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João Matos1, Rui Neves2, Eliseu Ribeiro3, Luís Perdigoto4 Escola Superior de Tecnologia e Gestão Instituto Politécnico do Porto
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AquaSoft – kit de simulação de um sistema de distribuição de água Resumo – Este artigo descreve o desenvolvimento de um kit didático de simulação, em pequena escala, de um sistema de distribuição de água a povoações. O equipamento foi desenvolvido no âmbito do curso de Engenharia Eletrotécnica da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria, com o objetivo de ser usado como equipamento didático nas atividades de formação relacionadas com a Siemens Automation Academy. O sistema simulado permite ter em conta aspetos como a fiabilidade do sistema, controlo de desperdícios de água, e a otimização do consumo de energia. O kit contém sistemas de circulação de água, com reservatórios e condutas, e está equipado com atuadores e sensores diversos (bombas, válvulas, caudalímetros, entre outros). Cinco PLCs (Programmable Logic Controlers), de gamas e gerações diferentes, formam um sistema de controlo distribuído. Duas consolas gráficas formam, com um computador externo ao kit, o sistema de supervisão e comando de todo o processo. Uma rede de comunicação industrial Profibus-DP permite a interligação dos
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João Paulo Belisário Santos Matos é finalista da licenciatura em Engenharia Eletrotécnica da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria, 2110649@my.ipleiria.pt.
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PLCs. A ligação dos PLCs às consolas e ao computador recorre ainda a uma rede Profinet e a uma ligação MPI (multi-point interface). Uma das valências pedagógicas do kit é a possibilidade da sua divisão física em dois sistemas separados, podendo ser usado como um processo de distribuição de água mais complexo, ou como dois sistemas independentes mais simples. Palavras-chave – PLC, Supervisão, Profibus, Profinet.
I. INTRODUÇÃO A distribuição pública de água é uma preocupação há milhares de anos, estando diretamente relacionada com o desenvolvimento da sociedade e a melhoria da qualidade de vida. O primeiro sistema de abastecimento de água teria sido o aqueduto de Jerwan na Assíria em 691 A.C. Outro exemplo notável são os grandes aquedutos do poderoso Império Romano, datados de 312 A.C [1]. A purificação e o fornecimento de água é uma preocupação transversal em todas as sociedades humanas. Ao longo dos tempos, o consumo de água por consumidor tem vindo a aumentar gradualmente, sendo por isso necessário melhorar e desenvolver os sistemas existentes de forma a dar resposta às necessidades crescentes de consumo e garantir
a continuidade do abastecimento com a maior fiabilidade possível. Este artigo descreve o desenvolvimento de um kit didático de simulação, em pequena escala, de um sistema de distribuição de água a povoações. O equipamento foi desenvolvido no âmbito do curso de Engenharia Eletrotécnica da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria. Teve como objetivo a implementação de um sistema didático, versátil e abrangente que pudesse ser usado em contexto de formação na área da Automação Industrial e, em particular, nas atividades desenvolvidas no âmbito da Siemens Automation Academy [2]. O sistema simulado permite ter em conta aspetos como a fiabilidade do sistema, controlo de desperdícios de água, e a otimização do consumo da energia despendida para a distribuição (fator importante que influencia o preço a pagar pelo consumidor e a redução da emissão de poluentes para o meio ambiente). Os sistemas modernos de distribuição de água assentam na utilização de tecnologias de controlo industrial. Uma importante vertente pedagógica do kit é a utilização de cinco PLCs (Programmable Logic Controler - autómato industrial programável), de gamas e gerações diferentes, que formam um sistema de controlo distribuído, interligado por uma rede de
Rui Miguel Marques Neves é finalista da licenciatura em Engenharia Eletrotécnica da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria, 2081073@my.ipleiria.pt.
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Eliseu Manuel Artilheiro Ribeiro é Prof. Adjunto do Departamento de Engenharia Eletrotécnica da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria e Investigador do Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores de Coimbra (INESC Coimbra), eliseu.ribeiro@ipleiria.pt.
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Luís Miguel Ramos Perdigoto é Assistente do 2.º Triénio do Departamento de Engenharia Eletrotécnica da Escola Superior de Tecnologia e Gestão do Instituto Politécnico de Leiria, luis.perdigoto@ipleiria.pt.
Figura 1. Esquema geral do sistema de distribuição de água.
funcionamento em modo automático. Disponibiliza, além disso, diversos alarmes e o registo histórico dos valores de diversos sensores.
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V. SUPERVISÃO O comando e supervisão do sistema, por parte do operador humano, são repartidos pelas duas consolas existentes no kit e por um computador externo.
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Como já foi referido, a ligação da rede Profibus entre o kit 1 e o 2 é estabelecida através de uma ficha de ligação rápida. No entanto, cada um dos kits possui um rádio-modem incorporado na sua rede Profibus, o que torna possível a interligação das redes mesmo sem a existência de uma ligação física (embora com taxas de transferência de dados mais baixas). Este modo de interligação pode ser usado para o controlo do sistema completo, ou para permitir uma interação ente os kits mesmo quando estão separados.
Figura 3. Dispositivos de comando e redes de comunicação.
A consola de supervisão do kit 2 está conetada ao PLC S7-300 respetivo através de uma ligação MPI (multi-poin-interface, propriedade da Siemens). A consola do kit 1 está ligada à rede Profinet [3] disponibilizada pelo PLC S7-1200. É ainda possível a ligação de um computador externo ao sistema, simultaneamente ligado à rede Profinet (através da placa Ethernet) e à rede Profibus (utilizando um adaptador USB/Profibus). O computador é usado como dispositivo de programação dos PLCs e também como um sistema de supervisão adicional (para além das consolas). A supervisão foi desenvolvida através do software Siemens WinCC (uma página de exemplo da interface pode ser vista na Figura 4). A interface permite o comando manual dos atuadores do sistema ou a configuração dos parâmetros para o seu
VI. CONCLUSÃO Este artigo descreveu o desenvolvimento de um kit didático de simulação de um sistema de distribuição de água a povoações, contendo sistemas de circulação de água, reservatórios e condutas. O comando do sistema é garantido por um sistema de controlo distribuído, contendo cinco PLCs distintos, interligados por uma rede de comunicação industrial. A supervisão do sistema é implementada usando duas consolas gráficas e um computador. A simulação física de processos reais é uma mais-valia na área de formação da Automação Industrial. O kit descrito apresenta várias valências pedagógicas. Utiliza equipamentos de comando de tipos e gamas variados, pode ser usado em graus diferentes de complexidade (como dois kits simples separados ou um kit único mais complexo), e permite a simulação de problemas relacionados com a fiabilidade do sistema, controlo de desperdícios de água, e a otimização do consumo de energia.
AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer ao Eng.º Hugo André, Eng.º José Martins, Eng.º Paulo Ventura e ao Eng.º Paulo Gata pelas suas indispensáveis contribuições ao projeto.
REFERÊNCIAS [1]
V. L. D. P. LEO HELLER, Abastecimento de água para consumo humano, Belo Horizonte :Editora UFMG, 2006;
[2]
Siemens Automation Academy, (online) http:// siemensautomationacademy.ipleiria.pt/ ;
[3]
Raimond Pigan, Mark Metter: Automating with PROFINET, 2nd rev. and enl. edition. 2008, ISBN 978-3-89578-294-7;
[4]
PROFIBUS system description, (online) profibus. com;
[5]
J. Weigmann, G. Kilian: Decentralization with PROFIBUS DP/DPV1, ISBN 978-3-89578-218-3;
[6]
M. Felser: PROFIBUS Manual, A collection of information explaining PROFIBUS networks assembled by Prof. Max Felser, ISBN 978-3-8442-
Figura 4. Interface gráfica de supervisão e comando.
1435-2 (online: http://profibus.felser.ch/en/).