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MONITORAMENTO DE UMA REDE DE HIDRANTES COM AUXÍLIO DO SOFTWARE LABVIEW LEAL-MARCOS, NASCIMENTO-SANDRO, MENEZES-KLEBER E VIEIRA-LUCIANA Faculdade Estácio de Belém Avenida Governador José Malcher, nº1148, Bairro: Nazaré E-mails: marcos.lea12@hotmail.com, menezeskjmr@hotmail.com smigou.sandro@hotmail.com e vieira.luciana@estacio.br Abstract ⎯ The present work aims at the implementation of a system capable of monitoring a network of fire hydrant, the net- work and consist of a set of equipment distributed throughout a network that uses hydraulic extinguishing agent water, can be in- stalled in vertical industries and residential, requiring automatic and effective protection, your operation can be done manually via keypad or automatically through flow or pressure switch key for this it is sufficient that the user open one of the logs of the network so that there is the displacement of the water in the pipe (flow-key) or pressure drop (pressure switch), in which will trigger fire pump generating the increased flow and releasing a jet of water on the fire, in this way the project is the use of lab- view platform that will serve of supervisory in conjunction with the arduino uno card , in which through serial communication will be able to take over control of the variables. Keywords ⎯ network of fire hydrants, labview, arduino uno. Resumo ⎯ O presente trabalho tem por objetivo, a implementação de um sistema capaz de fazer o monitoramento de uma rede de hidrantes, a rede é composta por um conjunto de equipamentos distribuídos ao longo de uma rede hidráulica que utiliza como agente extintor a água e pode ser instalada em indústrias e residências verticais, que necessitem de proteção automática e eficaz. Seu funcionamento pode ser feito de forma manual através de botoeira ou automática através de chave de fluxo ou pressostato, para isto, basta que o usuário abra um dos registros da rede fazendo com que haja o deslocamento da água na tubulação (chave de fluxo) ou queda de pressão (pressostato), na qual irá acionar a bomba de incêndio gerando o aumento da vazão e liberando um ja- to de água sobre o foco de incêndio. Desta forma, o projeto consiste na utilização da plataforma Labview que irá servir de super- visório em conjunto com uma placa Arduino Uno, na qual através de comunicação serial será capaz de fazer o controle das variá- veis atribuídas ao sistema, como identificar se o nível do reservatório de água e fazer acionamento manual e automático da bom- ba de incêndio. Palavras-chaves ⎯ rede de hidrantes, labview, arduino uno. 1 INTRODUÇÃO Os sistemas de prevenção e combate a incêndios são de suma importância às edificações, sejam edifí- cios comerciais, indústrias ou residências multifami- liares, cujo objetivo é proteger a vida e a segurança patrimonial. Estabelecendo meios de extinção de incêndio, evitando sua propagação e facilitando o acesso do corpo de bombeiros às localidades com focos de incêndio. De acordo Farias Apud Neves (2006), a preven- ção contra incêndio é definida como o conjunto de atividades designadas a evitar a deflagração do sinis- tro ou, caso ocorra, extingui-lo em seus momentos iniciais, bem como reduzir os seus efeitos antes da chegada das guarnições de combate ao fogo. Pode-se acrescentar ainda, as atividades relacionadas à edu- cação e preparo da população para as medidas e cuidados a serem tomados antes e após a sua eclosão. A execução de um sistema de hidrantes requer um investimento inicial de capital, porém garante uma funcionalidade que poderá fazer uma grande diferença na ocasião de um incêndio, visto que um pequeno foco pode levar a um incêndio de grandes proporções e graves consequências, podendo até gerar acidentes como mortes, queimaduras, intoxica- ção pela fumaça, lesões, acidentes com a instabilida- de ou colapso da estrutura, perda de materiais, ou até mesmo encerramento das atividades de uma empresa. Descreve Lara ET al. (2005) que: O sistema de hidrantes é um tipo de proteção instalado em edifí- cios, destinados ao combate a incêndios. É composto de reserva de incêndio, bomba de recalque, tubula- ção, abrigo da mangueira e registro de recalque (p. 142). No estado do Pará o órgão responsável pela área de prevenção contra incêndio é o Corpo de Bombei- ros Militar do Pará, Na atualidade, faz as exigências de proteção contra incêndios por meio do Decreto Estadual nº 357/07 – Regulamento de segurança contra incêndio das edificações e áreas de risco (Pa- rá, 2007 a). Atualmente, o Corpo de Bombeiros do Pará esta- belece que a execução de uma rede de hidrante no estado, deve ser realizada por profissional capacitado e de acordo com NBR 13714/2000 ou IT-22/SP. JUSTIFICATIVA No momento atual verificasse que em caso de in- cêndios, a impossibilidade de utilização de equipa- mentos de combate, proteção e segurança ocorre com uma frequência cada vez maior e geralmente associ- ada à falta de manutenção, o que pode acarretar em perdas de vidas ou danos ao patrimônio. Desta for- ma, este trabalho surgiu com intuito de possibilitar o controle visual para o operador, fornecendo ao usuá- rio a capacidade de acionar a bomba de incêndio ou verificar se o sistema está operante através de um desktop, passando assim maior segurança ao sistema. OBJETIVO O projeto tem como objetivo o desenvolvimento de uma interface de comando implementada através do software Labview, esta interface será capaz de realizar o monitoramento e acionamento do sistema utilizando a ferramenta Arduino que por intermédio de comunicação serial, irá propiciar ao usuário o manuseio do sistema através de um desktop. 2 REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 Sistema de Hidrantes Descreve Pereira (2009 b, p. 124) que o sistema de hidrantes é um tipo de proteção instalado em edi- ficações e áreas de risco, utilizado como meio de combate a incêndios. É composto por reserva de incêndio (água), bomba de incêndio (quando neces- sário), rede de tubulações, hidrantes e outros acessó- rios descritos em norma. O sistema tem como objeti- vo dar continuidade à ação de combate a incêndios até o domínio e possível extinção. Também Segundo (Pereira, 2009 b, p. 128), os sistemas poderão, ainda, ser diferenciados quanto: ao princípio de funcionamento do sistema (manual, automático ou gravidade), posição do reservatório (elevado, nível do piso, semienterrados ou subterrâ- neos), tipo de bomba de incêndio (motor elétrico ou motor à explosão), fonte de energia (ligação inde- pendente ou por gerador automatizado), característi- cas de automação (chave de fluxo ou pressostato), tipos de bombas empregadas (bomba principal, bom- ba auxiliar, bomba destinada a suprir deficiências de pressão e bomba de escorva), características do re- servatório (concreto armado, fibra, metálica, utiliza- ção de piscinas ou reservas naturais), tipos de tubos (aço, cobre e termoplásticos) e características da rede de distribuição (interna ou externa à edificação). Seu funcionamento pode ser feito de forma ma- nual através de botoeira ou automática através de chave de fluxo ou pressostato, para isto, basta que o usuário abra um dos registros da rede fazendo com que haja o deslocamento da água na tubulação (chave de fluxo) ou queda de pressão (pressostato), na qual irá acionar a bomba de incêndio gerando o aumento da vazão e liberando um jato de água sobre o foco de incêndio. A figura 1 apresenta os elementos que constituem uma rede de hidrantes. Figura 1 – Elementos da rede de Hidrantes. 2.2 Labview O LABVIEW é um software desenvolvido pela empresa National InstrumentsCorporation (NI) que utiliza linguagem de programação gráfica através de diagramas de blocos para desenvolvimento de ins- trumentos e sistemas de monitoramento e controle. O LABVIEW possui uma grande quantidade de biblio- tecas de funções, destinadas a aquisição, análise, apresentação e registro de dados, além de controle de instrumentos no padrão GPIB (General Purpose Interface Bus) regidos pela arquitetura VISA (Virtual Instrument Software Architecture). Segundo Santos (2009), o Labview é uma lin- guagem de programação analítica que utiliza um fluxograma com símbolos, ao invés de linhas de texto, para desenvolver as aplicações. O programa é constituído por duas interfaces a primeira (painel frontal), permite à interação do usu- ário, a segunda (diagrama de bloco), permite a elabo- ração do código através de diagramas de blocos que determina a função do programa. 2.3 Arduino O Arduino segundo (BANZI et al, 2005), é uma pequena placa de circuito impresso, geralmente indi- cado para criação de protótipos de eletrônica, basea- do nas filosofias de software e hardware livres, open source. Ele pode interagir com o ambiente ao seu redor recebendo em suas entradas sinais dos mais variados tipos de sensores e pode afetar sua vizi- nhança por meio do acionamento de luzes, motores ou outros atuadores. Abaixo temos a imagem da placa arduino uno conforme ilustra a figura 2. Figura 2 – Esquema de Pinagem do Arduino Uno. No presente projeto foi utilizada esta placa, de- vido sua comunicação serial (UART) o que é, sem duvida, um poderoso recurso que possibilita a comu- nicação entre a placa e um computador ou entre a placa e outro dispositivo. É através desse canal que é realizado o upload do código para a placa e a comu- nicação entre o Arduino e o Labview. 2.4 Bomba D’água e seu Acionamento A bomba d’água utilizada neste projeto é um modelo empregado em para-brisas de carro. Este modelo precisa de uma tensão de 12 VCC para fun- cionar e consome uma corrente aproximada de 1 A, em regime permanente.Tem como vantagem seu baixo custo. A Figura 3 mostra uma imagem dessa bomba, nela foram destacados os orifícios de entrada de água, saída de água e os terminais elétricos. Figura 3 – Bomba D’água utilizada no Projeto. Para o acionamento da bomba d’água foi utiliza- do um transistor do tipo Darlington modelo BC548. Para (BOYLESTAD; NASHELSKY, 2009, pag.381) a característica principal da conexão Darlington é que a composição de transistores atua como uma unidade única, com um ganho de corrente, que é o produto dos ganhos de corrente dos transistores indi- viduais. Este componente suporta a passagem de uma corrente elétrica de 5 A, superior ao que a bomba precisa para funcionar. A figura 4 apresenta os deta- lhes construtivos do BC548. Figura 4 – Encapsulamento e Pinagem do BC548. 2.5 Pressostato Pressostato ou interruptores de pressão são dis- positivos que estão configurados para perceber uma mudança na pressão e responder de uma forma espe- cífica nesta situação, por meio de uma ligação elétri- ca. O interruptor de pressão é utilizado em muitos ambientes diferentes, incluindo máquinas de fabrica- ção e instalações, plantas de utilidade pública e edifí- cios públicos. Em alguns modelos, o pressostato monitora e automaticamente responde às condições, enquanto que outros exemplos de interruptores re- querem intervenção manual. A figura 5 mostra uma imagem do pressostato utilizado no projeto. Figura 5 – pressostato O funcionamento do dispositivo ocorre devido a uma mola ajustável, quando exercida pressão nesta, aciona os contatos internos, através de chaves mecâ- nicas no corpo da peça. Essas chaves estão ligadas a contatos elétricos normalmente abertos e conforme a pressão aumenta fecha os contatos, acionando os contatos eletromecânicos, informando à placa eletrô- nica que a água chegou ao nível correspondente ao ajustado. 3 DESCRIÇÕES DO PROJETO A automação de uma rede hidrantes ocorre devi- do a ação do pressostato, regulado para identificar o aumento ou diminuição da pressão na tubulação de incêndio, quando este percebe a diminuição da pres- são na tubulação envia um sinal elétrico para o qua- dro de comando responsável pelo acionamento da bomba de incêndio gerando um acréscimo de pressão na linha d’água para combater o incêndio. Partindo desta premissa foi desenvolvido um protótipo capaz de simular a operacionalidade do sistema através da utilização das ferramentas Labview e Arduino. Na montagem do protótipo, foram escolhidos di- versos materiais e equipamentos como: 01 placa Arduino Uno, resistências, 01 transistor BC548, 01 diodo 1N4148, 01 rele 5 V, 01 bomba (conforme descrito acima), 01 pressostato e uma protoboard. Na criação da interface foi usado o software Labview 2015, versão 15.0(64-bit) e 01 Notebook. Na figura 6, verifica-se a arquitetura de funcio- namento do protótipo. Figura 6– Estrutura de funcionamento do protótipo O funcionamento do protótipo ocorrerá da se- guinte maneira: o computador será o responsável por estabelecer a conexão Labview e Arduino, através da interface o operador poderá acionar ou desligar a bomba manualmente enviando o comando de ligar ou desligar para o Arduino, também será capaz de visua- lizar na tela o estado ligado ou desligado da bomba, caso tenha sido operada de forma automática. Já o Arduino será o responsável por receber o sinal do pressostato, para acionar a bomba de forma automá- tica, além de verificar o nível do reservatório. Na figura 7, verifica-se o esquema de ligação da placa Arduino. Figura 7– Ligação dos componentes no arduino Conforme mostrado acima, para o funcionamen- to do sistema é necessário fazer a ligação da bomba e do pressostato no Arduino. Os pinos (5,6,8 e 9) estão definidos como entrada de sinal e são responsáveis por receber o sinal do pressostato. Como o pressosta- to utilizado possui 4 chaves de contato, sendo que 03 delas normalmente abertas e 01 normalmente fecha- da, uma chave ficou responsável pelo acionamento da bomba de maneira automática (pino 5), e as outras 03 pelo monitoramento do reservatório. O pino A5 foi definido como saída e responsável pelo aciona- mento da bomba. A figura 8 mostra o esquema utilizado para o acionamento da bomba e chaves do pressostato. Figura 8– Circuito para ligar a bomba e circuito dos contatos do pressostato 3 RESULTADOS Tendo o protótipo montado, definiu-se que o pino 5 do Arduino fará a aquisição do sinal elétrico, envi- ado através do contato 33 do pressostato para o acio- namento automático da bomba e os pinos 6,8 e 9 são responsáveis por identificar o nível do reservatório (baixo, médio e alto). No Arduino descreveu-se a programação que faz o controle do sistema. O Ardui- no também, é o responsável por enviar informação pela serial para o computador. Já o Labview fará a leitura da informação enviada pelo Arduino, para isso também foi criada uma programação no Labvi- ew, responsável por fazer a leitura da informação na serial, assim como enviar informações para o Ardui- no. Nas figuras 9 e 10, verificam-se a interface que permite a interação com o usuário e também a inter- face de programação no Labview. Figura 9– Painel frontal do Labview No painel frontal o usuário tem a capacidade de fazer o acionamento manual da bomba através dos botões vermelho e cinza, verificar o nível do reserva-tório e ainda verificar o acionamento automático da pelo sinal enviado pelo o pressostato. O led ao lado do botão Ligar indica quando a bomba está acionada. Figura 10– Painel Diagrama de Blocos: programação do Labview No painel Diagrama de Blocos do LabView, a programação foi construída por diversos VI’s, que permitem a iteração com Arduino. Destacando-se os principais VI’s, temos o VISA Configure Serial Port, que possibilita a seleção da porta de comunição do Arduino e a taxa de transmissão, o VISA Write Function, que permite escrever as informações na serial. Este VI responsável pelo acionamento da bomba através do botão para ligar, é enviado para o Arduino a string "LL" e desligar "DL". O VISA Read Func- tion, permite ler informações da serial, este é o res- ponsável por fazer a leitura da informação enviada através do Arduino. A figura 11, mostra o circuito ilustrado acima montado na protoboard. Figura 11– Circuito do Protótipo A instalação do supervisório acrescenta ao sis- tema já existente um novo método de funcionamento, que possibilita ao usuário uma nova ferramenta de atuação. Independente do tipo de edificação, o proje- to apresenta um grande avanço diferencial em rela- ção ao que se encontra em uso. Os resultados mos- tram-se mais eficazes e seguros, proporcionando mais habilidade ao uso e consequentemente dimi- nuindo os riscos e proporções de um sinistro. 4 DISCUSSÃO A implantação do supervisório como meio de monitoramento e automatização do sistema de hi- drantes é uma novidade para o mercado. Com as vistorias do Corpo de Bombeiros nas edificações que se fazem necessárias, as redes de hidrantes passaram a ser mais utilizadas, na busca pela segurança patrimonial e pessoal, mas também pela obrigatoriedade prevista em norma. É perceptível também que através da implanta- ção de novas tecnologias, os sistemas fiquem menos dependentes das ações humanas e assim menos sus- ceptíveis às falhas. Os custos de elaboração e implantação de proje- to são as principais desvantagens pela busca, apesar da obrigatoriedade, e soma-se a isso os custos para a implantação do sistema supervisório. 5 CONCLUSÃO Este trabalho apresentou o estudo e a elaboração de uma interface de monitoramento desenvolvida com auxilio das plataformas Labview e Arduino. A abordagem utilizou equipamentos similares aos tipicamente empregados na indústria, mostrando ser uma solução versátil, moderna e eficiente baseada em uma rede de hidrantes. Além da aplicabilidade na indústria, a metodolo- gia e a plataforma desenvolvidas podem ser utiliza- das na preparação de experiências didáticas para o ensino de engenharia de controle, pois envolvem conceitos essenciais para profissionais que atuam nas áreas de instrumentação, controle de processos, acio- namento de máquinas elétricas e redes industriais. A validação do projeto foi efetuada comparando os resultados obtidos na prática com aqueles obtidos por simulação, utilizando o software Labview e a placa Arduino. A semelhança entre os resultados práticos e de simulação evidenciam a eficiência do protótipo, o qual ainda possibilita sua utilização em novos estudos e aplicações na planta utilizada. Agradecimentos A concretização desse projeto foi possível graças a ajuda dos professores do curso de Engenharia de Controle e Automação da instituição Estácio Belém e também de profissionais atuantes na área e do CBM/PA. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ABNT - ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - NBR 13714: Sistema de hidrantes e de mangotinhos para combate a incêndio. Rio de Janeiro, 2000. [2] BANZI, M. et al. Site Arduino. 2005. http://www.arduino.cc. Acesso em: 26 ago. 2016. [3] BOYLESTAD, R. L.; NASHELSKY, L. Dispositivos eletrôni- cos e teoria de circuitos. 8. ed. São Paulo, SP: Pearson, 2009. [4] DECRETO ESTADUAL Nº 357/2007. Disponível em: www.bombeiros.pa.com.br. Acesso em 06 de março de 2016. [5] LARA, ALEXANDRE MARCELO FONTES, ET AL. - Inspeção predial: check-up predial: guia da boa manutenção. IBAPE-SP - Instituto Brasileiro de Avaliações e Perícias de Enge- nharia de São Paulo. São Paulo: Liv.Ed. Universitária de Direito, 2005. [6] NEVES, Fabiano Bastos das. Estudo sobre o uso do controle de materiais de acabamento e revestimento como proteção passiva contra incêndios em edificações. Monografia (Especialização) – Corpo de Bombeiros Militar. Florianópolis, 2006. [7] PEREIRA, ADERSON GUIMARÃES - Gestão pública de prevenção de incêndios no Estado de São Paulo. Revista Integra- ção - Universidade São Judas Tadeu, Brasil, ano XV, n.58, jul./ago./set., pág. 124-128, 2009. [8] SANTOS, W. Introdução a Programação com LabVIEW® – Universidade Tecnológica Federal do Paraná Departamento Acadêmico de Eletrotécnica Núcleo de Pesquisas em Eletrotécnica, 2009. [9] SECRETARIA DE ESTADO DOS NEGÓCIOS DA SEGURANÇA PÚBLICA, Corpo de Bombeiros, Instrução Técni- ca nº 22/2004 Sistemas de Hidrantes e de Mangotinhos para Combate a Incêndio Disponível em http://www.segurancaetrabalho.com.br/download/hidrantes.pdf. Acesso em: 03 set.2016. ANEXO char c; String string; const int sensor = 5; //constante botão refere-se ao pino digital 5. const int sensor2 = 6; const int sensor3 = 9; const int sensor4 = 8; //Variável que conterá os estados do botão (0 LOW, 1 HIGH). int estadosensor = 0; int estadosensor2 = 0; int estadosensor3 = 0; int estadosensor4 = 0; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(sensor,INPUT); //Definindo pino digital 5 como de entrada. pinMode(sensor2,INPUT); pinMode(sensor3,INPUT); pinMode(sensor4,INPUT); } void loop() { estadosensor = digitalRead(sensor); estadosensor2 = digitalRead(sensor2); estadosensor3 = digitalRead(sensor3); estadosensor4 = digitalRead(sensor4); if(Serial.available() > 0) string = ""; while(Serial.available() > 0) { c = (byte)Serial.read(); if(c == ':') { break; }else { string += c; // string = string + c; } delay(1); } if(string == "LL") { analogWrite(A5,255); } if(string =="DL") { analogWrite(A5,0); } if (estadosensor3 == HIGH && estadosensor == LOW && estadosensor4 == LOW && estadosensor2 == LOW ){ Serial.print("0"); analogWrite(A5,0); delay (100); } if (estadosensor3 == HIGH && estadosensor == HIGH && estadosensor4 == LOW && estadosensor2 == LOW ){ Serial.print("1"); delay (100); } if (estadosensor3 == HIGH && estadosensor == HIGH && estadosensor4 == HIGH && estadosensor2 == LOW ){ analogWrite(A5,255); Serial.print("2"); delay (100); } if (estadosensor3 == HIGH && estadosensor == HIGH && estadosensor4 == HIGH && estadosensor2 == HIGH){ Serial.print("3"); delay (100); } }
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