SISTEMA WIRELESS PARA MONITORAMENTO REMOTO. Artur Kruse Marcos Heck Flávio Arthur Túlio Müller

O sistema de telemetria é um conjunto de dispositivos que utilizam comunicação remota sem fio para automação de processos industriais que necessitam de monitoramento e/ou controle à distância em alternativa ou substituição ao uso de cabeamento.

Utilizando a tecnologia de Espalhamento Espectral por Saltos em Freqüência (“Frequency Hopping Spread Spectrum”) na faixa livre de freqüência de 902 - 928 MHz, o sistema não requer a obtenção de qualquer licença de operação.

Variáveis de processo passíveis de controle e monitoração: Nível Vazão Pressão Temperatura Tensão Corrente Potência Analíticos (pH, Redox, Condutividade) Sistemas de Telemetria

TECNOLOGIA SPREAD SPECTRUM A freqüência em que o sinal é transmitido é alterada diversas vezes por segundo seguindo uma seqüência pseudo-aleatória, possibilitando deste modo que as informações sejam enviadas sem sofrer congestionamentos ou interferências entre os rádios. Somente os transceptores que compõem a mesma rede operam em sincronia, sem interferir em outros sistemas de rádio existentes no mesmo ambiente.

TECNOLOGIA SPREAD SPECTRUM Esta técnica de transmissão apresenta elevada imunidade contra interferências nos mais diversos tipos de aplicações industriais e nas mais adversas situações, permitindo que a informação seja transmitida e recebida com precisão, segurança e confiabilidade.

SPREAD SPECTRUM TECNOLOGIA SPREAD SPECTRUM Frequency Hopping Spread Spectrum ou espalhamento Espectral por Saltos em Freqüência Faixa livre de 902-928 MHz Sem necessidade de obtenção de licença Imunidade contra interferências Coexistência de outros rádios no mesmo ambiente Segurança : baixa densidade de potência

PRINCÍPIO DA TECNOLOGIA FHSS Utilização de faixas estreitas de freqüência Envio de pacotes de informação em diferentes freqüências dentro da faixa de 902-928 MHz seguindo uma seqüência pseudo-aleatória Transmissor e receptor operam em sincronia A potência RF é concentrada em um canal de freqüência e em único momento Frequência Potência do sinal Frequência Potência do sinal Freqüência fixa Freqüência pseudo-aleatória

INTERFERÊNCIAS NÃO SÃO PROBLEMAS Interferências não afetam a comunicação de sistemas de rádio que utilizam a tecnologia FHSS Se durante a transmissão de 1 pacote houver uma interferência na mesma freqüência, após o salto a mesma informação é enviada numa outra faixa (salto) Transmissor Frequência Potência do sinal Receptor

BENEFÍCIOS Operação no mesmo ambiente de outros rádios Ideal para aplicações industriais onde interferências estão presentes Segurança e confiabilidade

CARACTERÍSTICAS Tecnologia : Espalhamento espectral por saltos em freqüência (FHSS) Faixa de freqüência : 902-928 MHz Potência : até 1W Alcance : até 32 km (linha de visada) Número de canais : até 32 Entradas : Analógica de 4-20 mA ON/OFF Serial (RS-485) Expansível : através da inclusão de módulos de E/S Montagem em trilho DIN, fundo de painel Comunicação bidirecional Sistema de endereçamento

CONFIGURAÇÃO PONTO-PONTO Transmissão individual 1 transmissor e 1 receptor formam 1 rede

Até 32 redes podem estar presentes no mesmo ambiente CONFIGURAÇÃO PONTO-PONTO Rede 32 Rede 3 Rede 1 Rede 2 Até 32 redes podem estar presentes no mesmo ambiente

CONFIGURAÇÃO PONTO-MULTIPONTO Transmissão coletiva Diversos transmissores e 1 receptor formam 1 rede

Até 32 redes podem estar presentes no mesmo ambiente CONFIGURAÇÃO PONTO-MULTIPONTO TR1. Rede 1 TR2. Rede 1 TR3. Rede 1 TR1. Rede 2 TR2. Rede 2 RT. Rede 1 RT. Rede 2 Até 32 redes podem estar presentes no mesmo ambiente

Sentido das informações (4-20 mA) COMUNICAÇÃO UNIDIRECIONAL Sentido das informações (4-20 mA) Módulo RF + Módulo de Saída Módulo RF + Módulo de Entrada 4-20 mA 4-20 mA

Sentido das informações COMUNICAÇÃO BIDIRECIONAL Sentido das informações - Alarme de nível alto (ON/OFF) - Alarme de nível baixo (ON/OFF) - Liga bomba (ON/OFF) - Desliga bomba (ON/OFF) Bomba ligada Bomba desligada Status da bomba : Status da bomba

ANTENAS A antena é um componente essencial para o sistema de telemetria uma vez que é através dela que as informações são transmitidas e recebidas. Dois tipos diferentes de antenas podem ser utilizados em um sistema de telemetria :

ANTENAS Antena Omni (colinear ou não direcional) : é uma antena multidirecional que possui área de abrangência de 360º, isto é, transmite e/ou recebe informações para/de todos os lados. Possui baixa capacidade de transmissão a longas distâncias uma vez que a área irradiada é espalhada em todas as direções. É utilizada principalmente quando o rádio for somente um receptor de diversos transmissores (configuração Ponto – Multiponto).

ANTENAS Antena Yagi (ou direcional) : trata-se de uma antena que concentra o sinal em uma única direção, sem espalhá-lo, permitindo a transmissão a longas distâncias. É utilizado para grandes distâncias ou quando não se deseja que o sinal irradiado tenha uma área de cobertura elevada e que possa interferir em outros sistemas.

Potência de transmissão: 1W = 1000mW = 30dBm Exemplo de Aplicação Considerando uma distância de 32 km e a maior freqüência (pior caso) 928 MHz, calculamos a perda no espaço livre: Ao = 122dB Potência de transmissão: 1W = 1000mW = 30dBm Sensibilidade do receptor: -100dBm Ganho antena TX (Yagi): 16dB Ganho antena RX (Yagi): 16dB

Potência entregue no receptor: -60dBm Exemplo de Aplicação Desconsiderada perdas na linha de transmissão (conectores e cabo coaxial) PRX = PTX + GTX + GRX – Ao PRX = 30dBm + 16dB + 16 dB – 122dB Potência entregue no receptor: -60dBm -60dBm ≥ -100dBm, Ok

Ao = PTX + GTX + GRX – PRX Ao = 109dB R = 7,25 km Exemplo de Aplicação Considerando um sistema multiponto, com uma antena vertical Omni direcional na central de controle e antenas Yagi nos pontos monitorados, calculamos a máxima distância permitida pela sensibilidade calculada para o receptor, -60dBm. Ganho antena TX (Omni): 3dB Ganho antena RX (Yagi): 16dB Ao = PTX + GTX + GRX – PRX Ao = 30dBm + 3dB + 16dB – (-60dBm) Ao = 109dB R = 7,25 km

Local de Instalação É de grande importância que o local planejado para a instalação do sistema de telemetria possibilite a visada direta entre as antenas dos transceptores, principalmente quando a distância envolvida na transmissão dos sinais for elevada.

Local de Instalação

CASOS TELEMETRIA – RÁDIO SÉRIE 500 Função : monitoramento remoto do nível de água de reservatório de distribuição Instrumentação : Medidor de nível hidrostático Transceptor de rádio Sinal transmitido : 4-20 mA

CASOS TELEMETRIA – RÁDIO SÉRIE 500 Distância envolvida : 2,5 km Local : Manaus - AM