Aplicação Profinet, Profibus e As-i em Projetos de Usinas Hidrelétricas (Belo Monte) São Caetano,

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1 Aplicação Profinet, Profibus e As-i em Projetos de Usinas Hidrelétricas (Belo Monte) São Caetano,

2 Aplicação Profinet, Profibus e As-i Apresentação Institucional Voith; Arquitetura Geral SDSC; Aplicação Rede Profinet; Aplicação Rede Profibus-DP; Aplicação Rede AS-i; SEP-Sistemas Especiais de Proteção Utilizando Profinet; Conclusão. 2

3 Apresentação Institucional Voith 3

4 Governor HyCon TM Security & CFTV Excitation Thyricon TM Telecom Monitoring HyCon TM MD Protection Control HyCon TM 400 HyCon TM 300 Energy 4

5 Voith Hydro Soluções em Automação HyCon Utiliza Plataforma Simatic 5

6 Voith Hydro Soluções em Automação Flexibilidade, Modularidade e Expansibilidade 6

7 HyCon Automation Center na Voith São Paulo 7

8 HyCon Automation Center na Voith São Paulo FAT Areas 8

9 Arquitetura Geral SDSC 9

10 Arquitetura Belo Monte Arquitetura Geral com vários protocolos comunicando no mesmo meio físico, uma das vantagens de utilizar meio Ethernet ao invés de RS-485. Principais Equipamentos: UAC-UG 18x; UAC-SA 4x; UAC-SE 5x; Par de Servidores 4x; Estações de Operação 6x; Estação de Engenharia 1x; Vídeo Wall 1x. 10

11 TERMINAL BUS 1Gbps PROCESS BUS 1Gbps PROCESS BUS 1Gbps SALA DE CONTROLE PRINCIPAL SALA DE CONTROLE AUXILIAR ESTAÇÃO DE OPERAÇÃO VÍDEO WALL ESTAÇÃO DE OPERAÇÃO 1 ESTAÇÃO DE OPERAÇÃO 2 ESTAÇÃO DE OPERAÇÃO 3 ESTAÇÃO DE ENGENHARIA PIMENTAL ESTAÇÃO DE OPERAÇÃO 1 ESTAÇÃO DE OPERAÇÃO 2 ESTAÇÃO DE MANUTENÇÃO TERMIONAL BUS 1Gbps Pimental Interface de Comunicação Interface de Comunicação Notebook de Manutenção(3x) GPS OS 1 OS 2 OS 3 RACK DE COMPUTADORES SERPI_1A SERV 1A SERV 2A SERV 3A SERV 4A HIS 1A ES 1 EOCPI VW1 OS 4 OS 5 RACK DE COMPUTADORES SERPI_1B SERV 1B SERV 2B SERV 3B SERV 4B HIS 1B Pimental PROCESS BUS 1Gbps Pimental PROCESS BUS 1Gbps ESTAÇÃO DE OPERAÇÃO REMOTO Anel Anel Anel Anel Profinet Profinet Profinet Profinet UNIDADE GERADORA 1 UNIDADE GERADORA 18 SERVI~ÇOS AUXILIARES 1 SERVIÇOS AUXILIARES 4 SUBESTAÇÃO 1 SUBESTAÇÃO 5 SALA DE CONTROLE REMOTO - TUCURUÍ DETALHAMENTO ANEL PROFINET PAINEL DE AQUISIÇÃO E CONTROLE MONITORAMENTO DE VIBRAÇÕES REGULADOR VELOCIDADE DIGITAL CENTRO DE CONTROLE DE MOTORES SISTEMA DE EXCITAÇÃO INSTRUMENTAÇÃO TURBINA E GERADOR LEGENDA: Cabo Elétrico Ehernet TCP/IP Cabo Elétrico PROFINET UNIDADE HIDRÁULICA RV PROTEÇÃO ALTERNADA DA UNIDADE PROTEÇÃO PRINCIPAL DA UNIDADE CONTROLE UNID. HIDR. DA COMPORTA MEDIÇÕES HIDRÁULICAS DA TA Cabo Óptico PROFINET Ethernet 1 Gbits cabo óptico Ethernet Elétrico IEC61850 Cabo Elétrico Profibus 11

12 Aplicação Rede Profinet 12

13 Rede Profinet nos Controladores da Unidade Para o controle da Unidade Geradora utilizou como principal rede de comunicação a Rede Profinet, ela comunica com os vários sistemas que compõe a Unidade, como Regulador de Velocidade Digital e Hidráulico, CCM da Unidade, Tomada D água, Medições Hidráulicas e Quadro de Instrumentação da Unidade (Turbina+Gerador com aquisição de sinais por rede AS-i). 13

14 Configuração Rede UG UAC UN. GERADORA -- 18x HMI Proteção Principal 1 ms (SOE) Prot G Prot Unidade Proteção Alternada Prot G Prot Unidade Industrial Ethernet Profinet Profinet Óptico Profibus-DP AS-i IEC IEC S7 300 S7 300 Controlador Controlador Sistema de Monitoramento RV Digital CCM Unidade Sistema de Excitação IEC AS-I Bus QITG Quadro de Instrumentação Turbina e Gerador S7 300 RV Hidráulico S ET200S Tomada D água Comporta Medições Hidráulicas 14

15 Painel de Controle da Unidade Geradora 15

16 Rede Profinet nos Controladores Serviços Auxiliares Os serviços auxiliares utilizou-se a Rede Profinet com uma solução totalmente distribuída; A maioria dos sistemas utilizam-se remotas M e controle ficam no PLC central (Sistema Distribuído com Lógica Centralizada); Alguns sistemas possui um PLC Local S e possui Lógica Local (Sistema Distribuído com Lógica Local); A quantidade de cabos de controle que percorre a planta diminuiu drasticamente. 16

17 Nota: A Rede Profinet é composta por Fibra e Cabo Elétrico em função das distâncias. UAC SERVIÇOS AUXILIARES 4x Conversor Modbus +03PAI - Painel Anti-Incêndio HMI Industrial Ethernet Profinet +11DCP - Painel Distribuição Principal 1 Mod 1 125Vcc +01CMA Cubículo de Média Tensão Alternativa 1 +02CCI - Centro Cargas Iluminação 2 +01CCI - Centro Cargas Iluminação 1 +03CCI - Centro Cargas Iluminação 3 +10CCI - Centro Cargas Iluminação DCP - Painel Distribuição Principal 1 Mod 2 125Vcc +51DCP - Painel Distribuição Principal 1 Mod 5 125Vcc +04CCI - Centro Cargas Iluminação 4 S CLP +38SMH Quadro Controle Local Medições Hidráulicas +04CCG - Centro Controle Cargas Gerais No 4 +04PSA - Painel Serviços Auxiliares 4 460Vac S CLP +11ESG Quadro Controle Local Esgoto Sanitário +10PSA - Painel Serviços Auxiliares Vac +04CCMV Centro Controle Motores Ventilação 4 +01CMT Cubículo Média Tensão 1 +03CCG - Centro Controle Cargas Gerais No CCMV Centro Controle Motores Ventilação 1 +03PSA Painel Serviços Auxiliares 3 460Vca +01PSA - Painel Serviços Auxiliares 1 460Vac +02CMT Cubículo Média Tensão 2 +01CCG - Centro Controle Cargas Gerais No 1 +03CCMV Centro Controle Motores Ventilação 3 +02CCMV Centro Controle Motores Ventilação 2 +02CCG - Centro Controle Cargas Gerais No 2 +02PSA - Painel Serviços Auxiliares 2 460Vac 17

18 Encaminhamento da Rede Anel Profinet (Belo Monte) 18

19 Sistema Distribuído e Centralizado Painel Controle Auxiliares Belo Monte, Sistema Distribuído, apenas uma coluna Painel Controle Auxiliares Serra do Facão 2 UGs, Sistema Centralizado 19

20 Aplicação Rede Profibus-DP 20

21 Rede Profibus-DP nos Controladores da Unidade Para Aquisição dos Sinais de TRIP da Unidade Geradora, que necessita resolução de 1ms (SOE) utilizou-se a rede Profibus-DP com Remota M e Cartelas Digitais próprias para esta aplicação. Através da Rede Profibus-DP foi feita a comunicação com o Sistema de Monitoramento da Unidade Geradora, que utiliza Aquisitor de Sinais Delphin. 21

22 Configuração Rede UG UAC UN. GERADORA -- 18x HMI Proteção Principal 1 ms (SOE) Prot G Prot Unidade Proteção Alternada Prot G Prot Unidade Industrial Ethernet Profinet Profinet Óptico Profibus-DP AS-i IEC IEC S7 300 S7 300 Controlador Controlador Sistema de Monitoramento RV Digital CCM Unidade Sistema de Excitação IEC AS-I Bus QITG Quadro de Instrumentação Turbina e Gerador S7 300 RV Hidráulico S ET200S Tomada D água Comporta Medições Hidráulicas 22

23 Aplicação Rede AS-i 23

24 Integração AS-i com Vários Protocolos de Comunicação A integração da rede AS-i com vários protocolos de comunicação e feita de maneira simples; Utiliza-se Cartelas Mestre AS-i, que são inseridas nos racks da família S

25 Benefícios Rede AS-i Não precisa de complexa conexão de cabos para sensores e atuadores. Rápida Instalação, por ser IP67 modulo de I/O fica próximo do Sensor. Conectores próprios mais difícil cometer erros. Facilidade em encontrar erros. O sinal mapeado no PLC é feito pelo mesmo caminho de um sinal de I/O normal do PLC. Diagnóstico de falha de módulos individual. Módulos podem ser substituídos com o sistema vivo. Facilidade no comissionamento e manutenção. Documentação fica mais limpa. As-i protocolo aberto, pode ser usado o fabricante de sua escolha. Alimentação do Sensor/Atuador no próprio cabo As-i. 25

26 Cabo AS-i e Flexibilidade Arquitetura É conectado em todos nós da Rede Possui 2 fios - não é Shieldado Possui forma Trapezoidal evita inversão de polaridade Transfere Dados e Potência. Alta flexibilidade na topologia da rede, assim ajuda otimizar a rede em função das condições físicas. 26

27 Como a Rede AS-i é Diferente Sistema Tradicional Cada Sensor é conectado por 2 or 3 cabos no PLC, cabos que chega no Painel; Muitos Cabos, dificuldades em achar falhas; Solução Inteligente AS-i Sensores e atuadores podem ser conectados ao sistema em qualquer ponto; Designs Modulares O Master AS-i no painel substitui os cartões de I/O; 27

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29 Painel Instrumentação Unidade Tecnologia AS-i X Painel Convencional 1x Painel Tecnologia AS-i 1 Colunas 1200x800x2200mm no Total Para Turbina + Gerador 2x Painéis Convencionais 6 Colunas 800x800x2200mm no Total Para Turbina + Gerador 29

30 Fotos Aplicação AS-i 30

31 Skid Testado em Fábrica 31 31

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33 Módulos AS-i IP67 o Mais Próximo Possível dos Sensores 33 33

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36 SEP-Sistemas Especiais de Proteção Utilizando Profinet 36

37 SEP- Sistema Especial Proteção na SE-Xingu Para Corte de Geração em Belo Monte Devido a falhas em Linhas de Transmissão que são comuns devido a raios, fogo, etc... em certas ocasiões são necessários Corte de Geração de maneira rápida (ordem de 150ms, depende do estudo) para evitar sobrefrequência na rede elétrica. Para Belo Monte foi utilizado a Rede Profinet, para verificar as linhas de transmissão na SE-Xingu e enviar o comando de Desligamento Parcial Excitado 94PE na Unidades Geradoras caso ocorra falhas nas linhas. 37

38 Sistema de Corte Energia na SE Xingú Perda da Linha de Tucuruí Lechuga Silves Oriximiná Jurupari Laranjal Macapá MANAUS 3 x 600 MVA 2 x 450 MVA MACAPÁ Xingu UHE Ferreira Gomes TucuruÍ UHE Santo Antônio do Jari UHE Tucuruí Marabá Açailândia UHE Belo Monte Imperatriz NORDESTE 500 kv 230 kv 138 kv 88 kv e inferiores Itacaiúnas SUDESTE 38

39 Arquitetura SEP Principal Nota: Cuidado com a distância do OPGW e escolha correta dos Switches. (Tipo de fibra e distância alcançada pelo Switche escolhido) 39

40 Conclusão 40

41 Principais Pontos Para Definição Correta da Rede de Campo a ser Utilizada. Os principais pontos que deve ser observados para escolha da Rede de Campo são: Conhecer bem o sistema onde será utilizado a rede, como tempo de resposta, distâncias envolvidas e performance necessária. Ambiente e distâncias envolvidas para escolha correta dos equipamentos. Topologia da rede e equipamentos IP67 por exemplo. Utilização de equipamentos certificados e seguir a Norma do Protocolo, principalmente em função da capacidade de dados e topologia. A confiabilidade da rede é em função da engenharia adequada aplicada na solução. 41

42 Contato: Leandro Fortes Gerente Engenharia Integração Fone

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