16479760 - Automação - de - Sistemas - de - Abastecimento - de - Agua, Notas de estudo de Mecatrônica
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Microsoft PowerPoint - 13- Automação

AUTOMAÇÃO DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

CONTROLE DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA POR MÓDULOS

Monitoramento da qualidade da água

Distribuição de água

Captação SCADA

CONTROLE INTEGRADO DO SISTEMA DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

Fonte de captação de água

Estação de tratamento

Centro de controle

Sistemas de informações

Modelo de captação de água Modelo de demanda de água Modelo de qualidade da água Modelo de otimização da operação

SCADA SCADA

Transmissão e distribuição

Unidades terminais remotas

Sistema de controle

de processos

Unidades terminais remotas

Água

bruta

Água

tratada

NÍVEIS DE AUTOMAÇÃO

G ra

u de

au to

m aç

ão

G rau de operação m

anual

Processo físico

Exemplos:

Sistemas Especialistas

Modelos matemáticos Modelos provisionais Integração SIMAN e GIS

SCOA e CCO’s

Controlador coagulante

Medidor turbidez

Sistemas inteligentes

Modelagem sistêmica / Controle assistido

Controle e monitoramento remoto / integração de funções complexas

Coleta / Transmissão de dados e integração parcial de funções

Instrumento de campo / Operação local

Nível 5

Nível 4

Nível 3

Nível2

Nível 1

AUTOMAÇÃO COMO INTERFACE ENTRE AS TECNOLOGIAS DE SANEAMENTO E DE INFORMAÇÃO

Multidisciplinaridade da automação

Automação

Informática

Processo

Controle

Hidráulica

Operação Instrumentação

Eletricidade

Manutenção

Aplicação da automação em saneamento básico

Sistema Especialistas

Manutenção preditiva

Sistema de Engenharia de Processos

Automação local dos equipamentos

Adequação dos quadros elétricos

Sistema de Informações Gerenciais

Controle otimizado do processo

Sistema de Gestão de Laboratório

Tração eletrônica dos motores

Adequação dos equipamentos

Sistema de Gestão de Manutenção

Supervisão e comando centralizados

Integração com GIS

Instrumentação

Atuação física nos processos

Hardware e Softeware

IntegraçõesTecnologia dos processos

de saneamento

Tecnologia da informação

Leitura de fluídos e equipamentos Comandos nos equipamentos

Servidor de dados Estações remotas Redes de computador

Sistemas de gestão e apoio GIS PIMS / Mês Internet

Plataformas de:

Automação

AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA E ESGOTO SANITÁRIO

Água Bruta

Água

Esgotos Esgotos

Esgotos

Efluentes

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

Elevatórias de água tratada Reservação Rede de distribuição

A automação consiste em coletar e concentrar as informações do processo, processá-las com o uso da Tecnologia de informação e, com base nos resultados obtidos, atuar - de uma forma autônoma - sobre os estados e as grandezas para obtenção dos resultados desejados

CONTROLE DO PROCESSO DE AUTOMAÇÃO Chuveiro elétrico

Aquecimento

Água fria

Água quente

Processo de transformação em um chuveiro elétrico

REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DE UM CONTROLE AUTOMÁTICO

Entrada do controle

Entrada do processo Saída do

processo

Elemento final (potenciômetro)

Elemento final (válvula)

Água quente Água fria

Transformação

Controle

Elemento primário (pele)

Saídas do controle

TÉCNICAS DE CONTROLE AUTOMÁTICO

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)

Configuração típica do CLP compacto

Alimentação

Borne de entradas

Memória

Módulo de expansão

Conector para programação /

expansão

Borne de saídas

Borne de saídas

Borne de entradas

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)

Estrutura básica de uma CLP

Entradas

Software

Unidade Central de

Processamento

Hardware

Memória

Memória do usuário

Sistema operacional

Fonte

Saídas

INSTRUMENTAÇÃO Instrumentação digital

Pressostato Chave de nível Chave de fluxo Termostato Chave fim-de-curso Fotocélula Sensor de presença

Instrumentação analógica Transmissor de nível Transmissor de vazão Transmissor de pressão Transmissor de posição Transmissor de vibração Medidor de pH Medidor de oxigênio dissolvido Analisador de cloro residual Analisador de flúor Turbidímetro

ATUADORES OU ACIONAMENTOS Atuadores ou elementos finais

Bombas Ventiladores Agitadores Aquecedores Lâmpadas Válvulas Robôs

Acionamentos elétricos Acionamento de motores

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

Acionamentos hidráulicos e pneumáticos Atuadores de válvulas:

Válvulas on/off Válvulas proporcionais

Prensas Robôs Movimentação de cargas

ENTRADAS Entradas digitais

Entrada com alimentação interna

1

2

3

Entrada com alimentação externa

+

1

2

3

Entradas analógicas Entrada com alimentação interna

mA

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

0 10 mca

SAÍDAS Saídas digitais Por tensão Por relê

Saídas analógicas Saídas digitais por tensão

+

1

2

3

ou

mA

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

0 1 2 3 4 5 6 7 8

SISTEMAS DE CONTROLE DISTRIBUÍDOS Sistema de automação

baseado em PC

Ethernet

Estação de controle / Estação de operação

Estação de controle (redundante)

Estação de comunicação de chão de fábrica

Entradas / Saídas Entradas / Saídas Entradas / Saídas

Sistema misto de automação

Estação de controle em PC

CLPEstação de controle em PC

(redundante)

Servidor de rede Estação de operação

Servidor de rede Estação de operação

Rede de comunicação de chão de fábrica

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

Ethernet

REDES DE AUTOMAÇÃO Arquitetura

Centralizada Distribuída

Rede em anel

Local

Local

R

e

m

o

t

o

Rede em anel físico Rede em anel lógico

REDES DE AUTOMAÇÃO Arquitetura

Distribuída Rede em barreamento

Rede de computadores em barramento

1 2 3 4 5 6 7 8

REDES DE AUTOMAÇÃO Arquitetura

Distribuída Rede em estrela Rede em árvore

1 2

3

4

5

6

1 1 1

2 2 2

3 3

REDES DE AUTOMAÇÃO

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 AUTOMAÇÃO

Software de supervisão e controle

Interfaces Homem/Máquina

SISTEMA SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION)

Sistema SCADA aplicado no sistema de abastecimento de água da cidade de Rouen-França

APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA Monitoramento da qualidade da água de um rio

APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

Controle de bombeamento da água bruta através de medidor de vazão

Água bruta FT

FC

ETA

LT

FT = Transmissor de vazão

LT = Transmissor de nível

FC= Controle da vazão

APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

Controle de bombeamento da água bruta através de medidor de vazão

Captação de água

Controle da bomba

Setpoint

ETA Medidor de vazão

APLICAÇÕES DA AUTOMAÇÃO EM SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE ÁGUA

Controle do bombeamento para a distribuição de água

Reservatório de jusante

FT

FC

Reservatório de montante

LT

PT

LT

Lógica

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

ESTUDOS DE CASOS

Automação de sistemas produtores de água e tratamento de esgotos - Aqualog

Tela do supervisório do Aqualog

Principais resultados obtidos com o Aqualog:

Redução de 27% de coagulantes em ETAs

Redução no consumo de energia elétrica em 24%

Racionalização da mão-de-obra de 73%

Melhoria na qualidade de água produzida

Tela do supervisório do Aqualog

Torre de distribuição

Reservatório intermediário

com elevatórias

Poços com motor-bomba

Linhas de adução

LP CCO

AUTOMAÇÃO DE POÇOS PROFUNDOS

Alimentação

Nível Estático

Nível Dinâmico

Conjunto Moto-bomba Submersível

Controle de nível dinâmico Monitoração de variáveis

elétricas e hidráulicas

Quadro elétrico e CCM Digital

Linha Privada ou Rádio

Controle das dosagens Monitoração de variáveis hidráulicas

Escorva automática

Reservatório

Elevatória

CCO

Dosagem: Cloro, Flúor

CLP

Poço

CLP

FLUXOGRAMA ESQUEMÁTICO Fluxograma 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

Supervisório localSupervisório

local

Supervisório gerencial

Ethernet

Conversor TCP/IP - RS 232

LP

TELAS DE CONTROLE REMOTO

Tela de controle remoto do sistema de distribuição

Tela de controle remoto de ETA

TELAS DO SUPERVISÓRIO

SISTEMA DE CONTROLE DA OPERAÇÃO DE ADUÇÃO - SCOA

O SCOA abrange 29 municípios da RMSP e é constituído por: 8 estações de tratamento de água Cerca de 1.200 km de adutoras 150 reservatórios e elevatórias Cerca de 24.000 km de rede de distribuição O CCO do SCOA recebe informações de 164 estações remotas: Comanda:

146 bombas (partida, parada) 117 válvulas (abertura, fechamento)

Supervisiona: 342 bombas (estado de funcionamento) 117 válvulas (estado de abertura) 238 reservatórios (nível) 3 torres (pressão) 175 pontos de medição de pressão 185 pontos de medição de vazão 1 ponto de medição de temperatura ambiente 1.232 alarmes de condições operacionais anormais

Subsistemas do SCOA

Operadores do SCOA

Macromedição

Subsistema de comunicação

de dados

Clientes do SCOA

Subsistema clientes

Banco de dados históricos

Subsistema de operação

Subsistema de macromedição

Banco de dados operacionais

Diagrama de contexto do SCOA

Sistema de adução, reservação e

tratamento de água

Centro de Controle Operacional (CCO)

Clientes do SCOA

Operadores do SCOA Macromedição

SISTEMA DE CONTROLE DA OPERAÇÃO DE ADUÇÃO - SCOA

SCOA

Diagrama de arquitetura de hardware do SCOA

Pressão da torre

Cloro residual

Pressão da linha

Vazão

Nível reservatório

Posição válvula

Sinalização de bombas

Comando de bombas

Comando de válvulas

Estação remota

Centro de controle da operação

Estação remota 1

Estação remota 1

SensoresA r

m

á

r

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o

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s

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d

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Computador 1

Computador 2

Mesa de operação

SCOA Diagrama geral do SCOA

ERT ERT

LP LP

E

C

T

S

Computador de Backup

Computador de controle

Chaveador de periféricos

Apoio e planejamento

Apoio e planejamentoVídeo 1 Vídeo 2 Vídeo 3 Vídeo 4

Centro de controle

Campo

12B 12A

01B 01A

Impr 3 Impr 3Impr 1 Impr 2

ARQUITETURA DO SCOA

Lps, frame-relay ou linhas discadas

Segmento de rede 1

Dualizado

Segmento de rede 2

Estação de engenharia 1

Estação de engenharia n

UR 1

UR 1

Estação de otimização

Internet

UR-n

UR n

Estação de apresentação

Permissionárias

Concentrador de dados 1

Concentrador de dados 2

Servidor de dados histórico

Pólos de operação volante

Servidor de dados operacionais 1

Servidor de dados operacionais 2

Servidor de acesso

remoto / firewall

Estação de macromedição 1

Estação de macromedição 2

Estação de telemetria 1

Estação de telemetria 2

Painél sinótico

Interface entre redes

Segmento de rede 3

Estação de operação 1

Estação de operação n

Segmento de rede 4

Estação de gerência 1

Estação de gerência 2

Roteador

Rede corporativa SABESP

SIGAO/CSI Atendimento 195

Distribuição

SGM Manutenção

Sistemas corporativos

GIS

Internet / Intranet SABESP

Controle de acesso físico

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