Comunicação via rádio na central hidroelétrica

Solução fácil de manusear e econômica

Geradores na central hidroelétrica Niederhausen

Geradores na central hidroelétrica Niederhausen

Para a operação da central hidroelétrica Niederhausen, é também importante o monitoramento dos níveis da represa associada. Os valores apurados, assim como os estados operacionais das bombas de drenagem de cheias e águas subterrâneas, são transmitidos através do sistema sem fio Trusted Wireless para um módulo de rádio mestre em uma das torres da barragem.

A partir daí, os dados são encaminhados via modem SHDSL para um controlador central no edifício da central.

Aplicação

O município de Niederhausen no estado da Renânia-Palatinado não se caracteriza somente pela sua localização idílica no meio de vinhas. Muito próximo do local existe ainda uma represa com um volume de 800.000 metros cúbicos, que constitui um ponto de atração para muitos esportistas de lazer e pessoas que procuram momentos de descanso.

Além do valor que a represa tem para a população como espaço de lazer, a represa funciona também como importante componente para a alimentação de tensão da região Nahe-Hunsrück. Pois na sua margem foram construídas uma central hidroelétrica e uma instalação de transformação, que fazem parte do grupo RWE em Essen. As instalações são operadas pela RWE Deutschland AG e pela RWE Power AG.

Solução

A diferença de altitude determina a quantidade de corrente produzida

No ano de 1926/27, a antiga central elétrica "Rheinisch-Westfälische-Elektrizitätswerk Aktiengesellschaft" instalou uma estação de transformação de 110 /20 kV e uma linha dupla de 110 kV de Koblenz até Niederhausen. O município teve nessa altura uma importância fulcral, pois foi aí construída na mesma altura uma central hidroelétrica que podia ser perfeitamente combinada com a subestação. Como resultado, o produtor de energia injetou pela primeira vez na rede em 1928 a corrente obtida da água da central de Niederhausen. 

A central hidroelétrica de Niederhausen é ainda hoje uma das maiores instalações na região de Rhein-Nahe-Hunsrück. Atualmente, ela fornece corrente a cerca de 1400 clientes tarifários. Na produção de energia, a represa tem um papel fundamental. Sua água é encaminhada através de um canal adutor com 760 metros de comprimento para duas turbinas Kaplan dispostas na vertical, que estão instaladas no edifício da central. O movimento giratório do eixo aciona um gerador que está ligado às turbinas através de eixos verticais. Em seguida, a água é novamente encaminhada através do canal de fuga, situado mais abaixo, para o rio Nahe.

O rendimento elétrico depende da diferença de altitude entre o canal adutor e o canal de fuga. Assim, a quantidade de energia obtida diminui quando o nível no canal de fuga sobe com a preamar, diminuindo assim a diferença de altitude em relação ao canal adutor. O caudal ideal no canal é de aprox. 45 metros cúbicos por segundo. Com este valor, as duas turbinas fornecem a quantidade máxima possível de corrente.

Estações de monitoramento encaminham sinais para o módulo de rádio mestre

A represa possui uma barragem que regula a entrada de água no canal adutor. Para assegurar o funcionamento confiável da central elétrica, é necessário monitorar o nível da represa. Para isso, é necessária a medição do nível da água, assim como o monitoramento das bombas de cheias e de água subterrânea. Para o controle permanente dos estados operacionais das bombas e do nível foi construído um sistema sem fio em volta da represa. Uma possível solução alternativa com cabos seria aqui complexa e cara demais. O ponto central do sistema sem fio Trusted Wireless da Phoenix Contact é aqui uma das torres da barragem. No edifício existe uma caixa de comando com o módulo de rádio mestre que está acoplado a um gateway Profibus.

Outras estações de monitoramento são uma casa de medição do nível e três casas das bombas. Em cada uma das estruturas estão montados módulos de rádio em combinação com dispositivos de entrada e saída analógicos ou digitais. Os componentes sem fio transmitem os sinais para o módulo de rádio mestre na torre da barragem. Na casa de medição do nível é registrada continuamente a altura atual da represa para que os funcionários da central possam reagir rápido a alterações. No passado, eles tinham de ler manualmente os dados em um indicador de nível, o que era muito demorado. Nas casas das bombas são registradas, atualmente, as mensagens de avaria das bombas, sendo depois transmitidas via rádio para o módulo mestre na torre da barragem.

Casa de medição do nível e barragem e as torres da barragem  

Linha de visada entre a casa de medição do nível e a barragem e as torres da barragem

Como solução mais vantajosa está disponível o modem SHDSL Profibus da Phoenix Contact. Um modem está montado na torre da barragem e aí acoplado ao gateway Profibus. O segundo equipamento encontra-se ao lado do controlador Vipa no quadro de comando do edifício da central. O controlador Vipa que funciona como mestre Profibus DP registra todos os sinais que surgem nas unidades de produção. O mesmo está ligado através do modem SHDSL a um gateway Profibus (escravo Profibus). O gateway Profibus montado na caixa de comando da torre da barragem usa sua interface RS232 para a comunicação com o módulo de rádio mestre da família de produtos RAD-Line Serial.

O módulo de rádio estabelece a conexão com os quatro repetidores/equipamentos de rádio escravos distantes, sendo possível expandir o sistema para um máximo de dez módulos sem fio. Com a tecnologia Trusted Wireless, podem ser ligadas distâncias de, tipicamente, dois quilômetros entre dois equipamentos em zonas desobstruídas. Cada repetidor/módulo de rádio escravo pode captar sinais através dos componentes de expansão I/O alinháveis e, simultaneamente, transmitir dados para outros participantes de rádio. A função de repetidor permite superar distâncias maiores, assim como contornar obstáculos.

Os modems SHDSL asseguram uma comunicação com fio confiável

Visto estar planejada uma remodelação da técnica de controle na central hidroelétrica Niederhausen, o sistema sem fio já foi preparado para a captação de sinais adicionais, segundo afirma Bernhard Beicher da RWE Power AG de Bernkastel-Kues. Aqui está incluída a transmissão de correntes de motor das bombas. Como já foi mencionado, os sinais são captados na torre da barragem e convertidos diretamente para o protocolo Profibus através do gateway Profibus. Contudo, o controlador está instalado no edifício da central a aprox. 800 metros de distância. Para a conexão entre o controlador central e o gateway Profibus, os responsáveis recorrem a uma conexão de cabo existente para economizar custos. Por se tratar de um cabo de cobre simples, o intercâmbio do sinal Profibus não pode ser simplesmente realizado através do cabo. Pois, dependendo da velocidade de transmissão, o comprimento do segmento está limitado a até 100 metros.

A velocidade de transmissão é ajustada automaticamente

A solução sem fio RAD-Line Serial-IO funciona na banda de frequência de 2,4 GHz que não necessita de licença. Os módulos Wireless são configurados com um software disponível gratuitamente. Um assistente guia o usuário pelas etapas de trabalho necessárias. Também o gateway pode ser integrado facilmente através de seu arquivo de descrição do equipamento GSD como participante escravo na rede Profibus DP do controlador. Sendo possível integrar no sistema sem fio de forma simples estações sem fio predefinidas no campo que foram expandidas com módulos de entrada e saída analógicos ou digitais alinháveis. A velocidade de transmissão Profibus de até 12 MBit/s é ajustada automaticamente, ou seja, sem configuração. A seleção do endereço Profibus do gateway é feita via chave DIP.

Bernd Gumm, Diretor da instalação de transformação e supervisor da barragem em Niederhausen

Bernd Gumm, Diretor da instalação de transformação e supervisor da barragem em Niederhausen

"A configuração e a colocação em funcionamento dos módulos de rádio RAD-Line, do gateway Profibus e do modem SHDSL foram simples", explica Bernhard Beicher, que foi responsável pela colocação em funcionamento. "A comunicação sem fio é para nós, também no futuro, uma verdadeira alternativa à solução com cabos em outras partes da instalação da central hidroelétrica", acrescenta Bernd Gumm, Diretor em Niederhausen.

Sistema sem fio confiável para dados I/O e seriais

A tecnologia sem fio Trusted Wireless robusta e confiável da Phoenix Contact é ideal para instalações industriais para transmitir ciclicamente quantidades reduzidas de dados ao longo de grandes distâncias, tipicamente até três quilômetros. Sendo os sinais de comutação digitais e sinais de sensores analógicos captados e encaminhados pelos módulos I/O RAD-Line. A linha de produtos está disponível como sistema unidirecional e bidirecional. Além da conexão ponto-a-ponto e a conexão ponto-a-multiponto, os repetidores permitem superar obstáculos ou trajetos mais longos.

Resumo

A família de produtos seriais RAD-Line permite a transmissão de dados seriais através da interface RS232, RS422 ou RS485, assim como de sinais analógicos e digitais para uma rede mesh. Na rede sem fio, que é composta por um mestre e até 254 escravos, cada módulo escravo também pode funcionar como repetidor. Os componentes do sistema fáceis de manusear estão certificados em conformidade com as Diretivas 94/9/CE (ATEX), assim como IECEx, podendo ser utilizados a nível nacional e internacional em zonas potencialmente explosivas (zona 2).

PHOENIX CONTACT
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