Instituto Politécnico de Coimbra
Instituto Superior de Engenharia de Coimbra
Sistema Flexível de Monitorização de Consumos
Energéticos
Joel Armando dos Santos Batista
Trabalho de Projeto para obtenção do Grau de Mestre em
Automação e Comunicações em Sistemas de Energia
COIMBRA
Dezembro 2012
Departamento
de Engenharia Eletrotécnica
Sistema Flexível de Monitorização de Consumos
Energéticos
Trabalho de Projeto apresentado para a obtenção do grau de Mestre em Automação e
Comunicações em Sistemas de Energia
Autor
Joel Armando dos Santos Batista
Orientadores
Professor Adelino Pereira
Professor Inácio Fonseca
ISEC
Coimbra, Dezembro, 2012
Agradecimentos
Agradecimentos
Em primeiro lugar, quero agradecer aos meus pais pelo apoio que sempre me deram ao longo
deste ciclo. Estiveram sempre do meu lado e nunca deixaram de ser um suporte para que eu
me mantivesse focado nos objetivos.
À minha restante família, que esteve presente quando a motivação parecia querer ausentar-se
e souberam ajudar-me com as suas palavras e atos de carinho.
Aos meus orientadores, Doutor Adelino Pereira e Doutor Inácio Fonseca pela paciência, ajuda
e disponibilidade que sempre demonstraram durante a execução deste projeto. Sem a sua
orientação teria sido impossível alcançar os objetivos.
Aos meus amigos, que de uma ou outra forma foram acompanhando este ciclo e me
motivaram para continuar.
Aos colaboradores da empresa Novalec, que sempre que lhes foi solicitado, souberam dar o
apoio necessário.
v
Resumo
Resumo
Para a sobrevivência do nosso planeta, cada vez mais é necessário que se consumam menos
recursos utilizando-se, preferencialmente, as energias limpas e que estas sejam controladas de
forma inteligente.
A energia elétrica, sendo um bem precioso, deve ser utilizada de forma criteriosa, devendo
evitar-se perdas da mesma e utilizando-a de forma eficiente. Esta eficiência traz consigo
benefícios para todos. Para responder a estas necessidades surge a possibilidade de recorrer a
sistemas automáticos de medida e monitorização dos consumos de energia elétrica. O trabalho
apresentado neste Trabalho de Projeto situa-se neste contexto, particularmente na
possibilidade do utilizador ser capaz de identificar os consumos da sua instalação e, se
necessário, promover medidas para regular esses mesmos consumos fomentando um
decréscimo na energia utilizada e ainda um decréscimo na conta a pagar.
O projeto desenvolvido consistiu na elaboração de um sistema flexível de monitorização de
consumos energéticos. Este sistema permite a monitorização de todas as cargas de uma
instalação, através da leitura de várias grandezas elétricas, tais como, potências instantâneas e
acumuladas, tensões e correntes. Para isso é utilizado um autómato que faz a gestão das
leituras dos contadores, guarda-as e garante o seu envio, quer para o email do utilizador quer
para uma aplicação web, disponível online, onde poderão ser consultadas várias medidas das
grandezas elétricas mencionadas anteriormente, inclusive alguns gráficos relativos a essas
medidas.
vii
Abstract
Abstract
For the survival of our planet, it is increasingly necessary to consume fewer resources, being
able to use, preferably, and clean energies in order to be intelligently controlled.
Electricity, as a precious source, should be used in a responsible way, preventing any loss and
using it efficiently. Such efficiency brings benefits for everyone. To meet these needs comes
the possibility of using automated systems for measuring and monitoring the consumption of
electricity. The work presented in this work lies in this context, particularly in the possibility
of the user being able to identify the consumptions of its installation and, if necessary, to
promote measures to regulate these same consumption encouraging a reduction of the energy
used and even a decrease in the ending accounts.
The present project consisted in developing a flexible system for monitoring energy
consumption. This system allows monitoring of all loads of an installation by reading several
electrical quantities such as instantaneous and accumulated powers, voltages and currents.
Therefore it is used a PLC that makes the management of meter readings, saves them and
makes sure they are sent either to the user mail or to a web application, available online,
where the user can find several measures of the electrical quantities above mentioned,
including some graphic representations for those measurements.
ix
Índice
Índice
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................................... 1
1.1. Enquadramento .................................................................................................................... 1
1.2. Objetivos .............................................................................................................................. 2
1.3. Estrutura do Documento ...................................................................................................... 2
2. O ESTADO DA ARTE .......................................................................................................... 3
2.1. Conceito das Leituras de Energia ........................................................................................ 3
2.1.1. Contadores eletromecânicos ......................................................................................... 3
2.1.2. Contadores eletrónicos ................................................................................................. 4
2.1.3. Contadores inteligentes................................................................................................. 5
2.2. Objetivos das Leituras de Energia ....................................................................................... 5
2.3. Formas de Monitorização das Leituras de Energia ............................................................. 5
2.3.1.Wi-LEM ......................................................................................................................... 6
2.3.2. eMonitor ....................................................................................................................... 7
2.3.3. Energy Lens .................................................................................................................. 7
2.3.4. Optimal Monitoring System .......................................................................................... 8
2.4. Projeto InovGrid .................................................................................................................. 8
2.5. Leitores de energia comerciais .......................................................................................... 10
2.6. Protocolo de comunicação Modbus ................................................................................... 11
2.6.1. Modelo de Comunicação ............................................................................................ 11
2.6.2. Modos de transmissão ................................................................................................ 13
2.7. Autómatos Programáveis existentes no mercado .............................................................. 14
2.7.1 Schneider Electric........................................................................................................ 15
2.7.2. SIEMENS .................................................................................................................... 15
2.7.3. OMRON ...................................................................................................................... 16
2.8. Medidores de energia presentes no mercado ..................................................................... 16
2.8.1. Contadores Electrex.................................................................................................... 16
2.8.2. Medidor SICAM P50.................................................................................................. 17
2.8.3. Analisador ION 7500.................................................................................................. 18
3. EQUIPAMENTOS/FERRAMENTAS USADOS NO PRESENTE TRABALHO ............. 19
3.1. Autómatos Programáveis ................................................................................................... 19
3.1.1. Classificação dos Autómatos Programáveis ............................................................... 19
3.1.2. Autómato programável PCD1.M2120 ........................................................................ 20
xi
Índice
3.2. Contador de energia .......................................................................................................... 21
3.3. Ferramentas de software ................................................................................................... 21
3.3.1. Programação em Graftec ........................................................................................... 21
3.3.2. Programação em diagrama de blocos ......................................................................... 23
3.3.3. Programação em Instruction List (IL) ........................................................................ 23
4. SOLUÇÃO IMPLEMENTADA .......................................................................................... 25
4.1. O sistema desenvolvido .................................................................................................... 25
4.2. Programação no software PG5 .......................................................................................... 26
4.3. Fluxograma de funcionamento do sistema........................................................................ 27
4.4. Leitura do leitor ALE3 ...................................................................................................... 33
4.5. Gravação das leituras ........................................................................................................ 36
4.6. Página web ........................................................................................................................ 39
4.7. Envio de email .................................................................................................................. 43
4.8. Configuração da rede Ethernet ......................................................................................... 49
4.9. Download do programa para o autómato .......................................................................... 50
4.10 Metodologias de análise pós-aquisição de dados ............................................................. 52
4.10.1. Utilizador doméstico ................................................................................................ 53
4.10.2. Utilizador industrial ................................................................................................. 53
4.10.3. Exemplo prático ....................................................................................................... 56
5. CONCLUSÕES E PERSPETIVAS FUTURAS .................................................................. 59
5.1. Conclusões ........................................................................................................................ 59
5.2. Perspetivas Futuras ........................................................................................................... 59
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................. 61
ANEXO 1 ................................................................................................................................. 63
Instalação do software.............................................................................................................. 63
ANEXO 2 ................................................................................................................................. 71
Configurações do software de programação ............................................................................ 71
ANEXO 3 ................................................................................................................................. 75
Leitor ALE3 ............................................................................................................................. 75
Dimensões do leitor ALE3:.................................................................................................. 75
Esquema de ligação do leitor ALE3: ................................................................................... 75
Registos do leitor ALE3:...................................................................................................... 76
Dados técnicos da ligação Modbus: ..................................................................................... 77
ANEXO 4 ................................................................................................................................. 79
xii
Índice
Autómato PCD1.M2120 ........................................................................................................... 79
Interligação das entradas e saídas: ........................................................................................ 79
Foto do esquema físico das ligações do autómato:............................................................... 80
xiii
Lista de Figuras
Lista de Figuras
Figura 1. Contador eletromecânico. ........................................................................................... 3
Figura 2. Contador eletrónico. .................................................................................................... 4
Figura 3. Contador inteligente. ................................................................................................... 5
Figura 4. Descrição geral da tipologia das redes Wi-LEM. ........................................................ 6
Figura 5. Esquema geral de funcionamento do sistema eMonitor. ............................................ 7
Figura 6. Gráficos gerados com a ferramenta Energy Lens. ...................................................... 8
Figura 7. Ambiente geral da ferramenta Optimal Monitoring System. ...................................... 8
Figura 8. Painel Demonstrador do Projeto InovGrid. ................................................................. 9
Figura 9. Ciclo pergunta-resposta [10]. .................................................................................... 12
Figura 10. Twido Compact. ...................................................................................................... 15
Figura 11. Autómato SIMATIC S7-200 da SIEMENS. ............................................................ 15
Figura 12. Autómato CP1H da Omron. .................................................................................... 16
Figura 13. Analisador de energia Femto D4............................................................................. 17
Figura 14. Multímetro trifásico Zepto D6. ............................................................................... 17
Figura 15. Medidor de energia SICAM P50............................................................................. 17
Figura 16. Analisador ION 7500 da Schneider Electric........................................................... 18
Figura 17. Autómato PCD1.M2120 da SAIA. ......................................................................... 20
Figura 18. Contador ALE3. ...................................................................................................... 21
Figura 19. Exemplo de um Graftec. ......................................................................................... 22
Figura 20. Caixa para a escolha do ambiente de programação. ............................................... 22
Figura 21. Esquema global de ligação dos componentes do sistema. ...................................... 25
Figura 22. Tabela de configuração dos contadores. ................................................................. 26
Figura 23. Escolher a linguagem de programação pretendida. ................................................. 27
Figura 24. Fluxograma de funcionamento do sistema de leituras. ........................................... 28
Figura 25. Graftec principal. .................................................................................................... 29
Figura 26. Ativação da flag a indiciar que tipo de leitor vai ser lido. ...................................... 31
Figura 27. Ativação da flag "Write_File". ................................................................................ 31
Figura 28. Incrementação do número do leitor e teste para verificar se todos os leitores desse
tipo foram lidos......................................................................................................................... 32
Figura 29. Incrementação do tipo de leitor e verificação se todos os tipos foram lidos. .......... 33
Figura 30. Transição que permite a leitura do leitor ALE3. ..................................................... 33
Figura 31. Graftec para leitura do leitor ALE3. ....................................................................... 34
Figura 32. Leitura de leitor ALE3. ........................................................................................... 35
Figura 33. Transferência dos valores dos registos para as variáveis gerais. ............................ 35
Figura 34. Carregar a flag “Flag_Ler_Leitor_Bloco” com o valor 1. ...................................... 35
Figura 35. Consequência de ter ocorrido um erro. ................................................................... 36
Figura 36. Leitura efetuada com sucesso.................................................................................. 36
Figura 37. Bloco HDLog File. .................................................................................................. 37
Figura 38. Janela de configurações do bloco HDLog File. ...................................................... 37
Figura 39. Ativação da flag “Write_File”. ............................................................................... 38
Figura 40. Bloco Memory. ........................................................................................................ 38
xv
Lista de Figuras
Figura 41. Janela de configuração do bloco Memory. ............................................................. 38
Figura 42. Bloco Createdir. ..................................................................................................... 39
Figura 43. Janela de login da página web residente no autómato. ........................................... 40
Figura 44. Janela principal. ...................................................................................................... 41
Figura 45. Janela de consulta do ficheiro Excel. ...................................................................... 42
Figura 46. Janela de visualização de gráficos. ......................................................................... 43
Figura 47. Graftec de controlo do ciclo diário de envio de emails. ......................................... 44
Figura 48. Inicializações. ......................................................................................................... 45
Figura 49. Hora de envio carregada com hora de envio inicial. .............................................. 45
Figura 50. Envio de email e incrementação da hora de envio. ................................................ 46
Figura 51. Teste de fim de ciclo de envio de email. ................................................................ 46
Figura 52. Programa enviado para a etapa 2. ........................................................................... 47
Figura 53. Hora de envio carregada com hora de envio final e envio de email nessa hora. .... 47
Figura 54. Programa enviado para a etapa 1. ........................................................................... 48
Figura 55. Configuração do envio de email. ............................................................................ 48
Figura 56. Blocos fupla AMail Init e AMail Send. ................................................................... 49
Figura 57. Janela geral das configurações. .............................................................................. 50
Figura 58. Compilação do programa........................................................................................ 51
Figura 59. Download do programa. ......................................................................................... 51
Figura 60. Janela de download do programa. .......................................................................... 52
Figura 61. Ciclo semanal normal [23]. .................................................................................... 54
Figura 62. Ciclo semanal opcional [23]. .................................................................................. 55
Figura 63. Ciclo diário transitório [23]. ................................................................................... 55
Figura 64. Primeira etapa para instalação do software. ........................................................... 63
Figura 65. Licença de utilização. ............................................................................................. 64
Figura 66. Funcionalidades a instalar. ..................................................................................... 64
Figura 67. Escolha da diretoria. ............................................................................................... 65
Figura 68. Confirmação dos parâmetros da instalação. ........................................................... 65
Figura 69. Seleção da linguagem para manuais e bibliotecas. ................................................. 66
Figura 70. Escolha da diretoria onde se encontra a chave de licença. ..................................... 66
Figura 71. Instalação completa. ............................................................................................... 67
Figura 72. Abrir o programa. ................................................................................................... 67
Figura 73. Abertura do último projeto. .................................................................................... 68
Figura 74. Abrir um projeto existente. ..................................................................................... 68
Figura 75. Criar novo projeto. .................................................................................................. 69
Figura 76. Janela geral das configurações. .............................................................................. 71
Figura 77. Escolha do autómato pretendido. ............................................................................ 72
Figura 78. Configuração da Ethernet. ...................................................................................... 72
Figura 79. Tipo de comunicação com o autómato. .................................................................. 73
Figura 80. Dimensões do leitor ALE3. .................................................................................... 75
Figura 81. Esquema de ligação do leitor ALE3. ...................................................................... 75
Figura 82. Registos do leitor ALE3. ........................................................................................ 77
Figura 83. Interligação das I/O. ............................................................................................... 79
Figura 84. Foto do esquema físico das ligações....................................................................... 80
xvi
Lista de Tabelas
Lista de Tabelas
Tabela 1. Diferentes contadores de energia e os seus interfaces de comunicação. .................. 10
Tabela 2. Modelo de referência OSI. ........................................................................................ 11
Tabela 3. Sequência de bits a enviar no modo RTU com paridade. ......................................... 13
Tabela 4. Frame de uma mensagem do modo RTU. ................................................................ 13
Tabela 5. Frame de uma mensagem do modo ASCII. ............................................................. 14
Tabela 6. Dados retirados de um ficheiro excel gerado pela aplicação. ................................... 39
Tabela 7. Consumo de uma carga de 2000W. .......................................................................... 56
Tabela 8. Cálculos para aferir qual o melhor sistema tarifário. ................................................ 57
xvii
Abreviaturas
Abreviaturas
SMS - Safety Management System
EDP - Energias de Portugal
INESC - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores
CA - Corrente Alternada
OSI - Open Systems Interconnection
ISO - International Organization for Standardization
RTU - Remote Terminal Unit
ASCII - American Code for Informastion Interchange
CRC- Cyclic Redundancy Code
XOR - Operação lógica Ou-Exclusivo
CR - Carriage Return
LF - Line Feed
LRC - Longitudinal Error Checking
CC - Corrente contínua
PLC - Programmable Logic Controller
E/S - Entrada/Saída
USB - Universal Serial Bus
IP - Internet Protocol
FTP - File Transfer Protocol
SMTP - Simple Mail Transfer Protocol
SNTP - Simple Network Time Protocol
DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol
DNS - Domain Name System
SNMP - Simple Network Management Protocol
PPP - Point-to-Point Protocol
DALI - Digital Addressable Lighting Interface
TCP/IP - Transmission Control Protocol/Internet Protocol
RAM - Random Access Memory
LCD - Liquid Crystal Display
RMS - Root Mean Square
xix
Abreviaturas
TI - Transformador de corrente
THD-I - Total Harmonic Distortion of Current
THD-U - Total Harmonic Distortion of Voltage
Ea - Energia ativa
Er - Energia reativa
IL - Instruction List
Pc - Personal Computer
xx
Capítulo 1 – INTRODUÇAO
1. INTRODUÇÃO
1.1. Enquadramento
A sociedade moderna vive de constantes avanços tecnológicos que lhe permitem alcançar um
enorme conforto. Para tal, equipamentos eletrónicos, tais como, computador, televisão,
aparelhos de som, telemóveis, ar condicionado, aquecedores e diversos outros equipamentos
facilitam inquestionavelmente a vida quotidiana das pessoas gerando uma dependência por
esses mesmos equipamentos. Mas há uma variável comum a todos estes equipamentos que é a
energia elétrica, uma vez que, sem ela nenhum desses equipamentos funcionaria.
Tomando como exemplo as nossas casas, verificamos a existência de um enorme número de
equipamentos elétricos e na maioria das vezes não nos apercebemos do consumo elétrico
provocado por esses mesmos equipamentos e pela sua influência na conta final da energia
elétrica. Esta conta da energia elétrica é algo que cada vez mais preocupa o consumidor
devido à escalada nos preços dessa mesma energia. Como tal, é de enorme importância, os
consumidores terem noção, em que locais das suas habitações estão a consumir mais energia
elétrica, para poderem atuar sobre esse consumo, tentando reduzir os custos. O ideal seria
conseguir controlar individualmente todos os equipamentos para verificar detalhadamente os
consumos.
Esse controlo pode ser feito por um conjunto de equipamentos locais que efetuam a contagem
da energia consumida e que garantem a memorização remota dos respetivos valores em
períodos de integração determinados.
Estes equipamentos locais são dotados de capacidade de comunicação de informação entre si
e com equipamentos centrais que efetuam a recolha centralizada da informação e o
subsequente tratamento, nomeadamente para efeitos de liquidação e faturação.
Também a nível industrial, o consumo de energia elétrica tem de ser bem monitorizado, tendo
em conta, a elevada fatura que representa para as indústrias devido à maquinaria usada no seu
funcionamento. Se uma determinada indústria consegue poupar na fatura da energia elétrica,
torna-se mais competitiva e se esse comportamento for alargado a todo o setor industrial, o
próprio país sai beneficiado, tornando-se mais competitivo internacionalmente.
Joel Armando dos Santos Batista
1
Capítulo 1 - INTRODUÇÃO
1.2. Objetivos
A elaboração deste projeto, ou seja, a construção de um sistema flexível de monitorização de
consumos energéticos tem como objetivos:





Aprendizagem e adequação a equipamentos industriais para contabilização de
consumos energéticos;
Estudo e aprendizagem de programação de autómatos da marca SAIA;
Desenvolvimento de um sistema de registo de consumos energéticos baseados em
contadores de energia e autómatos industriais;
Elaboração de documentos associados, como manuais e diagramas de procedimentos;
Ilustração do funcionamento do sistema desenvolvido através da sua aplicação numa
instalação real.
1.3. Estrutura do Documento
O presente documento está dividido em cinco capítulos, aos quais pertence o presente capítulo
de Introdução. Este encontra-se dividido no enquadramento e nos objetivos do trabalho.
No segundo capítulo é feita uma abordagem ao estado da arte onde é apresentado e explicado
o conceito das leituras de energia e os objetivos dessas mesmas leituras. É abordada a
evolução dos contadores de energia e são apresentados alguns sistemas de monitorização de
energia existentes no mercado. É neste capítulo também que é explicada a escolha dos
contadores. São ainda apresentados alguns autómatos e contadores existentes no mercado.
No terceiro capítulo são apresentados os equipamentos utilizados no trabalho. É feita uma
abordagem à história e classificação dos autómatos programáveis e é dada uma explicação
sobre o autómato PCD.M2120. É ainda apresentada uma descrição dos leitores usados no
trabalho.
No quarto capítulo é feita a descrição de todo o sistema desenvolvido, onde são descritas as
suas funcionalidades e modos de operação.
Para terminar, no capítulo cinco são apresentadas as conclusões finais inerentes ao presente
trabalho e as perspetivas futuras para esta aplicação.
2
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
2. O ESTADO DA ARTE
2.1. Conceito das Leituras de Energia
Ao longo dos anos o processo de medição e registo da energia elétrica consumida numa
instalação tem sofrido grandes alterações. A nível residencial são usados maioritariamente
contadores de energia eletromecânicos, sendo que, para a leitura dos consumos é necessário o
deslocamento do cobrador de energia elétrica à habitação. Existem ainda os contadores
eletrónicos e os inteligentes. Os primeiros são mais modernos e mais precisos do que os
contadores eletromecânicos e permitem apresentar as medições digitalmente, sendo que, os
mais recentes podem ser lidos automaticamente. Os contadores inteligentes são a geração
mais recente de contadores e permitem realizar certas tarefas inacessíveis para os simples
contadores de leitura automática [1].
2.1.1. Contadores eletromecânicos
Na Figura 1 é apresentado um contador eletromecânico. Estes foram os primeiros contadores
a existir no mercado para a medição da energia elétrica. Funcionam por meio da contagem das
rotações de um disco de alumínio construído para girar a uma velocidade proporcional à
potência utilizada.
Figura 1. Contador eletromecânico.
O número de rotações corresponde desta maneira ao consumo total. O disco metálico do
contador é acionado através de duas bobinas. Uma destas encontra-se ligada de modo a
produzir um fluxo magnético proporcional à tensão, enquanto a outra cria um fluxo magnético
proporcional à corrente. O campo da primeira bobina é atrasado em 90º através de uma bobina
Joel Armando dos Santos Batista
3
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
de compensação. Isto induz uma corrente de Foucault no disco de tal forma que é exercida
uma força sobre este que é proporcional ao produto da tensão e da corrente. Um íman
permanente exerce uma força de travagem. O equilíbrio entre as duas forças opostas faz com
que o dito disco gire proporcionalmente à potência utilizada e mova por sua vez um
mecanismo de registo que integra a velocidade do mesmo ao longo do tempo de forma
semelhante à do conta-quilómetros de um automóvel. O eixo do disco aciona uma
engrenagem que faz movimentar os algarismos do mostrador de consumo.
2.1.2. Contadores eletrónicos
Os contadores eletrónicos utilizam tecnologias de estado sólido, originando leituras mais
precisas, quando comparadas com os contadores eletromecânicos. O valor do consumo é
apresentado digitalmente. Para além de medirem a energia total consumida, podem também
registar outros parâmetros, como a potência máxima consumida, o fator de potência e a
potência reativa. Tem a possibilidade de incluir mecanismos eletrónicos de relógio para
calcular valores de tarifas associadas ao consumo em períodos distintos do dia, da semana ou
do ano. Grande parte destes contadores utilizam um transformador de corrente para os
consumos, o que permite que os condutores que transportam a energia da rede elétrica para a
instalação não necessitam de passar pelo próprio contador podendo este estar colocado longe
dos mesmos. Este aspeto revela-se importante e vantajoso quando se trata de instalações de
grandes dimensões. Podemos visualizar na Figura 2 um contador eletrónico.
Figura 2. Contador eletrónico.
Alguns destes contadores permitem a telecontagem, ou seja, não é necessário o deslocamento
do cobrador de energia, sendo os dados transmitidos automaticamente através das redes dos
operadores móveis. Se não for possível a transmissão utilizando as redes móveis, será usada a
rede fixa. Este método permite a redução de recursos humanos para efetuarem a leitura e os
erros a si associados, mas também a recolha de um maior número de dados.
4
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
2.1.3. Contadores inteligentes
Os contadores inteligentes (Figura 3), estão dotados da tecnologia mais avançada para
contadores. Permitem que o operador de rede seja informado das falhas de energia e que se
possa monitorizar a qualidade da energia fornecida.
Figura 3. Contador inteligente.
Permitem ainda ao utilizador efetuar leituras em tempo real fazendo com que este possa
utilizar a energia de uma forma mais eficiente. É possível com estes contadores que a empresa
fornecedora de energia introduza diferentes tarifas de consumo dependendo do período do dia
ou da época do ano. Estas diferenças de preços podem ser usadas para reduzir os picos de
procura e assim diminuir a necessidade de utilização de centrais elétricas adicionais
(sobretudo as centrais a gás de arranque rápido devido aos seus altos custos de operação e
níveis de poluição).
2.2. Objetivos das Leituras de Energia
As leituras de energia numa instalação elétrica apresentam vantagens para o utilizador e para
a sociedade em geral. O utilizador é beneficiado porque poderá analisar com mais detalhe os
seus consumos e os locais onde os está a realizar. Assim, poderá racionalizar esses mesmos
consumos fazendo com que os seus encargos com a energia elétrica sejam reduzidos. Com
uma menor utilização de energia elétrica pode-se alcançar uma maior sustentabilidade e
menor consumo de recursos.
2.3. Formas de Monitorização das Leituras de Energia
A monitorização dos consumos de energia é fulcral devido à subida do preço da energia
elétrica. Com a monitorização, os utilizadores podem identificar possíveis desperdícios de
energia e posteriormente descobrir oportunidades de melhoria da eficiência energética. Para
isso é importante conhecermos o diagrama de carga ao longo dos ciclos diários e semanais de
funcionamento das instalações. Também é importante para o utilizador, receber relatórios
Joel Armando dos Santos Batista
5
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
detalhados através de correio eletrónico sobre a sua instalação. É ainda importante registar
num ficheiro os parâmetros elétricos de um dado intervalo de tempo, tais como, tensões,
correntes, fator de potência e frequência.
Com uma monitorização eficaz os utilizadores serão capazes de detetar aparelhos com defeito,
uma vez que, estes causam excesso de consumo ou fator de potência desajustado.
No mercado existem vários sistemas de monitorização de consumos de energia, sendo que
alguns se caracterizam por analisar os parâmetros elétricos e outros apenas se dedicam a
efetuar leituras à distância.
Alguns dos sistemas considerados são:




Wi-LEM;
eMonitor;
Energy Lens;
Optimal Monitoring System.
Todos os sistemas apresentados apresentam vantagens e desvantagens e a descrição seguinte
serve para demonstrar as potencialidades de cada um.
2.3.1.Wi-LEM
Esta tecnologia lançada pelo grupo QEnergia, utilizando a topologia wireless, está
salvaguardada dos problemas dos sistemas com fios. A Wi-Lem disponibiliza esta solução em
que através de um simples computador se pode ter acesso até 200 pontos de contagem e
efetuar os seus registos com a periodicidade desejada, entre 5 e 30 minutos, e posterior
exportação para uma análise com uma redução do tempo bastante considerável [2]. A Figura 4
apresenta um exemplo da estrutura deste sistema.
Figura 4. Descrição geral da tipologia das redes Wi-LEM.
6
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
2.3.2. eMonitor
A tecnologia eMonitor (Figura 5) é um sistema flexível que permite guardar um histórico das
leituras dos consumos e dos custos associados aos consumos. Esta tecnologia apresenta um
custo moderado e adapta-se facilmente ao edifício onde vai ser instalada e aos requisitos
pretendidos pelo utilizador. Assim, possibilita a interligação a diversos equipamentos
previamente instalados e a outros existentes no mercado. Tem a vantagem de, quando
detetados consumos anómalos, permitir criar alertas automáticos que serão enviados ao
utilizador através de correio eletrónico ou SMS.
O eMonitor permite ainda a criação de um histórico de consumos totais ou desagregados com
origem num armazenamento contínuo de dados [3].
Figura 5. Esquema geral de funcionamento do sistema eMonitor.
2.3.3. Energy Lens
O Energy Lens é uma ferramenta que permite monitorizar e gerir os consumos de energia.
Este Software foi desenvolvido respeitando a seguinte premissa: só se pode economizar
energia se se souber exatamente onde a energia está a ser utilizada. Permite ainda ligação ao
Excel, criando gráficos e tabelas para identificar quando e onde se está a desperdiçar energia,
quanta energia está a ser desperdiçada e em que medida se está a conseguir obter progressos
na redução do consumo de energia. Com a visualização dos dados de consumo de energia o
utilizador será ajudado a descobrir por onde deve começar a poupar a energia [4]. A Figura 6
representa alguns gráficos criados com esta ferramenta.
Joel Armando dos Santos Batista
7
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
Figura 6. Gráficos gerados com a ferramenta Energy Lens.
2.3.4. Optimal Monitoring System
O Optimal Monitoring System é uma tecnologia que permite medir o consumo e calcular os
custos. Tem a opção de criar alertas automáticos em caso de deteção de consumos anómalos,
em caso de falha de alimentação ou inatividade do equipamento. Este sistema é uma solução
orientada para a recolha e elaboração de relatórios de dados energéticos [5]. A Figura 7
representa alguns dados obtidos com esta ferramenta.
Figura 7. Ambiente geral da ferramenta Optimal Monitoring System.
2.4. Projeto InovGrid
A necessidade de otimizar os consumos de energia elétrica, o peso crescente de fontes de
energia renováveis e de produção descentralizada tem levado a que os distribuidores de
energia invistam no desenvolvimento de smart grids. Neste âmbito a EDP Distribuição
8
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
apoiada pela EDP Inovação, o INESC Porto, a EFACEC, a LOGICA e a JANZ/CONTAR
desenvolveu o projeto InovGrid que tem como objetivo automatizar a rede elétrica através da
implementação de contadores inteligentes de eletricidade [6]. Através desta renovação
tecnológica este sistema elétrico de distribuição inteligente permite a realização da
telecontagem.
O concelho de Évora foi pioneiro na implementação deste projeto. Em 2010 cerca de 30 mil
clientes de Baixa Tensão (domésticos, pequeno comércio e indústria) foram abrangidos por
este sistema. A Figura 8 representa o painel demonstrativo do Projeto InovGrid.
Figura 8. Painel Demonstrador do Projeto InovGrid.
O InovGrid tem como objetivos [7]:





Melhorar a qualidade de serviço através da capacidade de detetar situações anómalas e
de um atendimento mais rápido e personalizado;
Diminuir os custos de operação através de uma gestão remota dos equipamentos da
rede e de uma redução dos custos de manutenção da rede;
Aumentar a eficiência energética e a sustentabilidade ambiental através de um melhor
controlo sobre fluxos de energia na rede, minimizando perdas e utilizando melhor a
capacidade instalada;
Dotar a rede elétrica de informação e de equipamentos capazes de automatizar a
gestão das redes;
Potenciar a penetração das energias renováveis e do veículo elétrico.
Com o InovGrid é possível gerir em tempo real o estado de toda a rede de distribuição. O
cliente será capaz de analisar detalhadamente os consumos de eletricidade. Com este sistema
há uma maior segurança no abastecimento, diversificando ainda mais as fontes renováveis
permitindo uma microprodução mais eficaz e mais fácil de controlar.
A implementação do InovGrid pela EDP em Portugal tem como objetivo tornar o país mais
eficiente e sustentável, pela otimização dos sistemas de energia que origina uma redução das
emissões de CO2 pela menor utilização de recursos fósseis.
Joel Armando dos Santos Batista
9
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
2.5. Leitores de energia comerciais
A contagem de energia é crucial para qualquer instalação elétrica para o controlo da energia
consumida.
O sistema desenvolvido no presente projeto visa encontrar a melhor forma de medir o
consumo de energia em habitações, mas particularmente a nível industrial. Neste último caso
há algumas variáveis que tem de ser estudadas na escolha dos leitores de energia,
principalmente, garantindo que os leitores escolhidos e o seu interface de comunicação não
vão afetar a segurança da indústria. Na Tabela 1 são apresentados alguns contadores de
energia e os seus interfaces de comunicação.
Tabela 1. Diferentes contadores de energia e os seus interfaces de comunicação.
LEITOR
ALE3
Zepto D6
SICAM P50
Efergy Elite
EPM 6000 Power Meter
A2000 PROFIBUS
EEM-MA600 + EEM-PB-MA600
Tipo de interface
Modbus Ethernet Wireless Profibus
X
X
X
X
X
X
X
X
Fabricante
SAIA
Electrex
Siemens
Efergy
edigitalenergy
gmcinstrumentation
PhoenixContact
ANALISADOR
Femto D4
PMAC760
ION 7500
X
X
X
X
X
Electrex
Pilot
SchneiderElectric
Os contadores com comunicação wireless não são os mais indicados para algumas indústrias,
uma vez que a transferência de dados por radiofrequência pode vir a servir de ignição a
materiais inflamáveis.
Os contadores com comunicação Ethernet também enfrentam algumas desvantagens ao serem
aplicados nas indústrias, uma vez que, há uma série de entraves à instalação e funcionamento
deste tipo de comunicação, tais como [8]:






Cabeamento complexo e instalado sobre o chão;
Temperaturas extremas (de -20º a 70º);
Possibilidade de humidade;
Vibração de máquinas;
Muita influência de ruídos;
Perigos de atmosferas oleosas ou agressivas.
Os contadores com comunicação Profibus estão a ganhar espaço a nível industrial mas sendo
este um projeto desenvolvido em parceria com uma empresa, foi decidido que se iriam utilizar
10
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
contadores com interface modbus. Este tipo de contadores são bastante utilizados na indústria
e são de fácil configuração. Assim, optámos pelas seguintes escolhas:


Contador ALE3 da SAIA;
Contadores Femto D4 e Zepto D6 da Electrex.
Face à escolha efetuada, os contadores serão apresentados no capítulo 3.
Cada contador é classificado segundo a norma IEC62053-21: Equipamentos de contagem de
energia elétrica (CA). Parte 21: Contadores estáticos de energia ativa (classes 1 e 2). São
classificados ainda pela norma IEC62053-23: Equipamentos de contagem de energia elétrica
(c.a.). Parte 23: Contadores estáticos de energia reativa (classes 1 e 2).
2.6. Protocolo de comunicação Modbus
O protocolo Modbus foi desenvolvido pela Modicon Industrial Automation Systems (agora
Schneider Electric) em 1979, sendo uma estrutura de mensagem usada para estabelecer
comunicação entre os dispositivos mestre-escravo/cliente-servidor. Devido à Modicon ter
colocado as especificações e normas que definem o Modbus em domínio público, este é
utilizado em milhares de equipamentos existentes e é uma das soluções de rede mais baratas e
mais simples a serem utilizadas em Automação Industrial.
Este protocolo encontra-se na 2ª camada do Modelo OSI (Tabela 2) que foi criado pela
Organização Internacional para a Normalização - International Organization for
Standardization (ISO), com o objetivo de facilitar o processo de interconectividade entre
máquinas de diferentes fabricantes.
Tabela 2. Modelo de referência OSI.
Camada
7
6
5
4
3
2
1
Modelo ISO
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Link de Dados
Física
2.6.1. Modelo de Comunicação
No modelo Modbus os dispositivos comunicam utilizando a técnica mestre-escravo. Com esta
técnica, somente o dispositivo mestre pode iniciar transações, denominadas queries. O mestre
Joel Armando dos Santos Batista
11
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
é responsável por toda a iniciativa do processo de comunicação, ou seja, qualquer troca de
dados entre os equipamentos é iniciada e finalizada pelo mestre.
Os escravos somente transmitem dados depois de receberem um pedido do mestre. Estes
nunca se comunicam entre si. Para assegurar o bom funcionamento, cada escravo deve ter um
endereço único (de 1 a 247) para que possam ser endereçados individualmente.
Existem dois modos do mestre efetuar pedidos aos escravos:


Unicast- neste caso o mestre somente faz o pedido a um dos escravos. O escravo
recebe o pedido e processa a requisição, enviando em seguida a resposta para o
mestre. Assim, uma transação corresponde a 2 mensagens. Para assegurar o bom
funcionamento, cada escravo deve ter um endereço único (de 1 a 247) para que
possam ser endereçados individualmente;
Broadcast- o mestre envia uma mensagem comum para todos os escravos, sendo que,
nenhum deles deve retornar uma resposta. Estas requisições são mensagens escritas.
Todos os escravos devem receber estas mensagens para escrita e o endereço 0 é
reservado para identificar as mensagens broadcast [9].
O ciclo pergunta-resposta é apresentado na Figura 9:
Pergunta do Mestre
Endereço do dispositivo
Código da função
Dados
Verificação de Erro
Endereço do dispositivo
Código da função
Dados
Verificação de Erro
Resposta do escravo
Figura 9. Ciclo pergunta-resposta [10].
O protocolo Modbus estabelece o formato da query definindo:




O endereço do escravo (ou código para acesso broadcast);
O código da função, que indica qual a ação que deve ser tomada pelo escravo;
Parâmetros ou dados pertinentes à função definida;
O campo de verificação de erro para garantir a integridade da mensagem enviada.
A resposta do escravo é gerada nos mesmos moldes porém, obedecendo ao formato
correspondente à função recebida pelo mestre que basicamente define:

12
A confirmação da função realizada;
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE


Parâmetros ou dados pertinentes à função solicitada;
O campo de verificação de erro para garantir a integridade da mensagem enviada.
Quando ocorrer um erro na comunicação ou se o escravo não estiver apto para atender à
função requisitada, ele cria uma mensagem específica (exception) justificando o seu não
atendimento.
O protocolo Modbus permite uma fácil implementação de comunicações em vários tipos de
arquiteturas de rede. Podem ser utilizados vários meios físicos, tais como RS232, RS485 e
ethernet.
2.6.2. Modos de transmissão
Existem dois modos de transmissão: RTU (Remote Terminal Unit) e ASCII (American Code
for Information Interchange), que são selecionados durante a configuração dos parâmetros de
comunicação. Cada um destes modos tem definido o número de bits das mensagens a
transmitir, bem como, determinam como a informação será empacotada nos campos das
mensagens e por fim, como será descodificada essa mesma informação.
O modo de transmissão RTU quando comparado com o modo ASCII, permite uma maior
densidade na troca de dados. Isto porque no modo ASCII cada byte na mensagem contém 2
caracteres hexadecimais codificados.
Cada byte no formato RTU apresenta o seguinte formato (Tabela 3):




1 bit de Start;
8 bits de dados, dos quais, o primeiro a ser enviado é o bit menos significativo;
1 bit de paridade;
1 bit de paridade.
Tabela 3. Sequência de bits a enviar no modo RTU com paridade.
Start
1
2
3
4
5
6
7
8
Paridade
Stop
A frame que é trocada no modo RTU é apresentada na Tabela 4.
Tabela 4. Frame de uma mensagem do modo RTU.
Endereço do Escravo
1 byte
Código da Função
1 byte
Dados
0 a 252 bytes
CRC
2 bytes (CRC- e CRC+)
No modo RTU, a verificação de erro tem por base o algoritmo CRC-16. O cálculo é efetuado
sobre os bytes de dados da mensagem. Inicialmente, para todos os bits de um registo de 16
bits (registo A) é atribuído o valor 1. Em seguida, é feita a operação binária OU-Exclusivo
(XOR) com o conteúdo de A em cada byte da mensagem. O resultado desta operação é
Joel Armando dos Santos Batista
13
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
deslocado na direção do bit menos significativo sendo o bit avaliado. Se o bit for zero,
nenhuma operação é efetuada. Se o bit for 1, uma nova operação XOR é realizada, desta vez
com um valor pré-definido. Isto ocorre até que 8 bits tenham sido analisados e o resultado é
armazenado no registo A.
Cada byte da mensagem é submetido a este processo e no final, o conteúdo do registo A é
adicionado ao final da mensagem, sendo inserido primeiro o byte menos significativo e, em
seguida, o mais significativo.
No modo ASCII, cada byte da mensagem é enviado através de 2 caracteres ASCII. Como para
cada byte são necessários dois caracteres, este modo é menos eficiente que o modo RTU. No
modo ASCII, uma frame é iniciada com o caracter “:” e terminada com os caracteres
Carriage Return (CR) e Line Feed (LF) como podemos verificar na Tabela 5.
Tabela 5. Frame de uma mensagem do modo ASCII.
Início
“:”
Endereço
2 caracteres
Função
2 caracteres
Dados
0 a 2x252 caracteres
LRC
2 caracteres
Final
CR, LF
O cálculo da Verificação de Erro Longitudinal – Longitudinal Error Checking (LRC) que é
efetuado sobre o conteúdo da mensagem, preenche o campo de verificação de erro. Deste
cálculo excetuam-se os caracteres de início e de fim. O campo de verificação de erro é um
valor de 8 bits referente ao complemento de dois da adição dos bytes da mensagem, sendo o
resultado codificado em ASCII e inserido antes dos caracteres de final [9].
O modo ASCII é usado quando os equipamentos ou a linha de comunicação não se adequam
ao modo RTU no que respeita ao controlo dos intervalos de tempo necessários para a
transmissão e receção.
2.7. Autómatos Programáveis existentes no mercado
Depois de escolhidos os contadores de energia para monitorizarmos os consumos de energia
elétrica nas instalações habitacionais ou industriais, passou-se à fase de escolha do sistema
para controlar os contadores e as suas medidas. Para isso optámos pela utilização de
autómatos programáveis compatíveis com a interface Modbus dos contadores. Os autómatos
programáveis são bastante utilizados, especialmente a nível industrial porque permitem uma
modernização dos processos de fabrico e consequente aumento da produtividade. Estes
equipamentos são normalmente utilizados para controlo de motores, controlo de robôs e
ainda, como é o caso do presente projeto, monitorização dos consumos elétricos.
Nem sempre é fácil escolher qual o autómato que se enquadra melhor nas necessidades, uma
vez que, há bastantes soluções idênticas para uma determinada tarefa. Para o presente trabalho
foi escolhido o autómato PCD1.M2120 da SAIA, que será apresentado no capítulo 3. Mas há
um vasto número de marcas de autómatos, tais como, Omron, Phoenix, Siemens, Schneider
Electrex e outras, alguns dos quais descritos nas próximas secções.
14
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
2.7.1 Schneider Electric
Além do autómato escolhido é conveniente apresentar outros autómatos de marcas distintas
que apresentem as mesmas caraterísticas do escolhido.
A Schneider Electric disponibiliza a gama de autómatos programáveis Twido. Esta gama
permite a ligação a várias redes de comunicação e é bastante flexível devido aos seus 3 tipos
de base (Compacta, Modular e Extrema). São ainda munidos de uma ampla gama de
entradas/saídas.
Falando especificamente no Twido Compact (Figura 10), este tem ligações de terminais de
parafuso, dispões de 10 bases compactas de 10, 16, 24 e 40 entradas/saídas e 6 bases
expansíveis utilizando 4 a 7 módulos de entradas/saídas digitais. É alimentado a 24V CC ou
de 100 a 240V CA. Permite comunicação Modbus e Ethernet [11].
Figura 10. Twido Compact.
2.7.2. SIEMENS
Dando mais um exemplo de um autómato que permita comunicação por Modbus e por
Ethernet, a Siemens disponibiliza o SIMATIC S7-200, como apresentado na Figura 11. Este
autómato é compacto e bastante rápido tendo uma elevada capacidade de comunicação [12].
Figura 11. Autómato SIMATIC S7-200 da SIEMENS.
Joel Armando dos Santos Batista
15
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
2.7.3. OMRON
Além dos autómatos que permitem comunicação Modbus, é importante realçar os que têm
comunicação Profibus, uma vez que, este tipo de comunicação está a crescer a nível
industrial.
A Omron disponibiliza a série de PLC compacto até 320 E/S. Estes PLCs compactos têm
fonte de alimentação e entradas/saídas integradas. São equipados com um grande conjunto de
instruções para permitir uma programação eficiente, sendo ideais para o controlo de pequenas
tarefas. Dentro desta série os autómatos CP1E, CP1L e CP1H (Figura 12) enquadram-se no
pretendido para o presente trabalho, uma vez que, permitem comunicação por Profibus e por
Ethernet [13].
Figura 12. Autómato CP1H da Omron.
2.8. Medidores de energia presentes no mercado
2.8.1. Contadores Electrex
A Electrex é o fabricante do Femto D4 e do Zepto D6. Ambos suportam o protocolo de
comunicação RS485 e ambos têm classe 1 de precisão na leitura da energia ativa segundo a
norma EN62053-21 e classe 2 na energia reativa segundo a norma EN62053-23.
O Femto D4 é um equipamento com função de analisador de energia. Permite mais de 60
leituras de grandezas elétricas, tais como, tensão, corrente, fator de potência, frequência,
potência ativa, reativa e aparente, e energia ativa, reativa e aparente. Permite medidas RMS
até à harmónica de ordem 31 e tem entrada por TI, ou seja, não necessita de possuir corrente
nominal de acordo com a corrente de carga do circuito ao qual é ligado, uma vez que, o TI
baixa a gama de correntes de entrada no contador [19]. Tem ainda entradas e saídas digitais
para configuração de impulsos ou alarmes e tem um ecrã de pontos matriciais retro iluminado
como se pode verificar na Figura 13.
16
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
Figura 13. Analisador de energia Femto D4.
O Zepto D6 que é apresentado na Figura 14 é considerado um multímetro trifásico. Permite
mais de 50 leituras de grandezas elétricas, tais como, corrente de neutro, THD-I, THD-U,
consumo instantâneo, consumo máximo, energia ativa total e parcial (Ea) e energia reativa
(Er). Permite medidas RMS até à harmónica de ordem 31 e tem ecrã de alta visibilidade de
dígitos 3x3 [20].
Figura 14. Multímetro trifásico Zepto D6.
2.8.2. Medidor SICAM P50
Assim como existem várias marcas de autómatos programáveis, também a produção de
medidores de energia é feita por vários fabricantes.
A Siemens é o fabricante do SICAM P50, apresentado na Figura 15.
Figura 15. Medidor de energia SICAM P50.
Este medidor pode medir mais de 100 grandezas, tais como, tensões, correntes, potência ativa,
potência reativa, potência aparente, frequência fator de potência, ângulo de fase, tensões e
correntes harmônicas e taxa de distorção harmônica total. Tem incorporadas duas saídas
Joel Armando dos Santos Batista
17
Capítulo 2 – O ESTADO DA ARTE
digitais e é equipado com um display gráfico com iluminação de fundo até 20 telas
programáveis. Este dispositivo permite ajustar valores mínimos e máximos para as grandezas
a ler e gerar alarmes, caso esses limites sejam ultrapassados.
Permite comunicações Profibus-DP, Modbus e tem porta de comunicação RS 485 [14].
2.8.3. Analisador ION 7500
O ION 7500, apresentado na Figura 16 possui um display de grandes dimensões sendo capaz
de efetuar medições de alta precisão, tais como, tensões, correntes, potência, frequência, fator
potência taxa de distorção harmónica da corrente e da tensão até à harmónica 63 e taxa de
distorção harmónica total. Permite comunicação Modbus e Ethernet e tem 8 entradas digitais,
4 saídas digitais e 3 saídas por relé [15].
Figura 16. Analisador ION 7500 da Schneider Electric.
18
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 3 – EQUIPAMENTOS/FERRAMENTAS USADOS NO PRESENTE TRABALHO
3. EQUIPAMENTOS/FERRAMENTAS
TRABALHO
USADOS
NO
PRESENTE
3.1. Autómatos Programáveis
Segundo a norma DIN 19237, a definição de autómato programável é a seguinte:
“Equipamento eletrónico programável por técnicos de instrumentação industrial (pessoal não
informático) destinado a controlar, em tempo real e em ambiente industrial, máquinas ou
processos sequenciais.”
O autómato programável é, atualmente, o meio utilizado para controlar e comandar uma
enorme variedade de circuitos elétricos, quer de iluminação quer de força motriz e ainda para
a realização de circuitos de automação industrial.
Os autómatos programáveis vieram substituir os sistemas de controlo à base de relés,
propensos a avarias e pouco flexíveis. O preço dos autómatos atuais pode variar desde as
poucas centenas até aos milhares de euros.
3.1.1. Classificação dos Autómatos Programáveis
Inicialmente o número de entradas/saídas e o tipo de ações que os autómatos programáveis
podiam executar serviam para a sua classificação. Estes são divididos em duas classes, os
compactos que eram constituídos por um corpo único ou os modulares que eram constituídos
por vários módulos com funções próprias.
Normalmente os autómatos são classificados como podendo ser de gama baixa, média ou alta
sendo que por vezes não é fácil distinguir as fronteiras entre as gamas devido à evolução
tecnológica.
Autómatos programáveis de gama baixa:




Possuem somente unidades lógicas de entrada e saída;
O número de entradas/saídas é baixo, podendo ir até 128 E/S;
Geralmente são de construção compacta;
Quando ligados em rede, são geralmente utilizados como escravos.
Autómatos programáveis de gama média e alta:



Apresentam uma construção modular;
Permitem a adição de módulos analógicos e digitais;
Quando ligados em rede, podem funcionar como mestres e escravos.
Joel Armando dos Santos Batista
19
Capítulo 3 – EQUIPAMENTOS/FERRAMENTAS USADOS NO PRESENTE TRABALHO
A distinção dos autómatos de gama média e alta prende-se com a sua capacidade de
processamento e com a memória disponível. De referir que cada fabricante pode desenvolver
autómatos que não se encaixem totalmente nos parâmetros definidos em cima [16].
3.1.2. Autómato programável PCD1.M2120
Para a elaboração deste projeto foi aconselhado pela empresa, o uso do autómato
PCD1.M2120 da SAIA, apresentado na Figura 17. Este autómato programável pertence à
terceira geração da SAIA de dispositivos de controlo. O autómato apresenta as características
dos autómatos mais recentes oferecendo um ambiente de programação análogo aos que se
podem encontrar nos restantes autómatos do mercado.
Este autómato tem as características ideais para pequenas instalações, uma vez que, tem um
baixo custo e é de pequena dimensão (formato plano com 5 cm de perfil) permitindo a
montagem em quadros com profundidade reduzida.
O PCD1.M2120 tem uma memória industrial até 2 GBytes e foi desenvolvido e produzido de
acordo com os critérios de qualidade da norma IEC61131-2.
O autómato pode ser acedido via Ethernet (switch incorporado), porta USB ou porta RS485.
Suporta os seguintes protocolos IP: http, FTP, SMTP, SNTP, DHCP, DNS, SNMP, PPP e
Modbus. Suporta ainda outros protocolos de comunicação, tais como, Profibus e CAN
(automação industrial) e LON, Bacnet, KNX/EIB, M-Bus, DALI e MP-Bus, devido à possível
expansão modular até mais 4 portas série, além da USB e da Ethernet.
Para a programação do autómato é necessário dominar os diferentes ambientes de
programação disponíveis e os seus respetivos comandos e ainda conhecer a forma como é
feita a comunicação com o exterior.
Figura 17. Autómato PCD1.M2120 da SAIA.
Este autómato possui [17]:




20
18 E/S incorporadas com possibilidade de expensão para 32 E/S adicionais;
Porta RS485 incorporada. Expansível até 5 portas série;
Porta USB para programação;
Porta TCP/IP (switch 2 portas);
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 3 – EQUIPAMENTOS/FERRAMENTAS USADOS NO PRESENTE TRABALHO



Autonomia por bateria de 1 a 3 anos;
512 kb de memória RAM e 512 kb de memória Flash para backup;
Servidor web incorporado.
3.2. Contador de energia
Para a elaboração deste projeto foi usado o contador ALE3 da marca SAIA. Este contador
apresentado na Figura 18 é trifásico com display LCD de 7 dígitos e medição direta até 65 A.
Tem classe de precisão 1 de acordo com a norma IEC62053-21 na leitura da energia ativa.
Os contadores de energia da SAIA podem ser interligados a soluções centrais de gestão de
energia ou em sistemas de Gestão Técnica Centralizada incorporando interfaces de
comunicação série em Modbus. Para a comunicação série os contadores da SAIA
disponibilizam, para além da informação do display, também os valores da potência reativa e
fator potência [18].
Figura 18. Contador ALE3.
3.3. Ferramentas de software
3.3.1. Programação em Graftec
O Graftec é o mais simples ambiente de programação, o que facilita a implementação de
tarefas mais complexas de controlo. Por ser semelhante à filosofia Grafcet, é necessário
conhecer a metodologia de programação do Grafcet. Esta metodologia é bastante intuitiva e
com regras de construção muito precisas. O facto do programador se poder abstrair dos
problemas inerentes à forma de funcionamento cíclico do autómato torna esta metodologia
mais simples, uma vez que, apenas as etapas ativas são executadas.
O Graftec vai buscar os seus fundamentos ao Grafcet, implementando diretamente parte das
suas ferramentas de modelação.
Joel Armando dos Santos Batista
21
Capítulo 3 – EQUIPAMENTOS/FERRAMENTAS USADOS NO PRESENTE TRABALHO
O Graftec tem como elementos base, as etapas, as transições e as ligações. Ao adicionarmos
estes elementos ao nosso projeto, eles vão sendo numerados automaticamente. As ligações
verticais sem seta respeitam o sentido de cima para baixo. As ligações que não são verticais
devem conter seta a indicar o seu sentido. O texto que é adicionado às etapas ou às transições
apenas serve como comentário para facilitar a interpretação do programa. Este funcionamento
é visível na Figura 19.
Figura 19. Exemplo de um Graftec.
Através de um duplo clique numa etapa ou numa transição aparece uma janela que permite
selecionar o ambiente de programação desejado para os testes das transições ou para as ações
das etapas. Neste caso existem dois ambientes de programação disponíveis. São eles a
programação em IL e a programação em diagrama de blocos (Figura 20).
Figura 20. Caixa para a escolha do ambiente de programação.
Para facilitar a compreensão do programa, durante a sua execução é visível uma bola
vermelha que indica qual a etapa do programa que está ativa. Essa bola vermelha permite ao
programador identificar onde possam estar a surgir as eventuais falhas, permitindo uma mais
fácil correção.
22
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 3 – EQUIPAMENTOS/FERRAMENTAS USADOS NO PRESENTE TRABALHO
3.3.2. Programação em diagrama de blocos
Este tipo de programação engloba uma representação dos comandos em blocos funcionais e
em diagrama de contatos. Normalmente há rotinas e funções escritas nesta forma de
programação, sendo que, somente os programas mais simples são escritos exclusivamente
com este tipo de programação.
Este tipo de programação permite que durante a execução do programa, o programador
visualize a evolução de todas as variáveis e linhas de sinal, cuja coloração se altera com o
local atual do programa. Ainda é possível aferir o valor lógico de cada linha, bastando para
isso fazer clique na respetiva linha.
3.3.3. Programação em Instruction List (IL)
Esta é uma forma de programação de baixo nível, ou seja, mais perto do funcionamento do
autómato com semelhanças à linguagem assembly. Esta programação é mais complexa,
tornando a correção de erros mais complicada. Para facilitar a deteção dos erros é
recomendável:


Usar programação estruturada, criando blocos de programa. O controlo dos
acontecimentos é facilitado devido à chamada dos blocos ser condicionada pelo estado
do acumulador;
É necessário verificar se certa instrução está dependente de estado do acumulador.
Caso não dependa, essa instrução é realizada de forma cíclica.
Joel Armando dos Santos Batista
23
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
4. SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Para desenvolver a aplicação foi necessário instalar o software de programação PG5 2.0. A
sua instalação e o processo de criar um novo projeto ou abrir um projeto já existente são
explicados no Anexo 1.
4.1. O sistema desenvolvido
O sistema desenvolvido neste projeto e apresentado na Figura 21, consiste na elaboração de
uma aplicação de recolha de dados de consumos de energia, permitindo ao programa, após
configuração, a utilização de vários leitores até um limite de 247. A recolha de dados é feita
pelo autómato PCD1.M2120, que comanda os leitores de energia. As medidas efetuadas pelos
leitores serão posteriormente guardadas em ficheiro excel.
Figura 21. Esquema global de ligação dos componentes do sistema.
O sistema é constituído por duas redes de comunicação:

A rede Modbus que interliga o autómato aos contadores e através da qual o autómato
irá monitorizar a leitura destes;
Joel Armando dos Santos Batista
25
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA

A rede de internet através da qual serão enviados os ficheiros para uma base de dados
e ainda através da qual o utilizador irá ter acesso a uma página web do autómato.
Os ficheiros contendo as medidas efetuadas são enviados periodicamente para o email do
utilizador. O utilizador pode então consultar os consumos da sua instalação, a partir dos
ficheiros guardados no email ou consultando uma página web do autómato, onde poderá criar
um ficheiro, com as medidas, sempre que deseje.
Após a instalação do sistema desenvolvido, no local onde serão monitorizados os consumos
de energia, o primeiro passo realizado pelo utilizador será a configuração dos contadores,
(Figura 22). O utilizador deve colocar o número total de tipos de leitores diferentes que
pretende configurar (na presente implementação existe no máximo três tipos de leitores
disponíveis). Por exemplo, as configurações visíveis na figura indicam que irão ser utilizados
3 contadores ALE3, 8 contadores FEMTO D4 e um contador ZEPTO D6.
Figura 22. Tabela de configuração dos contadores.
4.2. Programação no software PG5
Para iniciar a programação, é necessário efetuar algumas configurações no software, sendo
que algumas já foram explicadas anteriormente:




26
Escolha do autómato;
Escolha do modo de comunicação entre o PC e o autómato;
Configuração da Ethernet;
Configuração do Modbus.
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Concluídas as configurações, deu-se início à programação.
O software de programação dispõe de três linguagens de programação que foram explicadas
na secção 3.3 (Figura 23):



Graftec;
Programação em IL;
Programação em diagrama de blocos.
Figura 23. Escolher a linguagem de programação pretendida.
4.3. Fluxograma de funcionamento do sistema
O funcionamento do programa que gere os contadores de energia é apresentado no
fluxograma da Figura 24.
Joel Armando dos Santos Batista
27
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
“Tipo_leitor”=1
Figura 24. Fluxograma de funcionamento do sistema de leituras.
O fluxograma apresentado indica que o programa tem um ciclo principal, comum a todos os
tipos de leitor e várias rotinas de leitura para os diferentes tipos de leitor. Estas diferentes
rotinas de leitura são necessárias porque a forma como se vai adquirir as medidas dos leitores,
28
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
pode não ser a mesma. Assim sendo, para adicionar um novo tipo de leitor, seria apenas
necessário adicionar a sua rotina de leitura. Este processo é simples e torna o programa
flexível. Seria ainda necessário fazer pequenas alterações na página web, configurando-a para
mais um tipo de leitor.
Para exemplificar a possibilidade de usar vários tipos de leitores, este programa foi elaborado
para a utilização de 3 tipos, sendo que, somente um tipo tem a rotina de leitura desenvolvida.
Figura 25. Graftec principal.
O Graftec apresentado na Figura 25 que é a transposição para o software PG5 do fluxograma
anteriormente apresentado é controlado por variáveis que gerem o fluxo do programa, tais
como:

“Tipo_leitor”- variável que indica qual dos três tipos de leitores irá ser lido;
Joel Armando dos Santos Batista
29
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA













“Num_tipos_leitores”- variável que inclui o número de tipos de leitores diferentes;
“Leitor_first_addr1”, “Leitor_first_addr2” e “Leitor_first_addr3”- variáveis que
contém o endereço do primeiro leitor de cada tipo;
“Leitor_last_addr1”, “Leitor_last_addr2” e “Leitor_last_addr3”- variáveis que contém
o endereço do último leitor de cada tipo;
“Rmt_MdBus_addr”- variável que contém o endereço atual do leitor que está a efetuar
as leituras. Esta variável vai sendo incrementada desde o primeiro endereço de leitor
de um determinado tipo até ao último endereço desse mesmo tipo;
“Leitor_last_addr_geral”- variável que contém o último endereço de leitor de um
determinado tipo de leitor;
“Conf_OK_Graf_Principal”- flag que ao ser ativada através da página web do
autómato, pelo utilizador, permite o enable do graftec principal;
“estado_leitura”- variável que indica se está para ocorrer uma leitura
(“estado_leitura”=0), se ocorreu erro na leitura (“estado_leitura”=1) ou se a leitura foi
concluída (“estado_leitura”=2);
“Flag_Inicia_leitura_contador1”- flag que ao ser ativa, possibilita a leitura de leitor do
tipo 1, ou seja, ALE3;
“Flag_Inicia_leitura_contador2”- flag que ao ser ativa, possibilita a leitura de leitor do
tipo 2, ou seja, Femto D4;
“Flag_Inicia_leitura_contador3”- flag que ao ser ativa, possibilita a leitura de leitor do
tipo 3, ou seja, Zepto D6;
“Flag_continua_a_ler_mesmo_tipo”- flag que ao ser ativa, indica que existe pelo
menos mais um leitor do tipo de leitor lido;
“Flag_inc_tipo_leitor”- flag que ao ser ativa, indica que o tipo de leitor vai ser
incrementado, ou seja, vai ser lido um leitor do próximo tipo de leitores;
“Flag_Ler_Leitor_Bloco”- variável que indica se irá ser lido o primeiro bloco
(“Flag_Ler_Leitor_Bloco”=1) ou o segundo bloco (“Flag_Ler_Leitor_Bloco”=2) do
leitor ALE3.
Na etapa inicial são abertas as ligações do modbus, a variável “Tipo_leitor” é carregada com o
valor 1 para que o primeiro leitor a ser lido seja do tipo 1 e o primeiro e último endereço de
leitor do tipo 1 são carregados na variável respetiva:



“Tipo_leitor” = 1;
“Rmt_MdBus_addr” = “Leitor_first_addr1”;
“Leitor_last_addr_geral” = “Leitor_last_addr1”.
A transição para a etapa seguinte está condicionada pelo utilizador. É o utilizador que após a
configuração dos analisadores estar concluída dará o enable ao graftec principal, através do
botão “OK” visível na Figura 22.
30
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Na etapa seguinte e de acordo com o fragmento do fluxograma representativo do Graftec
principal é testado o “Tipo_leitor” e ativada a flag respetiva ao tipo de leitor detetado (Figura
26):



“Flag_Inicia_leitura_contador1” para ler leitor do tipo 1, ou seja, ALE3;
“Flag_Inicia_leitura_contador2” para ler leitor do tipo 2, ou seja, Femto D4;
“Flag_Inicia_leitura_contador3” para ler leitor do tipo 3, ou seja, Zepto D6.
O bloco interligado à variável “estado_leitura” move o valor zero para essa mesma variável.
O bloco com as letras CMP compara a variável “Tipo_leitor” (entrada superior) com o valor
que é colocado na entrada inferior. Se a comparação for verdadeira é ativada a flag de saída
do bloco CMP.
Figura 26. Ativação da flag a indiciar que tipo de leitor vai ser lido.
O processo de leitura dos contadores será explicado mais à frente.
Caso ocorra um erro durante o processo de leitura, a variável “estado_leitura” será carregada
com o valor 1. Caso a leitura seja concluída, a variável “estado_leitura” será carregada com o
valor 2 e será ativada a flag “Write_File” (Figura 27) para gravar os dados.
Figura 27. Ativação da flag "Write_File".
Na etapa seguinte será incrementado o número do leitor através do bloco que contém o sinal
“+”. Na transição desta etapa, é testado se todos os leitores desse tipo foram lidos (Figura 28).
Se ainda existirem leitores do mesmo tipo para ler, será ativada a flag
“Flag_continua_a_ler_mesmo_tipo” e será lido o próximo leitor deste tipo. Este processo
repete-se até que todos os leitores deste tipo sejam lidos. O bloco que contém o símbolo “<=”
testa se a primeira entrada (“Rmt_MdBus_addr”) é menor ou igual do que a segunda
(Leitor_last_addr_geral). Se a comparação for verdadeira, ativa a flag de saída do bloco.
Joel Armando dos Santos Batista
31
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 28. Incrementação do número do leitor e teste para verificar se todos os leitores desse
tipo foram lidos.
Quando todos os leitores deste tipo forem lidos, a flag “Flag_inc_tipo_leitor” será ativada e de
seguida a variável “Tipo_leitor” será incrementada, ou seja, serão lidos os leitores do tipo
seguinte (Figura 29). Também este processo será repetido até que todos os tipos de leitor
sejam lidos.
32
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 29. Incrementação do tipo de leitor e verificação se todos os tipos foram lidos.
No fim do ciclo de leitura de todos os tipos de leitores, ou seja, quando todos os leitores forem
lidos, o ciclo volta ao primeiro leitor, sendo carregada a variável “Tipo_leitor” com o valor 1.
4.4. Leitura do leitor ALE3
No caso dos leitores ALE3, o teste da variável “Tipo_leitor” (Figura 26) vai permitir a
ativação da flag “Flag_Inicia_leitura_contador1” (Figura 31). O teste desta flag está presente
na transição numerada com o número 5 após a etapa de espera e é apresentada na Figura 30.
Figura 30. Transição que permite a leitura do leitor ALE3.
Joel Armando dos Santos Batista
33
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 31. Graftec para leitura do leitor ALE3.
Existe no software PG5 um bloco fupla para ler diretamente o leitor ALE3. Esse bloco tem o
nome de ALE3 mas não é possível alterar o endereço do leitor a fornecer a esse bloco, pelo
que, se torna impossível ler vários leitores ALE3 com o mesmo bloco. Para contornar esta
limitação foi usado o bloco fupla Read Int Ind que apenas permite ler 20 registos de cada vez.
Assim a leitura deste leitor é feita em duas partes, como se pode verificar na Figura 32.
34
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 32. Leitura de leitor ALE3.
Apenas interessa ler informação a partir do registo 22 (consultar anexo 3). Assim, o primeiro
bloco “Read Int Ind” irá ler do registo 22 ao 41 e o segundo bloco irá ler do registo 42 ao 52.
O registo 22 do leitor irá ser copiado para o registo 0 do programa e assim sucessivamente até
ao registo 52 do leitor ser copiado para o registo 30 do programa. Como se pode verificar na
Figura 33, os valores da potência total consumida (R7), da tensão da fase 1 (R14), da corrente
da fase 1 (R15) e da potência da fase 1 (R16) são transferidos respetivamente para as medidas
gerais.
Figura 33. Transferência dos valores dos registos para as variáveis gerais.
Para ser lido o primeiro bloco de 20 registos a variável “Flag_Ler_Leitor_Bloco” é carregada
com o valor 1 (Figura 34).
Figura 34. Carregar a flag “Flag_Ler_Leitor_Bloco” com o valor 1.
Se durante a leitura do primeiro bloco ocorrer um erro, o segundo bloco já não é lido, sendo a
variável “estado_leitura” carregada com o valor 1, que indica que ocorreu erro. A variável
“Flag_Ler_Leitor_Bloco” é carregada com o valor zero, inibindo a leitura de ambos os blocos
Joel Armando dos Santos Batista
35
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
e a variável “Rmt_MdBus_addr” é incrementada para ser lido o próximo leitor. É ainda feito
o reset à flag “Flag_Inicia_leitura_contador1”, como é apresentado na Figura 35 e o programa
é redirecionado para o Graftec principal e só volta a este Graftec quando for necessário ler um
novo leitor do tipo ALE3.
Figura 35. Consequência de ter ocorrido um erro.
Caso não ocorra nenhum erro na leitura do primeiro bloco e para garantir que o bloco é
completamente lido, é carregado um timer com 5 segundos. Se o primeiro bloco foi lido
corretamente, a variável “Flag_Ler_Leitor_Bloco” será carregada com o valor 2 permitindo a
leitura do segundo bloco. Se ocorreu um erro ao ler o segundo bloco o processo é idêntico ao
primeiro bloco (Figura 35). Caso não ocorra um erro na leitura do segundo bloco, será
também carregado um timer de 5 segundos para garantir que o bloco é completamente lido.
Quando a leitura estiver terminada, a variável “estado_leitura” será carregada com o valor 2, o
que simboliza que a leitura foi efetuada com sucesso. A variável “Flag_Ler_Leitor_Bloco”
será carregada com o valor 0 e será feito o reset à flag “Flag_Inicia_leitura_contador1”
(Figura 36).
Figura 36. Leitura efetuada com sucesso.
Após estes passos, a leitura está concluída e este Graftec fica suspenso na última etapa (etapa
de espera). Nela, o Graftec de leitura do leitor ALE3 fica à espera que a variável
“Flag_Inicia_leitura_contador1” seja de novo pulsada para fazer uma nova leitura de um
contador ALE3.
4.5. Gravação das leituras
As leituras efetuadas pelos leitores de energia são gravadas para um ficheiro Excel. Para isso
foi utilizado o bloco HDLog File que permite gravar até 10 valores. Este bloco é apresentado
na Figura 37.
36
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 37. Bloco HDLog File.
A utilização deste bloco permite colocar automaticamente no ficheiro Excel, o número do
leitor, a hora e a data a que foram feitas as medições, e as medidas que estão presentes nas
entradas “val” do bloco. A janela de configurações do bloco HDLog File é apresentada na
Figura 38. No parâmetro Write from buffer deve-se escolher a opção “only via WrFile” para
os dados serem gravados no ficheiro, somente quando a flag “Write_File” for pulsada. O
valor escolhido para o parâmetro “Delete files older than…” permite configurar quantos
ficheiros de dias diferentes serão mantidos na memória do autómato. Neste caso estarão
guardados na memória do autómato o ficheiro do dia atual e do dia anterior, sendo que, os
ficheiros mais antigos vão sendo apagados.
Figura 38. Janela de configurações do bloco HDLog File.
O enable do bloco HDLog File é dado pela ativação da flag “Write_File”. Esta flag é ativada
sempre que for lido um leitor (Figura 39).
Joel Armando dos Santos Batista
37
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 39. Ativação da flag “Write_File”.
O bloco HDLog File para funcionar corretamente precisa do bloco Memory (Figura 40) para
ter um acesso correto à memória no momento da gravação de dados no ficheiro.
Figura 40. Bloco Memory.
Na Figura 41 é apresentada a janela de configuração do bloco Memory. No parâmetro PCD
Memory deve-se escolher o tipo de memória pretendida (neste caso utilizou-se a memória
interna) e a extensão do ficheiro (neste caso .csv) onde se irão gravar os valores das medidas
realizadas.
Figura 41. Janela de configuração do bloco Memory.
38
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Foi ainda utilizado o bloco Createdir (Figura 42) para criar a diretoria onde o ficheiro será
guardado.
Figura 42. Bloco Createdir.
As medidas que se pretendem gravar no ficheiro são colocadas como entradas do bloco
HDLog File. Periodicamente a flag que controla o enable do bloco HDLog File
(“Write_File”) é pulsada e essas medidas são gravadas no ficheiro, que por sua vez é
guardado na memória do autómato.
A Tabela 6 foi retirada de um ficheiro excel criado com esta aplicação.
Tabela 6. Dados retirados de um ficheiro excel gerado pela aplicação.
Date
10.12.2012
10.12.2012
10.12.2012
10.12.2012
10.12.2012
10.12.2012
10.12.2012
10.12.2012
10.12.2012
10.12.2012
Time
17:19:10
17:19:22
17:19:34
17:19:46
17:19:58
17:20:10
17:20:22
17:20:34
17:20:46
17:20:58
Número
do leitor
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Tensão
(V)
224.0
220.0
218.0
222.0
222.0
220.0
217.0
217.0
219.0
218.0
Potência
(W)
1370
1370
1370
1370
1370
1360
1360
1360
1360
1370
Potência_Total
(kWh)
30.81
30.81
30.82
30.82
30.82
30.83
30.83
30.84
30.84
30.85
Corrente
(A)
6.0
5.9
5.9
5.9
5.9
5.9
5.9
5.9
5.9
5.9
4.6. Página web
Foi desenvolvida uma página web para o utilizador configurar o funcionamento do sistema e
para visualizar alguns dos dados do sistema.
Para aceder à pagina web o utilizador deve introduzir uma password válida para que o botão
Start fique visível como se pode verificar a Figura 43.
Joel Armando dos Santos Batista
39
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 43. Janela de login da página web residente no autómato.
Após introduzir a password válida e clicando no botão Start o utilizador pode, numa primeira
fase, configurar os leitores de energia, introduzindo os endereços iniciais e finais de cada tipo
de leitor. Posteriormente terá acesso à janela principal (Figura 44) onde poderá visualizar
algumas medidas. Através dos botões presentes da página principal poderá aceder a gráficos,
aceder à página de configuração do email entre outras.
40
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 44. Janela principal.
O botão Configuração de Analisadores dá acesso à tabela onde o utilizador deve colocar o
primeiro e o último endereço de cada tipo de analisador, como já foi referido na secção 4.1.
O botão VER EXCEL dá acesso à janela de onde o utilizador poderá aceder ao ficheiro Excel,
contendo as medições efetuadas, a qualquer altura do dia clicando no botão CONSULTAR
FICHEIRO, apresentado na Figura 45.
Joel Armando dos Santos Batista
41
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 45. Janela de consulta do ficheiro Excel.
O botão Gráficos permite ao utilizador visualizar uma janela onde estarão visíveis alguns
gráficos (Figura 46). É possível visualizar todos os gráficos ou selecionar alguns em
específico (quadrados representados com as setas verdes), assim como, alterar as suas escalas
(campos assinalados com as setas azuis). É possível também definir com exatidão uma
determinada medida a uma determinada hora. Isso é visível através da reta vertical verde,
assinalada com a seta vermelha. Nesse momento registou-se uma tensão de 219V (barra
vermelha) e foi detetado um pico na potência instantânea de valor 30W (barra roxa). Estes
valores são visíveis nos campos assinalados com as setas pretas.
42
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 46. Janela de visualização de gráficos.
O botão Configuração de Email permite ao utilizador aceder a uma janela onde deverá colocar
alguns dados importantes para o correto envio dos emails.
4.7. Envio de email
Os ficheiros guardados na memória do autómato serão enviados periodicamente para um
servidor externo. Neste caso serão enviados para um email onde ficarão em arquivo.
Na memória do autómato estarão guardados os ficheiros do dia atual e do dia anterior, sendo
que os ficheiros mais antigos vão sendo apagados.
O ciclo diário de envio dos emails é controlado pelo Graftec da Figura 47.
Joel Armando dos Santos Batista
43
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 47. Graftec de controlo do ciclo diário de envio de emails.
Este Graftec é controlado por variáveis que gerem o fluxo do programa, tais como:





44
“Email.Enable_email”- flag que controla o enable do bloco AMail Init;
“Email.Email_ok_Pag_WEB”- flag que corresponde à validação das horas de envio
dos emails por parte do utilizador;
“Email.Hora_de_envio”- variável que contém a próxima hora de envio de email;
“Email.Hora_de_envio_inicial”- variável que contém a hora de envio inicial de email;
“Email.Hora_de_envio_final”- variável que contém a hora de envio final de email;
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA



“Email.Actividade”- flag que é acionada quando há um envio de email;
“Email.Enviar_Email”- flag que controla o enable do bloco AMail Send, ou seja, que
permite o envio de email;
“Delete_file”- flag que permite apagar os emails mais antigos.
Na etapa inicial são feitas as seguintes inicializações (Figura 48):


A flag “Email.Enable_email” é ativada;
As flags “Email.Email_ok_Pag_WEB” e “Delete_file” são desativadas.
Figura 48. Inicializações.
A transição para a etapa seguinte ocorre quando o utilizador insere os dados referentes às
horas de envio de email e posteriormente carrega no botão para validar os dados. A transição
é visível na Figura 48 (Espera OK da página web).
Na etapa seguinte (Figura 49) a hora de envio é carregada com a hora de envio inicial e é
ainda carregado um timer de controlo de 2s.
Figura 49. Hora de envio carregada com hora de envio inicial.
Em seguida a flag “Delete_file” é desativada e o programa fica a aguardar pela hora de envio
de email. Quando o email for enviado a flag “Delete_file” é ativada para apagar o email mais
antigo e é carregado um timer de controlo de 1s. Findo este segundo é incrementada a hora de
envio (Figura 50).
Joel Armando dos Santos Batista
45
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 50. Envio de email e incrementação da hora de envio.
Na transição seguinte é testado se só falta enviar email na hora de envio final ou se ainda
faltam outras horas de envio (Figura 51).
Figura 51. Teste de fim de ciclo de envio de email.
Caso ainda faltem outras horas de envio antes da hora final é acionada a transição de ciclo
incompleto e o programa é direcionado para a etapa número 2 (Figura 52).
46
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 52. Programa enviado para a etapa 2.
Caso só falte enviar o email na hora final, a hora de envio será carregada com a hora de envio
final e o programa fica a aguardar pela sua chegada (Figura 53).
Figura 53. Hora de envio carregada com hora de envio final e envio de email nessa hora.
Quando o último email diário for enviado, a flag “Delete_file será ativada” e o programa será
direcionado para a etapa número 1 (Figura 54) terminando assim o ciclo diário de envio de
emails.
Joel Armando dos Santos Batista
47
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 54. Programa enviado para a etapa 1.
A configuração do envio de emails é feita na página web, clicando no botão Configuração de
Email presente na janela principal. A configuração do envio de email é apresentada na Figura
55.
Figura 55. Configuração do envio de email.
O utilizador poderá configurar, na página web, o ciclo diário de envio dos emails. Deverá
introduzir a hora a que será enviado o primeiro email, a hora a que será enviado o último
email e o período de envio após o primeiro email ser enviado.
48
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Para que o email seja enviado corretamente devem ser preenchidos os seguintes parâmetros:





SMTP;
Nome;
Password;
Sender;
Destino.
No parâmetro SMTP deve ser colocado o endereço SMTP do servidor de origem do email.
No parâmetro NOME deve ser colocado o nome do utilizador.
No parâmetro PASSWORD deve ser colocada a password do utilizador.
No parâmetro SENDER deve ser colocado o endereço que identifica o utilizador.
No parâmetro DESTINO deverá ser colocado o endereço de email do destinatário.
Para o envio de email são usados os blocos fupla AMail Init e AMail Send apresentados na
Figura 56 sendo que, os parâmetros enumerados anteriormente pertencem ao bloco AMail
Init. No bloco AMail Init deverão ser preenchidos os seguintes parâmetros:



Subject- título do email enviado;
Text- texto enviado no email;
File- diretoria do ficheiro.
Figura 56. Blocos fupla AMail Init e AMail Send.
4.8. Configuração da rede Ethernet
As configurações da Ethernet são feitas no menu Device Configurator, apresentado na Figura
57. Deve-se colocar o IP do autómato e o router padrão.
Joel Armando dos Santos Batista
49
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 57. Janela geral das configurações.
4.9. Download do programa para o autómato
Em primeiro lugar deve-se compilar o programa para verificar a existência de erros (Figura
58).
50
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 58. Compilação do programa.
Se a compilação for realizada com sucesso, faz-se o download do programa clicando o botão
de download (Figura 59). Se forem detetados erros na compilação, estes deverão ser
corrigidos antes de se voltar a compilar o programa.
Figura 59. Download do programa.
Na janela do download de programa é necessário configurar algumas opções (Figura 60). Na
opção “Before Download” deve-se escolher entre “Stay in Run” ou “Halt the PCD”.
Selecionando a opção “Stay in Run”, o autómato estará em run durante o download e somente
quando este acabar é que o autómato passa a estar em stop analisando o programa e fazendo
um reinício. Com a opção “Halt the PCD” selecionada, o autómato é colocado em stop antes
do download. Após o download, o autómato analisa o programa e faz um reinício. Na opção
“After Download”, se estiver selecionada a opção “Run the program”, assim que o download
terminar o autómato fica em run. Caso contrário, ou seja, com a opção “Stay in Stop”
selecionado o autómato ficará em stop depois do download.
Na secção “Options…”, com a opção “Don’t Clear Output”s selecionada, as saídas físicas
vão manter os seus valores enquanto estiver a ocorrer um novo download de um programa.
Com a opção “Clear Media (R F T C)” selecionada, os registos, flags, temporizadores e
contadores são colocados a zero.
Joel Armando dos Santos Batista
51
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 60. Janela de download do programa.
4.10 Metodologias de análise pós-aquisição de dados
O sistema de monitorização de consumos energéticos desenvolvido neste projeto tem como
objetivo permitir caracterizar a instalação elétrica, possibilitando ao utilizador identificar e
avaliar o impacto de alterações e/ou implementação de metodologias que levem à poupança
de energia.
O sistema implementado é capaz de registar os consumos das cargas, individualmente, o que
permite a deteção de eventuais cargas que possam estar a consumir mais do que o previsto,
estando assim a contribuir para um aumento desnecessário da fatura a pagar pelo utilizador.
A caracterização do consumidor é um dos aspetos mais importantes porque vai indicar-nos os
consumos ao longo do dia, ou seja, vamos obter um diagrama de carga da instalação. É a
partir daqui que a análise dos consumos terá de ser efetuada com mais rigor para que seja
possível encontrar formas de aliviar a fatura energética.
Para analisar o diagrama de carga das instalações convém identificar se a instalação
corresponde a um utilizador doméstico (Baixa Tensão) ou industrial (Baixa, Média e Alta
Tensão), uma vez que, os critérios para o cálculo da fatura energética são bastante diferentes.
52
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
4.10.1. Utilizador doméstico
Para os utilizadores domésticos e/ou industriais ligados à rede de Baixa Tensão existem três
possibilidades de tarifas:



Simples;
Bi-horária;
Tri-horária.
Estas tarifas estão ainda condicionadas pela escolha do ciclo horário, isto é, ciclo diário ou
semanal. Os meses podem seguir estes dois ciclos, sendo que, o ciclo semanal tem 76 horas de
vazio e o ciclo diário tem 70 horas de vazio. No ciclo diário não se faz distinção entre dias da
semana e dias de fim de semana, ou seja, cada dia tem 10 horas de vazio. No ciclo semanal há
distinção entre dias de semana (segunda a sexta feira) e dias de fim de semana (sábado e
domingo). Durante a semana, cada dia tem 7 horas de vazio. Ao sábado há 17 horas de vazio e
ao domingo há 24 horas.
A tarifa simples carateriza-se por ter os mesmos preços por kWh durante todas as horas do
dia.
A tarifa bi-horária carateriza-se por apresentar preços diferenciados por kWh, consoante a
hora de consumo, ou seja, se o consumo é realizado em horas de vazio ou fora de vazio. As
horas de vazio são, fundamentalmente, as horas do período noturno, para o ciclo diário. Para o
ciclo semanal são, fundamentalmente, as horas do período noturno e de fim de semana.
A tarifa tri-horária carateriza-se por diferenciar o preço da energia por kWh, tendo em conta
três períodos horários: horas de vazio, horas cheias e horas de ponta. As horas fora de vazio
dividem-se em horas cheias e horas de ponta. O preço por kWh nas horas de ponta é muito
elevado quando comparado com a tarifa simples ou a bi-horária, pelo que, a tarifa tri-horária
se demonstra vantajosa para consumos reduzidos nas horas de ponta [21].
Com os dados gravados nos ficheiros e analisando o seu diagrama de carga, o utilizador é
capaz de efetuar os cálculos necessários para aferir se está a utilizar a tarifa adequada para a
instalação.
Com vista a reduzir a fatura energética, o utilizador pode optar por alterar a hora de
funcionamento de algumas cargas, passando-as para um período horário onde o kWh seja
taxado a um menor preço. Em alternativa, o utilizador pode ainda alterar o seu sistema
tarifário.
4.10.2. Utilizador industrial
A nível industrial, para Média e Alta Tensão existem três tipos de tarifas disponíveis:



Tarifa de longas utilizações;
Tarifa de médias utilizações;
Tarifa de curtas utilizações.
Joel Armando dos Santos Batista
53
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
O custo da energia por kWh aumenta da tarifa de longas utilizações para a tarifa de médias
utilizações e desta para a tarifa de curtas utilizações.
Cada uma destas tarifas divide-se em quatro períodos horários:




Horas cheias;
Horas de ponta;
Horas de vazio normal;
Horas de super vazio.
Estas tarifas estão ainda condicionadas pela escolha do ciclo horário, que no caso da Média e
Alta Tensão pode ser: ciclo semanal normal, ciclo semanal opcional ou ciclo diário [22].
Na Figura 61 é apresentada a caraterização temporal associada ao ciclo semanal normal.
Figura 61. Ciclo semanal normal [23].
O ciclo semanal opcional é presentado na Figura 62.
54
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Figura 62. Ciclo semanal opcional [23].
E o ciclo diário transitório é apresentado na Figura 63.
Figura 63. Ciclo diário transitório [23].
Também a nível industrial o utilizador pode optar por alterar a hora de funcionamento de
algumas cargas, passando-as para um período horário onde o kWh seja taxado a menor preço.
Em alternativa, o utilizador pode verificar se alterando a seu sistema tarifário obteria
vantagens.
Joel Armando dos Santos Batista
55
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
4.10.3. Exemplo prático
Monitorizando uma carga com uma potência nominal de 2000W durante um dia, obtiveram-se
as medições apresentadas na Tabela 7 e gravadas em ficheiro Excel. Pode-se verificar que a
carga está ligada durante todo o dia.
Tabela 7. Consumo de uma carga de 2000W.
Data
Hora
Tensão (V) Corrente (A) Potência (W)
03-12-2012 00:00:00
224,40
8,03
1801,93
03-12-2012 01:00:00
03-12-2012 02:00:00
220,21
7,65
1684,61
218,54
7,58
1656,53
03-12-2012 03:00:00
222,81
7,48
1666,62
03-12-2012 04:00:00
03-12-2012 05:00:00
222,6
7,77
1729,60
220,61
7,22
1592,80
03-12-2012 06:00:00
217,41
7,3
1587,09
03-12-2012 07:00:00
03-12-2012 08:00:00
217,13
7,68
1667,56
219,78
7,67
1685,71
03-12-2012 09:00:00
218,61
7,82
1709,53
03-12-2012 10:00:00
03-12-2012 11:00:00
219,87
7,63
1677,61
220,96
7,57
1672,67
03-12-2012 12:00:00
219,07
7,41
1623,31
03-12-2012 13:00:00
03-12-2012 14:00:00
218,55
7,39
1615,08
217,47
7,64
1661,47
03-12-2012 15:00:00
217,33
7,88
1712,56
03-12-2012 16:00:00
03-12-2012 17:00:00
219,68
7,95
1746,46
221,92
8,11
1799,77
03-12-2012 18:00:00
221,08
7,45
1647,05
03-12-2012 19:00:00
03-12-2012 20:00:00
220,42
7,48
1648,74
221,22
7,69
1701,18
03-12-2012 21:00:00
219,59
7,88
1730,37
03-12-2012 22:00:00
03-12-2012 23:00:00
218,27
7,81
1704,69
217,9
7,91
1723,59
Utilizando um ciclo diário com horário de inverno efetuaram-se os cálculos presentes na
Tabela 8.
Ao analisar a Tabela 8 verifica-se que para este pequeno exemplo de uma carga de 2000W o
sistema tarifário que proporciona um menor custo é o tarifário tri-horário. Com este tarifário a
fatura energética cifrar-se-ia nos 149,5529 €/mês. Em contrapartida, com um sistema tarifário
simples, a fatura energética cifrar-se-ia nos 169,0261 €/mês o que significaria um acréscimo
de 19,4732 €/mês.
56
Joel Armando dos Santos Batista
Capítulo 4 – SOLUÇÃO IMPLEMENTADA
Tabela 8. Cálculos para aferir qual o melhor sistema tarifário.
Tarifa simples
€/kWh Nº de horas
0,1393
24
Custo mensal (€/mês):
Horas fora de vazio
Horas de vazio
Tarifa bi-horária
€/kWh Nº de horas
0,1551
14
Custo mensal (€/mês):
0,0833
10
Custo mensal (€/mês):
Custo mensal total (€/mês):
Horas de ponta
Horas de cheias
Horas de vazio
€/kWh
0,1706
0,1442
0,0833
Tarifa tri-horária
Nº de horas
4
Custo mensal (€/mês):
10
Custo mensal (€/mês):
10
Custo mensal (€/mês):
Custo mensal total (€/mês):
Joel Armando dos Santos Batista
169,0261
109,9574
42,02075
151,9782
34,26354
73,26858
42,02075
149,5529
57
Capítulo 5 – CONCLUSOES E PERSPETIVAS FUTURAS
5. CONCLUSÕES E PERSPETIVAS FUTURAS
5.1. Conclusões
A elaboração deste projeto serviu para adquirir competências na área da automação orientada
à monotorização dos consumos energéticos utilizando contadores de energia elétrica com
interface Modbus.
No capítulo 1 foi abordada a temática da energia. Ficou clara a necessidade de se aplicarem
medidas que vão ao encontro da poupança energética a nível global.
A elaboração do capítulo 2 consistiu no estudo da evolução dos contadores de energia e
algumas formas de monitorizar as suas leituras. Neste capítulo foram apresentadas as
características dos contadores usados no projeto e estudados os seus interfaces de
comunicação. Por último foram apresentados alguns autómatos e contadores disponíveis no
mercado.
O capítulo 3 serviu para a apresentação dos equipamentos utilizados no presente projeto e
foram apresentados os ambientes de programação do autómato PCD1M2120.
A elaboração do capítulo 4 consistiu na apresentação do sistema desenvolvido e sua
programação. Aqui, nem sempre foi fácil chegar a uma solução, mas com o esforço de todos
os intervenientes neste projeto, essa solução foi sendo desenvolvida até à sua conclusão.
Em resumo, o autor está satisfeito com o conhecimento adquirido ao longo deste projeto o
qual contribuiu para a sua consciencialização de que a energia elétrica tem de ser usada de
forma criteriosa e que é desta forma que se deve olhar para o futuro.
A execução do projeto também permitiu tomar conhecimento de que, para entrar no mercado
de trabalho e para nele ter sucesso, é necessário muito empenho e muita dedicação.
5.2. Perspetivas Futuras
A elaboração deste projeto centrou-se na leitura de contadores de energia elétrica, através de
um ciclo principal comum a todos os tipos de leitores. Este ciclo principal controla o acesso às
rotinas de leitura dos diferentes tipos leitores de energia. Esta capacidade do programa ter
várias rotinas de leitura diferentes, permite no futuro utilizar esta aplicação para ler outros
tipos de grandezas, tais como, contadores de água e gás, sendo que para isso, seriam
necessárias poucas alterações à programação.
Seria ainda interessante no futuro, aprofundar as metodologias de análise aos dados obtidos
com esta aplicação, com o objetivo de permitir ao utilizador um maior controlo sobre a sua
instalação. Esse controlo possibilitaria ao utilizador, efetuar alterações que levem à poupança
de energia.
Joel Armando dos Santos Batista
59
Capítulo 6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] wikienergia, “Contador de electricidade”,
http://www.wikienergia.pt/~edp/index.php?title=Contador_de_electricidade (consultado em
Junho de 2012)
[2] QEnergia, “Monitorização wireless dos consumos de energia”,
http://www.qenergia.pt/110/monitorizacao-wireless-dos-consumos-de-energia.htm
(consultado em Junho de 2012)
[3] Energy Circle, “eMonitor Energy Monitor”,
http://www.energycircle.com/shop/emonitor-energy-monitor-powerhouse-dynamics.html
(consultado em Junho de 2012)
[4] Energy Lens, “Energy Lens - Energy Management Software”,
http://www.energylens.com/ (consultado em Junho de 2012)
[5] Optimal Monitoring, “An Introduction to the Optimal Monitoring Energy Management
Software System”,
http://www.optimalmonitoring.com/Energy-Monitoring/Optimal-System/Optimal-SystemOverview/15/ (consultado em Junho de 2012)
[6] InovCity, “Um projeto inovador”, 2010, http://www.inovcity.pt/pt/Pages/inovgrid.aspx
(consultado em Junho de 2012)
[7] Compete, “InovGrid – uma plataforma de que é impossível fugir no futuro”, 2012,
www.pofc.qren.pt/media/noticias/entity/inovgrid--uma-plataforma-de-que-e-impossivelfugir-no-futuro (consultado em Junho de 2012)
[8] Lugli, A. B.; Santos, M. M. D.; Franco, L. R. H. R., “REDES ETHERNET
INDUSTRAIS: VISÃO GERAL.”
[9] “Modbus_apotila”, http://www.pessoal.utfpr.edu.br/gustavo/Modbus_apostila.pdf
(consultado em Setembro de 2012)
[10] electronica.org, “ProtocolosCaracterMBUS”,
www.eletronica.org/arq_artigos/ProtocolosCaracterMBUS.PDF (consultado em Setembro de
2012)
[11] SchneiderElectric, “Autómato programável - Twido - TWD”,
http://www.schneiderelectric.pt/sites/portugal/pt/produtos-servicos/automatizacaocontrolo/oferta-de-produtos/apresentacaogama.page?c_filepath=/templatedata/Offer_Presentation/3_Range_Datasheet/data/pt/local/aut
omation_and_control/twido.xml&p_function_id=2&p_family_id=112&p_range_id=533&f=
NNM1:Aut%C3%B3matos+Program%C3%A1veis~!NNM2:Aut%C3%B3matos+program%
C3%A1veis~!NNM3:Twido# (consultado em Dezembro de 2012)
[12] Siemens, “SIMATIC S7-200”,
Joel Armando dos Santos Batista
61
Capítulo 6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
http://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/simatic-s7controller/s7-200/Pages/Default.aspx (consultado em Agosto de 2012)
[13] Omron, “CP1H O mais rápido controlador para máquinas compactas”,
http://industrial.omron.pt/pt/products/catalogue/automation_systems/programmable_logic_co
ntrollers/compact_plc_series/cp1h/default.html (consultado em Agosto de 2012)
[14] Siemens, “SICAM P50”, http://www.energy.siemens.com/hq/en/automation/powertransmission-distribution/power-quality/power-monitorin-devices/sicamp.htm#content=%3Cfont%3EDescri%C3%A7%C3%A3o%3C%2Ffont%3E (consultado em
Agosto de 2012)
[15] SchneiderElectric, “Installation Guide ION 7500”, 20 de Julho de 2004
[16] Pinto, J.R. Caldas. Técnicas de Automação. 3ª edição, Lidel- edições técnicas, lda,
Março 2010
[17] Infocontrol, “Série PCD1”, http://www.infocontrol.pt/633/pcd1.htm (consultado em
Agosto de 2012)
[18] Infocontrol, “Contadores de energia SAIA® – Comunicação série”,
http://www.infocontrol.pt/456/contadores-de-energia-saia---comunicacao-serie.htm
(consultado em Julho de 2012)
[19] QEnergia, “Analisadores de energia”,
http://www.qenergia.pt/322/analisadores-de-energia.htm (consultado em Julho de 2012 )
[20] QEnergia, “Contadores de energia e potência”,
http://www.qenergia.pt/126/multimetro---zepto.htm (consultado em Julho de 2012)
[21] edp, “Tarifas Baixa Tensão Normal até 20,7kVA”,
http://www.edpsu.pt/pt/tarifasehorarios/BTN/Pages/TarifasBTNate20.7kVA.aspx (consultado
em Dezembro de 2012)
[22] edp, “Tarifas de Média Tensão”,
http://www.edpsu.pt/pt/tarifasehorarios/Pages/TarifaMT.aspx (consultado em Dezembro de
2012)
[23] edp, “Horários Média Tensão”,
http://www.edpsu.pt/pt/tarifasehorarios/horarios/Pages/HorariosMT.aspx (consultado em
Dezembro de 2012)
62
Joel Armando dos Santos Batista
ANEXO 1
ANEXO 1
Instalação do software
Requisitos mínimos do computador:
Windows XP, Vista 32/64 bits e Windows 7 32/64 bits.
Para obter os melhores desempenhos, é recomendável a instalação do PG5 2.0 num PC com
processador Pentium 2 GHz ou 1,6 GHz dual core com um mínimo de 1 GB de RAM. O
pacote de instalação requer cerca de 100 MB de espaço livre no disco rígido.
A licença de utilização do PG5 tem a duração de 90 dias.
Instalação:
Para instalar o software é necessário ter privilégios de administrador do Windows. Ao iniciar
a instalação surge a seguinte caixa de diálogo onde se deve Pressione o botão Next > para
continuar (Figura 64).
Figura 64. Primeira etapa para instalação do software.
Leia a licença de utilização do software e pressione o botão Yes para continuar (Figura 65).
Joel Armando dos Santos Batista
63
ANEXO 1
Figura 65. Licença de utilização.
Selecione as funcionalidades que pretende instalar (Figura 66).
Figura 66. Funcionalidades a instalar.
Esta caixa de diálogo serve para escolher a diretoria onde serão guardados os arquivos do
PG5. Se não alterar o diretório os arquivos serão guardados em C: \ Users \ Public \ SaiaBurgess \ PG5_20 (Figura 67).
64
Joel Armando dos Santos Batista
ANEXO 1
Figura 67. Escolha da diretoria.
Esta caixa de diálogo permite a confirmação dos parâmetros da instalação. Pressione o botão
Next > para continuar. Se pretender realizar alguma alteração, pressione o botão < Back
(Figura 68).
Figura 68. Confirmação dos parâmetros da instalação.
Selecione a linguagem para manuais e bibliotecas. Pressione o botão Next > para continuar
(Figura 69).
Joel Armando dos Santos Batista
65
ANEXO 1
Figura 69. Seleção da linguagem para manuais e bibliotecas.
Pressione o botão Browse... para procurar a diretoria onde se encontra a chave de licença
(Figura 70).
Figura 70. Escolha da diretoria onde se encontra a chave de licença.
A instalação está completa (Figura 71).
66
Joel Armando dos Santos Batista
ANEXO 1
Figura 71. Instalação completa.
Depois de instalar o software PG5 2.0 deve-se utilizar o menu Start para abrir o programa
(Figura 72):
Figura 72. Abrir o programa.
Joel Armando dos Santos Batista
67
ANEXO 1
Caso já tenha utilizado o PG5, será aberto automaticamente o último projeto (Figura 73):
Figura 73. Abertura do último projeto.
Para abrir um projeto já existente deve-se (Figura 74):
Figura 74. Abrir um projeto existente.
Caso ainda não exista nenhum projeto, pode-se criar um novo. Deve-se escolher um nome
para o projeto e a respetiva diretoria (Figura 75).
68
Joel Armando dos Santos Batista
ANEXO 1
Figura 75. Criar novo projeto.
Joel Armando dos Santos Batista
69
ANEXO 2
ANEXO 2
Configurações do software de programação
Antes de iniciar a programação é necessário efetuar algumas configurações no software, tais
como:




Escolha do autómato;
Modo de comunicação entre o PC e o autómato;
Configuração da Ethernet;
Configuração do Modbus.
A Figura 76 representa o menu Device Configurator onde são feitas algumas configurações.
Figura 76. Janela geral das configurações.
Joel Armando dos Santos Batista
71
ANEXO 2
Na Figura 77 mostra-se como se pode alterar o modelo do autómato.
Figura 77. Escolha do autómato pretendido.
Na Figura 78 estão ilustradas as configurações da Ethernet. Deve-se colocar o IP do autómato
e o router padrão.
Figura 78. Configuração da Ethernet.
72
Joel Armando dos Santos Batista
ANEXO 2
Em Online Settings deve-se escolher a forma de comunicação do PC com o autómato (Figura
79).
Figura 79. Tipo de comunicação com o autómato.
Joel Armando dos Santos Batista
73
ANEXO 3
ANEXO 3
Leitor ALE3
Dimensões do leitor ALE3:
Figura 80. Dimensões do leitor ALE3.
Esquema de ligação do leitor ALE3:
Figura 81. Esquema de ligação do leitor ALE3.
Joel Armando dos Santos Batista
75
ANEXO 3
Registos do leitor ALE3:
76
Joel Armando dos Santos Batista
ANEXO 3
Figura 82. Registos do leitor ALE3.
Dados técnicos da ligação Modbus:





A interface funciona somente se a fase 1 for ligada;
A comunicação está pronta 30 segundos após a alimentação;
O tempo de atualização para os dados é de 10 segundos. Portanto, o intervalo entre
leituras dos mesmos dados deve ser de pelo menos 10 segundos;
O uso de um número elevado de medidores de energia em simultâneo pode aumentar o
tempo de atualização dos dados;
Podem ser ligados ao Modbus 247 dispositivos. Mas se forem mais de 128
dispositivos, deve ser usado um repetidor;
Joel Armando dos Santos Batista
77
ANEXO 4
ANEXO 4
Autómato PCD1.M2120
Interligação das entradas e saídas:
Figura 83. Interligação das I/O.
Joel Armando dos Santos Batista
79
ANEXO 4
Foto do esquema físico das ligações do autómato:
Figura 84. Foto do esquema físico das ligações.
80
Joel Armando dos Santos Batista