Mamede - Instalacoes Eletricas Industriais 6a Ed

PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS 583

Os valores de R, so limitados em funo do nvel de proteo desejado e esto expressos na Tabela

13.6 (raio da esfera rolante).

~ Pra-Raios do Tipo FranklinPra-Raios de Sobretenso

Chave Seccionadora

Fig. 13.19 - SPDA de subestao exterior

A aplicao do modelo eletrogeomtrico implica dois diferentes casos:

a) Volume de proteo de um captor vertical quando a altura do captor H inferior a Re

Tomando-se o raio R., traam-se uma reta horizontal paralela ao plano do solo e um segmento de crculocom centro no topo do captor. Com centro no ponto de interseo P e com raio R, traa-se um segmento de

crculo que tangencia o topo do captor e o plano do solo, conforme pode ser observado na Fig. 13.17. O volumeformado pela rotao em tomo do captor da rea hachurada representa o espao de proteo oferecido estrutu-ra.

b) Volume de proteo de um captor vertical quando a altura H superior a R,

Com base no mesmo procedimento anterior pode-se determinar o volume de proteo, conforme a Fig.13.18. Deve-se observar que a estrutura excedente ao volume de proteo pode ser atingida por descargas atmos-fricas laterais.

13.6.3.1 - Proteo de subestaes de instalao exterior

Adiante ser apresentada uma simplificao do mtodo eletrogeomtrico que encontra muita utilizaona proteo de subestaes de potncia de instalao exterior.

Assim como qualquer outra construo, as subestaes esto sujeitas s descargas atmosfricas diretassobre os prticos, barramentos, equipamentos, etc. Desta forma, deve-se projetar um sistema de proteo, atravsde pra-raios de haste, capaz de oferecer a mxima segurana a toda a rea.

Em subestaes de instalao exterior muito comum a utilizao dos pra-raios do tipo Franklin, devi-do disponibilidade das torres das estruturas existentes. A Fig. 13.19 mostra os pra-raios montados no topo dosprticos de uma subestao de instalao exterior.

O dimensionamento de um sistema de proteo contra descargas atmosfricas com base no mtodo ele-trogeomtrico deve seguir os seguintes procedimentos:

a) Zona de proteo

O pra-raios, neste caso, oferece uma zona de proteo limitada aproximadamente por um cone. O limitedessa zona de proteo dado por um arco cujo raio igual a 3 vezes a altura do ponto do captor H c' O raio

mximo de atuao, R ,da proteo igual a .J5 vezes a altura anterior mencionada H c' Portanto, o arco p

584 INSTALAES ELTRICAS INDUSTRIAIS

tangente ao solo num ponto que dista .JS x H c ' A Fig. 13.20 mostra o detalhe da proteo dada pelo pra-raios.A Eq. (13.12) fornece o valor do raio mximo de proteo.

oIC':i

R5 Hc

\ Fig. 13.20 - Limite de proteo pelo mtodo eletrogeomtrico

(13.12)

Rpm

- raio mximo de proteo.

Em algumas subestaes utilizam-se, mesmo com menor freqncia, cabos de guarda. Para uma mesmaaltura da ponta do captor, porm, a zona de proteo do pra-raios maior do que aquela dada por cabos deguarda.

A determinao do raio de proteo, R , para que qualquer ponto esteja compreendido na zona de pro-p

teo dada pelo pra-raios pode ser feita atravs da Tabela 13.8, com base na altura da ponta do captor H; e naaltura do ponto considerado H .

p

EXEMPLO DE APLICAO

Considerar a subestao dada na Fig. 13.21 e determinar o valor da altura a que deve ser instalado o pra-raios do tipo Franklin.

H = 4,0 m (altura do ltimo ponto a ser protegido):p

R = 6,0 m (distncia do ltimo ponto a vertical do pra-raios).p

Logo, pela Tabela 13.8, a altura do captor vale: H c = 9,0 m.Em muitas aplicaes prticas deseja-se saber qual o raio de atuao dos pra-raios a serem instalados

em estruturas padronizadas e concebidas em funo do melhor leiaute dos equipamentos e economicidade deprojeto.

EXEMPLO DE APLICAO

Considerando que a estrutura da Fig. 13.22 representa a vista superior do barramento de uma subestaode instalao exterior, cuja disposio faz parte de um projeto padronizado, determinar a altura da ponta do cap-tor dos pra-raios de sorte que todos os barramentos e estruturas estejam cobertos pela zona de proteo contradescargas atmosfricas. Sabe-se que a altura til dos postes que compem a estrutura na qual sero instalados ospra-raios de 14 m.

PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS 585

Tabela 13.8 - Altura do captor de um pra-raios do tipo Franklin (Hc)

Altura do ponto a ser protegido (fi p) valores em m

Rp(m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

1 1,8 2,4 4,0 4,8 6,0 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

2 2,5 3,9 4,8 5,9 6,8 8 9 10 12 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

3 3,0 4,5 5,6 6,7 7,8 8 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

4 3,9 5,0 5,5 7,5 8,5 9 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

5 4,5 5,7 7,0 8,0 9,3 10 11 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

6 5,0 6,5 7,9 9,0 10,0 11 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

7 6,6 7,0 8,2 9,6 10,8 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 27

8 6,3 7,9 9,0 10,6 11,5 13 14 15 16 17 18 19 20 22 23 24 25 25 27 28

9 7,0 8,3 10,0 11,0 12,0 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 28 29

10 7,5 9,0 10,6 12,0 13,0 14 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 30

11 8,0 9,7 11,0 12,3 13,6 15 16 17 18 19 20 21 22 24 25 26 27 28 29 30

12 8,5 10,0 11,9 13,0 14,2 16 16 17 18 19 21 23 24 25 26 27 28 29

13 9,0 10,7 12,3 13,7 15,0 16 17 19 20 21 22 23 24 26 26 27 28 30

14 9,7 11,4 13,0 14,3 15,6 17 18 19 20 22 23 24 25 26 27 29 30

15 10,0 12,0 13,6 15,0 16,2 18 19 20 21 22 23 24 26 27 28 29 30

16 10,8 12,6 14,0 15,7 17,0 18 20 21 22 23 24 26 27 28 29 30

17 11,4 13,0 14,7 16,2 17,6 19 20 21 23 24 25 26 28 28 3018 11,9 13,9 15,3 16,8 18,2 20 21 22 23 24 26 27 28 29

19 12,3 14,2 16,0 17,5 19,0 20 22 23 24 25 27 28 29 3020 12,9 14,9 16,5 18,0 19,6 21 22 23 25 26 27 28 30

21 13,5 15,7 17,2 18,5 20,0 21 23 24 25 27 28 2922 14,0 16,0 17,8 19,2 20,8 22 24 24 26 27 29 30

23 14,5 16,5 18,2 19,8 21,3 23 24 25 27 28 2924 14,0 17,2 18,5 20,2 22,0 23 25 26 27 29 3025 15,3 17,5 19,3 21,0 22,6 24 25 27 28 2926 16,0 18,3 20,0 21,5 23,2 25 26 27 2927 16,5 19,0 20,7 22,0 23,9 25 26 28 2928 17,0 19,5 21,3 22,8 24,5 26 27 2929 17,5 20,0 21,7 23,2 25,0 26 27 2930 18,0 20,5 22,3 24,0 25,7 27 29 30

Rp - distncia do ltimo ponto a vertical do pra-raios

Hc

Rp=6m

Fig. 13.21- proteo contra descarga atmosfrica de uma subestao

Considerando-se que todos os pontos do barramento devem ser protegidos, necessrio determinar umaaltura de instalao dos pra-raios que resulte um raio de proteo Rp , cujos crculos sejam tangentes nos pontoscentrais de cada mdulo da estrutura, ou seja:


/\ /

-, / -,Raio de I \ I \ IProteo Rp I I \ I \\

\A( I \ I\ I

\ I \ I \\ I

\ / /\\ I \ /

/'

-X-\

14

AUTOMAO INDUSTRIAL

14.1 - INTRODUO

Certa ocasio, presente a um seminrio sobre automao industrial, um palestrante iniciou sua apresenta-o profetizando: "No futuro as fbricas s tero dois seres vivos - um homem e um co de guarda." Como erade se esperar, algum da platia indagou ao palestrante: "Para que serve o homem?" A resposta foi enftica:"Para cuidar do co."

Essa a sensao que se tem com o avano da tecnologia. O tema, sob o ponto de vista social, polrni-co, mas o processo irreversvel. Do ponto de vista puramente econmico-financeiro, os sistemas automticosapresentam vantagens incomensurveis sobre o custo da mo-de-obra. Cabe ressaltar, por exemplo, que umposto de servio numa subestao de potncia, considerando os turnos a serem cumpridos, os custos decorrentesda legislao brasileira e um salrio mdio de US$ 800,00/ms, vale cerca de US$ 700.000,00 num perodo de30 anos, o que muito superior ao custo mdio de automao de uma subestao.

At o fim do sculo passado, a produo de bens utilizava exclusivamente a fora muscular. Com o ad-vento da Revoluo Industrial, a fora muscular cedeu lugar s mquinas. Este processo foi denominado produ-o mecanizada. Nessa situao, o homem ainda era parte ativa, no como executor da tarefa produtiva, mascomo controlador do processo. Mas as mquinas foram gradativamente evoluindo, tomando-se cada vez maisindependentes do controle do homem, assumindo tarefas e tomando decises. Essa evoluo se deveu inicial-mente a dispositivos mecnicos, hidrulicos e pneumticos. Com o advento da eletrnica, esses dispositivosforam sendo substitudos, e presentemente a microinformtica assumiu o papel da produo automatizada, emque o homem, utilizando tcnicas de inteligncia artificial, materializadas pelos sistemas computadorizados,instrui um processador de informaes a desenvolver tarefas complexas e tomar decises rpidas para controledo processo.

Todo o sistema de automao segue um princpio comum, em que o gerenciador do processo reali-mentado de informaes resultantes da concluso de cada tarefa, de forma a redimensionar ou reorientar a etapaseguinte, com o objetivo de alcanar o resultado final mais prximo possvel daquele para o qual o dispositivofoi instrudo a executar atravs de informaes codificadas.

O grau de complexidade de um sistema de automao pode variar enormemente. Os sistemas mais sim-ples mantm ainda uma forte participao do homem no processo. Os sistemas mais sofisticados basicamentedispensam a interferncia do homem, a no ser como gerenciador do processo. A seguir ser descrito um sistemade automao rudimentar que utiliza sensores e controladores distribudos ao longo do sistema de produo,atravs dos quais um gerenciador de processo (no presente caso, o homem) regula as funes bsicas. Essessensores e controladores so constitudos de termmetros e vlvulas de vazo, podendo ser ainda empregadosmedidores, resistores eltricos, etc.

Atravs da Fig. 14.1 pode-se observar que no ponto A fornecido ao sistema de produo um certo vo-lume (V) de gua, a temperatura varivel, a ser aquecida por uma determinada quantidade de gs (Qg) a umadada presso (P) fornecida atravs do ponto B. O gerenciador do processo, no presente caso o homem, instru-do a manter constante o volume de sada de gua quente a uma temperatura Tj no ponto C. Ao perceber que a


14.2 - DEFINIES

GsAquecido

1Quantidade

(Og)

B

..gua NaturalA __

gua Quente Temperatura Controlada

(Tf )

Volume (V)

temperatura da gua diminuiu (sensor tico) o homem tem essa informao enviada ao seu crebro, que toma adeciso de fazer a sua mo aumentar a quantidade de gs (Qg) na medida exata para manter constante a tempe-ratura Tf . Pode-se concluir que o gerenciador do processo, atravs de sua viso (sensor tico) est constante-mente recebendo informao do termmetro T (sensor de temperatura) para comparao. A essa forma de aqui-sio de dados d-se o nome de realimentao oufeedback.

Fig. 14.1 - Exemplo de automao de um processo rudimentar

Num processo de automao mais evoludo, o homem substitudo por uma mquina (computador) do-tada de inteligncia artificial (software), que, alm de aquisitar os dados on-line de temperatura T e quantidadede gs Qg, envia sinais digitais, que so convertidos em sinais analgicos, para um servomecanismo operar asvlvulas reguladoras de forma a manter a temperatura no valor instrudo.

A automao tem invadido os ambientes industriais, tomando-se cada vez mais complexa, medida queprocura substituir o homem em todas as tarefas que era de seu domnio na produo, principalmente tarefas re-petitivas, lgicas e sistemticas.

Para facilitar o entendimento, o assunto foi dividido em trs partes. Na primeira se estudar a automaoem subestaes industriais; em seguida sero estudados os procedimentos da automao dos processos indus-triais; e finalmente sero discutidos os procedimentos utilizados num sistema de gerenciamento de energia.

No entanto, na concepo de um projeto integrado de automao industrial, os trs mdulos anterior-mente mencionados so partes integrantes de um nico projeto que pode envolver as reas administrativa, finan-ceira e de recursos humanos, ao qual pode ser atribuda a denominao de Sistema Corporativo ou de Sistema deGesto.

Antes de iniciar o estudo dos processos de automao ser fornecida uma srie de informaes prelimi-nares a fim de facilitar a compreenso do leitor.

Ao longo do texto sero usadas algumas palavras, termos ou siglas em portugus ou em ingls, comunsna linguagem de informtica, notadamente na leitura de textos dedicados automao.

a) Memria RAM (Random Access Memory)

AUTOMAO INDUSTRIAL 589

So memrias que armazenam os dados variveis e temporrios, tais como correntes, tenso, alarmes,etc., que podem ser eliminados quando da perda da fonte de tenso auxiliar, sem que isto venha a comprometer odesempenho da mquina.

b) Memria ROM (Read Only Memory)

So memrias cujo processador s consegue ler seus dados quando introduzidos pelo prprio fabricantedo chip.

c) Memria PROM (Programmable Read Only Memory)

uma memria ROM programvel eletricamente.

d) Memria EPROM (Electricaliy Programmable Read Only Memory)

uma memria ROM que pode ser programvel eletricamente diversas vezes. Seu contedo pode serapagado usando raios ultravioleta, porm os dados permanecem gravados quando h perda da fonte auxiliar dealimentao.

e) Entrada e sada serial

So componentes de entrada e sada atravs dos quais os dados do sistema, tanto escritos como em formade comando, podem ser recebidos ou transmitidos para uso ou leitura remotos. So conhecidas as unidadesRS232, RS422 e RS485.

f) Isolamento galvnico

o isolamento entre o circuito eltrico, em geral a alimentao de energia do equipamento, e o circuitoeletrnico, geralmente a sada do mesmo, agregado a uma proteo contra interferncias e transientes da rede.

g) Converso analgica/digital

o processo de converso em que, aps o condicionamento do sinal, este deve ser tratado eletronica-mente para ser convertido da forma analgica para a forma digital.

h) Condicionamento de sinal

Consiste na interface entre o processo eltrico e o ambiente eletrnico, em ambientes galvanicamenteisolados. Os sinais devem ser reduzidos a valores compatveis com os circuitos eletrnicos, na faixa de 5 V a 15V.

i) Multiplexador

um componente que possui vrios canais de entrada de sinais e conecta ordenadamente cada um dessescanais a um conversor analgico/digital.

j) Conversor analgico/digital

um componente que processa a converso de uma grandeza analgica em uma seqncia numrica e conectado diretamente a um microprocessador.

k) Protocolo TPC/IP (Transmission Protocol Control/Internet Protocol)

Significa um protocolo de comunicao de dados. No um software. O software de comunicao queimplementa o protocolo, como por exemplo o TCP/IP.

1) LAN (Local Area Network)

uma rede de comunicao de dados em tempo real que obedece a um padro internacional (IEEE 802-3ou ISO/IEC 8802-3), dotada de uma velocidade de transmisso elevada e constituda de um meio fsico detransmisso atravs de cabos coaxiais, par telefnico, fibra tica, etc. Tem as seguintes caractersticas:

velocidade de transmisso: valor desejado;

modelo de transmisso: bit serial;

meio de transporte: padro Ethernet;

protocolo de transporte TPC/IP.

m) Interface Homem-Mquina (IHM)


o enlace entre o usurio e os programas de superviso e controle que compem o sistema de automa-o. A IHM caracterizada pelos monitores de vdeo, painis numricos, teclados, impressoras e todo perifricoque permita uma interao entre o operador e o sistema.

n) SCADA (Supervisory, Control and Data Aquisition)

um software para tratamento de dados em tempo real.

o) Bit tBinary Digit)

a menor unidade na notao numrica binria, que pode ter o valor de Oou 1.

p) Byte

o grupo de bits ou dgitos binrios (geralmente oito) que o computador opera como uma unidade sim-ples.

q) Gateway

um dispositivo de traduo de protocolo em hardware ou software que permite que os usurios quetrabalham em uma rede possam acessar outra rede.

14.3 - UNIDADE DE AQUISIO DE DADOS (UAD)

So equipamentos e dispositivos que, interligados ao processo, recebem informaes deste e as enviampara um sistema de superviso e controle hierarquicamente superior, onde so tratadas, disponibilizadas atravsde monitores, papel, etc. Dependendo da deciso da unidade de superviso e controle, uma mensagem retomar Unidade de Aquisio de Dados, que desenvolver uma ou mais aes sobre o processo.

As Unidades de Aquisio de Dados compreendem dois diferentes mdulos numa estrutura de automa-o, ou seja:

Unidades de Aquisio de Dados e Controle (UADC);

Unidades Dedicadas (UD).

As primeiras so constitudas pelos Controladores Lgicos Programveis (CLPs) e pelas Unidades Ter-minais Remotas (UTRs).

J as Unidades Dedicadas so constitudas pelos rels digitais, unidades de intertravamento, unidades deoscilografia, etc.

As UADC exercem as funes de aquisitar dados e comandar a manobra de mquinas e equipamentos,usando para isso os seguintes meios:

Entrada de dados analgicos

So variveis presentes no processo e caracterizadas por tenso, corrente, freqncia, vazo, presso, etc.

Sada de dados analgicos

So variveis fornecidas aos componentes do sistema para ajuste de sua lgica, tais como sinais paramedidores de energia, controladores de velocidade, etc.

Entrada de dados digitais

So informaes aquisitadas junto aos equipamentos (disjuntores, chaves seccionadoras, etc.) sobre o seuestado operacional- aberto ou fechado.

Sada de dados digitais

So ocorrncias desejadas de mudana de estado de equipamentos - aberto ou fechado -, de forma quese possa atuar a distncia sobre os mesmos.

14.3.1- Unidades de aquisio de dados e controleDe forma geral, as Unidades de Aquisio de Dados e Controle, na sua concepo mais completa, so

compostas por um conjunto de cartes eletrnicos, cada um deles acompanhado de funes especficas, alm deoutras unidades de lgica e memorizao, que podem ser visualizadas pelo diagrama de bloco da Fig. 14.2, sen-do:

a) Fonte (F)


A alimentao externa de uma Unidade de Aquisio de Dados e Controle pode ser feita atravs de umafonte de corrente alternada de 110/220 V ou de uma fonte de corrente contnua de 12,48, 110 ou 220 V, corres-pondendo a uma alimentao interna de 5 a 15 V.

b) Unidade Central de Processamento (CPU)

Unidade de Aquisio de Dados

SadaAnalgica

EntradaDigital r

lJ

I.

l' 1 ~\I

Fig. 14.2 - Diagrama de bloco de uma Unidade de Aquisio de Dados e Controle

Compreende o microprocessador que trabalha os dados aquisitados e, atravs de programas dedicados,define a lgica do processo.

c) Memria (MEM)

a unidade de armazenamento das informaes e dos programas.

d) Comunicao (COM)

a unidade responsvel pela transmisso e recepo de informaes junto ao sistema hierarquicamentesuperior, podendo esta comunicao ser feita atravs de cabos convencionais, fibra tica, rdio, etc.

e) Entrada analgica

a unidade que recebe a informao do processo em forma de corrente contnua de valor padronizado nafaixa de 4 a 20 mA, ou na forma de tenso contnua de 1 a 10 V, em decorrncia de uma converso interna reali-zada por um conversor digital/analgico.

Como a base do sistema de automao digital, necessrio se faz converter internamente toda a informa-o analgica para sinais digitais, o que feito atravs de um conversor analgico/digital.

f) Sada analgica

Sempre que esta unidade for ativada por estmulo da CPU, aparecer nos seus terminais uma correntecontnua na faixa de 4 a 20 mA ou uma tenso contnua de 1 a 10 V, cujo sinal digital foi convertido atravs deum conversor digital/analgico.

g) Entrada digital

Esta unidade ativada por um estmulo externo, por exemplo, o contato auxiliar do disjuntor, que possi-bilita a ligao de uma fonte de tenso interna ou externa UADC, cujo valor da grandeza eltrica comparadocom dois valores de referncia pelo circuito eletrnico da unidade de entrada digital, correspondendo posiode contato aberto ou fechado, que ser interpretada como Oou 1.

A Fig. 14.3 ilustra o reconhecimento pela unidade de entrada digital de um sinal de estado gerado por umequipamento.

h) Sada digital
UsuarioRetngulo


Esta unidade ativada por um estmulo interno da CPU que resultar em uma corrente nos terminais desada da unidade de sada digital, os quais so conectados normalmente a um rel auxiliar do equipamento queexecutar a manobra devida.

A Fig. 14.4 ilustra a gerao de um sinal digital e sua forma de atuao.

Enhd.dasDigitais

Unidade deAquisioDigital

Cantata do Equipamento

~Bateria

RelAuxiliar

Fig. 14.3 - Ilustrao da gerao de um sinal digital pelo equipamento de campo

14.3.1.1- Controladores lgicos programveis (CLPs)

So dispositivos que permitem o comando de mquinas e equipamentos de maneira simples e flexvel, deforma a possibilitar alteraes rpidas no modo de oper-los, por meio da aplicao de programas dedicados,armazenados em memria EPROM.

Os CLPs podem substituir com grandes vantagens os tradicionais comandos de mquinas e equipamen-tos, tais como botoeiras, chaves comutadoras, contatores e rels.

Existe no mercado uma grande diversidade de CLPs destinados a diferentes nveis de automao, emconformidade com a complexidade de cada aplicao. A Fig. 14.5, como ilustrao, mostra o frontal de um CLP.

Os CLPs so constitudos por um gabinete contendo um determinado nmero de cartes, cada um delesdesempenhando funes especficas, ou seja:

a) Fontes de alimentao

Os CLPs podem ser alimentados em 110/220 V em corrente alternada, ou em 24 V em corrente contnua,dependendo da seleo feita pelo cliente.

Somente a unidade bsica necessita de alimentao. Todas as expanses so supridas pela unidade bsi-ca. Nos bornes de conexo com a rede externa existe um fusvel de caracterstica rpida com corrente nominalentre 1,25 a 2 A, dependendo do tipo de CLP. Em geral, os CLPs de 110/220 V so alimentados por um circuitomonofsico a trs condutores: fase, neutro e condutor de proteo associado proteo do terra do sinal eletrni-co, conexo essa feita internamente ao equipamento.

b) Entradas e sadas

Os cartes de entrada e de sada constituem a interface entre o processador lgico e os equipamentos pe-rifricos; o carto do circuito de entrada prepara os sinais das fontes externas e os envia para a unidade de pro-cessamento.

A sada composta de amplificadores de chaveamento para controle dos equipamentos perifricos, quepodem ser constitudos por contatores, bobinas, lmpadas de sinalizao, etc.

Cada tipo de CLP tem uma determinada quantidade de terminais de entrada e sada, dependendo da ca-pacidade que se deseja em funo da aplicao, sendo associado a cada terminal um LED, normalmente verme-lho, para monitorao do sinal de lgica.

Todos os sinais de sada destinados comutao de cargas indutivas dispem de um dispositivo contrasurtos de tenso, podendo ser varistor, .diodo, etc., protegidos por fusveis de corrente nominal apropriada.

Em geral, os mdulos de entrada e sada dispem de cartes de expanso apropriados.


A cada terminal de entrada e sada est associado um endereo que utilizado na programao. Paraexemplificar, considerar um mdulo de entrada e sada com 3 cartes, cada carto dispondo de 32 terminais deentrada e 16 terminais de sada, totalizando 96/48 terminais. O endereo atribudo a cada terminal :

Sadas

Digitais ~~~~

Unidade de tiAquisioDigital

RelAuxiliar +tttttl-f

~CDE'"Q."5o-w

Fig. 14.4 - Ilustrao da gerao de um sinal digital pela UADe

1.0 carto: unidade bsica

entrada: EU a E1.32

sada: A 1.1 a A1.16

2. carto: unidade de expanso 1

entrada: E2.l a E2.32

sada: A2.1 aA2.16

3. carto: unidade de expanso 2

entrada: E3.1 a E3.32

sada: A3.1 a A3.16

Um endereo representado por A2.12 significa o terminal de sada (A), de nmero 12, pertencente aocarto 2.

c) Temporizadores e contadores

So cartes contendo circuitos eltricos dedicados cujos ajustes so efetuados por hardware. O nmerode temporizadores e contadores varia em funo da capacidade do carto.

Os temporizadores podem ser ajustados desde 10 ms at 1.020 s, sendo os ajustes efetuados atravs dechaves binrias ou potencimetros externos. Um programa dedicado gerencia a capacidade do tempo.

A seleo do temporizador feita atravs de cdigos com base na codificao dos terminais anterior-mente mencionados.

Os contadores permitem a contagem de eventos entre O a 999 e o ajuste feito atravs de trs chaves,cada uma delas com indicadores numricos de Oa 9.

d) Memrias

Os CLPs so dotados de cartes de memrias utilizadas pelos processadores lgicos para processar os si-nais e pelo sistema operacional e tambm utilizadas para armazenamento dos programas dedicados. Essas me-mrias podem ser do tipo EPROM ou RAM protegidas contra ausncia de tenso por meios de baterias especfi-cas com longa vida til. Em geral, as memrias podem ser assim classificadas:

Memria de trabalho

destinada ao armazenamento do programa aplicativo do processador lgico e, em geral, do tipoRAM, com capacidade e velocidade dependente do CLP desejado.

I'/


Memria de programa

destinada ao armazenamento dos programas em linguagem lgica (LPW-L) e, em geral, do tipoEPROM, com capacidade e velocidade dependentes do CLP desejado.

~~CP 20050 FA3 CYRUS- O O O O D DO O O O CJ D D- O O CJ D DCJCJ D D CJ D D00 CJ D D - 00 CJCJ D D 00 CJ D D00 CJ D D - 00 D DO IDRMProdutos deAutomao I

Fig. 14.5 - Frontal de um CLP

A memria de programa composta por um carto de circuito impresso provido de conector especfico.Para efetuar sua gravao utilizado um gravador de EPROM.

No apagamento da memria EPROM deve-se usar lmpadas ultravioleta de comprimento de onda de 254um a uma distncia inferior a 25 mm do carto de memria. O tempo de exposio ao feixe de luz ultravioleta de

40 minutos para uma intensidade de 12.000 llW/cm2, at 120 minutos para uma intensidade de 4.000 llW/cm2 .

As memrias EPROM suportam um nmero mximo de 50 apagamentos, alm do qual no so mais ati-vadas.

Memria de sinal

Esta memria destinada ao sistema operacional e ao armazenamento das informaes dos temporizado-res e contadores, entradas e sadas e marcadores intermedirios. Em geral, do tipo RAM e protegida contra aausncia de energia por meio de baterias de longa vida til.

14.3.1.1.1 - Recursos dos CLPs

Os Controladores Lgicos Programveis podem ser empregados para diferentes tipos de aplicao na in-dstria. possvel utiliz-los sozinhos ou acoplados a outras unidades. Em projetos que ocupam extensas reas,como, por exemplo, esteiras rolantes para transporte de minrio, associado ao processo de descarga do material,toma-se imperativo o uso de vrios CLPs operando acoplados para desempenhar sincronizadamente todo o con-trole do processo. Neste caso, a automao assume uma arquitetura descentralizada, dividindo-se a responsabili-dade do processo por vrias unidades de CLPs localizadas em diferentes pontos estratgicos da instalao.

A esta capacidade de comunicao entre CLPs dividindo tarefas d-se o nome de acoplamento.O processo de acoplamento obedece a uma hierarquia que gerenciada por um software dedicado, atri-

buindo-se aos CLPs de processo a funo de escravos, que se acoplam a um CLP de mesma capacidade ou, emgeral, de maior capacidade, denominado de mestre. Assim, se um CLP de processo necessita comunicar-se comoutro CLP de processo, a via de comunicao passa pelo CLP mestre, conforme mostrado esquematicamentena Fig. 14.6.

possvel implementar outras configuraes de acoplamento de CLPs que dependem da soluo que sedeseja para o processo.

Dadas as facilidades obtidas com a funo de acoplamento, podem-se utilizar estaes remotas, a umadistncia de at 1.000 m, sem empregar qualquer tipo de modem. Com o uso do modem no h limite de distn-cia. Alm disso, o acoplamento permite implementar uma arquitetura de sistema funcional e fisicamente distri-buda.

A seguir sero descritas algumas facilidades obtidas com o uso dos CLPs.


a) Microprocessamento

Corresponde funo de que os CLPs so dotados e destinada a realizar operaes aritmticas comuns,transmitir e armazenar informaes.

CLP3

Interface SerialRS232C

Escravo

CLP1

c) Controle de malha

Existem dois tipos de controle de malha nos processos de produo.

Controle de malha aberta

empregado nos processos de produo nos quais no se faz necessrio comparar a varivel controladacom um valor de referncia pr-ajustado. Como exemplo, deseja-se identificar, num processo de verificaoautomtica de engarrafamento de bebida, a presena de alguma garrafa vazia aps o processo de enchimento. Acondio assumida sim ou no. uma varivel do tipo digital. Neste caso, a verificao da qualidade de en-chimento da garrafa, isto , se ela est com 50, 60 ou 100% completa feita noutra etapa da linha de produo.

Controle de malha fechada

empregado nos processos de produo nos quais a varivel de controle constantemente comparadacom um valor de referncia pr-ajustado. Neste caso, h uma correspondncia biunvoca entre a varivel contro-lada e o sistema de controle. Retomando ao exemplo anterior, pode-se concluir que o processo de verificao dapercentagem de enchimento da garrafa caracteriza-se como um processo de controle de malha fechada.

O controle de malha fechada implica a utilizao de interfaces de sinais analgicos ou conversores ana-lgicos/digitais e digitais/analgicos.

Para caracterizar melhor esse processo, pode-se dividi-lo em dois tipos bsicos.

Fig. 14.6 - Configurao de acoplamento de CLPs

Compreende-se por operaes aritmticas comuns os processos de soma, subtrao, multiplicao, divi-so, comparao e totalizao.

J o processo de transmisso e armazenamento de informaes toma-se um recurso poderoso na automa-o de sistemas industriais.

b) Sinalizao

A funo de sinalizao permite ao CLP monitorar uma determinada quantidade de eventos, a dependerdo tipo utilizado.

Atravs de programas dedicados funo de sinalizao est associada a um anunciador de alarmes comreteno de eventos que permite identificar a origem de uma seqncia de eventos, facilitando as correes ne-cessrias para as ocorrncias.

Interface SerialRS232C

, ,fi

;'


Controle de malha fechada em mquinas operatrizes

Certas mquinas operatrizes so dotadas de dispositivos de alta sensibilidade para controle dimensionaldo produto, fazendo as correes necessrias, de forma a manter dentro de uma faixa de preciso predefinida asdimenses do produto final. Como exemplo pode-se citar o caso de mquinas retificadoras.

Controle de malha fechada em processo

de largo uso nos sistemas de automao industrial integrado, em que um certo nmero de sensores po-sicionados ao longo do processo realimentam o sistema de controle atravs de sinais analgicos transformadosem variveis controladas. Esses sinais so permanentemente comparados com um padro de referncia, gerandoum sinal de desvio que atua sobre os dispositivos de controle do processo reconduzindo as variveis controladasaos valores predefinidos, estabelecendo-se assim um controle em malha fechada.

d) Aquisio e processamento dos valores medidos

Em diferentes etapas de um processo de produo necessrio aquisitar valores de temperatura, presso,vazo, rudo, vibrao, umidade, nvel, tenso, corrente, etc. Atravs de programas dedicados e utilizando-se deinterfaces seriais analgicas podem ser aquisitadas todas as grandezas mencionadas, aps o que so processadase comparadas com valores de referncia, gerando sinais de comando, intertravamento, contagem, temporizao,sinalizao, etc. A aquisio dessas grandezas feita atravs de sensores especficos, tais como termmetros,pressostatos, etc.

e) Sincronizao

Dois ou mais CLPs podem ser conectados atravs de suas entradas e sadas e sob a gerncia de um pro-grama dedicado, sincronizados por software.

f) Relatrios

Sempre que h um evento no processo, resulta uma mensagem que armazenada em memria perma-nente, tendo cada mensagem um nmero definido de caracteres.

Para se obter as informaes desejadas relativas aos eventos pode-se fazer uso de um programa dedicadoque emite um relatrio das mensagens gravadas. Essas mensagens podem ser transmitidas atravs de uma inter-face serial RS232 a um perifrico qualquer, que pode ser uma impressora, um gravador de CD, etc.

14.3.1.1.2 - Interface Homem-Mquina (IHM)

Quando da instalao de Controladores Lgicos Programveis em processos industriais, necessita-se deum equipamento que possa interpretar os dados coletados dos diferentes CLPs escravos instalados na linha deproduo e fornecer de forma visvel e prtica as informaes das quais os supervisores necessitam, atravs deum display alfanumrico de cristal lquido, e, por outro lado, permitir que o mesmo supervisor possa forneceraos CLPs as instrues necessrias ao desenvolvimento do processo atravs de um teclado configurvel. Tanto odisplay como o teclado so posicionados na parte frontal do equipamento, conforme mostrado na Fig. 14.7.

A IHM um CLP ao qual foram incorporadas as funes caractersticas de interfaceamento entre o su-pervisor e o processo, usando os programas residentes como veculo de interpretao.

A IHM permite que se faa conexo com chaves seccionadoras, disjuntores, botoeiras, painis mmicosdinmicos, consoles, impressores, gravadores, etc. Para isso possuem canais de entrada e sada analgicas edigitais e comunicao serial.

A IHM pode ser ligada a um nico CLP ou a um conjunto de CLPs operando em rede, e tambm ser co-nectado a outro IHM. Neste caso, dotado de um microprocessador que atua como interface entre o supervisor eos CLPs escravos.

14.3.1.1.3 - Programao dos CLPs

Os CLPs de gerao anterior se caracterizavam por serem gerenciados atravs de uma linguagem de ope-rao cclica denominada de linguagem industrial, sem controle de tempo para execuo das tarefas. Porm,modernamente foram desenvolvidos programas que contemplam escalonamento de tarefas e tratamento de inter-rupes, embora os programas mantenham as caractersticas de linguagem de diagrama de rels.

Devido s diferenas de tecnologia dos fabricantes e s peculiaridades dos processos industriais, a mc1131 estabelece como padro pelo menos cinco linguagens de programao, ou seja:

Structured Text (ST);

Ladd Diagram (LD);

Instruction List (IL);


Sequential Function Chart (SFC);

Function Block Diagram (FBD).

oDRM AUTOMAO

Automao Industrial

Fig. 14.7 - Frontal de uma IHM

14.3.1.2 - Unidades Terminais Remotas (UTR)

@UI IHMILDC I

So unidades independentes, com a funo de coletar dados e executar comandos dos equipamentos doprocesso. Os dados coletados podem ser digitais (ligado/desligado, fechado/aberto, pulsos, acumuladores, etc.)ou analgicos (medida de tenso, corrente, freqncia, ngulo de fase, etc.). Os controles emitidos pela UTRpodero ser digitais, atravs de rels, ou analgicos, na forma de um valor de tenso varivel disponvel nosterminais da UTR.

As UTRs devero ter capacidade de executar programas de controle local, independentemente da ativa-o do Centro de Superviso e Controle, mas com possibilidade de interveno deste, bloqueio ou ativao atra-vs de modificao de pontos definidos na base de dados da UTR. Esses controles locais devem ser executadosde maneira similar aos que ocorrem nos CLPs, com os programas sendo gravados de maneira no-voltil, emmemria prpria da UTR. Esses programas podero ser modificados e recarregados na memria da UTR utili-zando-se as ferramentas normais de configurao da mesma. Os programas devero ser escritos e compilados emmicrocomputadores pessoais e transferidos atravs de canal de comunicao sem interrupo das funes desuperviso.

As UTRs devem ser montadas em painis, em gabinetes metlicos ou em fibra de vidro.

14.3.2 - Unidades dedicadasSo equipamentos que desempenham funes especficas junto ao processo e guardam as mesmas ca-

ractersticas funcionais da Unidade de Aquisio de Dados e Controle. Essas unidades aquisitam informaes viaentrada analgica, tais como tenso, corrente, ngulo de fase, etc., disponibilizando o resultado do seu processa-mento numa sada digital conectada a um circuito de comando de um equipamento. So conhecidos como Uni-dades Dedicadas os seguintes dispositivos:

a) Rels digitais

rels de sobrecorrente;

rels diferenciais;

rels de distncia;


rels multifuno, etc.

b) Oscilgrafos

So equipamentos destinados a registrar as anormalidades ocorridas nos sistemas eltricos de fora, taiscomo sobretenso e subtenso, sobrecorrente, sobrefreqncia e subfreqncia, etc.

Esses equipamentos so dotados de unidades digitais e analgicas para aquisio de informaes, dispo-nibilizando o resultado do seu processarriento em tela de monitor, papel, etc.

c) Unidades de intertravamento

So unidades que contm uma determinada quantidade de entradas digitais que recebem informaes deestado dos equipamentos - aberto ou fechado - e, de acordo com a lgica do processo para a qual foram pro-gramadas, disponibilizam o resultado dessa lgica num determinado nmero de sadas digitais, de tal forma ainibir ou liberar certas funes de comando de um equipamento.

14.4 - INTERFACE COM O PROCESSO

Para que as Unidades de Aquisio de Dados (UADs) possam receber as informaes do processo e atuarnele necessrio utilizar alguns dispositivos de relativa simplicidade.

14.4.1- Transformadores de medidaNormalmente as grandezas eltricas envolvidas no processo so a tenso e a corrente, cujos valores, em

geral muito elevados, inviabilizam o uso dos equipamentos de tecnologia da informao ligados diretamente rede eltrica de alta corrente e/ou de alta tenso. Em virtude disso so usados os transformadores de medida.

a) Transformador de corrente (TC)

Sua descrio e aplicao esto contidas nos Caps. 9 e 10.

b) Transformadores de potencial (TP)

Da mesma forma que os TCs, os transformadores de potencial foram estudados no Cap. 9. Aconselhamosao leitor rever esses assuntos.

14.4.2 - TransdutoresSo equipamentos capazes de converter medidas eltricas em valores proporcionais de tenso e corrente.Os transdutores exercem um papel imprescindvel no campo da medio e controle. So usados em con-

junto com instrumentos convencionais de bobina de ferro mvel e registradores, e permitem fornecer dados localou remotamente.

Os transdutores podem ser dotados de sadas de tenso, corrente e, alternativamente, de sadas seriais. Ostransdutores de sada de tenso possibilitam algumas aplicaes em que os dispositivos de recepo necessitamde uma entrada de tenso real, porm, desvantajosamente, requerem um determinado consumo de corrente, o quepode introduzir alguma impreciso na medida. J os transdutores de sada de corrente compensam automatica-mente as variaes da resistncia dos condutores que conduzem o sinal, eliminando basicamente a impreciso damedida, o que resulta na maior aplicao desses equipamentos. Os transdutores de sada serial podem ser conec-tados diretamente a um microprocessador, que ir trabalhar os dados e fornec-los da forma desejada.

Os transdutores fornecem um sinal analgico em corrente contnua proporcional funo de entrada queest sendo medida. Devem ser instalados prximo ao instrumento cuja grandeza eltrica se quer medir. Depoisda converso dessa grandeza eltrica, o sinal enviado atravs de condutores de cobre apropriados a um pontoremoto para fins de medio e/ou de processamento. As Figs. 14.8 (a) e (b) mostram, respectivamente, um trans-dutor e a sua insero num diagrama de aplicao.

A aplicao de um transdutor deve considerar a resistncia dos condutores que podem ser cabos usadosem telefonia convencional e a do equipamento receptor. O total das resistncias deve estar compatvel com ovalor da resistncia do transdutor.

Os transdutores com sada serial permitem que todos os dados aquisitados em sistemas monofsicos e tri-fsicos sejam enviados simultaneamente. So inteiramente programveis para uso com TCs de qualquer relao,podendo alternativamente serem usados em TPs.

A sada serial de dados, usando um protocolo adequado, dependendo do fabricante, faz desses equipa-mentos uma escolha ideal para aplicao em sistemas de automao de subestao e gerenciamento de energia


com o tratamento de dados aquisitados feito pelo sistema SCADA. Um nico fio de par tranado permite comu-nicao com vrios receptores a longas distncias, aproximadamente a 1.000 m, sem nenhuma amplificaointermediria. O uso de amplificadores amplia a capacidade de utilizao dos transdutores, conforme esquemati-camente se mostra na Fig. 14.9. Os transdutores podem ser ligados tanto a Controladores Lgicos Programveis(CLPs) como a computadores pessoais (PCs). Os transdutores com sada serial podem ser programados remo-tamente por um PC,

a) Vista de um transdutor

TC

Fase

Transdutor

CorrenteAlternada

Corrente f----..':~~--AContinua

b) Diagrama de aplicao

A

Fig. 14.8 - Transdutor

Os transdutores podem medir, converter e enviar sinais aos seus respectivos receptores correspondentess seguintes medidas eltricas.

tenso, em valor eficaz; corrente, em valor eficaz; potncia ativa;

potncia reativa;

potncia aparente; potncia ativa mdia; potncia mdia aparente; consumo de energia ativa; consumo de energia reativa;

temperatura; rotao; resistncia eltrica.

Os dados bsicos dos transdutores com sadas serial e analgica so fornecidos a seguir:

a) Transdutores com sada serial

entrada de tenso: mximo de 500 V/20-S00 Hz;

entrada de corrente: mximo de 5 A/20-S00 Hz;

sada: serial (RS485);

alimentao: 110/240 V;

consumo == 3 VA.


b) Transdutores em sada analgica

entrada de tenso: mximo de 500 Vl20-800 Hz;

entrada de corrente: mximo de 5 A/20-800 Hz;

sada: 4-20 mA (isolada galvanicamente);

alimentao: 110/240 V;

consumo == 3 VA.

Nivel de Gerncia

Transdutor

~' '"1'000m~''"

'------l'---- - - - - -- -----l----,"':' .. 'le,

Transdutor

Fig. 14.9 - Ligao de transdutores de sadas seriais a longas distncias

Normalmente os fabricantes disponibilizam aos seus clientes programas capacitados a dialogar com umdeterminado nmero de transdutores ligados em rede com protocolo de comunicao serial. Esses programas, emgeral, operam em ambiente Windows. So dotados de vrias funes que facilitam a operacionalidade do siste-ma, ou seja:

a) Funes de configurao

Permite configurar uma programao remotamente a partir de um PC para um determinado nmero detransdutores ligados em rede. Podem ser executados nesta configurao a relao de TPs e TCs, a fixao deendereos, o tempo de integrao, etc. Atravs de funes avanadas possvel configurar alarmes, rels desadas, contadores de energia para diferentes tarifaes, etc.

b) Transferncia de medio

Permite que se transfira para a tela do PC as medies disponveis em cada um dos transdutores ligadosem rede. Essas medies podem constar de valores de corrente, tenso, energia, demanda mxima (quando otransdutor portar memria RAM), fator de potncia, etc.

Como os transdutores trabalham normalmente em ambientes magnticos e eletricamente hostis, so do-tados de uma proteo contra essas interferncias.

Os transdutores podem ser ligados ao sistema eltrico de vrias formas, a depender da sua tenso (cont-nua ou alternada) e da sua funo de medio (medio de tenso, corrente, freqncia, etc.). A Fig. 14.10 ilustraa forma de conexo de um transdutor de potncia ativa ou reativa a 2 elementos - 3 fios.


14.4.3 - Sensores e controladoresSensores so dispositivos destinados deteco do estado de presena, de temperatura, de velocidade, de

presso, etc. Um outro dispositivo denominado de controlador, ao qual o sensor est conectado, sentindo a pre-sena da grandeza detectada, faz atuar um terceiro dispositivo, denominado atuador, que pode ser um secciona-dor, um alarme sonoro ou visual ou qualquer outro dispositivo do sistema.

LinhaA B C

I~~ITP

ll~ITP

~~ ~~g v va V " ~.Transdutor

I, lc la l

~~ ~~

nTC

~~ TC

Carga

Fig. 14.10 - Forma de ligao de um transdutor de potncias ativa e reativa

Esta descrio tpica de controles automticos convencionais. No entanto, dentro de um projeto de au-tomao, usando tcnicas digitais, o sensor, ao detectar a grandeza, sensibiliza o controlador. Este, atravs de umcontato seco, que corresponde um sinal digital, disponibiliza na rede de comunicao essa informao, que utilizada para os mais diversos fins.

Como o sensor utiliza tcnicas eletrnicas, no dispe de contatos mecnicos sujeitos a desgaste cont-nuo e vida til reduzida. Opera silenciosamente sem choques ou vibrao, sendo insensvel a oscilaes violen-tas.

Existe uma grande variedade de sensores no mercado de automao industrial. Sero descritos, paraefeito de compreenso do processo de automao industrial, aqueles mais comumente utilizados.

14.4.3.1 - Sensor de nvel

constitudo por um dispositivo imerso em lquido cujos eletrodos conduzem uma pequena correnteeltrica, conforme mostrado na Fig. 14.11. Quando o lquido deixa de fazer contato com o eletrodo do par sen-sor, interrompe-se a corrente eltrica, fazendo operar um solenide sobre os contatos secos de uma chave decomando.

14.4.3.2 - Sensores de presena

Tambm conhecidos como sensores de proximidade, esto disponveis no mercado em trs verses, ouseja:

a) Indutivos

Possuem alta freqncia de chaveamento e detectam todos os metais, sem contato.O sensor indutivo constitudo de um oscilador que opera em conjunto com uma bobina localizada na

sua extremidade frontal, criando um campo magntico de elevada freqncia, cujas linhas de campo se projetampara fora, nas proximidades do dispositivo. Quando um material condutor (metal) se aproxima da extremidadefrontal do sensor, enlaado pelas linhas de campo, provocando uma disperso magntica que retira energia docircuito oscilante (L-C), reduzindo a amplitude de oscilao, o que percebido pelo circuito eletrnico, gerandoum impulso eltrico de comando. Quando o material condutor afasta-se da extremidade frontal do sensor, ficamrestabelecidas as condies de funcionamento desse dispositivo.


H dois tipos de sensor de presena indutivo: corrente contnua e corrente alternada. A Fig. 14.12 (a)mostra um sensor de presena do tipo indutivo.

Eletrodos de Nvelde Mximo Volume

AB

Eletrodos de Nvelde Mnimo Volume

Fig. 14.11- Sensor de nvel

b) Capacitivos

Operam sem contato e detectam materiais no-metlicos.

c) Magnticos

Permitem a deteco de materiais a maior distncia.

14.4.3.3 - Sensor tico

um dispositivo que opera com feixe de luz infravermelha e constitudo por um emissor e um recep-tor. Quando se interrompe o feixe de luz ativado um solenide, que atua sobre um contato seco, conformemostra a Fig. 14.12 (b). H duas verses: rel ligado na focalizao e rel desligado na focalizao.

14.4.3.4 - Sensor de fim de curso

formado por um dispositivo de contatos secos que so acionados por um solenide quando uma partequalquer do processo atinge o fim de uma trajetria definida. O fechamento ou abertura do contato gera um sinaldigital. A Fig. 14.12 (c) mostra um sensor fim de curso.

O sensor fim de curso pode ser substitudo por um sensor tico.

14.5 - PROGRAMAS E PROTOCOLOS

O mercado nacional dispe de muitas alternativas de sistemas de Interface Homem-Mquina destinados automao de subestaes de potncia. Dependendo do porte da subestao e das facilidades que se desejaimplantar pode-se adquirir programas de diferentes potencialidades e preos.

Mas antes da escolha de um sistema completo, ou pacote, deve-se analisar duas caractersticas tpicas desistemas.

a) Sistemas proprietrios

um conjunto de programas desenhados e desenvolvidos por um determinado provedor, normalmenteum fornecedor de hardware, que tem a propriedade e os direitos de comercializar, implantar e alterar. Em geral,o provedor fornece a soluo completa, isto , hardware e software.


dificuldade de se implementar alteraes junto ao provedor da soluo;

dificuldades de agregar novas facilidades utilizando um outro provedor;

dificuldade de o provedor abrir o sistema para o cliente;

contrato de manuteno cativo com o provedor da soluo.

Cantata Seco

Fonte

b) Sensor infravermelho

Solenide -----j1Emissor ~

Fig. 14.12 - Tipos de sensor

c) Sensor fim de curso

Porca de Suporte

a) Presena

Vantagens

compatibilidade entre software e hardware;

um nico responsvel pela soluo;

reduo do tempo de implantao do projeto.

Desvantagens

b) Sistemas abertos

So sistemas comerciais desenhados e desenvolvidos por empresas da rea de informtica, os quais sonegociados com o cliente, independentemente da origem do hardware.

Vantagens

possibilidade de adaptao do software a qualquer soluo de hardware;

possibilidade do conhecimento do software por parte da equipe tcnica do cliente;

vantagens de preo de aquisio pela competitividade;

facilidades de agregar novas facilidades com outros provedores.


Desvantagens

possibilidade de incompatibilidade entre o software e parte do hardware;

responsabilidade de implementao do projeto distribudo entre diferentes provedores.

14.5.1- Estrutura de base de dadosExistem trs tipos de arquitetura de banco de dados. Na arquitetura mais simples, os dados so armaze-

nados em forma de lista. Os dados podem tambm ser armazenados obedecendo a uma ordem hierrquica, emforma de rvore. Finalmente, nos bancos de dados de melhor desempenho as informaes so armazenadas deforma a guardarem uma relao entre si. So os chamados banco de dados relacionais.

As informaes aquisitadas do sistema eltrico, bem como aquelas fornecidas via teclado ou arquivo, de-vem ser estruturadas adequadamente para serem acessadas pelos programas. H trs diferentes tipos de base dedados.

14.5.1.1- Base de dados em tempo real {on-line}

Constituem os dados dinmicos da base de dados aquisitados do sistema eltrico formada pelos dados denatureza analgica e digital.

A base de dados em tempo real deve ter prioridade de acesso e estar residente na memria principal, de-vendo-se minimizar o acesso a disco.

14.5.1.2 - Base de dados de cadastro {off-line}

Constituem os dados definidos pelo usurio, tais como diagramas, limites de variveis, etc.A base de dados de cadastro pode residir em disco rgido e ter tempo de acesso superior ao tempo de

acesso definido para a base de dados em tempo real.

14.5.1.3 - Base de dados histricos

Todos os dados do sistema eltrico podem ser armazenados em Arquivos Histricos, que constituem umarquivo em disco com dados armazenados ao longo de um intervalo de tempo selecionvel. Todo dado digitaldeve ser armazenado a cada variao de estado do mesmo e todo dado de medida analgica deve ser armazenadoseguindo uma periodicidade ajustvel.

Os Arquivos Histricos devem ser armazenados de maneira circular numa base horria, diria, semanal,mensal e anual. O tamanho mdio em bytes dos registros de dados e a periodicidade mdia do armazenamentodos registros tm influncia direta na dimenso do Arquivo Histrico.

14.5.2 - Caractersticas bsicas da Interface Homem-MquinaQuanto mais amigvel o relacionamento entre os usurios e o sistema, maior o seu valor agregado.

Podem ser citadas algumas caratersticas fundamentais do sistema:

facilidade de acesso a uma seqncia de informaes em mltiplas telas;

intercambialidade de telas;

uso de ferramentas de toque para ativar as funes do sistema;

facilidade de identificao dos objetos de tela.

14.5.3 - Sistema operacional o software debaixo do qual devem operar todos os aplicativos do sistema.Deve ter caractersticas de plataforma multitarefa a tempo real, entendendo-se por multitarefa a proprie-

dade de que o sistema dotado para executar diferentes tarefas simultaneamente. Podem ser citados como exem-plo a capacidade de o sistema gerar alarmes, interpretar os comandos do operador numa determinada situaooperativa, visualizar dados aquisitados on-line juntos ao diagrama unifilar e outras tarefas similares, todas reali-zadas simultaneamente. A caracterstica de tempo real refere-se capacidade de receber do sistema eltrico umcerto nmero de informaes como tenso, corrente, disparo do disjuntor, etc., e tratar essas informaes e res-pond-las em tempo extremamente curto, em fraes de milissegundos.

Como ilustrao podem ser mencionados os sistemas operacionais UNIX-POSIX e ONX para sistemasde automao mais complexos, normalmente instalados nas estaes de trabalho (workstations) de alto desem-


penho, o X-Windows, utilizado nas estaes de trabalho secundrias (por exemplo, estudo) e o MS-Windows, deutilizao generalizados nos PCs.

14.5.4 - Sistema de gerncia de bancos de dadosOs sistemas eltricos geram grandes massas de dados que devem ser arquivadas para fins de estudos de

operao e manuteno, alm de subsidiar o Sistema Corporativo da indstria, caso haja, tais como mdulo fi-nanceiro, administrativo, etc. Em funo disso, so utilizados gerenciadores de bancos de dados com capacidadeadequada aos requisitos do projeto.

14.5.4.1 - Gerncia de banco de dados em tempo real

Os dados digitais so aquisitados do sistema eltrico na sua forma digital, como ocorre com o estadooperacional do equipamento, e na forma analgica, tais como os valores obtidos de corrente, tenso, freqncia,etc.

O provedor do sistema de automao o responsvel pelo desenvolvimento do software de acesso aobanco de dados e por sua disponibilizao ao uso de qualquer aplicativo.

14.5.4.2 - Gerncia de banco de dados de cadastro

O banco de dados de cadastro deve ser gerenciado por um programa comercial de base de dados relacio-nal, de largo uso em sistemas de automao. So conhecidos os gerenciadores ORACLE, SYDBASE, INFOR-MIXe DB2.

14.5.4.3 - Gerncia do banco de dados histricos

usado o mesmo gerenciador do banco de dados de cadastro.

14.5.5 - Software SCADA o programa responsvel pela aquisio de dados analgicos e digitais do sistema e1trico em tempo re-

al, acumulando as seguintes e principais funes:

processador de totalizadores (medio de energia);

processador de dados calculados;

processador de seqncia de eventos;

processador de medidas analgicas;

processador de estados digitais;

processador de controle supervisrio (comando).

14.5.6 - Software de comunicaoO servio provido pela rede local (LAN) baseado no padro Ethernet, por exemplo, definido pelo pro-

tocolo, sendo comumente utilizado o protocolo TPC/IP (Transmission Protocol Control/Internet Protocoli.Cabe salientar que o TPC/IP um protocolo de comunicao e no um software. O software de comuni-

cao que implementa o protocolo TPC/IP. Alm do mais o software de comunicao da rede local deve estarintegrado ao sistema operacional.

14.6 - AUTOMAO DE SUBESTAES DE POTNCIA

Como j foi explicado no Cap. 10, no jargo dos profissionais de automao existe uma diferena clssi-ca entre automatizar e digitalizar uma subestao de potncia. Dessa forma, automatizar uma subestao signifi-ca dot-la de recursos de inteligncia artificial utilizando os rels existentes, normalmente eletromecnicos oueletrnicos (rels burros). Digitalizar uma subestao significa aplicar o mesmo princpio anterior porm utili-zando rels digitais. No primeiro caso, os resultados obtidos so muito limitados. No segundo caso, podem serobtidas facilidades extraordinrias, desde que se empreguem equipamentos de potncia (chaves, disjuntores, etc.)compatveis com os resultados pretendidos. Porm, neste captulo no est sendo considerada esta diferena, e seempregar o termo automao para ambas as situaes.


bom lembrar que a entrada da microinformtica na operao e comando das subestaes no agregounovas funes, apenas substituiu as tarefas, muitas vezes montonas, dos operadores. No entanto, a automaodas subestaes modificou as prticas operacionais, e isto fez a diferena.

Monitor

Comunicao Multisserial

Pentium IV500MHz

Monitor

Nvel Hierrquico 1

Nvel Hierrquico 2

Comunicao Serial RS485

," ,

-!III !III UII u.. Controladores- - LgicosProgramveis

RelsDigitais

Equipamentos de Potncia Equipamentos de Potncia

Fig. 14.13 - Exemplo da topologia de uma subestao automatizada

Normalmente as subestaes automatizadas no necessitam de operadores presentes sala de operao.Apenas empregam operadores mais qualificados gerenciando-as remotamente.

A Fig. 14.13 mostra a topologia geral de um sistema de automao simplificado. Cada um dos PCs indi-cados na figura desempenha uma funo. O PC (A) responsvel pela interface entre os equipamentos de aqui-sio de dados com os PCs no nvel hierrquico imediatamente superior, alm de tratar adequadamente dos pro-tocolos de comunicao. O PC (B) responsvel pelo arquivamento da massa de informaes geradas, ou sim-plesmente Arquivo Histrico, e das variveis do sistema. Finalmente, o PC (C) serve de Interface Homem-Mquina entre o operador e o sistema de automao.

14.6.1- Funes de um sistema de automaoAs principais funes de um sistema de automao de subestao so:

a) Monitorao

Possibilita ao operador do sistema de ter uma representao grfica na tela do monitor de todos os es-quemticos da instalao, notadamente o diagrama unifilar mmico, indicando os valores de tenso, corrente,potncia ativa, reativa e aparente, correspondentes a cada circuito. As telas devem ser organizadas de acordocom o nvel de informao desejado pelo cliente, devendo disponibiliz-las na forma mais geral e, sucessiva-mente, detalhando-as at serem reveladas na sua forma mais analtica.

b) Proteo

Os rels utilizados podem ser do tipo analgico (rels eletromecnicos e estticos) ou digital. A monito-rao com rels analgicos feita somente atravs de contatos auxiliares nas posies aberta ou fechada. J osrels digitais adicionam um maior nmero de recursos, tais como transferncia de informaes de estado ou devalores de corrente, tenso e potncia para um Centro de Superviso e Controle (CSC), via sistema de comunica-o de dados.


Os rels de proteo digitais, cuja comunicao feita atravs de interface serial, so conectados pormeio de cabos de cobre concntricos, ou cabos de fibra tica, permitindo que seus parmetros sejam ajustadospara obter registros durante os distrbios, alm de leituras de valores de medio.

Se houver recursos no sistema de automao, possvel o ajuste remoto dos parmetros do rel digital,decorrentes de manobras ou de mudana na configurao da subestao.

Os rels eletromecnicos ou estticos necessitam ser ligados a dispositivos auxiliares, chamados detransdutores (veja Seo 14.4.2), que transformam toda e qualquer informao analgica em sinal digital.

c) Alarme .A funo alarme possibilita ao operador tomar conhecimento de quaisquer disfunes do sistema eltri-

co, tais como alteraes intempestivas da configurao na rede eltrica, transgresso dos limites de operao dosequipamentos ou qualquer irregularidade funcional. Deve existir uma lista de alarmes e eventos com a indicaoprecisa do nvel de urgncia para tomada de providncias. Essa indicao deve ser representada por diferentescores. Os alarmes, em geral, so gerados em trs diferentes nveis:

no ptio da subestao, incluindo o cubculo dos disjuntores e o Quadro Geral de Fora na Casa deComando;

nas unidades digitais do sistema de automao auto-supervisionadas;

no processador do sistema, se algum valor limite for ultrapassado.

Os equipamentos tanto podem ser manobrados localmente como atravs do Centro de Superviso e Con-trole, por meio de interface grfica no console, representado pelo diagrama unifilar, atuando com a seta do mou-se sobre o smbolo grfico correspondente ao equipamento que se desejar comandar.

e) Intertravamento

Possibilita o bloqueio ou liberao das aes de comando em chaves seccionadoras motorizadas ou dis-juntores, de forma a prover segurana na operao desses equipamentos, em funo de sua posio eltrica nosistema.

O intertravamento se baseia num conjunto de regras que so aplicadas com base no diagrama unifilar dasubestao. Essas regras podem ser divididas em trs diferentes classes:

Seqncia de chaveamento

Possibilita a seqncia correta durante a operao das chaves seccionadoras e disjuntores.

Segurana durante a operao

Inibe e cancela a tentativa de energizar partes condutoras do sistema terra e tambm a operao de cha-ves seccionadoras em condio de carga do sistema.

Segurana em condio de servio

Tem a finalidade de prover intertravamento entre chaves seccionadoras e disjuntores com as chaves deaterramento.

O intertravamento pode ser realizado atravs de um processador dedicado que supervisionado continu-amente por meio de um programa especfico denominado watch-dog.

f) Religamento

Esta funo faz registrar ordenadamente a atuao dos rels de proteo, abertura e fechamento de cha-ves seccionadoras motorizadas e disjuntores, alm de outras indicaes de estado dos equipamentos envolvidosno evento, de forma que se possa conhecer a seqncia correta desses eventos.

h) Armazenamento de informaes histricas

As medies de tenso, corrente, freqncia, etc., e as indicaes de estado dos equipamentos no estgiopr-operacional so armazenadas em meio magntico apropriado para permitir uma anlise ps-operacional.

i) Grficos de tendncia

a funo que permite ao operador observar a evoluo de certos valores, tais como corrente, tenso epotncia num determinado periodo de tempo.

j) Osciloperturbografia

a funo que permite a aquisio de dados eltricos durante um evento perturbador que normalmenteresulta em sobretenses, sobrecorrentes, subfreqncia e sobrefreqncia, possibilitando a sua representao


grfica na forma de onda, a fim de identificar e diagnosticar o evento de modo a implementar aes corretivas,tais como a alterao de ajuste dos rels e esquema de coordenao.

k) Desligamento seletivo de carga

Nas instalaes industriais facilmente so identificadas as cargas prioritrias e no-prioritrias. As cargasprioritrias so definidas como aquelas essenciais produo e/ou segurana das pessoas ou do patrimnio e quedevem permanecer em operao aps um evento que ocasione uma reduo de oferta de energia instalao. Apartir dessa informao as cargas sero desligadas na ordem de prioridade de forma a se manter o sistema opera-tivo nos limites de sua capacidade reduzida.

1)Controle de demanda mxima

A fim de evitar que se pague pela ultrapassagem da demanda contratada na hora de ponta, esta funoseleciona as cargas prioritrias desligando-as sucessivamente, de forma a manter a demanda, naquele intervalo,no limite inferior dos valores contratados.

m) Despacho de gerao

Quando a indstria dotada de gerao prpria alternativa para suprimento da carga em hora de ponta, ooperador dispe da funo despacho para acionar o gerador ou geradores a fim de eliminar a demanda de ultra-passagem sem reduzir a produo.

n) Controle de tenso

Esta funo faz acionar o comutador de tapes sob carga do transformador nos dois sentidos. O sistema deventilao forada, tambm controlado pela funo de sobrecarga, pode ser acionado, compatibilizando a potn-cia disponvel do transformador com a demanda da carga.

o) Controle de freqncia

Esta funo somente tem aplicao quando a indstria possui gerao prpria alternativa. Porm, podeser utilizada para monitorar a freqncia fornecida pela concessionria, podendo ordenar o desligamento dacarga se forem ultrapassados os limites admitidos.

p) Controle do fator de potncia

Consiste em comandar o banco de capacitores, adequadamente dividido em blocos de potncia reativacontrolveis, de forma que se mantenha nos limites previstos pela legislao (veja Cap. 4) o valor do fator depotncia.

q) Reacelerao dos motores

Quando o sistema eltrico acometido de um processo de subtenso, os motores so desconectados darede atravs dos seus respectivos sistemas de comando. Com o retomo da tenso sua condio de servio, oSistema de Superviso de Controle (SSC) inicia o processo de religamento dos motores, de forma a no permitira reacelerao de um nmero de motores que provoque uma queda de tenso superior a um valor predefinido. OSSC informado do limite de cada Centro de Controle de Motores (CCM) com referncia quantidade de po-tncia aparente que pode ser drenada sem afetar o nvel tolervel de tenso. Tambm o SSC tem informaes dotipo de acionamento de cada unidade motriz importante, do ajuste da tenso de partida das chaves eletromecni-cas e estticas, do nmero tolervel de partidas horrias para cada motor e do tempo mximo de partida.

r) Medio

Nas subestaes digitalizadas, as medies so registradas nas unidades de medida dos alimentadores etransmitidas ao Centro de Superviso e Controle, obedecendo seguinte classificao:

as medies destinadas apresentao no console so requisitadas somente quando a tela apropriada chamada pelo operador;

as medies predefinidas para armazenamento na memria do sistema so requisitadas ciclicamente,de acordo com os requisitos estabelecidos;

as medies que so supervisionadas para comparao com limites impostos so transmitidas aoCentro de Superviso e Controle somente se tais limites forem transgredidos.

Chave Seccionadora 1r-----,c:.::a::.:bOccS.::.;de:...:C:.:;o","br.:..e-------,

Carga

Fig. 14.14 - Arquitetura centralizada - configurao 1

Carga

t) Comando

A fim de possibilitar a flexibilidade de comando da subestao no caso de uma falha parcial ou geral dosistema de automao, permite-se que o comando de chaves ou disjuntores sejam operados no local e em pontoremoto, o que possivel pelo acionamento de uma chave localizada estrategicamente no gabinete do disjuntor.Como regra a seguir, antes de um comando ser executado o sistema verifica se um outro comando est sendoexecutado e se a funo de intertravamento permite a sua execuo, alm da verificao da posio de bloqueioda chave ou disjuntor a serem operados.

14.6.2 - Arquiteturas dos sistemas de automaoAntes de se tomar uma deciso de automatizar uma determinada subestao existente, deve-se analisar

detalhadamente os seus recursos operacionais, dispositivos de proteo e alarmes utilizados, histrico de falhas,confiabilidade e layout da instalao. Como resultado dessa anlise deve-se se1ecionar a arquitetura adequadapara aquela subestao em particular.

Se se est diante de um novo projeto de subestao, a seleo da arquitetura do sistema fica facilitadapela inexistncia das restries que caracterizam uma subestao em operao.

De qualquer forma, h vrias solues a considerar, destacando-se, no entanto, dois tipos de arquiteturasclssicas, e a cada uma delas podem-se agregar solues derivadas. Esses tipos de arquiteturas de sistemas deautomao podem ser assim caracterizados:

a) Sistema de superviso e controle centralizado

uso de rels convencionais (subestaes existentes);

TCDisjuntor n---------~

Chave Seccionadora


Disjuntor 0-----------------,TC

s) Superviso

Todas as posies de chaves e disjuntores so representadas por duas diferentes indicaes binrias: li-gada e desligada. Se no h eventos a considerar, caracteriza-se uma situao normal e as duas indicaes estoem oposio entre si. Se ambas as indicaes se estabelecem na posio ligada, o sistema de automao emiteum alarme. Se as duas indicaes se firmam na posio desligada, caracteriza-se o estado de operao, gerando,dessa forma, a ao da funo de superviso do tempo de operao, cuja durao depende do tipo de elementoque est sendo operado. O sistema de automao faz gerar um alarme se, decorrido o tempo de operao, a chaveou o disjuntor no alcanarem o estado de operao normal.


uso de rels digitais.

b) Sistema de superviso e controle distribudo

uso de rels convencionais (subestao existente);

uso de rels digitais.

Monitor IHMrr==="'l;;l

I-~

: Comunicao de Dados

Cabos de Cobre

Transformadorde Fora

Disjuntor

TP TP

Centro de Centro deAquisio de Aquisio deDados da Proleo Dados Analgicos

@] ~{E

0000~

0000Carga Carga Quadro Geral de Fora (QGF)

Disjuntor

Chave Seccionadora

.--- [jLJ:~ -,

Chave Seccionadora IIII

I

I',I "".\! \


14.6.2.1- Sistema de superviso e controle (SSC) centralizado

Tambm conhecido como sistema de processamento centralizado, consiste em concentrar fisica e funcio-nalmente todo o Sistema de Superviso e Controle (SSC) num determinado local, onde fica instalado todo ohardware com os respectivos programas de superviso e controle. O local escolhido , de preferncia, a Casa deComando da subestao, ou, alternativamente, uma construo agregada.

Esse sistema pode ser desenvolvido com duas diferentes arquiteturas: hardware centralizado e processa-mento centralizado ou hardware distribudo e processamento centralizado.

14.6.2.1.1- Uso de rels convencionais

A escolha desse tipo de arquitetura de sistema de automao apropriada para subestaes existentes nasquais foi instalado um Quadro Geral de Fora (QGF), onde esto concentrados todos os rels de proteo con-vencionais (rels de induo ou estticos, medio, etc.). Normalmente o QGF abrigado na Casa de Comandoda subestao, juntamente com a unidade de retificao e o banco de baterias instalados em uma construoagregada especfica. Dessa forma, no ptio de manobra esto instalados todos os equipamentos de fora, tais

oe

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Carga

I II II II II L __ ...., Comunicaode Dados

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L--l-J-L---+---------f-----l~;;;;==='I I lIll IDados AnalgicosQuadroGeral de Fora(QGF)L -.J

Carga

Disjuntor l--------------,TC

TCDisjuntor l------------,

ChaveSeccionadora '- ,

Chave seccionaoora I,~_c=a=-bo=s..::de:...c=o=br-=-e _



Nesta configurao, todos os condutores de proteo, medio e controle so levados at o QGF, juntoao qual deve-se instalar o hardware, a correspondente Unidade de Aquisio de Dados e Controle (UADC) e oSistema de Superviso e Controle. Neste caso, a Unidade de Aquisio de Dados e Controle (UADC) compreen-de o Centro de Aquisio de Dados da Proteo e o Centro de Aquisio de Dados Analgicos. Pode-se perce-ber a grande utilizao de condutores interligando os equipamentos localizados no ptio da subestao e o QGF,tomando o sistema extremamente vulnervel e de baixa confiabilidade. Esta soluo permite evitar custos com amudana da configurao do sistema eltrico.

Ao lado do QGF est localizado o Centro de Aquisio de Dados Analgicos, conforme mostrado naFig. 14.14. No seu interior esto instalados os transdutores, responsveis pela aquisio dos dados analgicosque chegam ao QGF, tais como tenso, corrente e freqncia, e pela converso dessas grandezas em sinais digi-tais. Estes sinais so enviados ao Centro de Superviso e Controle, que abriga o Sistema de Superviso e Con-trole e ao qual esto conectados os equipamentos da interface homem-mquina.

Ao lado do mesmo QGF est localizado ainda o Centro de Aquisio de Dados da Proteo, uma unidadeque aquisita e concentra as informaes relativas atuao dos rels e atuadores, em geral, e as envia ao mesmoCentro de Superviso e Controle, responsvel pelo processamento dessas informaes usando um sistema SCA-DA, aderente a um sistema especialista no qual est instalado.

Dependendo do nvel de recursos do SSC so geradas diversas e complexas funes, indo desde um sim-ples comando de um disjuntor, at a recomposio da subestao aps uma falha geral do sistema eltrico. Sotambm geradas telas nos monitores ou painis mmicos dinmicos disponibilizando funes de comando aooperador, que pode utiliz-las atravs de um teclado alfanumrico. Se h necessidade que determinadas informa-es sejam registradas em papel, o SSC pode gerar relatrios atravs de uma impressora local. No entanto, seessas ou outras informaes necessitam satisfazer as exigncias de um nvel hierrquico superior, podem serenviadasatravs de um gateway.

Como se percebe, a Estao Central concentra todos os recursos de hardware e de software. Apesar daaparente confiabilidade do sistema, em virtude de estar sob condies ambientais controladas, no tem sido umasoluo desejada, j que, no presente caso, qualquer falha em quaisquer centros de superviso ou aquisio dedados imobiliza todo o sistema de automao.

Esta mesma arquitetura de sistema de automao pode ser aplicada em outra situao de layout dos equi-pamentos eltricos da subestao, conforme pode ser observado atravs da Fig. 14.15, que caracteriza uma ar-

como disjuntores, religadores, chaves, transformadores, etc. Para ilustrar essa concepo de sistema, observar aFig. 14.14, que caracteriza uma arquitetura de hardware centralizada e processamento centralizado.


quitetura de hardware parcialmente distribuda e processamento centralizado. Nesta configurao os rels con-vencionais so instalados em cubculos metlicos junto aos equipamentos aos quais do proteo. Pode-se notarque o nvel de confiabilidade do sistema no se alterou, a no ser com a introduo de um sistema dual de super-viso e controle, instalado conforme mostrado na Fig. 14.15. Todas as observaes relativas concepo anteriorcontinuam vlidas.

Observar que, apesar de os equipamentos de aquisio de dados (rels, medidores, etc.) apresentaremuma formao distribuda, as informaes do sistema eltrico continuam concentradas no QGF instalado na Casade Comando, guardando, portanto, as caractersticas de sistema centralizado.

Monitor IHM

oo

,-__-, o

~

oCentro de Supervisoe Controle

o,,"t


14.6.2.2.1- Uso de rels convencionais

A escolha desse tipo de arquitetura de sistema de automao apropriada para subestaes existentes,nas quais foram utilizados mdulos de proteo, comando e sinalizao juntos a cada bay no ptio de manobrada subestao. Neste caso, so utilizadas Unidades de Aquisio de Dados e Controle ou simplesmente UTRslocalizadas nos respectivos bays que aquisitam tanto os dados analgicos como os digitais, processam essasinformaes, tomam as decises definidas pelo software e exercem suas funes localizadas (ilhas) de manobrasobre os equipamentos sob sua superviso e controle. Neste caso, o Centro de Superviso e Controle assume opapel de supervisor geral do sistema e de interface com sistemas hierarquicamente superiores. Esse tipo de arquite-tura conhecido como de hardware distribudo e processamento distribudo, conforme mostrado na Fig. 14.17.

Cabosde CobreChave Seccionadora 1,--_----.IHM

Carga

lII RelsI Digitais UIIL _

Servios Auxillares

Car a

TP

RelsDigitais D

Disjuntor Q---.,I

Transformadorde Fora

Disjuntor

Chave Seccionadora

Fig. 14.18 - Arquitetura distribuda - configurao 2

A comunicao entre as UTRs e o Centro de Superviso e Controle pode ser feita atravs de cabos decobre concntricos e blindados ou por meio de cabos de fibra tica, utilizando acopladores ticos nas extremida-des. Pode-se observar que o nmero de condutores reduz-se drasticamente, aumentando o nvel de confiabilidadedo sistema, particularmente do sistema de comunicao.

A aquisio de dados de proteo pelas UTRs feita com a utilizao de rels auxiliares nelas instaladose interligados com os respectivos rels convencionais (rels de induo ou estticos). J a aquisio de dadosanalgicos feita por meio de transdutores instalados, de preferncia, nos cubculos dos equipamentos analgi-cos ou no interior dos gabinetes das UTRs.

14.6.2.2.2 - Uso de rels digitais

O Sistema de Superviso e Controle distribudo com uso de rels digitais tem sido a arquitetura maisaceita e aplicada ultimamente. utilizada, na maioria dos casos, em subestaes novas ou em subestaes exis-tentes, mas preciso estar preparado para arcar com os custos adicionais de substituio dos rels convencionaispor unidades numricas e com outras alteraes que normalmente so necessrias implementar em casos dessanatureza.

Esta soluo se caracteriza pela instalao de gabinetes distribudos em cada bay da subestao nos quaisesto instalados os rels de proteo digitais, os rels auxiliares para aquisio de dados digitais das chaves e


disjuntores, os transdutores para aquisio de dados analgicos (corrente, tenso, etc.) e finalmente os compo-nentes da Unidade Terminal Remota, que assume a funo da Unidade de Aquisio de Dados e Controle (Cen-tro de Aquisio de Dados da Proteo e Centro de Aquisio de Dados Analgicos), conectada com o Centro deSuperviso e Controle instalado na Casa de Comando da subestao. Tal como ocorre na configurao anterior,o Centro de Superviso e Controle assume o papel de supervisor geral do sistema e de interface com sistemashierarquicamente superiores. A Fig. 14.18 mostra esse tipo de arquitetura, que caracterizada como sistema dehardware distribudo e processamento distribudo.

\

Mouro deConcreto

Chave de Seccionamento

Transformador de Fora

Casa de Comando

Sistema de Supervisoe Controle

Fig. 14.19 - Localizao das UADC em uma subestao automatizada

Ainda atravs da Fig. 14.18 percebe-se a simplicidade do sistema de comunicao que resulta em maiorconfiabi1idade, devido ao pequeno nmero de condutores utilizados. A Fig. 14.19 ilustra a posio das Unidadesde Aquisio de Dados e Controle (UADC) prximas aos equipamentos de fora de uma subestao.

A Fig. 14.20 sintetiza por meio de um diagrama a interao entre as Unidades de Aquisio de Dados eControle e o Centro de Superviso e Controle, destacando-se a facilidade de o operador obter dados do sistemajunto aos bays, utilizando um PC porttil conectado s UTRs.

A ttulo de ilustrao pode-se observar na Fig. 14.21 um exemplo de tela de um monitor do Sistema deSuperviso e Controle, disponibilizando o diagrama unifilar da instalao, de forma amigvel, facilitando a to-mada de deciso do operador, que tambm tem como meios auxiliares de informao uma lista de eventos aosquais tem acesso no momento que desejar.

14.6.3 - Meios ambientesTratando-se do uso de equipamentos de microeletrnica, sensveis aos diferentes tipos de meio ambiente,

sero analisadas as solues anteriormente estudadas quanto interferncia causada pelo sistema eltrico, quereduz a vida til, degrada a confiabilidade e, de forma geral, agride os sistemas de automao.

So diversos os meios ambientes agressivos que prejudicam o desempenho do hardware dos sistemas deautomao. Sugerimos ao leitor rever o Cap. 1, onde foram descritos os diferentes tipos de meio ambiente reco-nhecidos por normas internacionais que limitam a instalao do hardware quando da implementao de umasoluo em qualquer projeto de instalao industrial. No entanto, para os propsitos desta seo sero analisadosbasicamente dois tipos de meios ambientes.

14.6.3.1 - Interferncias eletromagnticas

Como se pode concluir, a rea de uma subestao de potncia altamente poluda de campos eltricos emagnticos de alta intensidade que podem interferir e at mesmo destruir equipamentos de tecnologia da infor-mao, tambm conhecidos como equipamentos eletrnicos sensveis. O enlace desses campos sobre os mencio-nados equipamentos pode ser feito de diferentes formas:


Centro de Supervisoe Controle

Radiao

Conduo

Sugerimos ao leitor que recorra ao livro Proteo de Equipamentos Eletrnicos Sensveis, do autor, ou aoutra literatura dedicada ao assunto.

Unidade deAquisio de Dadose Controle ou UTRs

Fig. 14.20 - Ilustrao diagramtica de uma subestao automatizada

A aquisio do hardware deve ser precedida de uma especificao rigorosa quanto compatibilidadedesses equipamentos em ambientes eletromagneticamente hostis. Existem normas que definem os parmetrosaceitos de compatibilidade eletromagntica aos quais os fabricantes devero se submeter.

Do ponto de vista das quatro solues anteriormente apresentadas, podemos fazer a seguinte anlise:

a) Sistemas fisicamente centralizados

Como todos os equipamentos de tecnologia da informao esto contidos no interior da Casa de Coman-do, as radiaes eletromagnticas geradas no ptio da subestao por transformadores, abertura de disjuntores echaves, etc. podem ser mais facilmente atenuadas atravs de um projeto de blindagem da Casa de Comando. Estasoluo s vlida para interferncias eletromagnticas por radiao.

Neste tipo de arquitetura, os condutores utilizados so, em geral, de cobre, concntricos, interligando osequipamentos e os rels de proteo convencionais ao QGF. Como se percebe pela Fig. 14.14, os condutorespercorrem um longo caminho ao lado de equipamentos emissores de radiaes eletromagnticas de alta intensi-dade, principalmente quando so operados, alm de sofrerem a presena de condutores eltricos do sistema depotncia de instalao area ou subterrnea. A soluo para evitar que um rudo eletromagntico seja conduzidopelos condutores at penetrar nos equipamentos de tecnologia da informao instalar dispositivos supressores efiltros no ponto de conexo desses condutores no interior do QGF.

Uma outra fonte de interferncia eletromagntica de relevncia so as descargas atmosfricas, que po-dem induzir tenses elevadas nos condutores do sistema de potncia e que, por conduo, so levadas aos equi-pamentos de tecnologia da informao. Os supressores, anteriormente referidos, revelam ser uma proteo ade-quada a esse tipo de distrbio.


b) Sistemas fisicamente distribudos

fcil concluir que, como parte do hardware est instalado no ptio da subestao, junto aos equipa-mentos de potncia, est sujeita a ser atingida por radiaes eletromagnticas. Neste caso, os equipamentos detecnologia da informao devem ser portadores de certificado de compatibilidade eletromagntica para operaremnestas condies.

VB1=13,80 kV

~T 25 o o

.1 IS]13,80 kV

To '125 o

16 56 33 o

o o

II

27 56 o

I

IE

45 21 33 o

J~~~

~[]BG

EJc:J[]ITJ

I DO/MM . CD

10/09 08:36:27 ALM L1 T282 VAZ10/09 08:37:03 ALM L3 T1828eR10/09 17:20:34 ALM L1 T182 V8R11/09 05:23:34 ALM L2 T281 VAZ

. .

...~.,

.

Fig. 14.21- Ilustrao de tela de um monitor de um sistema de automao de subestao

Para controlar as interferncias do tipo conduzida sobre os equipamentos numricos no interior da su-bestao, necessrio assim proceder:

se forem usados cabos concntricos de cobre, devem-se aplicar dispositivos supressores e filtros;

se forem usados cabos de fibra tica, estes, por natureza, so imunes a interferncias eletromagnti-caso

14.6.3.2 - Temperatura ambiente

Os equipamentos de tecnologia da informao so extremamente sensveis s temperaturas elevadas aque so submetidos. Normalmente so especificados para trabalharem na faixa de temperatura de -10 a +70C.Fora dessa faixa seus componentes podem ser danificados.

a) Sistemas fisicamente centralizados

Como, neste caso, os equipamentos de microinfromtica esto instalados no interior da Casa de Coman-do, deve-se dispor de um sistema de climatizao eficiente de forma a manter esse ambiente temperatura ade-quada. Esta uma grande vantagem que possuem os sistemas fisicamente centralizados.

b) Sistema fisicamente distribudos

Os equipamentos de tecnologia da informao esto expostos a temperaturas elevadas durante pratica-mente todo o ano, principalmente nas regies Norte e Nordeste do Brasil.


importante lembrar que a temperatura no interior dos gabinetes que abrigam os rels, UTRs, etc., bem superior s temperaturas externas, notadamente por no haver muitas aberturas de ventilao. Se especifi-cado um gabinete com baixo grau de proteo, permite-se a penetrao de poeira, bastante nociva integridadedos equipamentos, principalmente quando se trata de subestao em rea industrial de elevada poluio atmosf-rica.

Esta tem sido uma das principais desvantagens deste tipo de soluo.H outros tipos de influncia do meio ambiente nocivos integridade dos equipamentos eletrnicos sen-

sveis, mas que sero apenas citados, ou seja;

umidade;

vibrao;

presena de substncias corrosivas;

radiaes solares;

presena de corpos slidos.

Cabe alertar que a malha de terra da subestao pode exercer uma grande influncia sobre o desempenhoe a integridade dos equipamentos eletrnicos sensveis. Necessrio se faz projetar e executar a malha de terra queatenda simultaneamente as condies exigidas pelo sistema de fora e pelo sistema de automao. Este assuntopode ser estudado no livro Proteo de Equipamentos Eletrnicos Sensveis, do autor.

14.6.4 - Centro de Superviso e ControleH muitas possibilidades de se dimensionar os equipamentos, facilidades e programas para um Centro de

Superviso e Controle. Alm do mais, com a rpida obsolescncia dos equipamentos da tecnologia da informa-o, cria-se uma dificuldade adicional para o profissional especificar esses equipamentos, de sorte que possamsatisfazer as necessidades do processo no maior espao de tempo possvel.

14.6.4.1- Hardware

Como ilustrao, ser fornecida uma lista de equipamentos e facilidades utilizados nos projetos de auto-mao, sem a preocupao de informar a quantidade apropriada, pois cada soluo requer um dimensionamentoadequado.

Unidade de processamento do servidor da base de dados

Arquitetura: a ser definida (por exemplo RISC);

processador e sua capacidade, em MHz;

memria RAM, em Mbytes;

nmero de slots do tipo PCI e ISA;

memria de massa com capacidade em Gbytes e interface especificada em SCSI ou IDE;

interface serial: a ser definida (por exemplo, RS232, RS485);

unidade de disco flexvel;

gravadora de CD-ROM;

leitora de CD-ROM;

placa de som;

interface Ethernet, com interface PCI e capacidade adequada.

Placa controladora SVGA com capacidade de memria adequada e interface PCI.

Terminal de vdeo colorido de 17" ou 21".

Impressoras.

Painel mmico dinmico.

Plotters.


Scanners.

Mesa digitalizadora.

Teclado e mouse.

Par de caixas de som.

Mestre

Motor

Atuador

Sensor

Carga

Barramentode Campo

Fig.14.22 - Esteira transportadora automatizada

14.6.4.2 - Software

Sistema operacional: (por exemplo, sistema UNIX).

Banco de dados relacional: ORACLE, INFORMIX ou SQL.

Protocolo de comunicao de dados: TPC/IP.

Interface Homem-Mquina: ln touch.

14.7 - AUTOMAO DE PROCESSOS INDUSTRIAIS

A automao industrial vem crescendo aceleradamente na busca de maior produtividade, eficincia equalidade de produtos manufaturados. O nvel de automao de cada unidade industrial funo de uma srie de


fatores, tais como custoibeneficio, adaptabilidade das mquinas que participam do processo, etc. H indstriasem que o nvel de automao significativamente elevado, enquanto em outras a automao fica restrita apenasa alguns setores da linha de produo. Porm, nos projetos industriais novos, a tendncia alcanar um nvel deautomao cada vez mais elevado.

Ao Nvel Hierrquico Superior

Nvel de Gerncia

Nvel

Mamede - Instalacoes Eletricas Industriais 6a Ed

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