13- Automação

(1)

AUTOMAÇÃO DE

SISTEMAS DE

ABASTECIMENTO

DE ÁGUA

(2)

CONTROLE DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO

DE ÁGUA POR MÓDULOS

CONTROLE DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO

DE

Á

GUA POR M

Ó

DULOS

Monitoramento da

qualidade da água

Distribuição

de água

(3)

CONTROLE INTEGRADO DO SISTEMA DE

ABASTECIMENTO DE ÁGUA

CONTROLE INTEGRADO DO SISTEMA DE

ABASTECIMENTO DE

Á

GUA

Fonte de captação

de água

Estação de

tratamento

Centro de controle

Sistemas de informações

Modelo de captação de água

Modelo de demanda de água

Modelo de qualidade da água

Modelo de otimização da operação

SCADA

Transmissão

e distribuição

Unidades

terminais

remotas

Sistema de

controle

de processos

Unidades

terminais

remotas

Água

bruta

Água

tratada

(4)

NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO

N

Í

VEIS DE AUTOMA

Ç

ÃO

G

ra

u

de

a

ut

om

aç

ão

G

ra

u d

e o

pe

_ra

çã

o m

an

ua

_l

Processo físico

Exemplos:

Sistemas Especialistas

Modelos matemáticos

Modelos provisionais

Integração SIMAN e GIS

SCOA e CCO’s

Controlador

coagulante

Medidor

turbidez

Sistemas inteligentes

Modelagem sistêmica /

Controle assistido

Controle e monitoramento remoto /

integração de funções complexas

Coleta / Transmissão de dados e

integração parcial de funções

Instrumento de campo /

Operação local

Nível 5

Nível 4

Nível 3

Nível2

Nível 1

(5)

AUTOMAÇÃO COMO INTERFACE ENTRE AS

TECNOLOGIAS DE SANEAMENTO E DE INFORMAÇÃO

AUTOMA

Ç

ÃO COMO INTERFACE ENTRE AS

TECNOLOGIAS DE SANEAMENTO E DE INFORMA

Ç

ÃO

Multidisciplinaridade da automação

Automação

Informática

Processo

Controle

Hidráulica

Operação

Instrumentação

Eletricidade

Manutenção

Aplicação da automação em

saneamento básico

Sistema Especialistas Manutenção preditiva Sistema de Engenharia de Processos

Automação local dos equipamentos

Adequação dos quadros elétricos

Sistema de Informações Gerenciais

Controle otimizado do processo Sistema de Gestão de Laboratório

Tração eletrônica dos motores

Adequação dos equipamentos

Sistema de Gestão de Manutenção

Supervisão e comando centralizados Integração com GIS

Instrumentação Atuação física nos processos Hardware e Softeware Integrações Tecnologia dos processos de saneamento Tecnologia da informação Leitura de fluídos e equipamentos Comandos nos equipamentos Servidor de dados Estações remotas Redes de computador Sistemas de gestão e apoio GIS

PIMS / Mês Internet Plataformas de:

(6)

AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE

ÁGUA E ESGOTO SANITÁRIO

AUTOMA

Ç

ÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE

Á

GUA E ESGOTO SANIT

Á

RIO

Água Bruta

Água

Esgotos

Efluentes

O Sitema de Automação

sempre interage com

operador em algum

nível.

Elevatórias de água tratada

Reservação

Rede de distribuição

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

(7)

CONTROLE DO PROCESSO DE AUTOMAÇÃO

CONTROLE DO PROCESSO DE AUTOMA

Ç

ÃO

Chuveiro elétrico

Aquecimento

Água fria

Água quente

(8)

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UM CONTROLE

AUTOMÁTICO

REPRESENTA

Ç

ÃO ESQUEM

Á

TICA DE UM CONTROLE

AUTOM

Á

TICO

Entrada do

controle

Entrada do

processo

Saída do

processo

Elemento final

(potenciômetro)

Elemento final

(válvula)

Água quente

Água fria

Transformação

Controle

Elemento primário

(pele)

Saídas do

controle

(9)

TÉCNICAS DE CONTROLE AUTOMÁTICO

T

É

CNICAS DE CONTROLE AUTOM

Á

TICO

•

Controles em malha aberta

–

Liga/desliga

–

Controle seqüencial

–

Intertravamentos

–

Proteção

•

Controles contínuos

–

PID

–

Fuzzy-logic

–

Redes neurais

(10)

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)

CONTROLADOR L

Ó

GICO PROGRAM

Á

VEL (CLP)

Configuração típica do CLP compacto

Alimentação

Borne de entradas

Memória

Módulo de

expansão

Conector para

programação /

expansão

Borne de saídas

Borne de entradas

(11)

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)

CONTROLADOR L

Ó

GICO PROGRAM

Á

VEL (CLP)

Estrutura básica de uma CLP

Entradas

Software

Unidade

Central de

Processamento

Hardware

Memória

do usuário

Sistema

operacional

Fonte

Saídas

(12)

INSTRUMENTAÇÃO

INSTRUMENTA

Ç

ÃO

• 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

(13)

ATUADORES OU ACIONAMENTOS

• Atuadores ou elementos finais

–

Bombas

–

Ventiladores

–

Agitadores

–

Aquecedores

–

Lâmpadas

–

Válvulas

–

Robôs

• Acionamentos elétricos

–

Acionamento de motores

Partida direta

Partida estrela-triângulo

Partida compensada

Soft-Starter

Inversor de freqüência

• Acionamentos hidráulicos e pneumáticos

–

Atuadores de válvulas:

Válvulas on/off

Válvulas proporcionais

–

Prensas

–

Robôs

–

Movimentação de cargas

(14)

ENTRADAS

• Entradas digitais

Entrada com alimentação interna

1 2 3

Entrada com alimentação externa

+

1 2 3

• Entradas analógicas

Entrada com alimentação interna

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

(15)

SAÍDAS

SA

Í

DAS

• Saídas digitais

−

Por tensão

−

Por relê

• Saídas analógicas

Saídas digitais por tensão

+

1

2

3 ou

mA

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

(16)

SISTEMAS DE CONTROLE DISTRIBUÍDOS

SISTEMAS DE CONTROLE DISTRIBU

Í

DOS

• Sistema de automação

baseado em PC

Ethernet

Estação de controle / Estação de operação Estação de controle (redundante) Estação de comunicação de chão de fábrica

Entradas / Saídas Entradas / Saídas Entradas / Saídas

Ethernet

• Sistema misto de

automação

Estação de controle em PC CLP Estação de controle em PC (redundante) Servidor de rede Estação de operação Servidor de rede Estação de operação Rede de comunicação de chão de fábrica

Entradas / Saídas Entradas / Saídas Entradas / Saídas Entradas / Saídas

Ethernet

(17)

REDES DE AUTOMAÇÃO

REDES DE AUTOMA

Ç

ÃO

• Arquitetura

–

Centralizada

–

Distribuída

Rede em anel

Local

R

em

ot

o

(18)

REDES DE AUTOMAÇÃO

REDES DE AUTOMA

Ç

ÃO

• Arquitetura

–

Distribuída

Rede em barreamento

Rede de computadores em barramento

(19)

REDES DE AUTOMAÇÃO

REDES DE AUTOMA

Ç

ÃO

• Arquitetura

–

Distribuída

Rede em estrela

Rede em árvore

1

2

3

4

5

6

1

2 ₂

2

3 ₃

(20)

REDES DE AUTOMAÇÃO

REDES DE AUTOMA

Ç

ÃO

PROTOCOLO

• O modelo de 7 camadas OSI

• Meio físico

–

Distância máxima

–

Taxa de transmissão

–

Configurações possíveis

–

Número máximo de estações

• Mecanismos de controle de acesso

–

Mestre–Escravo

–

Token-Passing

–

CSMA – CD

–

CSMA – BA

(21)

REDES DE AUTOMAÇÃO

REDES DE AUTOMA

Ç

ÃO

• Software de supervisão e controle

(22)

SISTEMA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND

DATA ACQUISITION)

SISTEMA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND

DATA ACQUISITION)

(23)

APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE

ABASTECIMENTO DE ÁGUA

APLICA

Ç

ÕES DA AUTOMA

Ç

ÃO EM SISTEMAS DE

ABASTECIMENTO DE

Á

GUA

(24)

APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE

ABASTECIMENTO DE ÁGUA

APLICA

Ç

ÕES DA AUTOMA

Ç

ÃO EM SISTEMAS DE

ABASTECIMENTO DE

Á

GUA

Controle de bombeamento da água bruta através de medidor de vazão

Água bruta

FT

FC

ETA

LT

FT = Transmissor de vazão

LT = Transmissor de nível

FC= Controle da vazão

(25)

APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE

ABASTECIMENTO DE ÁGUA

APLICA

Ç

ÕES DA AUTOMA

Ç

ÃO EM SISTEMAS DE

ABASTECIMENTO DE

Á

GUA

Controle de bombeamento da água bruta através de medidor de vazão

Captação de água

Controle

da bomba

Setpoint

ETA

Medidor

de vazão

(26)

APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE

ABASTECIMENTO DE ÁGUA

APLICA

Ç

ÕES DA AUTOMA

Ç

ÃO EM SISTEMAS DE

ABASTECIMENTO DE

Á

GUA

Controle do bombeamento para a distribuição de água

Reservatório

de jusante

FT

FC

Reservatório

de montante

LT

PT

LT

Lógica

FT = Transmissor de vazão

LT = Transmissor de nível

PT = Transmissor da pressão

FC = Controle da vazão

(27)

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

(28)

Tela do supervisório do Aqualog

Torre de distribuição Reservatório intermediário com elevatórias Poços com motor-bomba Linhas de adução LP

_CCO

AUTOMA

Ç

ÃO DE PO

Ç

OS PROFUNDOS NA UNIDADE

DE NEG

Ó

CIO DO VALE DO PARA

Í

BA DA SABESP

Alimentação Nível Estático Nível Dinâmico Conjunto Moto-bomba Submersível Controle de nível dinâmico

Monitoração de variáveis elétricas e hidráulicas Quadro elétrico e CCM Digital Linha Privada ou Rádio

Controle das dosagens Monitoração de variáveis hidráulicas

Escorva automática Reservatório Elevatória CCO Dosagem: Cloro, Flúor CLP Poço CLP

(29)

CONCEP

Ç

ÃO GERAL DO SISTEMA DE CONTROLE OPERACIONAL DA GERÊNCIA

DISTRITAL DE FRANCA

Itirapuã Altair

Rib Corrente Icém

Rifaina Guariba Município Legenda Fluxo de dados Pedregulho Colômbia Jeriquara Jaborandi Buritizal Franca Miguelópolis

Igarapava Terra Roxa

Sistema de

distribuição de água distribuição de águaSistema de

Sistema de

Sistema controlado a distância Sistema de produção e distribuição de água Sistema de produção e distribuição de água Sistema de

distribuição de água distribuição de águaSistema de Sistema de

distribuição de água Centro de controle operacional

Sistema de distribuição de água Sistema de distribuição de água Sistema de distribuição de água

(30)

UNIDADE DE NEG

Ó

CIO PARDO E GRANDE DA SABESP

Fluxograma esquemático de comunicação de dados de um sistema

automatizado e controlado a distância

Rádio

PLC

Modem

Supervisório

local

Supervisório

local

Supervisório

gerencial

Ethernet

Conversor

TCP/IP - RS 232

LP

(31)

UNIDADE DE NEG

Ó

CIO PARDO E

GRANDE DA SABESP

Tela de controle remoto do sistema de

distribuição de água da cidade de

Igarapava

Tela de controle remoto da ETA da cidade

de Pedregulho

(32)

UNIDADE DE NEG

Ó

CIO PARDO E

GRANDE DA SABESP

Tela de vazões do sistema supervisório

da cidade de Águas da Prata

Tela do sistema supervisório do setor

Magalhães – CCO da cidade de São João

(33)

SISTEMA DE CONTROLE DA OPERA

Ç

ÃO DE ADU

Ç

ÃO DA

REGIÃO METROPOLITANA DE SÃO PAULO

-

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

(34)

SCOA

-

RMSP

Subsistemas do SCOA

Operadores do SCOA Macromedição Subsistema de comunicação de dados Clientes do SCOA Subsistema clientes Banco de dados históricos Subsistema de operação Subsistema de macromedição Banco de dados operacionais

Diagrama de contexto do SCOA

Sistema de adução, reservação e tratamento de água

Centro de Controle

Operacional (CCO) Clientes doSCOA

Operadores do

(35)

SCOA

-

RMSP

Diagrama de arquitetura de hardware do SCOA

Pressão da torre

Cloro residual

Pressão da linha

Vazão

Nível reservatório

Posição válvula

Sinalização de bombas

Comando de bombas

Comando de válvulas

Estação

remota

Centro de controle

da operação

Estação remota 1

Sensores

A

rm

ár

io

d

e

in

st

ru

m

en

ta

çã

o

E

qu

ip

am

en

to

r

em

ot

o

de

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m

et

ri

a

L

in

ha

s

pr

iv

ad

as

C

on

ce

nt

ra

do

r

A

rm

ár

io

d

e

pr

ot

eç

ão

de

li

nh

as

Computador

1 Computador

2 Mesa de

operação

(36)

SCOA

-

RMSP

Diagrama geral do SCOA

ERT ERT LP LP E C T S Computador de Backup Computador de controle Chaveador de periféricos Apoio e

planejamento planejamentoApoio e Vídeo 1 Vídeo 2 Vídeo 3 Vídeo 4

Centro de controle Campo 12B 12A 01B 01A

(37)

ARQUITETURA

DO SCOA

RMSP

Lps, frame-relay ou linhas discadas Segmento de rede 1 Dualizado Segmento de rede 2 Estação de engenharia 1 Estação de engenharia n UR 1 UR 1 Estação de otimização Internet UR-n UR n Estação de apresentação Permissionárias Concentrador de dados 1 Concentrador de dados 2 Servidor de dados histórico Pólos de operação volante Servidor de dados operacionais 1 Servidor de dados operacionais 2 Servidor de acesso remoto / firewall Estação de macromedição 1 Estação de macromedição 2 Estação de telemetria 1 Estação de telemetria 2 Painél sinótico Interface entre redes Segmento de rede 3 Estação de operação 1 Estação de operação n Segmento de rede 4 Estação de gerência 1 Estação de gerência 2 Roteador Rede corporativa

SABESP Atendimento 195SIGAO/CSI Distribuição SGM Manutenção Sistemas corporativos GIS Internet / Intranet SABESP Controle de acesso físico