SOLUÇÃO DE TELEMETRIA PARA SANEAMENTO

Transcrição

1 SOLUÇÃO DE TELEMETRIA PARA SANEAMENTO Marcelo Pessoa Engenheiro de soluções para saneamento

2 Introdução As indústrias buscam eficiência, aumento da qualidade e a redução de custos. Para alcançar isto investem cada vez mais em gestão e em automação, sendo que em muitos casos para ter uma gestão eficiente é necessária a automação; Estações de tratamento Estações de telemetria 2

3 Meios de comunicação 3

4 Características interessantes Fibra ótica Imunidade a interferência eletromagnética; Alta velocidade; Custo de implementação alto devido a grande quantidade de estações e a grande distância entre elas; Wireless (Rádio e GPRS) Menor custo de implementação que a passagem de cabos (GPRS ainda é menor); Simplicidade no planejamento (GPRS ainda é mais); Taxas de transmissão inferiores; Rádio com confiabilidade alta e GPRS esta sujeito a operadora; 4

5 Rádio Qual frequência é melhor para utilizar? R: Depende... 5

6 Atenuação É a perda de potência durante a transmissão (caminho do sinal) 6

7 Rádio Sensibilidade mínima do rádio utilizado - é a medida do sinal mais fraco que o rádio receptor pode ouvir; Distância do enlace de comunicação com o aumento da distância aumenta a atenuação do sinal, porém quanto maior for a frequência de comunicação maior é a perda de caminho (atenuação) do sinal; Potência do rádio - é a potência utilizada pelo rádio na transmissão do sinal; Perdas em cabos e conectores - quanto maior for o comprimento do cabo maior é a perda. E quanto maior for o isolamento do cabo ( mais grosso ) menor é a perda no comprimento; Ganho das antenas - a antena gera um ângulo no espectro do sinal aumentando o ganho, assim quanto mais estreito for o ângulo do espectro maior é o ganho; Taxa de transmissão - normalmente com o aumento da frequência do rádio é encontrada uma taxa de transmissão maior, pois a largura do canal é maior (com a largura do canal maior a potência permitida é menor) 7

8 Fórmula de Friis Pr - potência recebida Pt - potência transmitida Gt - ganho da antena do transmissor Gr ganho da antena do receptor Lp - perda do caminho (atenuação no ar) Ct - perda por atenuação no cabo do transmissor Cr - perda por atenuação no cabo do receptor d Distância do enlace; f frequência do rádio; 8

9 Exemplo Ganho das antena = 6dB Perda no cabo+conector = 3dB Distância de 10Km Sensibilidade típica de rádios 400, 900 e 2400MHz são: -110, -92 e -85dBm (respectivamente). 9

10 TÉCNICA DE ESPELHAMENTO ESPECTRAL DO SINAL é uma técnica de ampliação da largura de banda de uma informação usada para evitar interferências. Entre as técnicas mais conuns tem: FHSS (do Inglês Frequency Hopping Spread Spectrum) e DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum): 10

11 TÉCNICA DE ESPELHAMENTO ESPECTRAL DO SINAL FHSS as transmissões são realizadas sobre vários canais com larguras de bandas pequenas (<500KHz) e a cada instante em um canal diferente (criptografando a comunicação) taxa de transmissão tipicamente de 256Kbps a 2Mbps 11

12 TÉCNICA DE ESPELHAMENTO ESPECTRAL DO SINAL DSSS - Os dados são transmitidos em uma faixa de frequência mais larga (26MHz) com taxa de transmissão tipicamente de 11 a 54Mbps. E distância 12

13 PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO O protocolo de comunicação também é importante no caso das estações de telemetria, pois dependendo do protocolo a ser utilizado, vai utilizar uma maior ou menor banda de transmissão. E alguns protocolos possuem a capacidade de armazenar os dados no caso da perda de comunicação e restaurar após o seu retorno. 13

14 PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO Modbus/RTU que é amplamente utilizado no mundo; DNP3 que é um protocolo dedicado para redes distribuídas que vêm do inglês, Distributed Protocol Network; 14

15 PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO Exemplo: As estações de telemetria em saneamento possuem uma quantidade pequena de equipamentos (exemplo: três bombas, um multimedidor, dois instrumentos analíticos e alguns sinais digitais). Para estes equipamentos vão ser considerados o monitoramento 32 sinais digitais e 16 analógicos. E como normalmente o saneamento é um processo lento com respostas na casa dos segundos, com controle local pela a automação e com apenas monitoramento remoto. 15

16 PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO NECESSIDADES de projeto, são elas: Os sinais digitais e analógicos devem ser registrados com uma precisão de 10 segundos; As mudanças dos sinais digitais precisam ser reportadas para o centro de controle com 1 minuto de ocorrência; As mudanças dos sinais analógicos precisam ser reportadas para o centro de controle com 10 minutos de ocorrência. PREMISSAS de comportamento do sistema: Haverá 128 mudanças de sinais digitais a cada 1 hora; Haverá 80 mudanças de sinais analógicos a cada 1 hora. As mudanças podem ser configuradas (um limite ou setpoint ou variação); Será considerado que nenhum pacote de dados será perdido (transmissão perfeita). 16

17 PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO O método utilizando o DNP3 apresentou um taxa de transmissão 23% mais eficiente que o método modbus mais eficiente. O DNP3 ainda fornece outra característica importante que é a estampa de tempo dos eventos. Isto permite que no caso de uma falha de comunicação os dados sejam gravados no equipamento remoto. 17

18 PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO 18

19 WITS Water Industry Telemetry Standard; Em 2011, a propriedade do protocolo WITS passou para as mãos da WITS Protocolo Standards Association para a gestão e manutenção futura; Baseado no protocolo DNP3 nível 2; 19

20 Conclusão A automação para telemetria possui características diferentes da automação de processo, como: Tempo de resposta; Taxa de transferência; Topologia; Meio de transporte; Vimos que o rádio é um meio de transmissão muito importante para saneamento e quanto menor a frequência maior é o alcance do sistema de rádio, maior é a confiabilidade e menor é a taxa de comunicação; A taxa de comunicação em saneamento é muito pequena não sendo um fator de limitação para os rádios de baixa frequência; Os protocolos modbus e DNP3 funcionam muito bem para telemetria, porém o protocolo DNP3 consegue uma taxa de transferência menor e evita a perda de dados; Um outro ponto que pode ser interessante ao saneamento é o protocolo WITS, que seria um protocolo dedicado a este segmento e algumas remotas de mercado já possuem este protocolo. 20

21 Aproveite ao máximo a sua energia Marcelo Wicthoff Pessoa Telefone: Celular: marcelo.pessoa@schneider-electric.com 21