Neste trabalho ilustramos como pode ser feito o monitoramento de energia através de uma rede sem fio utilizando o LabVIEW da National Instruments.
A seguir é descrito todos os componentes e tecnologias utilizadas para a execução do projeto:
Topologia
A estrutura de funcionamento do sistema está ilustrado na imagem abaixo:
Figura 1: Topologia de funcionamento da aplicação.
Rede Sem Fio
Para a comunicação do transceptor da placa de aquisição das informações do QDG até o transceptor plugado no computador fui utilizado o módulo XBee que possui comunicação através da tecnologia ZigBee.
O Zigbee é um padrão de rede sem fio, wireless, com baixo custo e consumo de energia. Utiliza o protocolo 802.15.4 do Institute of Electrical and Eletronics Engineers (IEEE) na camada física e de enlace. A modulação utilizada é a Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) em bandas que não são licenciadas, como a 2,4GHz. Nessa faixa, o protocolo possui 16 canais de comunicação, cada qual com 5MHz de largura de banda, incluindo a faixa de separação entre canais.
O padrão Zigbee é muito usado em aplicações de sensoriamento, que necessitam de fluxo de informações e pouca manutenção. O consumo de energia do dispositivo é baixo, o módulo hiberna quando não há comunicação, assim podendo ser alimentado por baterias. A transmissão de dados na frequência de 2,4Ghz é realizada a uma taxa de 250Kbps, com raios de alcance entre 100 m a 1,6 km.
O protocolo 802.15.4 permite a interconexão e transferência de dados entre os dispositivos sem fio por uma rede que pode ser formada por três tipos de elementos. São eles: Coordinator, Router e End Device. Através destes elementos é possível configurar a rede em Mesh ou Ponto a Ponto.
A configuração escolhida para este projeto foi ponto a ponto.
Na figura abaixo é ilustrado o módulo XBee utilizado no projeto:
Figura 2: Módulo XBee Pro S2.
Sensor de Corrente
Para a leitura da corrente das fases A e B do QDG foi utilizado um transformador de corrente (TC) indutivo não invasivo para cada fase com range de leitura máxima de 100A.
Abaixo é ilustrado o modelo do TC utilizado:
Figura 3: Transformador de Corrente SCT013.
O transformador de corrente funciona pelo princípio da indução eletromagnética, e em sua saída é disponibilizada um sinal proporcional à corrente do cabo condutor, a razão de transformação é de 1:2.000. Assim, seguindo o princípio da transformação, o máximo sinal de corrente em sua saída será de 50mA para um máximo de leitura de 100A.
Para o tratamento dos sinais do TC desenvolveu-se um circuito para leitura do sinal analógico.
Sensor de Tensão
Para coletar o valor da tensão dos dois cabos condutores fase e enviar ao supervisório, são utilizados dois sensores de tensão. Para a elaboração dos sensores de tensão, foi utilizado o Circuito Integrado (CI) optoacoplador 4N25. É um componente, que fornece isolamento elétrico entre dois circuitos, seu funcionamento baseia-se em um Diodo Emissor de Luz (LED) para saturação da base de um fototransistor, que por sua vez funciona como chave para o acionamento da carga. Para o tratamento do sinal da rede recebi do pelo, desenvolveu-se um circuito para realizar o offset da onda senoidal para o eixo positivo.
LabVIEW
A supervisão do sistema foi realizada através do LabVIEW.
O LabVIEW é uma linguagem de programação assim como a linguagem C, Basic e Delphi. Ele se insere na programação gráfica (G), sendo altamente produtiva para a elaboração de sistemas de aquisição de dados e instrumentação e controle. A linguagem G permite usar uma estrutura em forma de gráficos, painel de interface e diagrama para criar os códigos em blocos, facilitando o entendimento e construção da aplicação.
Este software gráfico é muito poderoso e identifica as causas de diversos tipos de problemas. Tem opções de parada e animação da execução para visualizar como os dados passam através dos blocos, permitido encontrar o erro e problemas do script construído, o que permite ao usuário aprender novos comandos e funções. Além disso o navegador ter um interpretador que informa imediatamente ao mesmo quando um erro foi cometido e, deste modo, pode-se inserir com facilidade novos blocos e observar como os dados estão sendo executados.
Conclusão
A supervisório baseado nos componentes e softwares informados durante o artigo é muito preciso na coleta dos dados e também nas visualização das informações no dashboard.
Para conhecer com mais detalhes o funcionamento deste projeto, assista o vídeo abaixo:
Referências:
SANTOS, L. F. A IEEE 802.15.4 como plataforma de comunicação de dados. Revista Ilha Digital [on-line]. Vol.4. Santa Catarina. Instituto Federal de Santa Catarina, 2013. ISSN 2177-2694. Disponível em: <http://ilhadigital.florianopolis.ifsc.edu.br/index.php/ilhadigital/article/viewFile/55/50> Acesso em 30/03/2016.
GTA - UFRJ, Topologias Zigbee. Disponível em: <http://www.gta.ufrj.br/grad/10_1/zigbee/topologias.html>. Acesso em: 10/04/2016.
MALVINO, A. P. Eletrônica, Volume 7, Editora: McGraw Hill, 2008.
https://unisal.br/wp-content/uploads/2016/11/ANAIS-XVI-MOSTRA-CIENTÍFICA-UNISAL-SÃO-JOSÉ-2016.pdf
http://sinte.btv.ifsp.edu.br/index.php/SInTE/article/view/127/pdf_1