"O LabVIEW envia e recebe dados do DAQ e o DAQ atua sobre os sensores e atuadores do reator." - Eleilson S. Silva,

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1 Automação De Um Sistema De Tratamento De Lodos Ativados Por Batelada "O LabVIEW envia e recebe dados do DAQ e o DAQ atua sobre os sensores e atuadores do reator." - Eleilson S. Silva, O desafio: Automatizar uma planta de sistema de tratamento de esgoto que utiliza como processo de tratamento lodos ativado por batelada. Necessita-se adquirir e tratar dados das variáveis envolvidas. Esse sistema deve ser barato e operar em escala de laboratório. A solução: Para atender o desafio, foi montado um hardware (DAQ). Essa placa faz a interface entre o sistema em LabVIEW e a planta do sistema. O LabVIEW se comunica via USB com o DAQ, enviando comandos tanto para acionamento dos circuitos de potência da planta, quanto comando para aquisição de dados. Autor(es): Eleilson S. Silva - José Alberto D. Amado - Automação De Um Sistema De Tratamento De Lodos Ativados Por Batelada Cargo Estudante Instituição Instituto Federal da Bahia IFBA Vitória da Conquista Produtos Utilizados Labview 2009 Student Resumo O Sistema de Tratamento de Lodos Ativos por Batelada é formado por um reator contendo lodo, onde o esgoto a ser tratado é inserido. Os lodos ativados se alimentam da matéria orgânica poluidora existente nesse esgoto. Um misturador e aerador existentes no reator ajudam a acelerar o processo. O projeto consiste na automação desse sistema através de um DAQ e uma interface desenvolvida no LabVIEW. O LabVIEW envia e recebe dados do DAQ e o DAQ atua sobre os sensores e atuadores do reator. O LabVIEW além de controlar a planta, é responsável ainda pelo salvamento desses dados medidos em um banco de dados (Database Connecdtivity toolbox). Projeto Lodos ativados é um tipo de tratamento biológico de águas residuais. Seu funcionamento consiste em levar águas residuais até um reator e no reator, essas águas residuais são postas em contato com microrganismos aeróbios (lodos) e oxigênio. Os microrganismos causam a oxidação biológica da matéria orgânica dos resíduos das águas. No reator ocorrem processos físico-químicos que devem ser monitorados para um melhor aproveitamento desse sistema. A Figura1 ilustra o esquema do sistema de automação da planta juntamente com seus cinco sensores e quatro atuadores. Figura 1 - Diagrama esquemático da planta. Todo o controle da planta é feito através de uma interface desenvolvida em LabVIEW Essa interface é um sistema de controle e monitoramento da planta, denominada STLAB (Sistema de Tratamento de Lodos Ativados Por Batelada) que atua sobre a mesma através de comandos enviados à placa de aquisição de dados (DAQ) desenvolvida para o projeto. 1) Placa de aquisição de dados: Elaborou-se de um hardware (DAQ) pequeno, barato e que atende ao objetivo da automação do sistema de tratamento. O DAQ é baseado no modelo USB Data acquisition with PIC18F4550 projetada pela SIXCA ( acrescida de circuito com relés para acionamento dos circuitos de potência e tem as seguintes características: Oito saídas digitais: 6 estão ligadas à relés; Oito entradas digitais: somente duas são usadas nesse projeto para os sensores de nível ; Oito entradas analógicas: usadas para os sensores de temperatura, ph e oxigênio dissolvido; Protocolo de comunicação requer apenas 3 comandos ASCII. Figura 2 - Foto da placa DAQ criada para o projeto O protocolo de comunicação é baseado no envio de mensagens pelo PC, através do STLAB, ao DAQ e da resposta do DAQ ao PC. Esse é um protocolo bastante simples e possui apenas 3 comandos, sendo que cada comando está atribuído a um recurso de entrada ou saída do DAQ. Na tabela 1 são apresentados exemplos do uso desse protocolo. 1/7

2 A interface USB implementada no DAQ é da classe CDC, uma emulação do protocolo RS232, e requer a instalação de um driver. Após a instalação do driver uma porta serial é emulada no PC e o LabVIEW pode acessar essa porta como outra serial qualquer. Existe driver apenas para Windows XP limitando o projeto a esse sistema operacional. O DAQ não atua de forma autônoma na planta, ele depende dos comandos enviados pelo STLAB. 2) STLAB Para a criação desse sistema o primeiro passo foi implementar a comunicação entre o LabVIEW e o DAQ. Como a comunicação USB usada na verdade é serial, foi utilizado o exemplo Basic Read and Write.vi, pertencente ao próprio LabVIEW, como base para criação de uma sub-vi responsável pela parte da comunicação do software com o DAQ. A sub-vi é basicamente o Basic Read and Write.vi acrescido de elementos que lhe permitem a decodificação dos dados recebidos de modo a utilizá-los dentro do sistema. Definida a comunicação seguem-se as definições do funcionamento do sistema e sua implementação no LabVIEW. Esse sistema apresenta três modos de execução: manual, temporizado e automático. A lógica do funcionamento do reator é apresentada a partir da descrição das etapas do processo no modo temporizado. Primeiro, existe um volume no reator dado pelo lodo ativo que nunca é retirado. Ao ligar o sistema, a bomba de entrada de esgoto não tratado é acionada, até que o nível alto de esgoto seja atingido. Liga-se o aerador e o misturador por um tempo determinado para que haja o fornecimento de ar e agitação do esgoto durante o tratamento. Na etapa seguinte - sedimentação - os lodos se depositam no fundo do reator e o esgoto, agora tratado, fica na parte superior do recipiente. Depois de tratado, a bomba de saída é acionada esvaziar o reator e para que uma próxima remessa seja tratada. Durante todo o processo são lidas as temperaturas, ph e o nível de oxigênio dissolvido e esses dados são salvos pelo STLAB em banco de dados. Figura 3 - STLAB - Aba de configurações Esse software possui três abas sendo que a primeira é usada para passar os parâmetros de configuração do sistema (porta de comunicação, taxa de transferência, etc), a segunda aba diz respeito à execução propriamente dito e seus modos de execução e a terceira aba apresenta gráficos com as leituras dos sensores. Figura 4 - STLAB - Aba de Execução do Sistema Quanto à execução são três os modos: Manual: em que o usuário liga ou desliga manualmente cada atuador da planta. Esse modo é útil sobre tudo para testes de comunicação e de acionamento ou em casos de demonstrações; Temporizado: o usuário do sistema especifica os tempos de aeração, agitação e de descanso. Nesse modo o enchimento do reator e seu esvaziamento são automáticos e condicionados aos níveis indicados pelos sensores; Automático: nesse modo o sistema executa ate que uma condição seja atendida. Essa condição é que a velocidade do oxigênio dissolvido seja menor que 2 mg/l. Até o momento esse modo de execução ainda não foi implementado. Figura 5 - STLAB - Aba de Execução Temporizado O LabVIEW permitiu o desenvolvimento do sistema de forma mais simples e objetiva, dando robustez e rapidez no processo. O sistema implementado também permite desenvolver o processo de tratamento de esgoto de forma automática e oferecê-lo ao mercado, já que o foco principal nestes tempos é implementar sistemas que melhorem o meio ambiente de forma eficiente, barata e segura. 2/7

3 Figura 1 - Diagrama esquemático da planta 3/7

4 Figura 2 - Foto da placa DAQ criada para o projeto 4/7

5 Figura 3 - STLAB - Aba de configurações 5/7

6 Figura 4 - STLAB - Aba de Execução do Sistema 6/7

7 Figura 5 - STLAB - Aba de Execução Temporizado Informações legais Esse estudo de caso (esse "estudo de caso") foi desenvolvido por um cliente da National Instruments ("NI"). ESSE ESTUDO DE CASO É FORNECIDO "COMO ESTÁ", SEM GARANTIAS DE QUALQUER NATUREZA E SUJEITO A DETERMINADAS RESTRIÇÕES, COMO ESTABELECIDO DE FORMA MAIS ESPECÍFICA NOS TERMOS DE USO DA NI.COM ( ( 7/7

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