Automação De Sistemas De Abastecimento De água

AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

CONTROLE DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE Á GUA POR M ÓDULOS ÁGUA MÓDULOS

Monitoramento da qualidade da água

Captação

Distribuição de água

SCADA

CONTROLE INTEGRADO DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE Á GUA ÁGUA Sistemas de informações

Centro de controle Modelo de captação de água Modelo de demanda de água Modelo de qualidade da água Modelo de otimização da operação SCADA

SCADA

Fonte de captação de água

Estação de tratamento Água

Unidades terminais remotas

bruta

Transmissão e distribuição Água

Sistema de controle de processos

tratada

Unidades terminais remotas

N ÍVEIS DE AUTOMA ÇÃO NÍVEIS AUTOMAÇÃO Exemplos:

Nível2

Coleta / Transmissão de dados e integração parcial de funções

Nível 1

auto maç ão

Nível 3

Controle e monitoramento remoto / integração de funções complexas

Gra u de

Nível 4

Modelagem sistêmica / Controle assistido

Sistemas Especialistas

ual man ção pera de o

Sistemas inteligentes u Gra

Nível 5

Modelos matemáticos Modelos provisionais Integração SIMAN e GIS SCOA e CCO’s Controlador coagulante Medidor turbidez

Instrumento de campo / Operação local Processo físico

AUTOMA ÇÃO COMO INTERFACE ENTRE AS AUTOMAÇÃO TECNOLOGIAS DE SANEAMENTO E DE INFORMA ÇÃO INFORMAÇÃO Plataformas de: Hardware e Softeware Servidor de dados Estações remotas Redes de computador Atuação física nos processos Leitura de fluídos e equipamentos Comandos nos equipamentos

Tecnologia dos processos de saneamento

Automação

Multidisciplinaridade da automação Processo Instrumentação

Operação

Automação

Manutenção

Hidráulica

Controle

Eletricidade Informática

Tecnologia da informação

Integrações Sistemas de gestão e apoio GIS PIMS / Mês Internet

Aplicação da automação em saneamento básico Sistema Especialistas Sistema de Informações Gerenciais Sistema de Gestão de Manutenção Sistema de Engenharia de Processos Sistema de Gestão de Laboratório Integração com GIS Manutenção preditiva Controle otimizado do processo Supervisão e comando centralizados Automação local dos equipamentos Tração eletrônica dos motores Instrumentação Adequação dos quadros elétricos Adequação dos equipamentos

AUTOMA ÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE AUTOMAÇÃO Á GUA E ESGOTO SANIT ÁRIO ÁGUA SANITÁRIO A automação consiste em coletar e concentrar as informações do processo, processá-las com o uso da Tecnologia de informação e, com base nos resultados obtidos, atuar - de uma forma autônoma - sobre os estados e as grandezas para obtenção dos resultados desejados

O Sitema de Automação sempre interage com operador em algum nível. Água Bruta Água

Elevatórias de água tratada Reservação Rede de distribuição

Esgotos

Esgotos Esgotos

Efluentes

CONTROLE DO PROCESSO DE AUTOMA ÇÃO AUTOMAÇÃO Chuveiro elétrico

Aquecimento Água fria

Água quente

Processo de transformação em um chuveiro elétrico

REPRESENTA ÇÃO ESQUEM ÁTICA DE UM CONTROLE REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA AUTOM ÁTICO AUTOMÁTICO

Entrada do processo

Elemento final (válvula)

Elemento primário (pele) Transformação

Água fria

Saída do processo

Água quente Saídas do controle

Elemento final (potenciômetro) Controle Entrada do controle

T ÉCNICAS DE CONTROLE AUTOM ÁTICO TÉCNICAS AUTOMÁTICO

• Controles em malha aberta – Liga/desliga – Controle seqüencial – Intertravamentos – Proteção • Controles contínuos – PID – Fuzzy-logic – Redes neurais • Variáveis digitais e analógicas

CONTROLADOR LLÓGICO ÓGICO PROGRAM ÁVEL (CLP) PROGRAMÁVEL

Configuração típica do CLP compacto Borne de entradas Alimentação Memória Borne de saídas Borne de entradas Módulo de expansão Borne de saídas

Conector para programação / expansão

CONTROLADOR LLÓGICO ÓGICO PROGRAM ÁVEL (CLP) PROGRAMÁVEL Estrutura básica de uma CLP Hardware

Software

Memória

Sistema operacional Memória do usuário

Entradas

Unidade Central de Processamento

Fonte

Saídas

INSTRUMENTA ÇÃO INSTRUMENTAÇÃO

•

•

Instrumentação digital – Pressostato – Chave de nível – Chave de fluxo – Termostato – Chave fim-de-curso – Fotocélula – Sensor de presença Instrumentação analógica – Transmissor de nível – Transmissor de vazão – Transmissor de pressão – Transmissor de posição – Transmissor de vibração – Medidor de pH – Medidor de oxigênio dissolvido – Analisador de cloro residual – Analisador de flúor – Turbidímetro

ATUADORES OU ACIONAMENTOS • Atuadores ou elementos finais – Bombas – Ventiladores – Agitadores – Aquecedores – Lâmpadas – Válvulas – Robôs • Acionamentos elétricos – Acionamento de motores

•

¾ Partida direta ¾ Partida estrela-triângulo ¾ Partida compensada ¾ Soft-Starter ¾ Inversor de freqüência

Acionamentos hidráulicos e pneumáticos – Atuadores de válvulas: ¾ Válvulas on/off ¾ Válvulas proporcionais – Prensas – Robôs – Movimentação de cargas

•

ENTRADAS Entradas digitais Entrada com alimentação interna

Entrada com alimentação externa +

•

1

1

2

2

3

3

Entradas analógicas Entrada com alimentação interna mA 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

0

10

mca

SA ÍDAS SAÍDAS

•

Saídas digitais − Por tensão − Por relê Saídas digitais por tensão

+

ou

1 2 3

•

Saídas analógicas

0

1

mA 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

2

3

4

5

6

7

8

SISTEMAS DE CONTROLE DISTRIBU ÍDOS DISTRIBUÍDOS

•

Sistema de automação baseado em PC

•

Sistema misto de automação

Ethernet Servidor de rede Estação de operação

Servidor de rede Estação de operação

Ethernet Estação de controle (redundante)

Estação de controle / Estação de operação Estação de comunicação de chão de fábrica

Estação de controle em PC

Estação de controle em PC (redundante)

CLP

Rede de comunicação de chão de fábrica

Entradas / Saídas

Entradas / Saídas

Entradas / Saídas

Entradas / Saídas

Entradas / Saídas

Entradas / Saídas

Entradas / Saídas

REDES DE AUTOMA ÇÃO AUTOMAÇÃO Arquitetura – Centralizada – Distribuída ¾ Rede em anel Rede em anel físico

Rede em anel lógico

Local

Remoto

•

Local

REDES DE AUTOMA ÇÃO AUTOMAÇÃO

•

Arquitetura – Distribuída ¾ Rede em barreamento

Rede de computadores em barramento

1

2

3

4

5

6

7

8

REDES DE AUTOMA ÇÃO AUTOMAÇÃO

•

1

Arquitetura – Distribuída ¾ Rede em estrela

¾Rede em árvore

2 3

1

4

6 5

1

1

2

2

2

3

3

REDES DE AUTOMA ÇÃO AUTOMAÇÃO

PROTOCOLO

• •

O modelo de 7 camadas OSI

•

Mecanismos de controle de acesso – Mestre–Escravo – Token-Passing – CSMA – CD – CSMA – BA – Produtor/Consumidor

Meio físico – Distância máxima – Taxa de transmissão – Configurações possíveis – Número máximo de estações

REDES DE AUTOMA ÇÃO AUTOMAÇÃO

•

Software de supervisão e controle

•

Interfaces Homem/Máquina

SISTEMA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION) Sistema SCADA aplicado no sistema de abastecimento de água da cidade de Rouen-França

APLICA ÇÕES DA AUTOMA ÇÃO EM SISTEMAS DE APLICAÇÕES AUTOMAÇÃO ABASTECIMENTO DE Á GUA ÁGUA Monitoramento da qualidade da água de um rio

APLICA ÇÕES DA AUTOMA ÇÃO EM SISTEMAS DE APLICAÇÕES AUTOMAÇÃO ABASTECIMENTO DE Á GUA ÁGUA Controle de bombeamento da água bruta através de medidor de vazão

LT FC

ETA FT Água bruta FT = Transmissor de vazão LT = Transmissor de nível FC= Controle da vazão

APLICA ÇÕES DA AUTOMA ÇÃO EM SISTEMAS DE APLICAÇÕES AUTOMAÇÃO ABASTECIMENTO DE Á GUA ÁGUA Controle de bombeamento da água bruta através de medidor de vazão Setpoint

Controle da bomba

ETA Captação de água

Medidor de vazão

APLICA ÇÕES DA AUTOMA ÇÃO EM SISTEMAS DE APLICAÇÕES AUTOMAÇÃO ABASTECIMENTO DE Á GUA ÁGUA Controle do bombeamento para a distribuição de água LT

FT = Transmissor de vazão LT = Transmissor de nível PT = Transmissor da pressão FC = Controle da vazão

Lógica

LT

Reservatório de jusante

FC

Reservatório de montante

PT FT

ESTUDOS DE CASOS Automação de sistemas produtores de água e tratamento de esgotos - Aqualog Tela do supervisório do Aqualog

Principais resultados obtidos com o Aqualog:

•

Redução de 27% de coagulantes em ETAs

•

Redução no consumo de energia elétrica em 24%

•

Racionalização da mão-de-obra de 73%

•

Melhoria na qualidade de água produzida

AUTOMAÇÃO DE POÇOS PROFUNDOS

Controle de nível dinâmico Monitoração de variáveis elétricas e hidráulicas

CCO

Linha Privada ou Rádio

Quadro elétrico e CCM Digital

CLP Elevatória

CLP

Alimentação Reservatório Poço

Dosagem: Cloro, Flúor

Controle das dosagens Monitoração de variáveis hidráulicas Escorva automática Nível Estático

Tela do supervisório do Aqualog

Nível Dinâmico

Conjunto Moto-bomba Submersível

LP

CCO Torre de distribuição

Linhas de adução

Reservatório intermediário com elevatórias Poços com motor-bomba

FLUXOGRAMA ESQUEMÁTICO Fluxograma esquemático de comunicação de dados de um sistema automatizado e controlado a distância Supervisório gerencial

Ethernet Supervisório local

Rádio

Rádio

Conversor TCP/IP - RS 232

Rádio

Supervisório local

Modem

LP

Modem

Rádio

PLC

Rádio

PLC

Rádio

PLC

PLC

TELAS DE CONTROLE REMOTO

Tela de controle remoto do sistema de distribuição

Tela de controle remoto de ETA

TELAS DO SUPERVISÓRIO

SISTEMA DE CONTROLE DA OPERAÇÃO DE ADUÇÃO SCOA O SCOA abrange 29 municípios da RMSP e é constituído por: • 8 estações de tratamento de água • Cerca de 1.200 km de adutoras • 150 reservatórios e elevatórias • Cerca de 24.000 km de rede de distribuição O CCO do SCOA recebe informações de 164 estações remotas: • Comanda: – 146 bombas (partida, parada) – 117 válvulas (abertura, fechamento) • Supervisiona: – 342 bombas (estado de funcionamento) – 117 válvulas (estado de abertura) – 238 reservatórios (nível) – 3 torres (pressão) – 175 pontos de medição de pressão – 185 pontos de medição de vazão – 1 ponto de medição de temperatura ambiente – 1.232 alarmes de condições operacionais anormais

SISTEMA DE CONTROLE DA OPERAÇÃO DE ADUÇÃO - SCOA Diagrama de contexto do SCOA Sistema de adução, reservação e tratamento de água

Clientes do SCOA

Centro de Controle Operacional (CCO)

Operadores do SCOA

Macromedição

Subsistemas do SCOA Banco de dados operacionais

Subsistema de comunicação de dados

Banco de dados históricos

Subsistema de operação

Subsistema clientes Subsistema de macromedição

Operadores do SCOA

Clientes do SCOA Macromedição

SCOA Diagrama de arquitetura de hardware do SCOA

Posição válvula Sinalização de bombas Comando de bombas Comando de válvulas

Sensores

Estação remota 1

Estação remota 1

Concentrador

Nível reservatório

Armário de proteção de linhas

Vazão

Linhas privadas

Pressão da linha

Centro de controle da operação

Estação remota

Equipamento remoto de telemetria

Cloro residual

Armário de instrumentação

Pressão da torre

Computador 1

Mesa de operação

Computador 2

SCOA Diagrama geral do SCOA

ERT

Campo

ERT LP

ECTS

LP

Centro de controle

12A

01A 01B

12B

Chaveador de periféricos

Computador de controle

Impr 3

Vídeo 1

Computador de Backup

Impr 1

Vídeo 2

Vídeo 3

Vídeo 4

Impr 2

Impr 3

Apoio e planejamento

Apoio e planejamento

Servidor de dados operacionais 1

Servidor de dados operacionais 2

Lps, frame-relay ou linhas discadas

ARQUITETURA DO SCOA

UR 1 UR-n UR 1 UR n

Painél sinótico Segmento de rede 1 Dualizado

Concentrador de dados 1

Estação de operação 1

Concentrador de dados 2 Estação de otimização

Servidor de dados histórico Servidor de acesso remoto / firewall

Estação de apresentação Segmento de rede 2

Internet Permissionárias

Controle de acesso físico Interface entre redes

Roteador

Estação de engenharia 1 Segmento de rede 4

Pólos de operação volante

Estação de macromedição 1 Estação de macromedição 2

Estação de operação n

Rede corporativa SABESP

Estação de engenharia n SIGAO/CSI Atendimento 195 Distribuição

Segmento de rede 3

SGM Manutenção

Estação de telemetria 1

Sistemas corporativos

Estação de telemetria 2 Estação de gerência 1

Estação de gerência 2

GIS Internet / Intranet SABESP