou dados contidos na mensagem. Se uma resposta e requerida, o

controlador devera construir uma mensagem e envia-la usando o protocolo ModBus

(MODICON, 1996).

Os controladores da comunicacao usam a tecnica Mestre-Escravo, na qual somente o

mestre pode iniciar a transmissao e requisitar, entao, do dispositivo uma informacao,

dando permissao a este, o acesso ao meio de comunicacao.

No protocolo ModBus o princpio mestre-escravo e mantido mesmo quando a rede

usada e ponto-a-ponto. Se o controlador ou mestre requisita uma resposta do dispo-

sitivo escravo, esse construira uma mensagem e a enviara ao equipamento de destino

e este, portanto, tambem construira uma mensagem e ira devolve-la ao dispositivo

de origem, como na Figura2.10.

Figura 2.10 - Ciclo de Requerimento-Resposta Mestre-Escravo

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Os controladores podem ser configurados para se comunicarem em uma rede ModBus

usando uma dos dois tipos de modo de transmissao serial: ASCII (American Standard

Code for Information Interchange) ou RTU Remote Terminal Unit. O modo e osparametros serial devem ser os mesmos para todos os dispositivos da rede ModBus.

O foco deste trabalho se resume no modo RTU.

2.4.1.1 Modo RTU

Quando os controladores sao configurados para se comunicarem usando uma rede

ModBus RTU cada mensagem de 8 bits por byte contem caracteres hexadecimais

de 4 bits. A maior vantagem deste modo e que sua grande densidade de caracteres

permite um melhor rendimento sobre o modo ASCII para um mesmo baud rate(MODICON, 1996). Cada byte tem seu formato definido na Tabela 2.4.

Tabela 2.4 - Formato de cada Byte no modo RTU

Sistema de Codigos - 8-bits Binarios, Hexadecimal 0-9, A-F.

- Dois caracteres hexadecimais contidos

em cada campo de 8 bits da mensagem.

Bits por Bytes - 1 Bit de incio.

- 8 Bits de dados. O bit menos significativo

e enviado primeiro.

- 1 Bit para cada paridade par/impar.

Nenhum bit se nao houver paridade.

- 1 bit de parada se estiver usando

paridade, caso contrario 2 bits.

Campo de verificacao de Erros - (CRC) Cyclical Redundancy Check ,

Verificacao cclica de Redundancia.

No modo RTU, a mensagem comeca com um perodo de silencio com pelo menos 3,5

vezes o intervalo dos caracteres. Ela pode ser mais facilmente implementada multi-

plicando o intervalos dos caracteres e o baud rateusado na rede, sendo representado

como T1-T2-T3-T4 na Tabela 2.5. O primeiro campo a ser enviando, entao, e o

endereco do dispositivo.

A Tabela2.5define como uma mensagem ModBus RTU deve ser construda.

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Tabela 2.5 - Pacote de Mensagem do Modo RTU

INICIO ENDERECO FUNCAO DADOS CRC FIM

T1-T2-T3-T4 8 bits 8 bits nx 8 bits 16 bits T1-T2-T3-T4

Se um intervalo de silencio durante a transmissao de uma mensagem for maior que

1,5 vezes o tempo de um caractere e mensagem e entao descartada pelo controlador

e este passa a considerar o proximo byte como sendo o endereco do dispositivo da

nova mensagem.

Similarmente se uma nova mensagem comeca antes do perodo de 3,5 vezes o carac-

tere seguida da mensagem anterior o dispositivo receptor considerara a mensagem

como a continuacao da anterior. Isto caracteriza um erro e e reportado atraves do

campo CRC (MODICON,1996).

2.4.2 Comunicacao Serial

Da necessidade de transmitir dados em longas distancias, segundo (ALBUQUERQUE;

ALEXANDRIA,2007), foi desenvolvida a comunicacao serial, na qual um bit e transmi-

tido em sequencia por vez num canal de comunicacao ou barramento. A comunicacao

em serie tem uma maior flexibilidade, e mais toleravel a rudos e e relativamente bem

menos complexa se comparada a comunicacao paralela.

2.4.2.1 Padrao RS-232

Em 1969 a EIA - Electronic Industries Association (Associacao das Industrias Ele-

tronicas) publicou um conjunto de especificacoes eletricas para padronizar o pro-

tocolo de comunicacao serial RS-232. Este e um protocolo de baixo custo usado

amplamente em sistemas de comunicacao de curtas distancias.

O padrao define os nveis de tensao logica baixos V(0) e altos V(1). Para os nveis

baixos o transmissor deve enviar pelo menos +5V em sua sada, e o sinal pode

degradar ate pelo menos +3V na entrada do receptor. Ja o nvel logico alto e similar

a V(0), porem, com a tensao de sada em TX de -5V e a tensao recebida pelo receptor

de pelo menos -3V, devido a degradacao do sinal na linha de transmissao. O padrao

tambem define os limites maximos dos nveis de tensao em 15V.

A comunicacao serial RS-232 deve ser feita usando um conector do tipo D que contem

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9 pinos de comunicacao, cujo pinos 2 e 3 sao respectivamente o RX (Receptor) e TX

(Transmissor) e o pino 5 e o Terra. A Figura2.11mostra a mnima fiacao necessaria

para que haja comunicacao entre dois dispositivos.

Figura 2.11 - Fiacao para a comunicacao RS-232 entre dois dispositivos.

Este padrao tambem define a quantidade de bits que devem ser transmitidas por

cada pacote de informacao. Para aplicacoes normais sao enviados 8 bits por pacote

e 9 bits para aplicacoes especiais. A figura 2.12 e usada para exemplificar a trans-

missao de um caracter qualquer definindo os bits de incio e parada mais 8 bits do

carater a ser enviado. O bit inicial, tambem chamado de START bittem o nvel

logico V(0) por definicao e tempo de duracao Tb. O bit de parada ou STOP bit

tem nvel logico V(1) e tempo de duracao 0.5, 1.5 ou 2 vezes a duracao de Tb,

dependendo da aplicacao. A duracao Tb de cada bit define a velocidade da trans-

missao, tambem chamada de baud-rate. O baud-rate tpico usado e de 9600 bits por

segundo e o tempo de duracao dos bitsTb e de 104, 16s. E comumente usado outras

velocidades: 19220 bps, 38400 bps, 57600 bps e 115200 bps. (PONIKVAR, 2014)

Figura 2.12 - Sinal conforme o padrao RS-232.

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2.5 Sistema Supervisorio

A sgla SCADA vem do ingles para Supervisory Control And Data Acquisition, em

portugues Controle Supervisorio e Aquisicao de Dados. Este sistema e comumente

usado para supervisionar e controlar processos industriais. O foco, no entanto, de um

sistema SCADA nao e inteiramente controlar os processos mas sim supervisiona-los.

Sua finalidade e promover a interface entre o operador e o processo.

O softwarepermite controlar e supervisionar os mais variados tipos de processos,

podendo ser usados em ambientes residenciais, comercias e industrias. Os sistemas

SCADA sao construdos para operar num range de aplicacoes de simples monitora-

mento de sensores ate aos paineis de controle de mais alto nvel.

Um tpico sistema SCADA dever dispor ao mnimo dos seguintes componentes: um

sistema registrador contnuo de dados (datalogger), drivers de comunicacao com

os equipamentos e uma interface grafica para o operador. As principais funcoes

desse sistema sao controlar os privilegios de acesso dos usuarios a determinados

parametros, sistema de armazenamentos de dados, geracao de relatorios e graficos e

deteccao de alarmes e registro de eventos. (DANEELS; SALTER,1999)

2.5.1 Hardware de um sistema SCADA

Os componentes fsicos de um sistema SCADA consistem, resumidamente, em um

numero de Unidades Terminais Remotas (UTR) coletando as informacoes de campo

dos sensores da planta e transmitindo-as a estacao de monitoracao central via proto-

colo de comunicacao especfico. A unidade de monitoracao central tem por finalidade

adquirir os dados da planta e mostra-los ao operario promovendo uma interface capaz

de simplificar a operacao e o controle do processo remotamente.

A aquisicao dos dados pode ser feita usando as estacoes remotas do processo, CLPe UTR, atraves da leitura dos valores dos dispositivos relacionados a eles. Apos a

posse das informacoes atuais do processo as estacoes remotas enviam os dados via

uma rede de comunicacao usando o mesmo protocolo de comunicacao entre elas.

(BOYER,2009)

A comunicacao entre o Sistema SCADA e as estacoes remotas compartilham meios

fsicos variados: fios, radio, fibras opticas, linha telefonicas e ate satelites. As infor-

macoes fluem no meio usando protocolos especficos e filosofias de deteccao de erros

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para optimizar a transferencia dos dados.

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CAPITULO 3

DESENVOLVIMENTO

3.1 Caso em Estudo

A proposta de um projeto de automacao surgiu da necessidade de uma empresa do

setor de turismo em implementar um sistema de distribuicao de sua agua reciclada

de uma forma automatizada, eficaz e sustentavel. A empresa em questao e a Pousada

Sao Joao Bosco, cuja fachada pode ser visualizada na Figura3.1.

Figura 3.1 - Pousada Sao Joao Bosco

A pousada esta localizada na cidade de Caldas Novas, que fica ao sul do estado

de Goias a uma distancia de 168 km da capital Goiania. O empreendimento ocupa

uma area total de 1802,52 m2 e 1769,17 m2 de area construda, conta ainda com a

estrutura: 28 sutes, 1 cozinha, 1 copa, 1 restaurante para 52 pessoas, 1 bar aquatico,

8 banheiros sociais, 1 sauna e 3 piscinas.

Nos meses de janeiro e julho, perodos considerados de alta temporada, o estabeleci-

mento registra uma media mensal de ocupacao de 70%. Nos demais messes a media

e de 40%, o que resulta em uma media anual de ocupacao de 45%.

3.1.1 Descricao do Sistema Original (Sem Automacao)

As tres piscinas da pousada sao abastecidas por agua provida do subsolo da cidade

que e uma fonte de aguas termais. As piscinas devem ser limpas diariamente, sendo

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que neste processo toda a agua deve ser retirada, e apos a limpeza, um novo volume

de agua e reposto. No esvaziamento das piscinas, todo volume de agua e direcionado

para um sistema de tratamento. Ao final do tratamento todo volume de agua e arma-zenado em um reservatorio (P1) soterrado. Atraves de uma bomba dagua centrfuga

(B1) acionada manualmente, parte dessa agua e direcionada para um reservatorio

apoiado (P2) e o restante da agua e descartada.

O reservatorio (P2) alimenta, por gravidade, dois pontos utilizados para pequenos

servicos como lavar as piscinas e molhar o jardim. A Figura 3.2 ilustra o sistema

original.

Figura 3.2 - Representacao do Sistema Original

O sistema de tratamento nao fez parte do projeto inicial da pousada. Ele foi desen-

volvido em 2011 para atender o Inquerito Civil Publicon 42/1999, firmado entre o

Ministerio Publico do Estado de Goias e o Municpio de Caldas Novas.

3.2 Projeto de automacao

Para que fosse possvel obter uma melhor utilizacao da agua tratada, foi apresen-

tado um projeto que, atraves de bombas dagua, transporta agua tratada para os

principais reservatorios da pousada. A Figura 3.3 apresenta o diagrama de blocos

dos sistema. Caso o sistema esteja sendo operado no modo automatico os sensores

do tipo boia monitoram os nveis dos reservatorios e enviam esses dados ao CLP

que atraves da rotina em sua memoria aciona as contatoras e consequentemente as

bombas. No modo remoto o supervisorio comunica-se com a placa de aquisicao de

dados que monitora os sensores tipo boia e aciona as contatoras atraves da placa de

comando auxiliar. Caso a chave seletora estaja no modo manual e possvel acionar

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as contatoras diretamente atraves das botoeiras.

Figura 3.3 - Diagrama de blocos do Sistema

3.2.1 Descricao do novo processo

Conforme pode ser ilustrado na Figura 3.4, o volume de agua ja tratado e arma-

zenado no reservatorio soterrado P1 e bombeado para o reservatorio apoiado P2.

Durante o trajeto e adicionado cloro a esta agua, por meio de um equipamento

dosador, o que a torna propria para consumo. A agua, ja clorada, armazenada no

reservatorio apoiado P2 esta pronta para ser bombeada e este processo e feito atra-

ves de duas bombas dagua, independentes. Uma bomba dagua (B2) abastece o

reservatorio P3, a outra bomba dagua (B3) envia agua para o reservatorio P4. Os

reservatorios P3 e P4 distribuem agua, por gravidade, para as dependencias do esta-belecimento (uso final). Todos os reservatorios contem sensores tipo boia (Sn) para

monitor o nvel de agua.

O sistema ainda conta com um reservatorio de emergencia o qual e abastecido com

a agua fornecida pela concessionaria local, DEMAE. O reservatorio P5 e utilizado

para casos em que nao haja agua reciclada disponvel, assim, nesta condicao, este

reservatorio de emergencia abastecera, por meio de uma bomba dagua (B4) o reser-

vatorio P3. Tambem em caso de falta de agua reciclada, o reservatorio P4 possui uma

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Figura 3.4 - Expansao do sistema original para o processo de automacao

entrada de agua fornecida pela concessionaria local que e acionada manualmente.

Foram utilizados 05(cinco) reservatorios para o armazenamento de agua. A seguir

sao descritas as caractersticas de cada um deles.

Reservatorio P1: Em alvenaria, soterrado e com capacidade para 7 m

3

;

Reservatorio P2: Em polipropileno, apoiado sobre uma base de concreto e

com capacidade para 10 m3;

Reservatorio P3 (Abastece a Cozinha e Apartamentos): Em alvenaria, ele-

vado e com capacidade para 5 m3;

Reservatorio P4 (Abastece o Restaurante e Apartamentos): Caixa de ami-

anto, elevado e com capacidade para 2 m3;

Reservatorio P5 (Poco de Emergencia): Em alvenaria, soterrado e com

capacidade para 3 m3.

A seguir apresenta-se a localizacao dos reservatorios que fazem parte dos sistema.

Reservatorio P1: No subsolo do estacionamento;

Reservatorio P2: No estacionamento, proximo ao reservatorio P1;

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Reservatorio P3: Sobre o predio principal onde esta localizado a recepcao

da pousada, 12 aptos, a sala de evento, a cozinha e o bar aquatico;

Reservatorio P4: Sobre o predio secundario onde esta localizado o restau-

rante, 16 aptos e a copa;

Reservatorio P5: No subsolo do parque aquatico.

3.3 Bancada para testes

3.3.1 Processo

O sistema a ser implementado deve distribuir agua tratada, proveniente das piscinas,

para o consumo geral de uma pousada.

Como forma de validar o sistema a ser instalado de maneira definitiva foi desen-

volvido uma bancada para testes com o objetivo de simular as situacoes esperadas

na planta. Deve-se construir um prototipo capaz de sempre manter os nveis dos

reservatorios cheios mesmo que haja uma vazao de sada de agua do sistema.

O sistema conta com tres modos de operacao: Automatico, Manual e Remoto. Onvel de agua do sistema deve ser controlado de forma autonoma, atraves de um

CLP, no modo Automatico. E possvel controlar as bombas dagua manualmente e

remotamente, no modo Manual e Remoto, respectivamente, como objetivo de ajustar

o nvel de agua nos reservatorios.

Na montagem da bancada para teste foram utilizados 05 cincos reservatorios (aqua-

rios) de 0,1225 m3, 04 bombas dagua de pequeno porte (Bomba de aquario sub-

mersa), 05 minicontatoras (24 V), 04 boteiras, 01 chave seletora de tres posicoes, 01

fonte de 24 V / 6 A, 10 sensores reed switch e um CLP Atos 6006. Os componentes

foram montados e dispostos em uma placa de madeira de 120x60 cm metros e 4mm

de espessura.

O funcionamento foi simulado de forma a se aproximar do esperado na planta real.

Assim foi possvel desenvolver uma logica capaz de manipular os dados envolvidos no

sistema e implementar um algoritmo de controle cujo a funcao era atuar de acordo

com as necessidades estabelecidas. A Figura 3.5apresenta o prototipo construdo,

onde e possvel visualizar o CLP (A), a fonte de 24V (B), as contatoras (C), a chave

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seletora (D), as botoeiras (E) e os reservatorios (P1, P2, P3, P4 e P5). As bombas

dagua estao localizadas dentro dos reservatorios.

Figura 3.5 - Bancada para testes

3.3.2 Atuadores

As bombas dagua submersas sao usadas para transportar agua de um reservatorio

para outro, afim de sempre manter o proximo reservatorio cheio. Estas bombas sao

acionadas atraves de contatoras que recebem um sinal de 24V DC das botoeiras

ou do CLP e fornecem uma tensao de 220V AC para o acionamento das bombas.

As contatoras WEG modelo CWM32 sao aproximadamente R$ 60,00, as botoeiras

e chave seletora sao R$ 17,00 cada e as bombas dagua utilizadas foram do tipo

submersa para aquario no valor de R$ 35,00 cada.

3.3.3 Sensores

Para o sensoriamento do nvel foi utilizado um sistema de boia por reed switch,

sensor capaz de detectar um campo magnetico. Assim, foi fixado um ima em um

isopor que ao flutuar se manteria na superfcie da agua no reservatorio. Uma haste foi

usada para manter a trajetoria da boia dentro do reservatorio, Figura3.6. Quando

o ima permanece paralelo ao reed switch ele fecha o contato e permite a passagem

de corrente eletrica. Assim o CLP pode interpretar as condicoes de nvel de cada

reservatorio. Os reed switchusados sao do tipo ampola e custam aproximadamente

R$ 1,40.

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Figura 3.6 - Esquema de montagem dos reservatorios do prototipo

3.3.4 Controlador

O controlador usado e o CLP Atos 6006 com o modulo da CPU 6006.06 (As carac-

tersticas podem ser visualizadas na Tabela 3.1), modulo de expansao digital de 08

entradas modelo 6006.44 (Caractersticas na Tabela 3.2) e o modulo fonte 6006.40.

Tabela 3.1 - Caractersticas de Hardware do Atos MPC6006.06

Entradas 8E tipo PNP

Ativam programas de interrupcao

Sadas 8S tipo PNP2 Sadas PWM de ate 20kHz

Memoria de usuario 256 Kbytes RAM

16 Mbytes SDRAMMemoria Flash 2 Mbytes

Fonte incorporada 3,3Vcc/2A ; 5,0Vcc/300mA

Clock 400Mhz - interno

133Mhz - externo (perifericos)

Contadores 2 Bidirecionais ou unidirecionais de ate 20kHz

2 Unidirecionais de ate 20kHz

Comunicacao serial RS-232/RS-485

Entrada tipo PNP: A comutacao e executada quando um dispositivo

externo fornece 24 Vcc a entrada digital.

Sada tipo NPN:Quando a comutacao e executada, as cargas recebem o

potencial de 0 Vcc da fonte de alimentacao. Portanto, o comum das cargas

deve estar ligado ao potencial de +24 Vcc da fonte de alimentacao.

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Tabela 3.2 - Caractersticas Eletricas do modulo 6006.44

Tensao de trabalho +24 Vcc (-30%/+40%)Nvel de comutacao ON >7 Vcc

Nvel de comutacao OFF


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Figura 3.8 - Atos A1 Soft

Figura 3.9 - Tipos de Dados auxiliares de programacao

e Acionamentos) que sao chamadas pela rotina principal Main, como ilustrado no

codigo parcial da Figura3.8.

As subrotinas sao expostas no AnexoE.

O programa Ladder implementado no CLP define as condicoes de estado, ligado e

desligado, de cada bomba dagua submersa de acordo com as variaveis de entrada

recebidas pelos sensores reed switch, que representam o nvel de agua em cada re-

servatorio.

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3.4 Implementacao da Automacao de Distribuicao de Agua Reciclada

na Pousada

3.4.1 Tubulacao de Agua

Para fazer o transporte da agua entre os reservatorios atraves das bombas dagua

foram utilizados canos e conexoes de 1 polegada. Esta especificacao esta descrita no

catalogo das bombas dagua fornecido pela Schneider.

3.4.2 Sensoriamento

Para o sistema automatico de distribuicao de agua trabalhar corretamente foi ne-

cessario fazer o sensoriamento do nvel de agua dos reservatorios. Assim, foramutilizados sensores tipo boia eletrica fabricados pela Margirius. O funcionamento

deste sensor esta descrito na subseccao2.2.2.1.

Este sensor monitora uma faixa diferencial de nvel de agua, indicando o nvel de

agua atraves de um mecanismo eletromecanico, como ilustrado na Figura3.11. A

foto real da boia eletrica e ilustrada na Figura 3.10.

Figura 3.10 - Boia Eletrica usada no sensoriamentodos reservatorios das pousada

Figura 3.11 - Sensor de nvel, monitoramento deuma faixa diferencial de nvel de agua.

Em seu interior existe uma esfera de aco que com a variacao do angulo de inclinacao,

proporcionado pelo nvel da agua, se movimenta e aciona um micro interruptor.

Como sada e apresentado um sinal eletrico de 220 V. Cada reservatorio possui

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01(um) sensor de nvel, exceto o reservatorio P2 que por ser de grande porte possui

02(dois) sensores, um para monitorar nvel baixo e outro para nvel alto.

O ajuste dos nveis maximo e mnimo e feito atraves do contra peso de nvel medio,

conforme ilustrado na Figura3.11. Variando a distancia entre o contra peso e a boia

pode-se ajustar os nveis maximo e mnimo e consequentemente variar a faixa de

agua monitorada.

O baixo custo e a simplicidade de utilizacao influenciou na escolha deste sensor,

assim como seu funcionamento, pois com apenas um sensor e possvel monitorar o

nveis maximo e mnimo dos reservatorios.

O custo medio de cada boia eletrica e aproximadamente R$ 70,00

3.4.3 Atuadores

No sistema de distribuicao de agua foi definido que para garantir o abastecimento do

sistema e necessario movimentar a agua entre os reservatorios.Neste trabalho foram

utilizados duas bombas centrfugas monoestagio a fim de se ter um projeto simples

com bombeamento eficiente. Para todo conjunto foram necessarios 04 (quatro) bom-

bas dagua da marcar Schneider: 03(tres) do modelo BC-91 s/t de 1 CV, a direita na

Figura3.12, e uma 01(uma) do modelo BCR-2000 de 1/2 CV, a esquerda na Figura

3.12. O valor aproximado de cada bomba e R$ 700,00 e R$ 400,00 respectivamente.

Figura 3.12 - Bombas dagua

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Nesta aplicacao a bomba dagua apresenta duas configuracoes de funcionamento:

ligado ou desligado. Assim, o controle esta presente no tempo de comutacao entre

os estados de funcionamento.

O sistema conta com 04 (quatro) contatoras, uma para cada bomba d agua, para

alternar entre os estados de ligado/desligado. Foram utilizados 04 contatoras fabri-

cados pela WEG modelo CWM32, estes componentes sao utilizados para o aciona-

mento do motor eletrico das bombas dagua. A Figura3.13apresenta este compo-

nente. Este componente custa em media R$ 60,00.

Figura 3.13 - Contatora marca WEG

3.4.4 Quadro de Comando

No quadro de comando foi montado todo o circuito de acionamento e potencia, o

controlador logico programavel e todos os outros dispositivos pertinentes ao con-

junto. Para acomodar os componentes foi utilizado um armario de aco, Figura3.14,

com as dimensoes 40 x 70 x 30 (cm) em aco. A entrada de forca e representada por

A, o CLP LOGO por B, as contatoras por C, os reles termicos por D e a

regua de bornes por E.

Na entrada de forca do quadro de comando foram utilizados dois disjuntores para a

protecao dos componentes. Um disjuntor monofasico de 1A para protecao do CLP,

conforme especificacao do fabricante - Siemens, e um trifasico de 16A para protecao

dos demais componentes.

Para protecao das bombas dagua foram utilizados reles termico com amperagem de

7 A para as bombas do modelo BC - 91 s/t e 4 A para o modelo BCR - 2000. Estas

especificacoes estao indicadas no manual do usuario fornecido pela Schneider.

Foi utilizado uma chave seletora para alternar entre os modos de automatico/manual.

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Figura 3.14 - Armario em aco

Tambem foram utilizados 04 botoeiras, Figura3.15, para o acionamento manual das

bombas dagua.

Figura 3.15 - Botoeiras da marca Steck

Foram desenvolvidos alguns modulos eletronicos para estabelecer comunicacao como supervisorio e auxiliar o comando dos contatores. O modulo de aquisicao de dados,

secao3.4.6,tem a finalidade de capturar os estados dos sensores e bombas da planta

e envia-los ao supervisorio por meio de uma camada fsica RS-232 e o protocolo de

comunicacao Modbus RTU. O modulo de Comando Auxiliar, secao3.4.6.3, permite

condicionar o sinal proveniente da Placa de Aquisicao de Dados, cuja sada e 5V

DC, para acionar os contatores, cuja entrada e 220V AC.

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3.4.5 Controlador

O CLP utilizado foi o modelo LOGO 230RC fabricado pela Siemens. Este equipa-

mento e indicado para uma diversidade de aplicacoes de automacao possibilitando

a adicao de modulos de expansoes de entrada e sada, para o caso de processos mais

complexos. A Figura3.16apresenta este CLP.

Algumas caractersticas do CLP LOGO estao descritos a seguir:

Alimentacao: 115 - 230 (V);

08 entradas digitais;

04 sadas a rele;

Integrado relogio interruptor de hora.

Figura 3.16 - CLP LOGO da marca Siemens

Este modelo de CLP foi escolhido por atender as principais necessidades do projeto

e apresentar o menor custo de mercado para o cliente. No projeto desenvolvido a

rotina implementada na memoria do CLP analisa as variaveis do sistema e atua, por

meio de suas sadas, quando necessario. O funcionamento do CLP foi descrito em

detalhes na subsecao2.2.4.

3.4.5.1 Software de Programacao LOGO

Para desenvolver a rotina implementada no CLP utilizou-se o software LOGO! Soft

fornecido gratuitamente pela Siemens. Suas caractersticas sao:

Simulacao do programa no computador;

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Geracao e impressao de um plano geral do circuito;

Back up do programa em disco rgido ou em outro meio;

Transporte do programa - do LOGO para o PC e do PC para o LOGO.

Empregou-se a linguagem em blocos pois tornou-se conveniente utiliza-la uma vez

que tnhamos a representacao em portas logicas. A similaridade entre a linguagem

de blocos e a representacao trouxe agilidade no desenvolvimento do programa.

3.4.5.2 Operacao do Sistema de Automacao da Distribuicao de Agua

Reciclada

O sistema foi desenvolvido com 03(tres) modos de operacao: Automatico, Manual

e Remoto. As Figuras 3.17, 3.18 e 3.19 apresentam o fluxograma do sistema de

acionamento das bombas B1, B2, B3 e B4.

Figura 3.17 - Fluxograma de acionamento daBomba1 Figura 3.18 - Fluxograma de acionamento das

Bombas B2 e B4

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Figura 3.19 - Fluxograma de acionamento da Bomba3

No modo automatico o sistema opera de forma autonoma, monitorada e controlada

pelo CLP. Para utilizar o modo manual o usuario precisa seleciona-lo atraves de uma

chave seletora localizada na tampa no quadro de comando apresentada na Figura

3.20, feito isso o sistema passa a ser comandado pelas botoeiras de acionamento

disponveis no quadro de comando. E por fim, o modo operacao remoto e acionado

a partir o sistema SCADA, neste estado e possvel monitorar as variaveis do sistema

e controlar o acionamento das bombas de agua.

Figura 3.20 - Tampa do quadro de comando

Operacao no Modo Manual

Este modo foi desenvolvido para permitir ao usuario ter pleno controle sobre a opera-

cao do sistema. Em situacoes como manutencoes periodicas previu-se a necessidade

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do o usuario manipular o acionamento das bombas dagua, assim, atraves de um

chave seletora, e possvel escolher o modo manual. Esta acao coloca o CLP em um

estado inerte e acessando as botoeiras na tampa do quadro de comando manipula-seo acionamento das bombas dagua. Existem 04 (quatro) botoeiras para manipulacao

do usuario uma para cada bomba dagua.

Ao acionar a botoeira, com a intencao de ligar uma bomba, a mesma forca a energi-

zacao da bobina da chave contatora e por meio de um arranjo eletrico como ilustra

a Figura 3.21, onde BL2 e BD2 representam contatos da botoeira, K2 refere-se a

contatora e RT2 indica o rele termico. A contatora mantem-se no estado ligado e

consequentemente, a bomba correspondente permanece ligada.

Figura 3.21 - Esquema Eletrico para acionamento manual de uma bomba dagua

Ao acionar a botoeira, com a intencao de desligar uma bomba, a mesma interrompe

o ramo que esta energizando a bobina da contatora, abrindo o circuito e desligando

a bomba dagua.

Por nao ter influencia direta do CLP no acionamento das bombas dagua este modo

e utilizado apenas em situacoes extraordinarias como manutencoes e em caso de

defeitos no sistema.

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Operacao no Modo Automatico

Para o modo automatico foi estabelecido um algoritmo considerando os parametros:

disponibilidade de agua e nvel dos reservatorios. Este metodo e aplicado de tal forma

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