Automação de uma Estação de Tratamento de Esgoto através de uma rede Zigbee.

Abstract

A CASAN, Companhia Catarinense de Águas e Saneamento, com matriz em Florianópolis, é uma empresa de capital misto, criada em 1970 cujo objetivo é fornecer água tratada, além de coletar e tratar esgoto sanitário. Presente em mais de 200 municípios catarinenses, atende atualmente uma população de mais de 2,5 milhões de habitantes. Entre os processos desenvolvidos na empresa, podem-se citar: Captação de água bruta, tratamento de água bruta, transporte e reservação de água tratada, coleta, transporte e tratamento de esgoto sanitário. Estes processos citados estão sempre sujeitos a estudos de melhorias, aumento de capacidade e modernização. Isto fica ainda mais evidente com o aumento da competição na área de atuação, onde as cidades podem promover disputas entre empresas de saneamento para analisar qual empresa é a mais capaz de realizar as atividades. Com isso, a CASAN vem investindo pesado em melhorias internas e de imagem da empresa, sendo que um dos maiores investimentos atualmente é a obra em Florianópolis de aumento da rede de esgoto sanitário, aumentando de 45 para 75% a população atendida, com um custo estimado de R$ 400 milhões. A automação tem efeito sobre as áreas em questão, promovendo melhorias internas nos processos e alterando a imagem da empresa perante a população e prováveis clientes, gerando a modernização. Por este motivo, há cerca de três anos foi criado em Florianópolis o setor de Pesquisa e Desenvolvimento, setor ao qual eu faço parte cuja meta é desenvolver sistemas que auxiliem a modernização e automação da CASAN. Em meu estágio obrigatório feito no mesmo local, ajudei a desenvolver um ambiente de monitoramento remoto de centenas de pontos de atuação, contemplando ETEs (Estação de Tratamento de Esgoto), ETAs (Estação de Tratamento de Água), EEEs (Estação Elevatória de Esgoto) e boosters. Isto gerou interesse meu em desenvolver o projeto de fim de curso na mesma área. Com isso chega-se ao foco deste projeto: utilizando da premissa de automatizar para modernizar, decidi aplicar a pesquisa para desenvolvimento de um sistema de Automação wireless, baseado em redes industriais, com tecnologias até então novas e não utilizadas pela CASAN, para atingir o objetivo de um projeto piloto capaz de se adequar as mais diversas aplicações da empresa. Neste projeto foram realizados: pesquisa de tecnologias, soluções de integração entre componentes, construção de redes de comunicação, concepção do sistema de Automação, implementação do projeto piloto e demonstração prática. Como resultado atingido, será demonstrado o sistema totalmente funcional para a aplicação em uma EEE, onde a unidade sensora coletará a informação de nível do poço úmido, enviará esta informação através de uma rede Zigbee sem fio até a unidade coordenadora, que por sua vez se comunicará com um Arduino, fazendo o papel de controlador, que tomará decisão e enviará pacotes contendo a medida a ser tomada para o atuador remotamente. Além disso o Arduino ainda se comunicará com uma IHM (Interface Homem-Máquina) através de uma rede Modbus que mostrará dados do processo e como um extra ainda poderá receber comandos de operador através da IHM, alterando variáveis e sinais para o atuador.

CASAN, Companhia Catarinense de Água e Saneamento, headquartered in Florianópolis, is a mixed capital company, created in 1970 whose purpose is to provide treated water, besides collecting and treating sewage. Present in more than 200 cities in Santa Catarina, currently serves a population over 2.5 million inhabitants. Among the processes developed within the company, it might be mentioned: Capture of raw water, raw water treatment, transportation and reservation of treated water, collection, transportation and treatment of sewage. These processes cited are always subject to improvement and studies, capacity expansion and modernization. This is even more evident with increasing competition in the area, where cities can promote disputes among water utilities to analyze which company is better able to carry out the activities. Thus, CASAN is investing heavily in internal improvements and company image, and one of the biggest investments currently in Florianópolis is the work of increasing network of sewage, increasing from 45 to 75% of the population served, with a cost estimated R$ 400 million. The automation has effects on both areas, promoting internal improvements to processes and changing the company's image before the public and prospective clients, generating modernization. For this reason, about three years ago was created in Florianópolis the Research and Development sector, the sector to which I belong, where the goal is to develop systems that assist the modernization and automation of CASAN. In my compulsory internship done in the same place, I helped to develop an environment for remote monitoring of hundreds of points of action, contemplating ETEs (Sewage Treatment Plant), ETAs (Water Treatment Plant), EEEs (Sewage Pumping Station) and boosters. This led to my interest to develop this project in the same area. 8 With it comes to the focus of this project: using the premise to automate for modernization, I decided to apply a research to develop a system of automation wireless networks based on industrial network technologies with new and hitherto unused by CASAN to achieve the goal of a pilot project able to fit many different applications of the company. This project were carried out: research technologies, solutions of integration between components, construction of communication networks, system design automation, implementation of a pilot and demonstration practice. As a result achieved, it will demonstrated the fully functional system for use in an EEE, where the sensor unit collects the information level of the wet pit and send this information via a Zigbee wireless network to the coordinating unit, which in turn communicates with an Arduino, playing the role of controller, which will take a decision and send packets containing the measure to be taken to the actuator remotely. Also the Arduino will still communicate with an HMI (Human Machine Interface) via a Modbus network that shows the process data and as an extra can still receive commands from the operator via the HMI, changing variables and signals to the actuator.