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Sistemas de Controle Distribuído e Soluções de Comunicação para Usinas Hidrelétricas

A energia hidrelétrica é uma das fontes de energia renováveis mais importantes do mundo. Uma usina hidrelétrica típica é uma integração complexa de estruturas hidráulicas, sistemas de geração e equipamentos mecânico-elétricos. No entanto, as demandas por eficiência operacional, segurança e monitoramento inteligente estão superando os sistemas tradicionais. As usinas hidrelétricas modernas precisam de uma infraestrutura de comunicação confiável e em tempo real para suportar controle e aquisição de dados escaláveis, especialmente em ambientes adversos, onde o tempo de inatividade pode ser dispendioso.

solução de IoT por tipo de energia hidrelétrica

Desafios na Operação de Usinas Hidrelétricas

Os principais desafios incluem:

Condições ambientais adversas

Usinas hidrelétricas frequentemente estão localizadas em áreas remotas, úmidas ou montanhosas. Essas condições — alta temperatura, alta umidade e corrosão ambiental — podem comprometer o hardware de comunicação, causando curtos-circuitos, degradação da integridade do sinal e falhas no equipamento. Como resultado, os sistemas de controle hidrelétrico exigem dispositivos robustos e de nível industrial que garantam uma operação confiável sob condições ambientais severas.

Necessidades complexas de rede

Usinas hidrelétricas consistem em diversos dispositivos, como sensores, controladores e módulos de monitoramento, distribuídos por grandes áreas. Os métodos tradicionais de rede podem não suportar uma comunicação perfeita entre esses pontos de extremidade. Há uma necessidade crescente de uma rede de comunicação altamente flexível e baseada em fibra óptica que suporte acesso a múltiplos dispositivos e troca robusta de dados em todo o sistema de controle da usina hidrelétrica.

Interferência eletromagnética forte

As usinas hidrelétricas abrigam equipamentos elétricos pesados, como geradores e transformadores, que geram fortes campos eletromagnéticos. Estes interferem na qualidade do sinal de comunicação, resultando em perda de dados e atrasos no controle. Portanto, o sistema de controle de uma usina hidrelétrica deve incluir dispositivos com excelente resistência a interferências eletromagnéticas (EMI) e integridade de sinal confiável.

Condições especiais de fornecimento de energia

Muitas usinas hidrelétricas em áreas remotas enfrentam instabilidade no fornecimento de energia ou têm capacidade de reserva limitada. Isso exige equipamentos de comunicação de baixo consumo de energia que possam operar de forma consistente, apesar das flutuações na disponibilidade de energia.

Solução

Para atender aos desafios das modernas usinas hidrelétricas, a COME-STAR oferece um sistema de comunicação avançado construído em uma rede em anel altamente confiável e redundante. Esta solução integra-se a sistemas de controle distribuído (DCS) e unidades de controle locais (LCUs) para coleta de dados em tempo real, controle inteligente e segurança do sistema.

diagrama de usina hidrelétrica

Arquitetura do Sistema Adota Rede em Anel

A rede de controle geral adota uma arquitetura em anel, combinando o sistema de proteção elétrica, o sistema de excitação, a corrente contínua da usina, a energia da usina e o sistema de controle da turbina hidráulica. Essa topologia em anel baseada em DCS aprimora a troca de informações e a resiliência do sistema, garantindo uma transmissão de dados rápida e ordenada por todo o sistema de controle da usina hidrelétrica.

Rede de anel único em cada LCU

Cada Unidade de Controle Local (LCU) é equipada com uma rede Ethernet de anel único utilizando o switch industrial CISCOM7120. Isso simplifica a fiação no local, permitindo a coleta de dados e o processamento preliminar em tempo real. Garante a comunicação oportuna entre os equipamentos de controle no local e os sistemas de monitoramento centralizados dentro do sistema de controle da usina hidrelétrica.

Formação de Topologia Multi-Anel

Vários anéis únicos de nível LCU são conectados ao anel da central de monitoramento para formar uma topologia de rede multianéis. Essa estrutura oferece alta confiabilidade de comunicação — se algum anel individual falhar, a transmissão de dados é redirecionada automaticamente por caminhos de backup, evitando pontos únicos de falha e garantindo a continuidade operacional.

Imunidade EMI de nível industrial 4

Todos os dispositivos do sistema atendem aos padrões industriais de imunidade eletromagnética de Nível 4. Por meio de tecnologias avançadas de blindagem e filtragem de sinais, o sistema resiste à interferência de geradores e transformadores, proporcionando transmissão de sinal estável e precisa em todo o ambiente da usina hidrelétrica.

Função de aquisição de dados em tempo real

A rede de comunicação conta com recursos de aquisição de dados em tempo real, possibilitando a coleta rápida de parâmetros operacionais importantes, como temperatura, pressão e vazão. Isso permite o monitoramento e a análise precisos e atualizados do desempenho de turbinas e geradores.

Transmissão de sinal de alta largura de banda

O sistema suporta transmissão em alta largura de banda para lidar com grandes volumes de dados operacionais e de monitoramento. Isso garante que até mesmo fluxos de dados complexos sejam transmitidos sem atrasos, auxiliando na tomada de decisões e no controle em tempo real em todo o sistema de controle da usina hidrelétrica.

Expansibilidade do Sistema

A solução da COME-STAR foi projetada com foco na escalabilidade futura. Ela permite fácil acesso a novos dispositivos e módulos funcionais à medida que as operações da usina evoluem, sem a necessidade de grandes reformas na infraestrutura. Isso proporciona flexibilidade a longo prazo e reduz os custos de atualização dos sistemas de controle hidrelétrico.

Tecnologia de backup redundante

Dispositivos redundantes e links de comunicação são incluídos na arquitetura para garantir a operação ininterrupta. Em caso de falha de um componente ou link importante, o sistema de backup é ativado automaticamente, mantendo a comunicação contínua e minimizando o tempo de inatividade do sistema na usina hidrelétrica.

Benefícios para o usuário

Eficiência operacional melhorada

O monitoramento e o controle em tempo real permitem manutenção preditiva e identificação mais rápida de falhas. Isso resulta em desempenho otimizado, redução de desperdícios e aumento da produção de energia em toda a usina hidrelétrica.

Segurança e confiabilidade aprimoradas

Com alarmes em tempo real e comunicação confiável, possíveis anomalias no equipamento são detectadas precocemente, reduzindo o risco de grandes falhas no sistema e aumentando a segurança operacional geral.

Menores custos de operação e manutenção

Hardware de nível industrial e baixo consumo de energia reduz a frequência de panes e o consumo de energia. O design modular e a facilidade de manutenção do sistema ajudam a reduzir os custos de manutenção a longo prazo dos sistemas de controle hidráulico.

Melhor Gestão e Tomada de Decisões

Os dados coletados de toda a planta são centralizados em uma interface de monitoramento intuitiva, fornecendo aos gerentes da planta insights operacionais precisos. Isso melhora as capacidades de gerenciamento remoto e permite uma tomada de decisões mais informada em tempo real.

Resumo

O sistema de comunicação da COME-STAR para usinas hidrelétricas atende às principais demandas de desempenho, confiabilidade e resiliência ambiental. Com topologia de rede em anel avançada, blindagem eletromagnética robusta, baixo consumo de energia e integração perfeita de dispositivos, nossa solução foi projetada para aprimorar a funcionalidade e a inteligência dos modernos sistemas de controle de usinas hidrelétricas.

Quer você esteja atualizando um sistema de controle hidrelétrico existente ou construindo uma nova usina de energia do zero, a solução da COME-STAR oferece uma base preparada para o futuro para dar suporte às suas operações de forma eficiente, segura e sustentável.

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