Monografia Daniel Gustavo v6 Grafica (1)

5/20/2018 Monografia Daniel Gustavo v6 Grafica (1)

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BACHARELADO EM ENGENHARIA DE CONTROLE E

AUTOMAO

DANIEL CORRA MANHESGUSTAVO GOMES COZENDEY

PROJETO E IMPLEMENTAO DE UM SISTEMA SCADA COM

SUPERVISO REMOTA PARA UMA ESTAO DE TRATAMENTODE GUA.

Campos dos Goytacazes/RJ

Junho/2011


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DANIEL CORRA MANHES

GUSTAVO GOMES COZENDEY


SUPERVISO REMOTA PARA UMA ESTAO DE TRATAMENTO

DE GUA.

Trabalho de concluso de curso apresentado ao

Instituto Federal de Educao, Cincia e

Tecnologia Fluminense como requisito parcial

para concluso do curso de Bacharelado em

Engenharia de Controle e Automao.

Orientador: Prof. D.Sc. William da S. Vianna

Campos dos Goytacazes/RJ

Junho/2011


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iii

DANIEL CORRA MANHES

GUSTAVO GOMES COZENDEY


SUPERVISO REMOTA PARA UMA ESTAO DE TRATAMENTO

DE GUA.

Trabalho de concluso de curso apresentado ao

Instituto Federal de Educao, Cincia e

Tecnologia Fluminense como requisito parcialpara concluso do curso de Bacharelado em

Engenharia de Controle e Automao.

Aprovada em 06 de junho de 2011

Banca Avaliadora:

...........................................................................................................................................

Prof Marcos Moulin Valencia

Bel. Engenharia Eltrica/ UFRJ

Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia Fluminense/Campos

...........................................................................................................................................

Prof Sergio Assis Galito de Araujo

M.Sc. Engenharia Mecnica /UFF


...........................................................................................................................................

Prof William da Silva Vianna (orientador)

D.Sc. em Engenharia e Cincias dos Materiais/UENF



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iv

RESUMO

A qualidade da gua que chega as residncias de extrema importncia para a sade da

populao, por conta disso o processo de tratamento de gua deve garantir que a gua tratada

produzida esteja dentro das especificaes necessrias para o consumo humano. A automao

tem como um de seus papis aumentar a confiabilidade de um processo de forma a garantir a

qualidade do produto final, dessa forma a automatizao das estaes de tratamento de gua

(ETA) aumenta a confiabilidade do processo garantindo a produo de gua tratada pronta

para consumo humano. Este trabalho trata do projeto e a implementao de um sistemaSCADA para a automao e controle de uma Estao de Tratamento de gua (ETA)

utilizando Controlador Lgico Programvel (CLP) e Sistema de Superviso a ser operado

remotamente, para isso utilizado como meio de comunicao a Internet. Esse sistema hoje

opera normalmente permitindo a otimizao da produo da gua tratada, garantido sua

qualidade, economizando recursos e protegendo o manancial por meio de uma operao

remota.

Palavras-chave: SCADA, ETA, CLP, Automao, Projeto.


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v

ABSTRACT

The water quality coming into houses is extremely important for the population health,because of that the water treatment process must ensure that the treated water is within the

required specifications for human consumption. The automation has as one of its roles

increase the reliability of a process ensuring the final product quality, so the water treatment

facilities with automation increase the quality of the treated water production ensuring the

production of water ready for human consumption. This work shows the design and

implementation of a SCADA system for automation and control of a treatment water facility

with a Programmable Logic Controller (PLC) and a Supervisory System to be remotelyoperated using Internet. Today this system works properly today allowing the optimization of

threatened water production , ensuring its quality, saving resources and protection water

source trough a remote operation.

Keywords:SCADA, ETA, PLC, Automation, design


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Aplicao genrica do CLP. Fonte: Georgini,2002. .................................................. 9

Figura 2 - Diagrama do ciclo de varredura ou scan. Fonte: Atos,2006. ................................... 11

Figura 3 - Estrutura bsica de uma CPU. Fonte: Georgini, 2002. ............................................ 12

Figura 4 - Modelo de software da norma ILC 61131-3. Fonte: Guimares,2005. ................... 14

Figura 5 - Interface do ambiente de programao do software PCWORX 5. .......................... 16

Figura 6 - Arquitetura bsica do sistema GPRS ....................................................................... 18

Figura 7 - Diagrama da arquitetura de comunicao de longa distncia utilizada no projeto .. 19Figura 8 - Fluxograma do processo da ETA do projeto ........................................................... 24

Figura 9 - Transmissor de vazo eletromagntico da linha de gua bruta (FIT1). ................... 26

Figura 10 - Transmissor de Nvel ultra-snico localizado no reservatrio de gua bruta. ....... 27

Figura 11- Filtros utilizados no projeto da ETA. ..................................................................... 28

Figura 12- Detalhe das vlvulas pneumticas do filtro 2. ........................................................ 29

Figura 13 - Diagrama dos filtros e vlvulas no fluxograma. .................................................... 30

Figura 14 - Imagem da bomba utilizada para retrolavagem dos filtros. ................................... 32

Figura 15O controlador ILC 150 ETH utilizado no projeto. ................................................ 38

Figura 16- Carto IB IL 24 DI 32/HD de trinta e duas entradas digitais. ................................ 39

Figura 17Carto IB IL 24 DI 4 ME de quatro entradas digitais. .......................................... 39

Figura 18 - IB IL 24 DO 32/HD com trinta e duas sada digitais............................................. 40

Figura 19Carto IB IL AI 8/SF de oito entradas analgicas configurveis.......................... 41

Figura 20Carto IB IL AI 2 SF de dois pontos analgicos configurveis. .......................... 42

Figura 21Exemplo de uma das pginas da lista de I/Os. ...................................................... 43

Figura 22Parte do documento Matriz de Causa e Efeito. ..................................................... 45

Figura 23Parte do Diagrama de Alarmes. ............................................................................ 45

Figura 24Janela de seleo do controlador no PCWORX. ................................................... 46

Figura 25 - Tela Bus Configuration Workspace do PCWorx. ................................................. 47

Figura 26Associao das variveis globais para cada ponto do carto IB IL 24 DI 32/HD.48

Figura 27POUs utilizadas nesse projeto. .............................................................................. 49

Figura 28Programa LOG FILT. ........................................................................................... 50

Figura 29Programa REC_E_LODO. .................................................................................... 51


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vii

Figura 30Blocos do tipo CONV_BOOL_DECIMAL no programa GERA_STRING. ....... 52

Figura 31Blocos do tipo Conv_String no programa Gera_String. ....................................... 53

Figura 32Bloco do tipo COM_RS232 do programa MAIN. ................................................ 54

Figura 33Bloco do tipo COM_ETH do programa MAIN. ................................................... 55

Figura 34Bloco do tipo PROCESSA_DADOS do programa Main. .................................... 56

Figura 35Tela do Software SoftGPRS.................................................................................. 57

Figura 36Tela de configurao de retransmisso. ................................................................ 58

Figura 37 Tela de configurao dos tags de comunicao da pasta Data_in. .......................... 60

Figura 38 - Tela de configurao dos tags de comunicao da pasta Data_out ....................... 60

Figura 39 - Tela inicial do sistema de superviso da cidade .................................................... 62

Figura 40Tela principal da ETA. .......................................................................................... 63

Figura 41 - Display numrico usado na tela principal da ETA ................................................ 64

Figura 42Tela de acionamento da ETA. ............................................................................... 66

Figura 43 - Exemplo de tela de acionamento das bombas dos poos....................................... 66

Figura 44 Tela de acionamento das bombas dosadoras ........................................................... 67

Figura 45 - Tela de acionamento de uma bomba do processo com controlador. ..................... 68

Figura 46 - Tela de acionamento da lgica do decantador ....................................................... 69

Figura 47 - Tela de histrico das variveis analgicas ............................................................. 70Figura 51 - Tela que permite fazer consulta das variaveis e exportar para o Excel. ................ 71

Figura 49 - Tela do Totalizador de sada .................................................................................. 72


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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Nomenclatura dos mdulos Phoenix Contact. Fonte: Soares, 2010. ...................... 15

Tabela 2 - Lgica de intertravamento dos poos. ..................................................................... 27

Tabela 3 - Configurao das vlvulas durante a retrolavagem do filtro 1 e 2. ......................... 31

Tabela 4 - Configurao das vlvulas durante a retrolavagem dos filtros 1 e 2. ...................... 33

Tabela 5Lista dos transmissores da ETA. ............................................................................ 35

Tabela 6Lista das bombas e do compressor utilizados na planta. ........................................ 36

Tabela 7Lista das vlvulas presentes na planta. ................................................................... 37

Tabela 8Chaves discretas presentes na planta. ..................................................................... 37


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LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SMBOLOS

ADSL- Asymmetric Digital Subscriber Line.

AIAnalog input (Entrada analgica)

AOAnalog output (Sada Analgica)

BUSBarramento de rede

CCOCentro de Controle Operacional

CLPControlador lgico programvel

CPUCentral Processing Unit

DDE- Dynamic Data ExchangeDIDigital input (Entrada digital)

DODigital output (Sada digital)

ETAEstao de tratamento de gua

FIT- Flow Indicator Transmiter

GPRS- General Packet Radio Service

I/OInput / Output (Entradas / Sadas)

IEC- International Eletrotechnical CommissionIHMInterface Homem Mquina

ILInstruction List (Lista de Instrues)

LDLadder Diagram

LITLevel Indicator Transmite

POU - Program Organization Unit

SABESPCompanhia de saneamento bsico do estado de So Paulo

SCADASupervisory Control and Data AcquisitionSFC- Sequential Function Chart


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SUMRIO

RESUMO .................................................................................................................................. iv

ABSTRACT .............................................................................................................................. v

LISTA DE FIGURAS .............................................................................................................. vi

LISTA DE TABELAS ........................................................................................................... viii

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SMBOLOS ..................................................... ix

SUMRIO ................................................................................................................................. 1

1.

INTRODUO .................................................................................................................. 4

1.1 Apresentao ..................................................................................................... 4

1.2 Objetivo ............................................................................................................ 5

1.3 Justificativa ....................................................................................................... 5

1.4 Estrutura do Trabalho ....................................................................................... 5

2. Fundamentao Terica .................................................................................................... 7

2.1

O Processo tradicional de tratamento de gua. ................................................. 7

2.2

Automao ........................................................................................................ 8

2.3 Controlador Lgico Programvel ..................................................................... 8

2.3.1 Definio ...................................................................................................... 8

2.3.2 Princpio de Funcionamento ....................................................................... 10

2.3.3 Arquitetura bsica do CLP ......................................................................... 11

2.3.4 Linguagem de programao ....................................................................... 12

2.3.5 Modelo de Software. .................................................................................. 13

2.3.6 Controlador Lgico Programvel e mdulos Phoenix. .............................. 15

2.4 Sistema GPRS ................................................................................................. 17


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2

2.4.1 O sistema .................................................................................................... 17

2.4.2

Software SoftGPRS .................................................................................... 18

2.4.3 Princpio de Funcionamento ....................................................................... 18

2.4.4

Limitaes do SoftGPRS............................................................................ 19

2.5

Supervisrio .................................................................................................... 20

2.5.2 Variveis ..................................................................................................... 20

2.5.3 Elipse E3..................................................................................................... 21

3. DESCRITIVO, LEVANTAMENTO DE REQUISITOS E LGICA DE

FUNCIONAMENTO DA ETA DO PROJETO ................................................................... 23

3.1

Viso Geral ..................................................................................................... 23

3.2

Captao da gua bruta ................................................................................... 25

3.3 Dosagem de produtos qumicos ...................................................................... 25

3.4 Controle de Nvel do reservatrio de gua bruta. ........................................... 26

3.5

Descritivo dos filtros ....................................................................................... 27

3.6 Lgica para o processo de filtrao ................................................................ 29

3.7 Lgica do processo de Retrolavagem dos filtros ............................................ 30

3.8

Drenagem do Filtro aps a retrolavagem. ....................................................... 33

3.9 Recuperao da gua e descarte de lodo ......................................................... 34

4. Projeto do Sistema SCADA. ........................................................................................... 35

4.1 A lista de instrumentos. .................................................................................. 35

4.2 Especificao do Sistema SCADA. ................................................................ 38

4.2.1 Especificao do controlador. .................................................................... 38

4.2.2

Cartes de expanso. .................................................................................. 38

4.3

Lista de I/Os. ................................................................................................... 42

4.4 O Fluxograma do processo ............................................................................. 44

4.5

A matriz de causa e efeito ............................................................................... 44

4.6 Diagrama de Alarmes ..................................................................................... 45

4.7 PROGRAMAO DO CLP .......................................................................... 46

4.7.1

Configurao do CLP. ................................................................................ 46

4.7.2

Lgica de programao .............................................................................. 48

4.8 Software SoftGPRS ........................................................................................ 56


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3

4.8.1 Tipo dos dados............................................................................................ 58

4.9

Sistema de superviso ..................................................................................... 58

4.9.1 Configurao do driver de comunicao com o SoftGPRS ....................... 59

4.10

Telas de operao ........................................................................................... 61

4.10.1

Fluxograma das Telas. .............................................................................. 61

4.10.2 cone na tela principal .............................................................................. 62

4.10.3 Tela principal da ETA .............................................................................. 63

4.10.4

Animao da tela principal ....................................................................... 64

4.10.5 Telas popup de acionamento .................................................................... 65

5.

CONCLUSES ................................................................................................................ 73

REFERNCIAS ..................................................................................................................... 74


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1. INTRODUO

1.1 Apresentao

A gua um recurso natural essencial a vida e abundante no planeta Terra, mas de

todo o volume de gua presente no planeta apenas 3% consiste de gua doce e dentro desses

3% mais de 2,5% esto em forma de geleiras e no disponveis para o uso humano, sobrando

assim apenas 0,5% do total da gua para o consumo humano (ANA, 2009, p. 4.).

A utilizao da gua para abastecimento domstico exige um tratamento prvio j que

para estar liberada para consumo humano ela deve atender a uma srie de especificaes

como: estar isenta de substncias qumicas prejudiciais sade, estar isenta de organismos

prejudiciais a sade, ser adequada para servios domsticos, baixa agressividade e dureza, e

ser esteticamente agradvel (baixa turbidez, incolor, inodora, sem sabor e ausncia de

microorganismos).

O crescimento populacional e consequente aumento na demanda de gua tratada, aliada a

perodos longos de estiagem em um municpio da regio metropolitana do estado do Rio de

Janeiro gerou a necessidade do aumento da oferta para atender a demanda atual. Para

solucionar esse problema foi projetada e implementada a primeira estao de tratamento de

gua da cidade pela empresa responsvel pela distribuio de gua e saneamento bsico do

municpio, j que at ento, toda a gua tratada consumida na cidade era adquirida de outra

empresa.

Terminadas as etapas de construo da estao de tratamento de gua (ETA) e da

implementao de seus sistemas hidrulicos e eltricos ficou sob a responsabilidade da

empresa T&T Automao e Sistemas LTDA o desenvolvimento e a implementao de um

Sistema Superviso e Aquisio de dados (SCADA) para a ETA. Desta forma, este trabalho

tem como objetivo geral apresentar o projeto de automao e controle do sistema SCADA

implementado para ETA.


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1.2 Objetivo

Conforme o exposto, este trabalho tem como objetivos especficos:

- projetar e implementar o sistema de controle da ETA;

- projetar as interfaces homem mquina (IHM) utilizadas na operao da ETA.

-apresentar a comunicao implementada no projeto.

1.3 Justificativa

A automao permite um aumento da confiabilidade da produo, no caso especfico

da ETA de extrema importncia que gua produzida esteja dentro das especificaes de

qualidade.

Aumenta a eficincia do processo reduzindo custos com produtos qumicos,

garantindo a proteo dos mananciais e o tratamento correto do lodo produzido. Alm de

permitir a produo de relatrios precisos sobre a produo e tambm a possibilidade de atuar

no processo mesmo a distncia por meio do sistema supervisrio.

1.4 Estrutura do Trabalho

Este trabalho est organizado em cinco captulos.

O primeiro captulo, o captulo de introduo consiste da apresentao do tema, dos

objetivos do trabalho e da justificativa da realizao do mesmo alm de descrever a estruturado trabalho.

No segundo captulo so apresentadas a fundamentaes tericas necessrias para o

entendimento do trabalho, explicando seus principais conceitos.

No terceiro captulo descrito o funcionamento da ETA que serviu de base para o

desenvolvimento da lgica do programa do CLP alm dos requisitos de funcionamento

passados pelo cliente.


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6

No quarto captulo encontra-se a etapas do desenvolvimento do processo, como

documentao, programao do CLP, aplicao da telemetria e o desenvolvimento do sistema

supervisrio.

No quinto e ltimo captulo so apresentados a concluso do trabalho e os comentrios

finais.


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2. Fundamentao Terica

2.1 O Processo tradicional de tratamento de gua.

A ETAs funcionam como fbricas de gua potvel, o processo de tratamento de

gua dividido em fases e cada uma deve seguir rgido controle de qualidade.

As etapas do tratamento convencional da gua so:

Pr-clocarao Logo que a gua chega a estao de tratamento cloro

adicionado a gua para facilitar a retirada de matria orgnica e metais da gua

bruta;

Pr-alcalinazaoA gua agora j clorada recebe soda ou cal para ajustar o

valor do pH da gua, para consumo humano o valor de pH da gua deve estar

entre 6 e 9,5;

Coagulao Nessa etapa adicionada a gua um coagulante para que a

substncias slidas presentes na guas se agreguem;

FloculaoAps a coagulao ocorre uma mistura lenta da gua para facilitar

a formao dos flocos das partculas slidas;

Decantao A gua agora passa por tanques responsveis pela separao dos

flocos formados na etapa anterior;

FiltraoLogo depois, a gua passa por filtros que so responsveis por reter

a sujeira que restou da fase de decantao;

Ps- alcalinizao- Nessa etapa feita a correo final do pH da gua de forma

a evitar a corroso ou incrustao nas tubulaes;

Desinfecoltima adio de cloro no lquido antes de sua sada da ETA, de

forma a garantir uma gua isenta de bactrias e vrus na rede de distribuio;

FluoretaoO Flor adicionado gua de forma a prevenir cries.

Este processo de tratamento da gua pode ser feito de forma manual ou automtica.

Quando realizado da forma manual a qualidade do produto est sujeita as falhas cometidas

pelo homem. Alm disso, a manuseio de certos produtos qumicos pode ser nocivo para o

operador. Desta forma, a forma mais adequada para a produo da gua tratada deve utilizar


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tcnicas de automao. Podendo com isso, aumentar a produtividade, qualidade,

repetibilidade dos parmetros de qualidade sem prejuzo aos operadores envolvidos no

processo.

2.2 Automao

A histria da automao industrial comea com a criao das linhas de montagens

automobilsticas com Henry Ford, na dcada de 20.

Automao Industrial o uso de qualquer dispositivo mecnico ou eletro-eletrnico

para controlar mquinas e processos, substituindo mo de obra humana e realizando outrastarefas que o humano no consegue realizar. um passo alm da mecanizao e largamente

aplicada nas mais variadas reas de produo industrial.

A automao na indstria decorre de necessidades tais como: maiores

nveis de qualidade de conformao e de flexibilidade, menores custos de

trabalho, menores perdas de materiais e menores custos de capital, maior

controle das informaes relativas ao processo, maior qualidade das

informaes e melhor planejamento e controle da produo.

(MORAES;CASTRUCCI,2003).

Atualmente, o controlador lgico programvel (CLP) uma das tecnologias

largamente empregadas para prover a automao em diversas reas.

2.3

Controlador Lgico Programvel

2.3.1 Definio

Controlador Lgico Programvel (CLP) ou Programmable Logic Controller

(PLC) pode ser definido como um equipamento de controle industrial

microprocessado, capaz de armazenar instrues para implementao defunes de controle (seqncia lgica, temporizao e contagem, por


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exemplo), alm de realizar operaes lgicas e aritmticas, manipulao de

dados e comunicao em rede. Geralmente as famlias de Controladores

Lgicos Programveis so definidas pela capacidade de processamento de

um determinado nmero de pontos de entradas e/ou sadas (E/S). (GEORGINI, 2002).

Os CLPs tm capacidade de transmisso de dados via canais seriais, USB, ethernet,

entre outros. Estas interfaces interligam a redes de microcomputadores permitem prover as

IHM e consequente sistemas de controle integrados. Tipicamente, os softwares de superviso,

associados ao CLP, permitem implementar as IHMs que possibilitam a interao amigvel

com as variveis do processo. Neste caso, o CLP alm de implementar os controles,intertravamentos e bloqueios, tambm promove as interfaces de entrada e sada de dados. A

figura 1 apresenta um diagrama bsico do CLP com os dispositivos de entrada e sada.

Figura 1 - Aplicao genrica do CLP. Fonte: Georgini,2002.


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Originalmente, o CLP foi idealizado para atender a aplicao da indstria

automobilstica. O objetivo era alterar o funcionamento de uma linha de montagem sem

modificaes eltricas, substituindo os rels dos circuitos lgicos seqenciais ou

combinacionais para o controle industrial. A indstria em questo a Hydronic Division da

General Motors, em 1968, sob o comando do engenheiro Richard Morley e seguindo uma

especificao que refletia as necessidades de muitas indstrias manufatureiras.

Conforme Bega (2003), atualmente os CLPs executam muitas funes que no eram

contempladas no seu projeto original, incluindo controle avanado, operao com sinais

analgicos, entre outros.

2.3.2 Princpio de Funcionamento

De acordo com Atos (2006), os primeiros procedimentos executados pelo CLP ao

energiz-lo, so:

1. Teste de escrita/leitura da memria RAM;

2. Limpeza das memrias imagens de entrada e sada;

3.

Teste de executabilidade do programa de usurio;4. Execuo das rotinas de inicializao (limpeza de registros auxiliares de

trabalho, limpeza de display, preparao do teclado).

Aps realizar o processo de inicializao, o CLP comea a executar rotinas repetitivas

em um loop, ou seja, realiza uma varredura constante. Essa seqncia de atividades ocorre

em um ciclo, chamado de Varredura ou Scan, figura 2. Segundo Atos (2006), o ciclo de

Varredura pode ser descrito da seguinte forma:

Primeiramente ocorre a verificao dos dados das entradas, transferindo-ospara uma memria imagem. Esta memria um espelho do estado das entradas

e sadas e ser consultada no decorrer do processamento do programa do

usurio.

Uma vez gravados os dados das entradas na respectiva memria imagem,

inicia-se a execuo do programa de acordo com as instrues definidas pelo

usurio. Durante o processamento do programa, o CLP armazena os dados na

memria imagem das sadas.


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11

Por fim, o CLP transfere esses dados para as sadas fsicas. Desta forma, o

ciclo termina e a varredura reiniciada.

Figura 2 - Diagrama do ciclo de varredura ou scan. Fonte: Atos,2006.

2.3.3

Arquitetura bsica do CLP

O hardware de um CLP constitudo basicamente de:

CPU (Central Processing Unit Unidade Central de Processamento):

Compreende o processador (microprocessador ou processador dedicado), o

sistema de memria (ROM E RAM) e os circuitos auxiliares de controle. A

figura 3 mostra a arquitetura bsica da CPU;


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Mdulos de I/O (Input/Output Entrada/Sada): podem ser discretos (sinais

digitais de 12VDC, 110VAC, contatos normalmente abertos, contatos

normalmente fechados) ou analgicos (sinais analgicos 4-20mA, 0-10VDC,

termopar);

Fonte de Alimentao: Responsvel pela tenso de alimentao fornecida

CPU e aos mdulos de I/O.

Figura 3 - Estrutura bsica de uma CPU. Fonte: Georgini, 2002.

2.3.4 Linguagem de programao

O terminal de programao pode ser dedicado com um software especfico que

promove a interface com a linguagem de programao que permite a comunicao do usurio

com o CLP para program-lo.

A norma IEC 61131-3 define cinco tipos de linguagem de programao:

Lista de Instrues (ILInstruction List): Esta linguagem se assemelha a uma

linguagem de baixo nvel, similar a linguagem Assembler. melhor


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empregada em aplicaes menores ou para otimizao de partes de uma

aplicao mais complexa.

Texto Estruturado (ST Structured Text): uma linguagem de alto nvel,

similar ao Pascal. Geralmente utilizada para representar declaraes

complexas, que envolvam variveis que representam uma ampla faixa de dados

de diferentes tipos, incluindo valores analgicos e digitais.

Diagrama Ladder (LDLadder Diagram): O nome Ladder deve-se ao fato da

linguagem parecer-se com uma escada. a linguagem mais popular entre os

usurios dos antigos sistemas de controle a rels. Esta a representao lgica

da seqncia eltrica da operao.

Diagrama de Blocos de Funo (FBD Function Block Diagram): uma

linguagem grfica representada por blocos conectados entre si como um

circuito eltrico. apropriada para aplicaes que envolvam fluxo de

informaes, ou dado, entre os componentes de controle.

Diagrama Funcional Seqencial (SFC Sequencial Function Chart): No

vista por muitos como uma linguagem, j que ordena blocos de comandos que

so executados. Muito til quando se tem muitas sub-rotinas que podem ou no

ser chamadas para execuo. uma linguagem estruturada, portanto permite

que equipes diferentes faam partes diferentes de um nico programa, e que

este funcione a contento depois de reunidas as partes.

2.3.5 Modelo de Software.

Trata-se de um conjunto de conceitos que definem uma infra-estrutura paracomposio da soluo dos problemas de automao em partes formais eclaras. O uso dessa caracterstica permite o desenvolvimento de grandesprojetos de forma mais simples e clara do que acontecia nos CLPs

anteriores a IEC 61131-3. (Faustino, 2005, p. 31).

O modelo de software composto de camadas sendo que cada uma tem caractersticas

especficas, como apresentado na figura 4.


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Figura 4 - Modelo de software da norma ILC 61131-3. Fonte: Guimares,2005.

Conforme a norma IEC 61131-3, o elemento mais baixo dessa hierarquia as

Unidades de Organizao do Programa (POUs) e pode ser de trs tipos:

Programa (program) definido pela norma como uma montagem lgica de

todos os elementos e linguagens necessrias para o processamento requerido

para o controle de uma mquina ou processo por um sistema de controle

programvel. (Faustino,2005).

Blocos de Funo (Function Blocks) So POUs que produzem um ou mais

valores de sada quando executadas, permitida a utilizao de mltiplas

instncias desse elemento, sendo que cada uma tem uma estrutura interna de

dados contendo suas sadas e variveis.

Funes (Functions) POUs com um nico valor de sada e que podem ser

chamadas em expresses algbricas ou lgicas em linguagens textuais.

Na prxima camada tem-se os recursos (resources) que funcionam como mquinas

virtuais capazes de rodas um ou mais programas, para que seja possvel a execuo desses

programas contidos nos recursos, o programa deve estar associado a uma tarefa (Task) j que

esse comanda a execuo dos programas e dos blocos de funo.


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2.3.6 Controlador Lgico Programvel e mdulos Phoenix.

O CLP e os mdulos de I/O usados neste projeto so fabricados pela PhoenixContact. Para cada tipo de processo existe uma soluo de automao diferente. Para o

controle das operaes a Phoenix oferece comandos de memria programvel em diversas

classes de potncia, que podem ser utilizados de forma centralizada ou descentralizada,

contudo todos os equipamentos so programados e parametrizados de maneira uniforme com,

baseado na norma IEC 61131.

As funes do CLP so:

Transferncia dos dados de sada para os mdulos de sada;

Transferncia dos dados de entrada para o sistema de controle;

Funes e controle para a operao da rede;

Controle da circulao cruzada de dados;

Controle do protocolo de I/O cclico;

Pr-processamento de dados do processo;

Superviso da rede Interbus

Os mdulos de I/O adicionados podem ser de entradas ou sadas, digitais ouanalgicas. A funo do mdulo I/O consiste na recepo e transferncia de dados entre o

CLP e o sensor ou atuador.

A nomenclatura dos produtos de acordo com suas propriedades. A tabela 1 mostra

como a representao da nomenclatura dos produtos Phoenix.

Tabela 1 - Nomenclatura dos mdulos Phoenix Contact. Fonte: Soares, 2010.

IBS ou IB significam que a interface de comunicao desses mdulos pela rede

Interbus. Sendo que, o IBS usado para os produtos que tem funo de n na rede, enquanto

o IB usado para todos os outros.

Existem vrios tipos de famlia para um variado nmero de aplicaes. O que asdiferencia so as funes e o tipo da conexo dos mdulos.


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16

Depois da famlia vem a tenso de trabalho, geralmente 24 V DC, em seguida a

funo do mdulo, se entrada digital (DI), sada digital (DO), entrada analgica (AI), sada

analgica (AO). Existem mdulos de 2, 4, 8, 16 e 32 pontos. Varia de acordo com a

necessidade do processo. O tipo de ligao pode ser de dois ou trs fios. A informao

adicional pode ser o meio fsico que deve ser utilizado para comunicao, se for a letra T por

exemplo, significa que o mdulo possui interface em cabo com par tranado (Twisted Pair).

Para desenvolvimento do controle foi utilizado o software de programao PC Worx

5, software desenvolvido pela Phoenix Contact, sem custo de aquisio, na figura 5

possvel visualizar a interface do ambiente de programao. No mesmo software feita a

configurao de comunicao com o campo e com o sistema de superviso.

O sistema Interbus tambm foi desenvolvido pela Phoenix Contact e est disponvel

desde 1987. um sistema aberto de alto desempenho, com uma rede de dispositivos em anel

e distribudo. A estrutura em anel oferece a possibilidade de enviar e receber dados

simultaneamente (full-duplex). Pode operar com a maioria dos pacotes de software padres e

sistemas de operao, alm disso, suportado por mais de 300 fabricantes de dispositivos de

I/O no mundo todo.

INTERBUS um sistema de barramento serial, que transmite dados entre sistemas de

controle e mdulos I/O espacialmente distribudos que esto ligados a sensores e atuadores(Phoenix Contact, 2009).

Figura 5 - Interface do ambiente de programao do software PCWORX 5.


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17

O INTERBUS padro S possui mtodo de acesso ao barramento tipo mestre-escravo,

pelo qual o barramento mestre age simultaneamente como a interface ao controle de alto nvel

ou sistema de barramento.

O mdulo de I/O constitui a ligao entre o Interbus e a periferia do

processo. A funo do mdulo de I/O consiste na recepo e transferncia

de dados entre a host controller board e o sensor ou atuador. Neste

processo, podem ser transmitidos sinais digitais e/ou analgicos da periferia

do processo e para a mesma(Soares, 2010).

Neste projeto, alm da tecnologia de CLP da Phoenix Contact foi necessrio utilizar o

sistemaGPRS para atender o requisito de acesso remoto exigido pelo cliente.

2.4

Sistema GPRS

O Servio de Rdio de Pacote Geral ou GPRS(General Packet Radio Service) um

servio que permite o envio e a recepo de informaes atravs de uma rede telefnica

mvel.

Com o GPRS, a informao dividida em pacotes relacionados entre si antes de ser

transmitida e remontada no destinatrio.

2.4.1 O sistema

Este sistema monitora equipamentos de instrumentao ligados ao CLP. Utilizando

um modem externo com comunicao serial RS232, o controlador envia os dados atravs da

Internet utilizando a rede GPRS de uma operadora de celular. Os dados so recebidos pelo

software SoftGPRS que funciona como driver de comunicao entre CLP e o sistema de

superviso. A figura 6 representa a arquitetura bsica do sistema GPRS.

Uma das necessidades desse sistema que a conexo de Internet do computador que

possua o SoftGPRS do tipo servidor tenha um com IP fixo, para que o CLP fique configurado

a se conectar com esse endereo de IP, quanto ao IP da conexo do CLP no importa que seja

dinmico j que a conexo se d do CLP para o computador servidor.


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Figura 6 - Arquitetura bsica do sistema GPRS

2.4.2 Software SoftGPRS

Software desenvolvido pela T&T Automao e Sistemas Industriais Ltda. em Visual

Basic 6.0 e utilizado para prover os dados que chegam do CLP ao sistema de superviso

utilizando a comunicao Dinamic Data Exchenge (DDE).

2.4.3 Princpio de Funcionamento

O SoftGPRS foi desenvolvido para ser usado no sistema GPRS, mas neste projeto

especificamente foi usado conexo de Internet do tipo ADSL da Oi-Velox utilizando a linha

telefnica ao invs da rede GPRS.O SoftGPRS pode receber informaes de vrios processos de locais diferentes que

tenham um CLP. Utilizando um modem externo o controlador envia os dados por meio da

Internet para o software SoftGPRS. O software envia os dados para o sistema de superviso e

tambm recebe os dados do mesmo, os quais, ele transmite para os CLPs.

Essa adaptao na arquitetura do sistema GPRS para ser usado com a rede Oi-Velox

pode ser observada na figura 7. O controlador ligado por um cabo Ethernet ao modem

ADSL, que envia os dados ao SoftGPRS instalado no computador servidor da empresaatravs da rede. Como o computador servidor da empresa tambm fica no CCO, usada a


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19

rede interna da empresa para retransmitir os dados do softGPRS servidor para o softGPRS

cliente, localizado no mesmo computador onde roda o sistema de superviso.

Figura 7 - Diagrama da arquitetura de comunicao de longa distncia utilizada no

projeto

2.4.4 Limitaes do SoftGPRS

O software SoftGPRS foi criado para processos pequenos com poucas entradas e

sadas. O seu uso em processos maiores pode subutilizar os recursos do CLP e do sistema de

superviso. A verso utilizada no projeto, permite apenas dois grupos de quatorze dados de

leitura enviados do CLP para o sistema de superviso. O nmero de dados de escrita tambm

limitado, so no mximo vinte e cinco dados enviados do sistema de superviso para o CLP.


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20

2.5 Supervisrio

2.5.1

Definio

Um sistema de superviso responsvel pelo monitoramento de variveis de controle

do sistema, seu objetivo propiciar uma interface de alto nvel fornecendo subsdios ao

operador para controlar ou monitorar um processo, informando-o, em tempo real, de todos os

eventos de importncia na planta.

O software de superviso a ferramenta de desenvolvimento de aplicativos, que

realiza a comunicao entre o computador e uma de rede de automao. O ato de coletar e

posteriormente manipular, analisar, armazenar e apresentar ao usurio que o caracteriza

como SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition).

Com o auxlio de um computador e atravs do sistema de superviso o processo pode

sofrer interveno humana, por exemplo, se o operador deseja fechar uma vlvula, mas

esqueceu de verificar o status de uma bomba, mesmo que ele mande um comando para a

mesma, esta no obedecer, a no ser que ele assuma os riscos dessa ao.

O sistema permite o processamento de alarmes, quando um evento excepcional ocorre,

a habilitao de acionamentos, o acompanhamento das variveis do processo em tempo real e

execuo de anlises de histricos e grficos.

Para monitorar e controlar o processo com eficincia so criadas variveis numricas e

alfanumricas, chamadas de tags, que representam o processo real.

2.5.2

Variveis

As variveis ou tags podem ser divididas em dois grupos, internas ou externas.

Variveis internas no possuem vnculo direto com o programa, ou seja, elas no

possuem um link direto com uma varivel do processo, pode ser resultado de um clculo, ou

de comparaes feitas entre variveis do processo ou apenas variveis criadas para auxiliar no

desenvolvimento do sistema supervisrio.


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Variveis externas possuem vnculo direto com o programa, e este feito atravs de

um driver de comunicao. No projeto o driver utilizado possui interface DDE, embora

tambm seja possvel interfacear com drivers OLE Process Control (OLE).

2.5.3 Elipse E3

Este sistema de superviso foi desenvolvido para funcionar sob uma plataforma

operacional Windows. O software utilizado para o desenvolvimento do sistema de

superviso foi o Elipse E3 verso 3.2, desenvolvido pela Elipse Software Ltda. Este software

pode fazer a aquisio de dados atravs do driver de comunicao DDE, entre outros.

O Elipse E3 um sistema completo de superviso e controle de processos, atendendo

os mais modernos requisitos de conectividade, flexibilidade e confiabilidade. Sua arquitetura

totalmente voltada operao em rede e aplicaes distribudas, com operao em rede

totalmente transparente, pode ser comparado a um verdadeiro sistema multicamadas,

oferecendo uma plataforma de rpido desenvolvimento de aplicaes, alta capacidade de

comunicao e garantia de expanso, preservando assim seus investimentos. O software

permite a comunicao com inmeros protocolos e equipamentos, e pode acomodar tantosistemas locais como geograficamente distribudos.

As aplicaes desenvolvidas com o Elipse E3 utilizam conceitos do paradigma

orientao a objetos. Isto aumenta a qualidade da aplicao, reduzindo os custos de

programao e manuteno dos sistemas.

O E3 Server o servidor de aplicaes, onde so processadas as comunicaes e

gerenciados os processos principais do sistema, alm de enviadas as informaes grficas e

dados para os clientes em qualquer ponto da rede. possvel que vrios servidores executemprojetos diferentes, porm fazendo parte da mesma aplicao, permitindo distribuir atividades

entre mquinas de acordo com sua necessidade. Foi desenvolvido para ser executado sobre os

sistemas operacionais Windows Vista, XP e 2003 (32 e 64 bytes).

O E3 Studio uma ferramenta nica de configurao do sistema, servindo como

plataforma universal de desenvolvimento. Possui um ambiente moderno e amigvel, incluindo

um editor grfico completo para a criao das interfaces de operao do usurio e um editor

de Scripts. Permite que um mesmo sistema seja editado por vrias pessoas ao mesmo tempo,ou ainda que vrios Studios estejam conectados em um mesmo servidor remoto, com


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mltiplas configuraes. Pode ser executado nos sistemas operacionais Windows Vista, XP e

2003.

O E3 Viewer a interface de operao com o usurio (console de operao). Permite

rodar a aplicao que est no servidor em qualquer computador, podendo ser executado tanto

na rede local como na Intranet/Internet via browser. Em ambos os modos, no necessrio a

instalao do aplicativo na mquina cliente, pois todos os componentes (telas, bibliotecas,

controles ActiveX) so baixados do servidor e registrados automaticamente. O E3 Viewer foi

desenvolvido com o objetivo de apresentar informaes de forma rpida e precisa com alta

qualidade grfica, facilitando a operao do projeto. Disponvel para as plataformas Windows

Vista, XP e 2003.


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3. DESCRITIVO, LEVANTAMENTO DE REQUISITOS E LGICA DE

FUNCIONAMENTO DA ETA DO PROJETO

3.1 Viso Geral

Neste captulo apresentada a lgica de funcionamento da ETA, passado pelo cliente

por meio de reunies e pelo documento descritivo do processo.

Basicamente, a ETA recebe gua bruta dos poos, produtos qumicos necessrios para

o tratamento da gua so adicionados gua bruta, essa gua deslocada para umreservatrio onde fica armazenada.

A gua bruta armazenada enviada aos filtros onde as impurezas sero retiradas da

gua pelo processo de filtrao. Aps a filtrao a gua considerada tratada, essa gua

escoada para um segundo reservatrio, o reservatrio de gua tratada de onde esta

bombeada para a rede de distribuio.

Nessa planta tambm ocorre processos secundrios necessrios para o bom

funcionamento da ETA e para diminuir o desperdcio da gua e eliminao das impurezas

acumuladas: a retrolavagem, que trata do processo de limpeza dos filtros, do

reaproveitamento da gua utilizada na limpeza dos filtros e por ltimo do descarte do lodo

acumulado.

A figura 8 apresenta o fluxograma da ETA que ilustra todo o processo.


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Figura 8 - Fluxograma do processo da ETA do projeto


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3.2 Captao da gua bruta

A ETA do projeto recebe gua de cinco poos localizados dentro de um raio de 500m

da ETA, onde est localizado o poo P1. Eles so denominados P1, P2, P3, P4 e P6 (Figura

8), sendo que P3 um poo auxiliar a P4 e s entrar em operao no caso de alguma falha na

bomba do poo P4, P4 o poo que fornece maior volume de gua para ETA.

Os poos necessitam de um tempo para recuperarem seu nvel, tempo esse em que o

poo deve ficar fora de operao sem fornecer gua bruta para ETA.

A ETA opera entre as 10 e 22 horas (momento de maior demanda de gua) com os

quatro poos fornecendo gua para ser tratada, gerando um volume mdio de 50 m de gua

bruta por hora (o sistema limitado a tratar no mximo 60 m/h por conta da limitao dos

filtros).

No perodo entre 22 horas e 10 horas, o fornecimento de gua bruta para a ETA

realizado pela operao de dois poos por vez em um perodo de seis horas para cada dupla,

dando assim seis horas de recuperao para cada poo.

3.3

Dosagem de produtos qumicos

Quatro tipos de produtos qumicos so adicionados a gua bruta ainda na tubulao

antes de entrar no reservatrio de gua bruta, tendo cada um uma funo especfica no

tratamento da gua, so eles: cloro (Cl2), policloreto de alumnio chamado de PAC, soda

custica (NaOH) e flor.

O cloro tem a funo de desinfectar a gua, eliminando os microorganismos nocivos

sade humana, o PAC um coagulante que aglutina os slidos presentes na gua formando

flocos maiores de impurezas facilitando sua retirada na filtrao.

A soda custica adicionada a gua bruta para reduzir a acidez da gua devido o seu

pH bsico e por ltimo adicionado o flor para auxiliar na preveno das cries em seres

humanos.

A dosagem realizada em funo da vazo de entrada de gua bruta da ETA que

medida por um transmissor de vazo do tipo eletromagntico da fabricante CONAUT (Figura

9) configurado para um range de vazo de 0 a100m/h e sinal de sada em corrente de 4 a 20mAcc.


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Figura 9 - Transmissor de vazo eletromagntico da linha de gua bruta (FIT1).

A dosagem efetuada por bombas dosadoras do tipo diafragma (uma para cada

produto) do fabricante NETZSCH da linha C.204 (BD1, BD2, BD3, BD4 na figura 8) que

tm velocidade controlada por meio de um microprocessador interno a partir de um sinal de

corrente de 4 a 20 mAcc.

3.4 Controle de Nvel do reservatrio de gua bruta.

O reservatrio de gua bruta tem um volume de 65,55 m e recebe a gua vinda dospoos, por isso a vazo de entrada determinada por quantos e quais os poos esto sendo

utilizados no momento.

O controle de nvel desse poo realizado pela bomba de recalque do filtro associado

com um inversor de freqncia de 5 CV que controla a sua velocidade retirando gua bruta do

reservatrio e enviando para os filtros.

A medio do nvel realizada por um sensor de nvel do tipo ultra-snico (Figura 10)

do fabricante MS Instrumentos, LIT1 na figura 8, configurado para um range de 0 a 2,2metros com um sinal de sada de 4-20mA.


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Figura 10 - Transmissor de Nvel ultra-snico localizado no reservatrio de gua

bruta.

Para evitar o transbordamento desse reservatrio existe um intertravamento dos poos

em funo do nvel atingido no reservatrio, como indicado na tabela abaixo.

Nvel maior que Desliga

1.95 m. POO 1

1,90 m. POO 2

1.85 m. POO 5

1,80 m. POO 4

Tabela 2 - Lgica de intertravamento dos poos.

3.5 Descritivo dos filtros

A filtrao uma operao de separao de matria em suspenso que existe na gua a

qual se processa quando esta passada atravs de um meio poroso que pode ser areia,antracito, a terra diatomcea ou uma malha muito finamente tecida (LEME, 1990).


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O sistema composto de dois filtros (Figura 11), cada um tem a capacidade de filtrar

um volume de gua de at 30 m/h, a linha de admisso de gua bruta ou tratada do filtro

como tambm por onde a gua vai sair do filtro configurada por meio de vlvulas

pneumticas do tipo solenide (cada filtro tem cinco vlvulas), para a alimentao dessas

vlvulas o sistema possui tambm um compressor. A figura 12 apresenta detalhes das

vlvulas instaladas no filtro nmero 2.

Figura 11- Filtros utilizados no projeto da ETA.


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Figura 12- Detalhe das vlvulas pneumticas do filtro 2.

3.6Lgica para o processo de filtrao

Para realizar a filtrao da gua bruta as vlvulas devem estar configuradas (Figura

13) de forma que o filtro receba gua da linha de gua bruta (XV-001 aberta para o filtro 1 e

XV-006 para o filtro 2) e que a essa gua saa do filtro pela linha de gua tratada (XV-004

aberta para o filtro 1 e XV-009 para o filtro 2), todas as outras vlvulas devem estar fechadasnesse momento.


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Figura 13 - Diagrama dos filtros e vlvulas no fluxograma.

A ETA durante a maior parte de sua operao atua em modo de filtrao, por conta

disso, as vlvulas que devem ficar abertas em modo de filtrao so do tipo normal aberta

(NA) fazendo assim, que no seja necessrio o acionamento do compressor para que elas semantenham nessa condio.

3.7 Lgica do processo de Retrolavagem dos filtros

A retrolavagem dos filtros uma operao necessria para a retirada das impurezas

acumuladas nos gros do filtro durante o processo de filtrao, a retrolavagem ser realizadade acordo com o volume de gua bruta totalizada, de maneira alternada fazendo que a

produo de gua tratada no pare.

A configurao das vlvulas durante a retrolavagem do filtro 1 e 2 est apresentada na

tabela a 3:


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Tabela 3 - Configurao das vlvulas durante a retrolavagem do filtro 1 e 2.

TAG RETROLAVAGEM FILTRO 1 RETROLAVAGEM FILTRO 2

XV01 FECHADA ABERTA

XV02 ABERTA FECHADA

XV03 ABERTA FECHADA

XV04 FECHADA ABERTA

XV05 FECHADA FECHADA

XV06 ABERTA FECHADA

XV07 FECHADA ABERTA

XV08 FECHADA ABERTA

XV09 ABERTA FECHADA


O filtro a ser retrolavado tem sua admisso de gua bruta interrompida, e comea a ser

admitida para o filtro gua tratada vinda do reservatrio de gua tratada por meio do

acionamento da bomba centrfuga para retrolavagem B3 (Figura 14).


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Figura 14 - Imagem da bomba utilizada para retrolavagem dos filtros.

Durante a retrolavagem a bomba de recalque do filtro, B2 da figura 8, deve ter sua

rotao reduzida em 50% j que a produo de gua tratada s est sendo realizada por umdos filtros.

A retrolavagem a gua tratada segue um fluxo no sentido inverso ao da gua bruta no

processo de filtrao, fazendo que os gros fiquem em suspenso dentro do filtro retirando as

impurezas contidas neles.

A gua resultante da retrolavagem sai do filtro pela regio superior a caminho de um

reservatrio chamado de decantador.

Antes de iniciar a retrolavagem o compressor, C1 da figura 8, deve ser acionado porum determinado perodo de tempo de forma a garantir uma presso suficiente na linha de ar


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comprimido para a pilotagem das vlvulas. O processo de retrolavagem por orientaes do

fabricante deve ser realizado durante seis minutos.

3.8 Drenagem do Filtro aps a retrolavagem.

Para que ocorra a retirada da gua de retrolavagem que ficou retida no filtro e tambm

o assentamento dos gros de filtrao, deve ser realizado a drenagem do filtro retrolavado,

isso ocorre com a admisso de gua bruta no filtro e pela sada de gua pelo dreno, que

encaminha a gua para o decantador.A condio das vlvulas durante a drenagem deve seguir a seguinte configurao

durante a drenagem dos filtros 1 e 2).

Tabela 4 - Configurao das vlvulas durante a retrolavagem dos filtros 1 e 2.

TAG RETROLAVAGEM FILTRO 1 RETROLAVAGEM FILTRO 2

XV01 ABERTA ABERTA



XV04 FECHADA ABERTA

XV05 ABERTA FECHADA

XV06 FECHADA ABERTA

XV07 ABERTA FECHADA

XV08 ABERTA FECHADA


XV10 FECHADA ABERTA

Com um fluxo de gua de baixo para cima os gros so assentados e gua que ficou

dentro do filtro retirada, para isso deve voltar a rotao da bomba de recalque dos filtros para

a rotao normal.


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3.9 Recuperao da gua e descarte de lodo

A gua resultante da retrolavagem enviada para um reservatrio decantador, l so

misturadas substncias qumicas que aglutinam as impurezas presentes, essas ficam mais

densas que a gua e decantam, ficando alojadas da base cnica do reservatrio. Todo o

processo tem durao de noventa minutos, aps esse tempo acionada a bomba de

recirculao (B4 da Figura 8) que envia a gua de volta ao reservatrio de gua bruta para ser

filtrada.

Aps uma determinada quantidade de retrolavagens realizado o descarte do lodo

produzido que est acumulado na base do decantador, para isso acionada a bomba de lodo

(B1) responsvel pelo envio para o esgoto do lodo gerado.


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4. Projeto do Sistema SCADA.

4.1 A lista de instrumentos.

Para que seja a realizada a especificao do dispositivo de controle de extrema

importncia o levantamento total do nmero de pontos de entradas e sadas tanto digitais

quanto analgicas que os instrumentos de campos necessitam para a operao, para isso

descrito cada instrumento de campo e a quantidade de pontos a ele associados.

A tabela 5 apresenta a lista dos transmissores da planta e a quantidade de pontos de

I/O e o respectivo range de operao.

Tabela 5Lista dos transmissores da ETA.

TAG DESCRIO DI DO AI AO SINAL

LIT-001 Transmissor de Nvel de gua bruta. 0 0 1 0 4-20mA

LIT-002 Transmissor de Nvel de gua tratada 0 0 1 0 4-20mA

FIT-001 Transmissor de vazo de gua bruta. 1 0 1 0 4-

20mA

FIT-002 Transmissor de vazo de gua tratada pararede.

1 0 1 0 4-20mA

PT-001 Transmissor de presso na rede. 0 0 1 0 4-20mA

Na tabela 6 so apresentados os pontos relacionados as bombas, inversores de

freqncia e do compressor.


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Tabela 6Lista das bombas e do compressor utilizados na planta.


P1 BOMBA DO POO 1 1 1 0 0 -





BD1 BOMBA DOSADORA 1 0 0 0 1 4-20mA




B1 BOMBA DE DESCARTE DE LODO 2 1 0 0 -

B2-SX INVERSOR DE FREQUNCIA BOMBA DERECALQUE DO FILTRO

2 1 1 1 4-20mA

B3 BOMBA DE RETROLAVAGEM 2 1 0 0 -

B4 BOMBA DE RECIRCULAO 2 1 0 0 -

B6-SX BOMBA DE RECALQUE DE GUA TRATADAPARA A REDE A.

2 1 1 1 4-20mA

B7-SX BOMBA DE RECALQUE DE GUTRATRATADA PARA A REDE B.

2 1 1 1 4-20mA

C1 COMPRESSOR 2 1 0 0 -


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Tabela 7Lista das vlvulas presentes na planta.TAG DESCRIO DI DO AI AO SINAL

XV001 VVULA PNEUMTICA 001 2 1 0 0 -










Por ltimo apresentada a tabela com o ponto de DI da chave de nvel baixo do

decantador.

Tabela 8Chaves discretas presentes na planta.


LSL-001 CHAVE DE NIVEL BAIXO DECANTADOR 1 0 0 0 -

Considerando os dados das tabelas foi determinado que o controlador deve possuir

pelo menos 42 DI, 42 DO, 8 AI e 7 AO.


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4.2 Especificao do Sistema SCADA.

4.2.1 Especificao do controlador.

Como o equipamento para o controle desse sistema foi escolhido e adquirido o CLP

ILC 150 ETH da fabricante PHOENIX CONTACT (figura 15), para a sua programao foi

utilizado o software PC WORX 5.

Esse controlador possui uma porta ethernet que permite a comunicao com o modem

ADSL, alm de j existir uma biblioteca de function blocks desenvolvida pela T&T que

facilita o tratamento das variveis e da configurao do controlador para a comunicao via

SoftGPRS.

Figura 15O controlador ILC 150 ETH utilizado no projeto.

O ILC 150 ETH tem em sua configurao bsica oito pontos de entrada digital e

quatro de sada digital, para atender ao sistema foi necessrio adquirir cartes de expanso

aumentando o nmero de pontos digitais tanto de sada quanto de entrada, assim como a

adio de pontos analgicos de entrada e sada.

4.2.2 Cartes de expanso.

O projeto demanda uma quantidade mnima de quarenta e dois pontos de entradadigital, e o CLP trs junto com a CPU apenas oito pontos, fazendo que o sistema necessite de


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cartes que adicionem no mnimo mais 34 pontos de entrada digital. Foi ento adquirido para

suprir essa necessidade dois cartes da linha IB IL, o IB IL 24 DI 32/HD (figura 15) que

possui 32 pontos e um segundo carto de menor capacidade de 4 pontos o IB IL 24 DI 4 ME

(figura 17).

Figura 16- Carto IB IL 24 DI 32/HD de trinta e duas entradas digitais.

Figura 17Carto IB IL 24 DI 4 ME de quatro entradas digitais.

A conexo desses cartes so feitas por meio do barramento Interbus interno do

controlador, fornecendo a alimentao e o meio de comunicao entre cartes e CPU.

No caso do nmero de sadas digitais o sistema demanda trinta e dois pontos de sada

digital sendo que a CPU possui integrado a ela apenas 4 pontos, para isso foi adquirido ocarto IB IL 24 DO 32/HD ( Figura 18) que supre com sobras essa necessidade.


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Figura 18 - IB IL 24 DO 32/HD com trinta e duas sada digitais.

A CPU no possui integrada a ela nenhum ponto analgico por isso se torna necessrio

a aquisio de cartes de entrada analgica, uma caracterstica importante a ser levada em

considerao que o carto deve ser compatvel com um sinal de entrada de 4-20 mA

caracterstico de todos os pontos de entrada analgica desta planta.

Para isso foi adquirido o carto IB IL AI 8/SF (Figura 19), que possui oito pontos de

entradas analgica configurveis por meio de dois canais multiplexados, a resoluo de leitura

dos cartes de 15 bits com mais um bit de sinal.

O carto pode ser configurado para diversos sinais de entrada entre +24Vcc e -24Vcc

no caso de tenso e +40 mA e40 mA para corrente.


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Figura 19Carto IB IL AI 8/SF de oito entradas analgicas configurveis.

Para este projeto foram utilizados 4 cartes de 2 pontos de sada analgica cada um o

IB IL AI 2 SF(Figura 20), tanto os inversores de freqncia e as bombas dosadoras tem sua

velocidade controlada por um sinal de 4 a 20 mA e esse carto quando configurado

corretamente emite o sinal de sada dentro dessa faixa.


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Figura 20Carto IB IL AI 2 SF de dois pontos analgicos configurveis.

4.3 Lista de I/Os.

A lista de I/O (input/output) de extrema importncia no projeto ela deve ser

referncia tanto para a montagem eltrica do projeto j que indica exatamente o ponto do CLP

em que deve estar conectado quanto a varivel correspondente que ser utilizada na

programao do CLP.

Tomando como exemplo a figura 21 descrito os componentes bsicos do documento.

No cabealho apresentado o smbolo da empresa que desenvolveu o documento e outras

informaes como o nome do projeto, o cliente, o tipo de documento, o funcionrio

responsvel pelo desenvolvimento, o nmero de reviso, data e visto.


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Figura 21Exemplo de uma das pginas da lista de I/Os.


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J no corpo do documento apresentado o item que uma ordenao do I/O, o

varivel que representa o ponto, a TAG correspondente no CLP, a descrio do ponto, a

natureza do sinal eltrico e o painel em que ele est conectado, depois vm as caractersticas

do carto em que ele est conectado, como o modelo o ponto de conexo, a ordem do carto

alm do tipo e o ndice do ponto de conexo.

4.4 O Fluxograma do processo

O Fluxograma tem a funo de apresentar graficamente as principais caractersticas do

projeto, como equipamentos, tubulaes e os instrumentos sensores e atuadores da planta naposio correspondente na planta.

4.5 A matriz de causa e efeito

Mesmo um fluxograma de processo bem elaborado no capaz de descrever

completamente todas etapas e caractersticas de um processo, a matriz de causa e efeito

corresponde situaes que podem acontecer com a planta e como o sistema de controle devereagir.

A figura 22 apresenta uma parte do documento onde descrita as situaes nas

colunas da esquerda e os equipamentos que tero seu estado manipulado por conta da situao

nas linhas superiores, nas clulas de interseo entre as linhas e as colunas definem a

condio do equipamento naquela situao.


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Figura 22Parte do documento Matriz de Causa e Efeito.

4.6 Diagrama de Alarmes

O diagrama de alarmes (figura 23) tem a funo de descrever as situaes fora das

condies normais de operao que podem acontecer com a planta, essa situao deve ser

informada ao operador do sistema via tela de superviso para que ele busque a soluo do

problema.

Figura 23Parte do Diagrama de Alarmes.


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4.7 PROGRAMAO DO CLP

O Software PCWORX a ferramenta utilizada para a configurao e programao dos

CLPs da Phoenix Contact, descrito agora as etapas bsicas de desenvolvimento da

configurao do equipamento e implementao da lgica de controle.

4.7.1 Configurao do CLP.

A primeira etapa da criao do programa do CLP indicar o modelo do controlador,

essa informao pedida pelo PCWorx logo na criao do novo projeto (apresentado na

prxima figura), nesse caso o equipamento utilizado o ILC 150 ETH .

Figura 24Janela de seleo do controlador no PCWORX.

Com isso feito e o nome do projeto escolhido, a prxima etapa selecionar os cartes

de I/O extra que sero adicionados ao controlador, para isso necessrio entrar na tela Bus

Configuration Workspace (figura 25).

Existem duas formas de se fazer a alocao do cartes no barramento a on-line e a off-line, nesse caso foi utilizada a configurao off-line j que para que essa configurao no era


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necessrio que o CLP estivesse conectado aos cartes nessa etapa do projeto j que at o

momento os mesmos ainda no tinham sido entregues pela fabricante.

Na janela Device Catalog encontra-se todos os cartes compatveis com o CLP

selecionado no projeto, os escolhidos para este projeto esto l para que sejam associados ao

controlador para ser alocado ao barramento do CLP na janela Bus Structure onde

apresentado todos os dispositivos conectados ao equipamento.

Outra etapa importante da elaborao do projeto do programa do controlador definir

o IP do CLP, essa definio tambm realizada na janela Bus Structure.

Figura 25 - Tela Bus Configuration Workspace do PCWorx.

A prxima etapa associar as variveis globais aos novos pontos adicionados ao

controlado, esse procedimento realizado na janela Process Data Assigment, na tela

apresentada na figura abaixo mostra as variveis globais que foram criadas para cada ponto do

carto de entrada digital IB IL 24 DI 32 HD.


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Figura 26Associao das variveis globais para cada ponto do carto IB IL 24 DI

32/HD.

A alocao dessas variveis deve seguir a ordem da Lista de I/O produzida numa etapa

anterior do projeto.

Com as etapas de configurao demonstradas at aqui realizadas, o programador podeiniciar a desenvolver a lgica de programao.

4.7.2 Lgica de programao

Na figura 23 dentro da pasta Logical POUs pode ser visto o nome de cada programa

utilizado no projeto, cada um tem a sua funo na lgica de funcionamento da planta e secomplementando para a operao ideal da planta.

Os programas foram desenvolvidos em pelo uma das seguintes linguagens de

programao: Texto Estruturado, Diagrama de Blocos ou Ladder (em alguns programas as

linguagens Diagramas de Blocos e Ladder se misturam).

Na figura 27 observa-se tambm a pasta FB, que foi criada para organizar os Blocos

de Funo utilizados nos programas, alguns j tinham sido desenvolvidos antes em outros

projetos e foram utilizados tambm nesse projeto, outros foram desenvolvidos de acordo dasnecessidades especficas desse projeto.


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Os blocos de funo utilizados para a integrao do CLP com o SoftGPRS foram

adicionados via biblioteca TELEMETRIA_1_O, o blocos contidos nessa biblioteca tratam as

variveis de forma que elas fiquem no formato de leitura do SoftGPRS e permite a

comunicao com o computador que est rodando o aplicativo.

Figura 27POUs utilizadas nesse projeto.


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Nos prximos tpicos so apresentados alguns cdigos desenvolvidos durante o

projeto destacando: a linguagem , funo dentro do projeto e outras particularidades.

LOG_FILT

Este cdigo desenvolvido em Texto Estruturado (FIGURA 28) responsvel pelo

modo de operao da ETA, a partir da varivel global ndice ele orienta a forma como todos

os atuadores devem estar funcionando.

A varivel global ndice do tipo inteiro e pode apresentar valores de 0 a 3, sendo

cada valor responsvel por uma forma de funcionamento da ETA, 0 indica que a ETA deve

estar parada, 1 que a ETA deve estar em modo de retrolavagem do filtro nmero um, 2

retrolavagem do filtro nmero dois e por ltimo 3 para filtrao.

Figura 28Programa LOG FILT.

Basicamente o programa realiza essa funo por uma srie de encadeamento do

comando IF, e utiliza blocos temporizadores para determinar o tempo de cada etapa.


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REC_E_LODO

Este tem a caracterstica de ser desenvolvido ao mesmo tempo em duas linguagens de

programao o Diagrama de Blocos e o Diagrama Ladder, essa uma caracterstica do

PCWORX que permite que o mesmo programa possa ser desenvolvido nessas duas

linguagens grficas.

Na lgica a recirculao da gua do decantador e do descarte do lodo so processados.

Figura 29Programa REC_E_LODO.

Os blocos de cor verde so FB produzidos para essa aplicao, o bloco Bomb_2 trata

do acionamento das bombas e da anlise de possveis falhas no acionamento da bomba, a

figura a seguir apresenta a lgica interna desse bloco.

A utilizao dos FB facilita o desenvolvimento dos programas, j que uma lgica

inteira pode ser reduzida para um nico bloco, isso deixa o cdigo do programa mais limpo e

de fcil interpretao.


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GERA_STRING

Esse programa tem a funo de tratar as variveis que so mandadas para o SoftGPRS,o tratamento necessrio porque o SoftGPRS foi desenvolvido para interpretar essas

informao no formato de uma STRING.

A figura 30 apresenta parte do cdigo desse programa, o bloco

CONV_BOOL_DECIMAL faz parte da biblioteca TELEMETRIA_1_0, ele tem a funo de

transformar as variveis boleanas para uma varivel do tipo inteira.

Figura 30Blocos do tipo CONV_BOOL_DECIMAL no programa GERA_STRING.

A figura 31 apresenta a segunda parte do cdigo do programa GERA_STRING, ela

tem a funo de transformar as variveis do tipo INT em uma s String para ser enviada para

o SoftGPRS.

As entradas ID e Group so para configurao, importantes para a interpretao das

informaes que sero adicionadas nas outras entradas, a entrada VAR_00 tem que

obrigatoriamente receber a varivel de sada do bloco CONV_BOOL_DECIMAL para que o

SoftGPRS faa a converso inversa para o supervisrio.


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Figura 31Blocos do tipo Conv_String no programa Gera_String.

Os resultados dos blocos Conv_String so as Strings chamadas de String de envio que

apresentam o formato padro pro SoftGPRS.

A configurao atual do SoftGPRS no atende as necessidades de dados discretos

presentes nesse projeto, por conta disso foi desenvolvida uma soluo para que as entradas

reservadas para dados inteiros pudessem ser utilizadas para dados discretos. Isso foi realizadopor meio da converso dos tipos de variveis, utilizando uma WORD pode-se escrever em

cada um dos dezesseis bits que a compe individualmente, assim cada varivel do tipo

WORD pode carregar com ela dezesseis informaes boleanas.

A segunda etapa desse processo converter essa varivel WORD para INT para que

seja compatvel com o bloco Conc_String, assim enviado para o SoftGPRS uma varivel

INT que contm a informao de dezesseis dados boleanos.

importante ressaltar que diferente da varivel que est alocada na entrada Var_00, oSoftGPRS no vai entender esses valores como discretos e por isso a converso para boleanos

no ser realizada pelo software mas sim no desenvolvimento do supervisrio.


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MAIN

No programa MAIN esto os blocos que estabelecem a conexo com o computadorcom o servidor do SoftGPRS instalado, condies de envio das Strings alm do recebimento

das informaes enviadas pelo supervisrio.

O Bloco COM_RS232 (figura 32) tem a funo de comandar o tempo de envio das

Strings de envio geradas no programa GERA_STRING, intercalando as do grupo 1 com as do

grupo 2, alm disso ele serve para configurar a comunicao via porta serial no caso da

utilizao do modem GPRS da Phoenix Contact, recurso esse que no ser utilizado nesse

projeto.Alm disso, trata da String de Controle que uma String do SoftGPRS responsvel

pelo diagnstico da comunicao entre o CLP e o SoftGPRS, sempre que uma informao

enviada do CLP para o SoftGPRS o CLP aguarda pelo retorno do caracter # como

confirmao do recebimento, em caso do CLP no receber esse retorno durante um

determinado tempo um cdigo de erro aparece.

Figura 32Bloco do tipo COM_RS232 do programa MAIN.


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O prximo bloco, apresentado na figura 33, responsvel por estabelecera comunio

pela porta ethernet do controlador, ele recebe as vriaveis que vem do bloco anterior que

gerenciam o comando das informaes.

Tambm neste bloco feita a configurao do computador que ir receber as

informaes, necessrio informar a porta de comunio, o endereo IP do computador com

o servidor so SoftGPRS instalado.

Alm disso, ele recebe a String com as informaes geradas pelo supervisrio (tags de

escrita do supervisrio), tratando-as.

Figura 33Bloco do tipo COM_ETH do programa MAIN.

O prximo bloco PROCESSA_DADOS (figura 34) a partir da String de recebimento

gera um vetor de 22 posies do tipo inteiro (BUF_LEITURAS), cada um assim

representando uma tag de escrita no supervisrio, o endereo BUF_LEITURAS[1]

obrigatoriamente deve carregar a informao do tempo de envio das variveis.


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Figura 34Bloco do tipo PROCESSA_DADOS do programa Main.

Para aumentar a quantidade de informaes a ser recebidas pelo CLP, um recurso

semelhante ao realizado com o mesmo com as variveis enviadas, a manipulao das

variveis de forma que um s endereo do tipo INT possa carregar diversas variveis do tipo

booleana.

Assim transformando um dos componentes do vetor BUF_LEITURAS do tipo INT

para uma WORD utilizando um bloco de converso separar as informaes discretas

contidas dentro dele permitindo um aumento da quantidade de variveis sendo recebidas pelo

CLP.

4.8 Software SoftGPRS

Antes de chegar ao sistema de superviso, os dados enviados pelo CLP passam pelo

software SoftGPRS. O software SoftGPRS servidor, instalado no computador servidor daempresa, identifica quem est transmitindo e redireciona para a concessionria que faz a

superviso da estao de tratamento. A figura 35 apresenta a interface do SoftGPRS servidor.

A nica diferena para a interface do SoftGPRS cliente a identificao na parte inferior

esquerda da tela.


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Figura 35Tela do Software SoftGPRS

Um software SoftGPRS cliente, instalado no computador onde est o sistema de

superviso da ETA, recebe os dados redirecionados pelo software servidor. Para que o

software servidor redirecione os dados de forma correta preciso configurar alguns

parmetros, como o inicio do ID, o fim do ID, a porta pela qual o software cliente vai receber

os dados e o endereo de IP do computador.

Os dois primeiros parmetros servem para selecionar quais CLPs vo enviar dados

para o endereo de IP selecionado. A figura 36 mostra a tela onde feita esta configurao.

Para acess-la necessrio clicar no boto Configurao na parte superior esquerda da tela

inicial do software SoftGPRS.

Na retransmisso tambm preciso marcar esta opo e colocar a porta de escuta pelo

o qual o software servidor recebe os dados dos CLPs na parte superior da tela de

configurao, como pode ser visto na figura 36.


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Figura 36Tela de configurao de retransmisso.

Utilizando o protocolo de comunicao DDE, o software SoftGPRS cliente faz a

comunicao dos dados que recebe do software servidor,provenientes do campo, com o

sistema de superviso.

4.8.1 Tipo dos dados

O software SoftGPRS recebe apenas dados no formato de string. Quando os dados dos

instrumentos de campo chegam ao CLP, os valores so concatenados para formar uma string e

assim enviados para o software SoftGPRS atravs da Internet, essa string que chega do CLP e

vai para o sistema de superviso chamada de string de envio. Os dados que vo do sistema

de superviso para o CLP tambm chegam em formato de string, que chamada de string de

recebimento. Existem tambm asstrings de controle, que so enviadas como resposta sempre

que um dado recebido.

4.9 Sistema de superviso


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4.9.1 Configurao do driver de comunicao com o SoftGPRS

O cliente DDE no Elipse E3 foi configurado para comunicar com o softwareSoftGPRS. No driver foram criados cinco pastas para organizar os tags referentes aos dados

do ID 30, que o ID da estao de tratamento. As seguintes pastas foram criadas Data_in,

Data_in2, Data_out, Data_out_s e Data_info.

Data_in

Nesta pasta so configurados os tags de leitura dos dados que chegam do primeiro

grupo de mensagem. So quatorze tags no total, sendo que em um deles configurado o

dispositivo de envio da string e em outro configurado o grupo da mensagem recebida, nesse

caso o primeiro grupo. Os outros doze tags so referentes s variveis do processo, sendo

que um referente ao grupo de entradas digitais e os outros onze so entradas analgicas.

Na figura 37 pode ser visto a pasta Data_in e os quatorze tags de comunicao

criados.

Data_in2

nela que so configurados os tags de leitura dos dados que chegam do segundo

grupo de mensagem. Ela tem a mesma quantidade de tags da pasta Data_in e tambm precisa

usar um deles para receber o ID do processo e outro para o grupo de mensagem, que neste

caso o dois.


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Figura 37 Tela de configurao dos tags de comunicao da pasta Data_in.

Data_out

Nesta pasta so configurados os tags de escrita do supervisrio. S podem ser

enviados vinte e cinco dados do supervisrio para o CLP, devido a limitao do SoftGPRS.

Logo, foram criados vinte e cinco tags de comunicao nesta pasta, um para cada dado. Sendo

que um deles pra selecionar o tempo de ciclo de envio. Na figura 38 possvel observar a

pasta Data_out e os seus 25 tags criados.

Figura 38 - Tela de configurao dos tags de comunicao da pasta Data_out


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Data_out_s

nela que so configurados os tags que recebem a confirmao que os dados

chegaram ao CLP. Eles so a resposta para os tags de escrita, conseqentemente existe um tagna pasta Data_out_s para cada tag da pasta Data_out, ou seja, existem vinte e cinco tags nesta

pasta. Eles podem ser usados na animao das telas indicando que a informao enviada no

chegou ao CLP ou informando que chegou.

Data_info

Nesta pasta so configurados os tags que recebem os dados referentes comunicao.

So apenas quatro tags, um para cada dado sobre a comunicao. Esses dados so: o nmerodo IP de onde est chegando os dados, o estado da conexo, o tempo de ciclo dos dados e o

tempo decorrido desde o ltimo grupo de dados recebidos.

4.10 Telas de operao

4.10.1 Fluxograma das Telas.

Tela da ETA

Tela Inicial

Telas de acionamento de bombas

Telas de acionamento de dosadoras

Telas de acionamento de vlvulas

Tela da lgica do decantador

Tela de histrico de alarmes

Tela de histrico das variveis

Tela de intertravamento

Tela de Setup


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4.10.2 cone na tela principal

O sistema de superviso que fica no CCO da empresa monitora vrios pontos

espalhados pela cidade. A sua tela inicial cheia de reservatrios, pontos de presso, bombas,vlvulas entre outros. Foi includo um cone referente a ETA na parte superior central da tela,

como pode ser visto na figura 39.

Figura 39 - Tela inicial do sistema de superviso da cidade

A seta indica qual o cone referente a ETA. Ao clicar neste cone, a tela principal da

ETA apresentada por cima da tela inicial do sistema de superviso. possvel observar na

figura 43, que na tela inicial do supervisrio so apresentados trs dados do processo da ETA.Esses dados so: presso na rede, nvel de gua tratada e vazo de consumo.


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4.10.3 Tela principal da ETA

A tela principal da ETA composta pelo fluxograma do processo e por uma barra

inferior. Nela esto representados todos os equipamentos e instrumentos do processo. Entre

eles tm-se as bombas dos poos, as bombas dosadoras de produto qumico, as demais

bombas que atuam no processo, as vlvulas dos filtros, os transmissores e o compressor.

Esto representados nesta tela tambm, os poos, os reservatrios, os filtros e o decantador,

como pode ser visto na figura 40.

Figura 40Tela principal da ETA.


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A barra inferior composta por:

Boto de Histrico de Alarmes

Boto de Histrico

Boto de Setup Boto de Intertravamento

Boto de Retorno a Tela Inicial

Boto Sair (Fecha o supervisrio)

Data

Hora

4.10.4 Animao da tela principal

O estado das variveis de processo, ligadas ao CLP, indicado atravs de displays

numricos, bar graphs e mudana de cor.

Displays Numricos

Todas as indicaes analgicas so representadas atravs do display (quando o

instrumento transmissor estiver em falha ou desconectado a indicao ser um valor maior do

que o de sua faixa de medio ou negativa). A figura 41 um exemplo de display numrico

usado na tela principal.

Figura 41 - Display numrico usado na tela principal da ETA

Mudana de cor

Todas as bombas, dosadoras e vlvulas seguem a seguinte lgica:

Ligada/Aberta

Estado representado com o objeto na cor verde

Desligada/Fechada

Estado representado com o objeto na cor vermelha.

FalhaEstado representado com o objeto piscando amarelo.


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Bar Graphs

So utilizados para representar os nveis dos reservatrios. Variam verticalmente

dentro da faixa do nvel.

rea sensvel ao mouse

Todas as bombas, vlvulas,

Monografia Daniel Gustavo v6 Grafica (1)

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