automação de sistemas de abastecimento de Água
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AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS DEABASTECIMENTO DE ÁGUA
CONTROLE DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA POR MÓDULOS
CONTROLE DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO CONTROLE DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE DE ÁÁGUA POR MGUA POR MÓÓDULOSDULOS
Monitoramento daqualidade da água
Distribuição de água
Captação SCADA
CONTROLE INTEGRADO DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
CONTROLE INTEGRADO DO SISTEMA DE CONTROLE INTEGRADO DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ABASTECIMENTO DE ÁÁGUAGUA
Fonte de captaçãode água
Estação detratamento
Centro de controle
Sistemas de informações
Modelo de captação de águaModelo de demanda de águaModelo de qualidade da águaModelo de otimização da operação
SCADA SCADA
Transmissãoe distribuição
Unidadesterminaisremotas
Sistema decontrole
de processos
Unidadesterminaisremotas
Água
bruta
Água
tratada
NÍVEIS DE AUTOMAÇÃONNÍÍVEIS DE AUTOMAVEIS DE AUTOMAÇÇÃOÃO
Gra
u de
auto
maç
ão
Grau de operação m
anual
Processo físico
Exemplos:
Sistemas Especialistas
Modelos matemáticosModelos provisionaisIntegração 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 eintegração parcial de funções
Instrumento de campo / Operação local
Nível 5
Nível 4
Nível 3
Nível2
Nível 1
AUTOMAÇÃO COMO INTERFACE ENTRE AS TECNOLOGIAS DE SANEAMENTO E DE INFORMAÇÃO
AUTOMAAUTOMAÇÇÃO COMO INTERFACE ENTRE AS ÃO COMO INTERFACE ENTRE AS TECNOLOGIAS DE SANEAMENTO E DE INFORMATECNOLOGIAS DE SANEAMENTO E DE INFORMAÇÇÃOÃO
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 físicanos processos
Hardware e Softeware
IntegraçõesTecnologiados processos
de saneamento
Tecnologiada informação
Leitura de fluídose equipamentosComandos nosequipamentos
Servidor de dadosEstações remotasRedes de computador
Sistemas de gestão e apoioGISPIMS / MêsInternet
Plataformas de:
Automação
AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA E ESGOTO SANITÁRIO
AUTOMAAUTOMAÇÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁÁGUA E ESGOTO SANITGUA E ESGOTO SANITÁÁRIORIO
Água Bruta
Água
EsgotosEsgotos
Esgotos
Efluentes
O Sitema de Automaçãosempre interage comoperador em algumnível.
Elevatórias de água tratadaReservaçãoRede 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 nosresultados obtidos, atuar - de uma forma autônoma - sobre os estados e asgrandezas para obtenção dos resultados desejados
CONTROLE DO PROCESSO DE AUTOMAÇÃOCONTROLE DO PROCESSO DE AUTOMACONTROLE DO PROCESSO DE AUTOMAÇÇÃOÃOChuveiro elétrico
Aquecimento
Água fria
Água quente
Processo de transformação em um chuveiro elétrico
REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UM CONTROLE AUTOMÁTICO
REPRESENTAREPRESENTAÇÇÃO ESQUEMÃO ESQUEMÁÁTICA DE UM CONTROLE TICA DE UM CONTROLE AUTOMAUTOMÁÁTICOTICO
Entrada docontrole
Entrada doprocesso Saída do
processo
Elemento final(potenciômetro)
Elemento final(válvula)
Água quenteÁgua fria
Transformação
Controle
Elemento primário(pele)
Saídas docontrole
TÉCNICAS DE CONTROLE AUTOMÁTICOTTÉÉCNICAS DE CONTROLE AUTOMCNICAS DE CONTROLE AUTOMÁÁTICOTICO
• Controles em malha aberta– Liga/desliga – Controle seqüencial– Intertravamentos– Proteção
• Controles contínuos– PID– Fuzzy-logic– Redes neurais
• Variáveis digitais e analógicas
CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)CONTROLADOR LCONTROLADOR LÓÓGICO PROGRAMGICO PROGRAMÁÁVEL (CLP)VEL (CLP)
Configuração típica do CLP compacto
Alimentação
Borne de entradas
Memória
Módulo deexpansão
Conector paraprogramação /
expansão
Borne de saídas
Borne de saídas
Borne de entradas
CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)CONTROLADOR LCONTROLADOR LÓÓGICO PROGRAMGICO PROGRAMÁÁVEL (CLP)VEL (CLP)
Estrutura básica de uma CLP
Entradas
Software
Unidade Central de
Processamento
Hardware
Memória
Memóriado usuário
Sistemaoperacional
Fonte
Saídas
INSTRUMENTAÇÃOINSTRUMENTAINSTRUMENTAÇÇÃOÃO• Instrumentação digital
– Pressostato– Chave de nível– Chave de fluxo– Termostato– Chave fim-de-curso– Fotocélula– Sensor de presença
• Instrumentação analógica– Transmissor de nível– Transmissor de vazão– Transmissor de pressão– Transmissor de posição– Transmissor de vibração– Medidor de pH– Medidor de oxigênio dissolvido– Analisador de cloro residual– Analisador de flúor– Turbidímetro
ATUADORES OU ACIONAMENTOSATUADORES OU ACIONAMENTOSATUADORES OU ACIONAMENTOS• Atuadores ou elementos finais
– Bombas– Ventiladores– Agitadores– Aquecedores– Lâmpadas– Válvulas– Robôs
• Acionamentos elétricos– Acionamento de motores
Partida diretaPartida estrela-triânguloPartida compensadaSoft-StarterInversor de freqüência
• Acionamentos hidráulicos e pneumáticos– Atuadores de válvulas:
Válvulas on/offVálvulas proporcionais
– Prensas– Robôs– Movimentação de cargas
ENTRADASENTRADASENTRADAS• Entradas digitais
Entrada com alimentação interna
1
2
3
Entrada com alimentação externa
+
1
2
3
• Entradas analógicasEntrada com alimentação interna
mA
20181614121086420
0 10mca
SAÍDASSASAÍÍDASDAS• Saídas digitais
− Por tensão− Por relê
• Saídas analógicas
Saídas digitais por tensão
+
1
2
3
ou
mA
20181614121086420
0 1 2 3 4 5 6 7 8
SISTEMAS DE CONTROLE DISTRIBUÍDOSSISTEMAS DE CONTROLE DISTRIBUSISTEMAS DE CONTROLE DISTRIBUÍÍDOSDOS
• Sistema de automação baseado em PC
Ethernet
Estação de controle / Estação de operação
Estação de controle(redundante)
Estação de comunicaçãode chão de fábrica
Entradas / Saídas Entradas / Saídas Entradas / Saídas
Ethernet
• Sistema misto de automação
Estação de controleem PC
CLPEstação de controleem PC
(redundante)
Servidor de redeEstação de operação
Servidor de redeEstação de operação
Rede de comunicaçãode chão de fábrica
Entradas / Saídas Entradas / Saídas Entradas / Saídas Entradas / Saídas
EthernetEthernet
REDES DE AUTOMAÇÃOREDES DE AUTOMAREDES DE AUTOMAÇÇÃOÃO• Arquitetura
– Centralizada– Distribuída
Rede em anel
Local
Local
Rem
oto
Rede em anel físico Rede em anel lógico
REDES DE AUTOMAÇÃOREDES DE AUTOMAREDES DE AUTOMAÇÇÃOÃO• Arquitetura
– DistribuídaRede em barreamento
Rede de computadores em barramento
1 2 3 4 5 6 7 8
REDES DE AUTOMAÇÃOREDES DE AUTOMAREDES DE AUTOMAÇÇÃOÃO• Arquitetura
– DistribuídaRede em estrela Rede em árvore
12
3
4
5
6
1 1 1
2 2 2
3 3
REDES DE AUTOMAÇÃOREDES DE AUTOMAREDES DE AUTOMAÇÇÃOÃO
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– Produtor/Consumidor
REDES DE AUTOMAÇÃOREDES DE AUTOMAREDES DE AUTOMAÇÇÃOÃO
• Software de supervisão e controle
• Interfaces Homem/Máquina
SISTEMA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION)
SISTEMA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND SISTEMA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION)DATA ACQUISITION)
Sistema SCADA aplicado no sistema de abastecimento de água da cidade de Rouen-França
APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
APLICAAPLICAÇÇÕES DA AUTOMAÕES DA AUTOMAÇÇÃO EM SISTEMAS DE ÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ABASTECIMENTO DE ÁÁGUAGUAMonitoramento da qualidade da água de um rio
APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
APLICAAPLICAÇÇÕES DA AUTOMAÕES DA AUTOMAÇÇÃO EM SISTEMAS DE ÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ABASTECIMENTO DE ÁÁGUAGUA
Controle de bombeamento da água bruta através de medidor de vazão
Água brutaFT
FC
ETA
LT
FT = Transmissor de vazão
LT = Transmissor de nível
FC= Controle da vazão
APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
APLICAAPLICAÇÇÕES DA AUTOMAÕES DA AUTOMAÇÇÃO EM SISTEMAS DE ÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ABASTECIMENTO DE ÁÁGUAGUA
Controle de bombeamento da água bruta através de medidor de vazão
Captação de água
Controleda bomba
Setpoint
ETAMedidorde vazão
APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA
APLICAAPLICAÇÇÕES DA AUTOMAÕES DA AUTOMAÇÇÃO EM SISTEMAS DE ÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ABASTECIMENTO DE ÁÁGUAGUA
Controle do bombeamento para a distribuição de água
Reservatóriode jusante
FT
FC
Reservatóriode montante
LT
PT
LT
Lógica
FT = Transmissor de vazãoLT = Transmissor de nívelPT = Transmissor da pressãoFC = Controle da vazão
ESTUDOS DE CASOSESTUDOS DE CASOSESTUDOS 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
Tela do supervisório do Aqualog
Torre dedistribuição
Reservatóriointermediário
com elevatórias
Poços commotor-bomba
Linhas deadução
LP CCO
AUTOMAAUTOMAÇÇÃO DE POÃO DE POÇÇOS PROFUNDOSOS PROFUNDOS
Alimentação
Nível Estático
Nível Dinâmico
Conjunto Moto-bomba Submersível
Controle de nível dinâmicoMonitoração de variáveis
elétricas e hidráulicas
Quadro elétricoe CCM Digital
Linha Privadaou Rádio
Controle das dosagensMonitoração de variáveis hidráulicas
Escorva automática
Reservatório
Elevatória
CCO
Dosagem:Cloro, Flúor
CLP
Poço
CLP
FLUXOGRAMA ESQUEMFLUXOGRAMA ESQUEMÁÁTICOTICOFluxograma esquemático de comunicação de dados de um sistema
automatizado e controlado a distância
Rádio Rádio Rádio
Rádio Rádio Rádio
PLC PLC PLC
PLC
Modem
Modem
SupervisóriolocalSupervisório
local
Supervisóriogerencial
Ethernet
ConversorTCP/IP - RS 232
LP
TELAS DE CONTROLE REMOTOTELAS DE CONTROLE REMOTO
Tela de controle remoto do sistema de distribuição
Tela de controle remoto de ETA
TELAS DO SUPERVISTELAS DO SUPERVISÓÓRIORIO
SISTEMA DE CONTROLE DA OPERASISTEMA DE CONTROLE DA OPERAÇÇÃO DE ADUÃO DE ADUÇÇÃO ÃO --SCOASCOA
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 distribuiçãoO CCO do SCOA recebe informações de 164 estações remotas:• Comanda:
– 146 bombas (partida, parada)– 117 válvulas (abertura, fechamento)
• Supervisiona:– 342 bombas (estado de funcionamento)– 117 válvulas (estado de abertura)– 238 reservatórios (nível)– 3 torres (pressão)– 175 pontos de medição de pressão– 185 pontos de medição de vazão– 1 ponto de medição de temperatura ambiente– 1.232 alarmes de condições operacionais anormais
Subsistemas do SCOA
Operadores doSCOA
Macromedição
Subsistema decomunicação
de dados
Clientes doSCOA
Subsistemaclientes
Banco de dadoshistóricos
Subsistema deoperação
Subsistema de macromedição
Banco de dadosoperacionais
Diagrama de contexto do SCOA
Sistema de adução,reservação e
tratamento de água
Centro de ControleOperacional (CCO)
Clientes doSCOA
Operadores doSCOA Macromedição
SISTEMA DE CONTROLE DA OPERASISTEMA DE CONTROLE DA OPERAÇÇÃO DE ADUÃO DE ADUÇÇÃO ÃO -- SCOASCOA
SCOASCOA
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
Estaçãoremota
Centro de controle da operação
Estação remota 1
Estação remota 1
SensoresArm
ário
de
inst
rum
enta
ção
Equi
pam
ento
rem
oto
de te
lem
etria
Linh
as p
rivad
as
Con
cent
rado
r
Arm
ário
de
prot
eção
de li
nhas
Computador1
Computador2
Mesa deoperação
SCOASCOADiagrama geral do SCOA
ERT ERT
LP LP
ECTS
Computador deBackup
Computador decontrole
Chaveador de periféricos
Apoio eplanejamento
Apoio eplanejamentoVídeo 1 Vídeo 2 Vídeo 3 Vídeo 4
Centro de controle
Campo
12B12A
01B01A
Impr 3 Impr 3Impr 1 Impr 2
ARQUITETURA ARQUITETURA DO SCOADO SCOA
Lps, frame-relayou linhas discadas
Segmento derede 1
Dualizado
Segmento derede 2
Estação deengenharia 1
Estação deengenharia n
UR 1
UR 1
Estação deotimização
Internet
UR-n
UR n
Estação deapresentação
Permissionárias
Concentradorde dados 1
Concentradorde dados 2
Servidor de dados histórico
Pólos deoperação volante
Servidor de dadosoperacionais 1
Servidor de dadosoperacionais 2
Servidor deacesso
remoto / firewall
Estação demacromedição 1
Estação demacromedição 2
Estação de telemetria 1
Estação de telemetria 2
Painél sinótico
Interfaceentre redes
Segmento derede 3
Estação deoperação 1
Estação deoperação n
Segmento derede 4
Estação de gerência 1
Estação de gerência 2
Roteador
Rede corporativaSABESP
SIGAO/CSIAtendimento 195
Distribuição
SGM Manutenção
Sistemascorporativos
GIS
Internet / IntranetSABESP
Controle deacesso físico
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