Automação BMS
Um sistema de automação instalado com excelência significa, sem sombra de dúvidas, economia de energia e ao mesmo tempo, preocupação com a sustentabilidade.
A automação predial é essencial para os novos empreendimentos que desejam ter seus processos controlados e automatizados com o mínimo ou nenhuma intervenção humana. Isso garante que toda a operação irá trabalhar de forma otimizada utilizando o mínimo de recursos energéticos possível. Assim, é possível afirmar que é inerente a um sistema de automação a economia de energia.
O supervisório de um sistema de automação é o responsável por permitir o monitoramento de todo o funcionamento do sistema. Como as temperaturas dos ambientes, quais equipamentos estão ligados e quais falhas existem. As falhas geram alarmes no supervisórios a fim de avisar o operador do ocorrido. Através do supervisório é possível ajustar a programação horária dos equipamentos, ligando e desligando o que desejar nos horários definidos.
É no supervisório que se pode extrair os relatórios de dados de registros históricos, conhecidos como Trends, com esse relatório é possível analisar o comportamento do sistema e fazer os ajustes necessários. A automação é atuante principalmente no sistema de ar condicionado.
Controladores de Campo Programáveis ou Configuráveis
Esses controladores são dispositivos eletrônicos com pontos (conexões) de entradas e saídas físicas, são os pontos físicos. Esses pontos têm as seguintes características:
Entradas Digitais
São pontos que monitoram o estado de funcionamento (status) de um dispositivo, por exemplo, pressostato, sensor de corrente elétrica, chave de fluxo e chave de nível. Quando um contato seco (contato livre de potencial elétrico) é aberto ou fechado, seus estados são detectados pela entrada digital de um controlador.
Entradas Analógicas
São entradas capazes de ler valores como uma resistência elétrica, tensão elétrica ou corrente elétrica. Dessa forma os sensores de temperatura, umidade relativa, pressão, vazão entre outros são ligados a esse tipo de ponto. Com isso o controlador é capaz de interpretar valores analógicos como variações de temperatura 10ᵒC a 60ᵒC ou pressão de 0 Pa a 100 Pa.
Saídas Digitais
São os pontos de comando de um controlador. Através desses pontos é possível comandar o acionamento de um ventilador, habilitar um resfriador de água, ligar uma bomba ou ligar uma lâmpada. As saídas digitais geralmente necessitam um relé auxiliar de comando para serem capazes de acionar um equipamento ou um contator.
Saídas Analógicas
Esse tipo de saída é geralmente utilizado para gerar um sinal controlado que é enviado para motor atuador de válvula de controle de água ou inversor de frequência de um ventilador. Esse sinal pode ser de tensão (0 a 10V ou 2 a 10V) ou corrente elétrica (0 a 20mA ou 4 a 20mA).
Outros Tipos de Pontos Físicos
Está cada vez mais popular entre os fabricantes de controladores a utilização de pontos que podem ser utilizados para mais de uma função. Esses pontos são chamados de Universais ou Configuráveis.
Temos por exemplo os pontos UI (Universal Input), entrada universal, esse é um ponto bastante popular que pode ser sinais analógicos de sensores ou contatos digitais de algum pressostato ou detector. Há também as saídas universais, que podem ter sinal analógico de saída ou sinal digital. Alguns fabricantes ainda oferecem os pontos totalmente universais, onde eles podem ser do tipo entradas ou saídas, digitais ou analógicas.
A grande vantagem dos pontos Universais ou Configuráveis é a flexibilidade para especificação dos controladores na fase de orçamento ou projeto e nos casos em que há alterações durante a implantação do sistema de automação.
Os controladores de campo são responsáveis pelas rotinas lógicas ou de controle de um equipamento (ou mais, dependendo da sua capacidade de processamento e pontos físicos). Ele geralmente é programado ou configurado pelo software (ferramenta de programação) do seu fabricante. Um exemplo comum de rotina lógica é um comando enviado a um equipamento (ventilador ou bomba) e seu estado de funcionamento é verificado pelo controlador, caso haja uma falha no equipamento, o controlador comanda seu desligamento e gera um alarme para o software de supervisão do sistema.
As rotinas de controle são aquelas em que uma malha de controle é aplicada sobre uma variável, como exemplo temos o controle de temperatura de um ambiente através de uma válvula de água gelada. Nesse caso é necessário um sensor de temperatura ligado a um controlador, o controlador compara o valor da temperatura com o valor de temperatura desejado (setpoint), aplica-se o algoritmo de controle PID e envia o sinal de controle para a válvula.
Foram apresentados exemplos básicos para as rotinas. As aplicações e capacidades das rotinas lógicas e controle são inúmeras e vai da necessidade de cada projeto e da criatividade do programador.
Os controladores de campo de um sistema de automação são interligados entre si e a um gerenciador através de uma rede de comunicações. Essa rede de comunicações pode ser serial (padrão elétrico RS-485, por exemplo) ou TCP/IP (rede Ethernet).
Os protocolos de rede mais copuladores e consolidados do mercado de automação predial são o BACnet e o Modbus. Existem muitos outros protocolos, como o LonWorks ou KNX, mas são menos utilizados.
O protocolo mais popular para automação de sistemas de ar condicionado é o BACnet. Quase todos os controladores renomados do mercado utilizam esse protocolo. Já o protocolo Modbus é mais utilizado em medidores de energia, inversores de frequência e geradores. Ambos os protocolos possuem versões serial e IP, sendo que a versão IP é mais moderna e possui vantagem sobre uma rede serial.
Outro protocolo bastante utilizado é o DALI (Digital Addressable Lighting Interface), de uso exclusivo para sistemas de iluminação de ambientes, o DALI permite que as luminárias com lâmpadas fluorescentes ou LED sejam gerenciadas por um sistema de automação. Assim é possível controlar sua luminosidade, programar os acionamentos por horários e monitorar caso um reator ou driver venha a falhar. Além das luminárias, existem botoeiras (interruptores), sensores de luminosidade e sensores de presença que se comunicam através do protocolo DALI.
Gerenciadores de Rede
Os gerenciadores de rede são dispositivos com hardware mais poderoso que os controladores de campo. A função do gerenciador é monitorar toda a rede de controladores de campo, um gerenciador pode monitorar uma rede pequena de controladores ou até mesmo uma grande rede com até 200 controladores (serial ou IP).
Os gerenciadores são servidores prontos e dedicados para sistemas de ar condicionado e utilidades. Eles têm a função de webserver, onde o supervisório fica dentro dele e o acesso é através de qualquer computador com navegador de internet padrão ligado à mesma rede. A aplicação do gerenciador dispensa a necessidade de um servidor com software supervisório.
Outra função importante dos gerenciadores é a capacidade de se comunicar com diversas redes e protocolos simultaneamente. Um mesmo gerenciador pode monitorar medidores de energia elétrica via Modbus RTU (serial), controladores de campo via BACnet IP e inversores de frequência via BACnet MS/TP (serial), por exemplo. Então um gerenciador dispensa a utilização dos até então populares Gateways de comunicação, que tinham essa função de converter protocolos.
Supervisório
O supervisório de um sistema de automação é composto por telas gráficas, alarmes, registros históricos e controle de usuários.
Ele pode ser uma aplicação rodando num servidor dedicado ou compartilhado, ou pode estar num gerenciador.
Os gerenciadores são aplicados como supervisório geralmente quando apenas um gerenciador é capaz de supervisionar toda a rede de controladores e demais dispositivos do sistema de automação.
Para projetos maiores onde isso não é possível, é necessário adicionar um ou mais gerenciadores. Nesse caso se faz necessário um software supervisório e um servidor.
O servidor com o software supervisório segue com a mesma função de um gerenciador, porém devido sua maior capacidade de processamento e recursos ele é capaz de se comunicar com diversos gerenciadores.
É recomendado que um servidor seja abrigado num ambiente controlado (controle de acesso) e climatizado. Seu acesso deverá ser restrito apenas a profissionais especialistas. Assim os operadores acessam o sistema através de uma estação de trabalho (PC) utilizando um software cliente ou navegador de internet padrão (Google Chrome, Microsoft Edge ou outros).
Integração
Um sistema de automação ou BMS (Building Management System) também tem a capacidade de integrar diversos outros sistemas num empreendimento como o sistema de ar condicionado, iluminação, geradores, água, sistema de controle de acesso, sistema de detecção e alarme de incêndio entre outros.
Essa integração via software acontece no supervisório. Com os sistemas integrados é possível no mesmo supervisório, monitorar o sistema de ar condicionado, ser alertado do local específico de um alarme de incêndio, ser notificado quando uma pessoa acessar uma área restrita ou mostrar na tela do vídeo ao vivo uma ocorrência.
Muitas vezes é necessária a exportação das informações do sistema de automação para outro sistema. Essa exportação pode se dar através de protocolos de comunicação BACnet IP, Modbus TCP, OPC ou via banco de dados como Postgre e SQL.