Modulo 8_Automação em SAA

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Curso de Introdução ao SaneamentoCurso de Introdução ao Saneamento
Módulo VIII Módulo VIII –– Automação em SAAAutomação em SAAçç
Helder SilveiraHelder Silveira
Outubro de 2008Outubro de 2008
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Módulo 8Módulo 8 –– Automação em SAAAutomação em SAAMódulo 8 Módulo 8 Automação em SAAAutomação em SAA
TópicosTópicosTópicosTópicos
1 – Conceituação
2 – Motivação / Benefícios
3 – Componentes de um Sistema de Automação
4 Hi i O i l / CCO4 – Hierarquia Operacional / CCO
5 – Adequação das Estações5 Adequação das Estações
6– Automação de um SAA – Estudo de caso
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1 Conceituação1 – Conceituação
DefiniçãoDefinição
Um sistema de automação industrial, é um conjunto de equipamentos
t l i d f á ie tecnologias capazes de fazer com que uma máquina ou processo
industrial trabalhem automaticamente, ou seja, com a mínima
intervenção humana, cabendo a este o papel de programar,
parametrizar ou supervisionar o sistema para que trabalhe de acordo
com os padrões desejados.
Objetivo
Simplificar o trabalho do homem, de forma a substituir o esforçoSimplificar o trabalho do homem, de forma a substituir o esforço
braçal por outros meios e mecanismos, liberando o tempo disponível
para outros afazeres mais nobres, valorizando o tempo útil para as
atividades do intelecto das artes lazer ou simplesmente
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atividades do intelecto, das artes, lazer ou simplesmente
entretenimento.
Tecnologias AplicadasTecnologias Aplicadas
A automação industrial pode ser entendida comoç p
uma tecnologia integradora de quatro áreas
áreas:
1. A eletrônica responsável pelo hardware;
2. A mecânica na forma de dispositivos atuadores;
3. A telecomunicação para transmissão de dados à
distância;
4. A informática responsável pelo software
(programa) que irá controlar todo o sistema
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(programa) que irá controlar todo o sistema.
Diagrama Geral PROCESSO
SENSORESATUADORES SENSORESATUADORES
CONTROLADORProcesso – Alvo da automação.
Sensores - Elementos que fornecem informações sobre o processo,
correspondendo as entradas do controlador. Podem indicar variáveis
físicas tais como pressão vazão corrente elétrica nível ou simplesfísicas, tais como pressão, vazão, corrente elétrica, nível ou simples
estados, tal como aberto, fechado, ligado desligado.
Atuadores - Dispositivos responsáveis pela realização de ações no
processo ao qual está se aplicando a automação. Podem ser magnéticos,
hidráulicos, pneumáticos, elétricos ou de acionamento misto.
Controlador - Elemento responsável pelo acionamento dos atuadores
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Controlador Elemento responsável pelo acionamento dos atuadores,
levando em conta o estado das entradas (sensores) e as instruções do
programa inserido em sua memória.
2 Motivação / Benefícios2 – Motivação / Benefícios
Foco da automação industrial ç
1. Aumento da produtividade;
2. Qualidade do produto;
3. Confiabilidade;
4. Melhor relação custo benefício;
5 S b tit i ã d h ti id d d i5. Substituição do homem em atividades de risco.
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Caso Típico – Sem Automação
• A estação recebe água por três dias seguidos e passa os cinco dias seguintes sem água.
• O operador percebe a chegada de água no PS pelo barulho / vibração na tubulação deO operador percebe a chegada de água no PS pelo barulho / vibração na tubulação de 
entrada.
• Estando o PS com água suficiente o operador liga o conjunto motor-bomba MB1. Após 10 
minutos o operador liga o conjunto motor-bomba MB2.
O j t t b b d d h (t l• Os conjuntos motor-bomba permanecem operando por duas horas (tempo que leva para o 
PS atingir o seu nível mínimo operacional). O operador desliga o MB1, aguarda 10 minutos e 
desliga o MB2. Os conjuntos motor-bomba ficam parados por três horas (tempo que leva 
para o PS para encher novamente).
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p p )
• O operador fecha o registro de entrada do PS para suprir o vilarejo.
• O operador abre o registro de entrada e repete o ciclo.
3 – Componentes de um Sistema de 
Automação
A automação de um processo industrial de qualquer porte
envolve sensores, atuadores e controladores. Para lidar,
com os vários níveis de complexidade de um sistema os
seus componentes são divididos em camadas.
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Sensores
São os elementos, também denominados transdutores, que
captam informações musculares, elétricas, hidráulicas,captam informações musculares, elétricas, hidráulicas,
mecânicas, químicas, etc. do processo e as convertem em
sinais elétricos que são “compreendidos” pelo controlador.
Botoeira
Manômetro Medidor de Vazão de InserçãoManômetro Medidor de Vazão de Inserção
Relé de NívelRelé de Nível
Sensor de Vazão
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Sensor de Vazão
Atuadores
São os elementos que recebem sinais elétricos do controlador
e realizam ações elétricas, mecânicas, hidráulicas etc. nose realizam ações elétricas, mecânicas, hidráulicas etc. nos
equipamentos do processo.
Contator Soft StarterContator Soft Starter
Relé MotorRelé Motor
Válvula Eletro Pneumática
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Controlador
O controlador é o elemento responsável pelo acionamento
dos atuadores, levando em conta o estado das entradasdos atuadores, levando em conta o estado das entradas
(sensores) e as instruções do programa inserido em sua
memória.
Na área de saneamento o controlador mais utilizado é o CLP
(Controlador Lógico Programável.( g g
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Módulos de um CLP
• CPU (Unidade Central de Processamento): Módulo responsável pela execução do( ) p p ç
programa armazenado nas memórias.
• Memória de sistema: É a memória que armazena os programas básicos do CLP, o seu
sistema operacional.p
• Memória de usuário: É a memória que armazena o programa de usuário, ou seja, o
programa que irá controlar o processo.
P t d C i ã Mód l it CLP i t d• Porta de Comunicação: Módulo que permite o CLP se comunicar com computadores
remotos ou interfaces humano - máquina locais.
• Cartões de entradas e saídas: São os módulos que permitem a ligação física entre o CLP e
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o processo.
• Fonte do sistema: Módulo que fornece a alimentação elétrica para todo o CLP.
Caso Típico – Com automação
• A estação recebe água por três dias seguidos e passa os cinco dias seguintes 
sem água.
• São realizados melhoramentos para permitir a automação• São realizados melhoramentos para permitir a automação.
• A estação funciona sem assistência local de operadores.
• Todo o controle do nível do PS e partida parada e revezamento de MB é
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• Todo o controle do nível do PS e partida, parada e revezamento de MB é 
realizado pelo sistema de automação.
Caso Típico – A automação projetada
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A coleta das informações, o envio dos comandos de partida e parada dos
t b b ló i d t ã ã i l t d tili ãmotores-bomba e a lógica de automação serão implementadas com a utilização
de um controlador lógico programável (CLP), relés de nível e soft starters.
As informações relativas ao estado operacional dos motores-bomba serãoAs informações relativas ao estado operacional dos motores bomba serão
coletadas pelo CLP através de uma rede RS 485, com protocolo Modbus, que
interligará os soft starters.
N PS ã i t l d d i lé d í l O i i lé i á i liNo PS serão instalados dois relés de nível. O primeiro relé irá sinalizar que o
nível mínimo de água foi atingido e o CLP deve comandar a parada do recalque
ou mantê-lo parado se não houver motor-bomba ligado. O segundo relé irá
sinalizar que o PS atingiu ou superou um nível normal e o CLP deve comandar as a a que o S at g u ou supe ou u e o a e o C de e co a da a
partida do recalque ou mantê-lo caso um motor-bomba já esteja ligado.
Como a EEAT irá funcionar sem a presença de operador, qualquer anormalidade
t d i l á i f d itó i d Li i éno seu estado operacional será informada para o escritório de Limoeiro que é
permanentemente assistida. Para tanto, o CLP da EEAT será responsável por
gerar um sinal de alarme, quandoda detecção de qualquer anormalidade na
estação, que será enviado para a ETA para exteriorização. O envio do alarme seç , q p p ç
dará com o suporte de um enlace de comunicação via rádio.
A alimentação CA primária para os equipamentos do SSC na EEAT e na ETA será
f id ti d b k ti á lid d ti id d d
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fornecida a partir de no-break que garantirá a qualidade e continuidade da
energia fornecida.
4 – Hierarquia Operacional / CCO
Em empresas de grande porte, principalmente as
prestadoras de serviços, que têm instalações distribuídas
por grande área geográfica, os sistemas de automação sãop g g g , ç
estruturados segundo uma hierarquia operacional.
Essa hierarquia operacional segue, aproximadamente, oEssa hierarquia operacional segue, aproximadamente, o
esquema organizacional da área de operação da empresa.
Os componentes da hierarquia operacional são Centros deOs componentes da hierarquia operacional são Centros de
Controle Operacional implantados em vários níveis,
responsáveis por supervisionar e controlar uma instalação,
d i t l õ t t lid d d lum grupo de instalações e a totalidade delas.
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Estrutura Hierárquica Operacional
Instrumentação do Processoç
Nível 4 - Compreende todos os
equipamentos tais comoequipamentos, tais como
medidores de vazão, medidores
de nível de água, medidores de
pressão atuadores sensorespressão, atuadores, sensores
em geral e interfaces diversas
entre a instrumentação e o
processo. Esse nível também
compreende automatismos para
execução de funções ao nível
de processo.
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Estrutura Hierárquica Operacional
CCO Locais
Nível 3 Responsáveis pelo controle
CCO Locais
Nível 3 - Responsáveis pelo controle,
supervisão e comando de um SAA
específico compreendendo várias
t õestações.
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Estrutura Hierárquica Operacional
CCO Regionais
Nível 2 Responsáveis pelo controle
CCO Regionais
Nível 2 - Responsáveis pelo controle,
supervisão e comando de um conjunto
de SAA, agrupados de acordo com a
i ã d i t iõorganização dos sistemas em regiões.
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Estrutura Hierárquica Operacional
CCO Central
Nível 1 – Responsável pela supervisão
e coordenação operacional de todos os
SAA da empresa.
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Estrutura Hierárquica Operacional
Nível Corporativo
Corporativo - Compreende os
p
equipamentos e programas aplicativos
da gestão corporativa da empresa,
integrando os sistemas de automaçãog ç
do processo industrial e de tecnologia
da informação da gestão corporativa.
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5 – Adequação das Estaçõesq ç ç
É comum que a automação industrial não nasça com a
empresa.
Quando a empresa decide automatizar seus processos
verifica que suas instalações não estão preparadas para
receber os sistemas de automaçãoreceber os sistemas de automação.
Equipamentos devem ser modernizados ou substituídos
iti t ã dpara permitir a automação dos processos.
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O poço de sucção transborda
M di ã d í l á i
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Medição do nível precária
O manômetro é puramente mecânico. 
Não serve como sensor.
A válvula não tem condições de 
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receber um atuador motorizado
Adequações comumente necessárias para
iti t ãpermitir a automação
•Dotar os conjuntos motor bomba de dispositivos de partida•Dotar os conjuntos motor bomba de dispositivos de partida
como soft starters, inversores de freqüêcia etc.
•Utilizar medidores de nível, vazão, pressão etc. que permitam
a indicação local da grandeza e tenham saída analógica
compatível com CLPs.compatível com CLPs.
•Utilizar registros e válvulas com acionamento eletro-
pneumático.
•Utilizar para medição de grandezas elétricas multimedidores•Utilizar para medição de grandezas elétricas multimedidores
com interface serial através de protocolo Modbus.
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6 – Automação de um SAA – Estudo de Caso
CCO Local Afrânio - Dormentes
SAA que abastece seis localidades e quatorzeq q
povoados nos municípios de Petrolina, Afrânio e
Dormentes na Região do São Francisco.
O sistema é composto por um CCO Local,
localizado em Petrolina que supervisiona elocalizado em Petrolina, que supervisiona e
controlar 10 instalações.
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Diagrama Simplificado da 
AutomaçãoAutomação
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Diagrama de uma Unidade 
Terminal Remota (UTR)Terminal Remota (UTR)
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Diagrama de um Centro de 
Controle OperacionalControle Operacional
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Software SCADA
(Supervisory Control and Data Aquisition)(Supervisory Control and Data Aquisition)
Conjunto integrado de programas que implementam 
f õ d t d t las funções de um centro de controle.
Aquisição de Banco deAquisição de 
dados e 
controle
Tratamento de 
alarmes
Banco de 
dados em 
tempo real
Comunicação Interface 
Aplicativoscom sistemas 
corporativos
humano -
máquina
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Software SCADASoftware SCADA
(Supervisory Control and Data Aquisition)
Visão geral de um software SCADA comercial.
ELIPSEELIPSE
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