Sistema de Supervisão e Controle de Utilidades para Aeroportos -Versão Final

Sistema de Supervisão e Controle de Utilidades para Aeroportos -Versão Final

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Pós Graduação Master of Engineering em Engenharia de Projetos Industriais

Cláudio Manuel da Silva Pôças

Belo Horizonte 2016

Cláudio Manuel da Silva Pôças

Monografia apresentada ao Curso de Pós Graduação Master of Engineering em Engenharia de Projetos Industriais da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito parcial para obtenção do título de Especialista em Engenharia de Projetos Industriais.

Orientador: Luis Gonzaga M. M. Oliveira

Belo Horizonte 2016

Cláudio Manuel da Silva Pôças

Monografia apresentada ao Curso de Pós Graduação Master of Engineering em Engenharia de Projetos Industriais da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito parcial para obtenção do título de Especialista em Engenharia de Projetos Industriais.

Luis Gonzaga M. M. Oliveira (Orientador) – PUC Minas

PUC Minas Belo Horizonte, 10 de julho de 2016.

A minha amada esposa Luciana e aos nossos filhos, Isabela e Pedro Manuel, que são verdadeiras fontes de inspiração e que iluminaram, de maneira especial, os meus pensamentos levando-me а buscar sempre mais conhecimento.

Este trabalho aborda a utilização de sistema de supervisão e controle de utilidades em aeroportos. A automação é tradicionalmente aplicada em setores produtivos onde é exigido alto desempenho, segurança e disponibilidade de sua planta industrial, como mineradoras, indústrias automotivas, sistemas de transporte, petroquímicas e na geração e distribuição de energia elétrica, dentre outros. Buscarei demonstrar que o campo de emprego de automação é ainda mais vasto, apresentando um exemplo de sucesso no campo da administração aeroportuária. A concepção de um sítio aeroportuário é bem complexa e as facilidades necessárias para possibilitar a sua operação são similares às demandadas por uma pequena cidade. Devido a esta complexidade e à diversidade de equipamentos que compõem uma planta aeroportuária, a utilização de um Sistema de Supervisão torna-se justificável. A adoção de uma solução de hardware e software que permita a supervisão remota e em tempo real da disponibilidade dos sistemas críticos do aeroporto possibilita que as ações necessárias a serem tomadas, em caso de uma eventual falha, sejam aplicadas com maior rapidez. Baseado nos conceitos apresentados nas disciplinas de Automação Industrial, Instalações Elétricas Industriais e Máquinas e Equipamentos Mecânicos, essa monografia abordará então a teoria e a aplicação de automação industrial em instalações elétricas e mecânicas de aeroportos. Para tanto, será apresentado o estudo de caso do Aeroporto Internacional Tancredo Neves, em Confins, Minas Gerais.

Palavras-chave: Aeroporto. Utilidades. Supervisório. Automação.

This work addresses the use of supervision and control system of utilities at airports. Automation is traditionally applied in productive sectors that require high performance, safety and availability of its industrial plant, such as mining, automotive, transportation systems, petrochemical, generation and distribution of electricity, and others. I will seek to demonstrate that the application field of automation is even wider, presenting a successful example in the field of airport management. The conception of an airport site is very complex and the facilities demanded by its operation are similar to those demanded by a small city. Due to this complexity and to the variety of equipments that composes an airport plan, the use of a supervision system becomes justifiable. The adoption of a hardware and software solution that allows remote and real-time monitoring critical systems availability of an airport enables faster corrective actions in the event of a failure. Based on the concepts presented in the subjects of Industrial Automation, Industrial Electrical Installations and Machinery and Mechanical Equipment, this work will address the theory and application of industrial automation in electrical and mechanical facilities of airports installations. By means of a case study of the Tancredo Neves International Airport in Confins, Minas Gerais.

Keywords: Airport. Utilities. Supervisory. Automation.

FIGURA 1 – Partes integrantes de um PLC18
FIGURA 2 – Circuito de entrada digital de um PLC19
FIGURA 3 – Circuito de entrada analógica de um PLC19
FIGURA 4 – Circuito de saída digital a relé (a) e a transístor (b)20
FIGURA 5 – Ciclo de processamento de um PLC21
FIGURA 6 – Analogia entre Lógica Booleana e Linguagem Ladder2
FIGURA 7 – Rede de comunicação industrial típica23
FIGURA 8 – Rede de automação PROFINet25
FIGURA 9 – Planta industrial típica representada usando o WinCC27
FIGURA 10 – Acesso ao WinCC através da ferramenta OPC28
FIGURA 1 – SDCD da Mina de Bayóvar, no Peru29
FIGURA 12 – Aeroporto Internacional Tancredo Neves (2003)31
FIGURA 13 – Painel de supervisão original do aeroporto (1984)35
FIGURA 14 – SDCD do Aeroporto de Confins (2002)36
FIGURA 15 – Tela representativa da rede de automação37
FIGURA 16 – Estação Remota com ET 200M38
FIGURA 17 – Modos de operação 01 a 04 da SE-0140
FIGURA 18 – Modos de operação 05 a 07 da SE-0141
FIGURA 19 – Subestação Principal (SE-01)42
FIGURA 20 – Grupo Gerador de 906 kVA43
FIGURA 21 – Tela representativa Subestação Elétrica Principal4
FIGURA 2 – Diagrama em blocos de uma UPS46
FIGURA 23 – Tela representativa do diagrama unifilar de UPS46
FIGURA 24 – Conjunto de UPS de 40 kVA47
FIGURA 25 – Tela representativa do grupo de UPS48
FIGURA 26 – Esquema de acionamento via transruptor50
FIGURA 27 – Centrífugas do Subsistema de Refrigeração51
FIGURA 28 – Tela representativa do Sistema de Refrigeração52
FIGURA 29 – Tela de acionamento de fan-coils do TPS53
FIGURA 30 – Trecho da planta de detecção do aeroporto54
FIGURA 31 – Princípio de funcionamento de um detector iônico5
FIGURA 32 – Esquema elétrico de um detector termovelocimétrico56
FIGURA 3 – Tela representativa de Central de Detecção de Incêndio57
FIGURA 34 – Esquema de ETE do tipo Lagoas de Estabilização58
FIGURA 35 – Estação de Tratamento de Esgoto do aeroporto59
FIGURA 36 – Tela representativa da rede de esgoto60
FIGURA 37 – Tela de registro de alarmes e ocorrências61
FIGURA 38 – Ponte de embarque do tipo Pedestal ou Nose Loader63
FIGURA 39 – Ponte de embarque do tipo Telescópica ou Apron Drive64
FIGURA 40 – Diagrama em blocos do acionamento horizontal65
FIGURA 43 – Esteira de restituição de bagagens tipo Simples-T68
FIGURA 4 – Esteira de restituição de bagagens tipo Duplo-T69
FIGURA 45 – Instalação de relés auxiliares no QDC da esteira69
FIGURA 46 – Tela de supervisão das esteiras de restituição70
FIGURA 47 – Escadas rolantes do saguão do Terminal de Passageiros72
FIGURA 48 – Casa de máquinas das escadas rolantes72
FIGURA 49 – Instalação de relés auxiliares na casa de máquinas73
FIGURA 50 – Tela de supervisão das escadas rolantes74
FIGURA 51 – APU de aeronave Boeing 727-20075
FIGURA 52 – GPU a diesel de 100 kVA76
FIGURA 53 – Gerador rotativo de 400 Hz do Aeroporto de Confins7
FIGURA 54 – Tela de supervisão do Sistema de 400 Hz78
FIGURA 5 – Planta de cortes do reservatório apoiado79
FIGURA 56 – Régua de indicação do nível de água (desativada)80
FIGURA 57 – Casa de máquinas do Reservatório apoiado82
FIGURA 58 – Tela de supervisão do Reservatório Apoiado83

APU Auxiliary Power Unity A/D Analógico/Digital CEMIG Companhia Energética de Minas Gerais S.A. COPASA Companhia de Saneamento de Minas Gerais CPD Centro de Processamento de Dados CPU Central Processing Unit CNEN Comissão Nacional de Energia Nuclear D/A Digital/Analógico ERP Enterprise Resource Planning ETE Estação de Tratamento de Esgoto GPU Grounded Power Unity IBM International Business Machines

INFRAERO Empresa Brasileira de Infraestrutura Aeroportuária I/O Input/Output MES Manufacturing Execution Systems MTTR Mean Time to Repair NA Normalmente Aberto NF Normalmente Fechado OLE Object Link Embedding OPC OLE for Process Control PLC / CLP Programmable Logic Controller / Controlador Lógico Programável PROFIBUS Process Field Bus PROFIBUS PA Process Field Bus Process Automation PVC Policloreto de Polivinila QDC Quadro de Distribuição de Circuitos SCADA Supervisory Control and Data Aquisition System SDCD Sistemas Digitais de Controle Distribuído SE Subestação Elétrica TCP/IP Transmission Control Portocol / Internet Protocol TR Tonelada de Refrigeração UPS Uninterruptible Power Supply

1 INTRODUÇÃO13
1.1 Objetivo e metodologia14
1.2 Organização do texto14
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA15
2.1 Sistemas de Utilidades15
2.2 Controladores Lógicos Programáveis16
2.3 Redes industriais2
2.3.1 Rede PROFIBUS23
2.3.2 Rede PROFIBUS DP24
2.3.3 Rede PROFIBUS PA24
2.3.4 Rede PROFINet24
2.4 SCADA – WinCC26
2.5 Sistemas Digitais de Controle Distribuído – SDCD28
3 AEROPORTO INTERNACIONAL TANCREDO NEVES – HISTÓRICO31
3.1 Gestão e operação através da INFRAERO32
3.2 O processo de concessão à iniciativa privada3
4 ESTUDO DE CASO34
4.1 Sistema de Supervisão e Controle de Utilidades do Aeroporto34
4.2 Modernização de Hardwares e Softwares (2000-2002)36
4.2.1 Subsistema Subestações Elétricas39
4.2.2 Subsistema Grupo de UPS’s45
4.2.3 Subsistema Controle de Iluminação49
4.2.4 Subsistema de Refrigeração51
4.2.5 Subsistema de Detecção e Alarme Contra Incêndio54
4.2.6 Subsistema de Esgotamento Sanitário58
4.2.7 Operação do SDCD e Registro de Ocorrências60
4.3 Ampliação da abrangência da rede de supervisão aeroportuária62
4.3.1 Subsistema Pontes de Embarque62
4.3.2 Subsistema Esteiras de Restituição de Bagagens67
4.3.3 Subsistema Escadas Rolantes71
4.4 HIBRIDAÇÃO DA REDE DE SUPERVISÃO (2014)84
5 CONCLUSÃO86

1 INTRODUÇÃO

A Infraero é uma empresa pública nacional com mais de 43 anos de experiência, estando atualmente situada entre as três maiores operadoras aeroportuárias do mundo. A INFRAERO desde 1973 contribui para possibilitar a integração aeroportuária do país, executando papel essencial na manutenção da soberania nacional.

São mais de 130 milhões de passageiros transportados por ano, representando cerca de 60% do movimento aéreo no país, o que nos coloca em posição de destaque no cenário da aviação nacional. Os aeroportos da Rede INFRAERO são considerados verdadeiros centros de negócios e abrigam as mais diversas atividades econômicas, desde o varejo, a alimentação e a mídia aeroportuária, até empreendimentos externos como hotéis, hangares, centros de convenções e estacionamentos de veículos. A empresa também é acionista minoritária, com 49% de participação, dos aeroportos de Brasília (DF), Guarulhos (SP), Viracopos (SP), Confins (MG) e Galeão (RJ).

Dos sessenta aeroportos brasileiros totalmente administrados pela

INFRAERO, mais de 60% tem algum nível de automação de seus processos, sendo que a complexidade e abrangência são função da realidade de cada localidade. A INFRAERO tem um modelo de implementação com as diretrizes básicas que norteiam os novos projetos de implantação e modernização dos sistemas automatizados de seus aeroportos. Porém, observa-se na prática uma grande diversidade de soluções, muitas vezes com sistemas proprietários, dificultando futuras medidas de integração entre sistemas.

Neste trabalho apresentaremos a solução de automação adotada e implementada no Aeroporto Internacional Tancredo Neves, na cidade de Confins, Minas Gerais. Esta solução foi considerada o caso de maior sucesso da empresa, considerando os outros desenvolvimentos de automação similares instalados nas demais unidades aeroportuárias da INFRAERO. Todas as informações que serão apresentadas neste trabalho estão relacionadas às características dos equipamentos existentes na planta aeroportuária até o mês de outubro de 2014, quando a INFRAERO transferiu a gestão daquele aeroporto à iniciativa privada.

1.1 Objetivo e metodologia

A monografia irá consistir de um projeto conceitual comentado e um estudo de caso de uma instalação de rede de automação para aeroportos, utilizando as normas e especificações técnicas.

O tema desse trabalho será contextualizar o sistema supervisório utilizado no Aeroporto Internacional Tancredo Neves, mostrando sua importância como suporte na manutenção de todos os equipamentos monitorados, apoiando as equipes de mantenedores tanto na manutenção preventiva, corretiva, quanto na preditiva do aeroporto.

Para tal propósito serão utilizadas as seguintes ferramentas: - Software Step7: elaboração de funções para programação em PLC’s;

- Software WinCC: Interface Homem-Máquina utilizada para monitorar e controlar processos físicos envolvidos em processos industriais ;

1.2 Organização do texto

No capítulo 1 é explanada uma introdução sobre o assunto. É apresentado um pequeno histórico sobre a área de atuação da INFRAERO e também o objetivo desta monografia.

No capítulo 2 é apresentado todo o embasamento teórico que serviu de supedâneo para o desenvolvimento deste trabalho, discorrendo sobre Sistemas de Utilidades, Controladores Lógicos Programáveis, Redes Industriais, Sistemas de Supervisão do tipo SCADA e Sistemas Digitais de Controle Distribuído (SDCD).

No capítulo 3 é abordado o histórico do Aeroporto Internacional Tancredo

Neves, em Confins-MG, desde das etapas de projeto e construção, passando pela administração deste aeroporto através da INFRAERO e culminando com o processo de concessão à iniciativa privada.

No capítulo 4, que é o tema central deste trabalho, é apresentado um estudo de caso, detalhando a aplicação de uma rede de automação industrial em uma planta aeroportuária, especificamente no Aeroporto Internacional Tancredo Neves. No capítulo 5 temos as conclusões e as considerações finais.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Essa parte da monografia tratará do embasamento teórico e do que já foi comentado sobre os sistemas de utilidades, controladores lógicos programáveis, redes de automação e controle industriais, além de temas correlacionados em artigos já publicados.

2.1 Sistemas de Utilidades

De acordo com Duarte (2016), em uma instalação industrial, de um modo geral, existe um complexo sistema de geração, transformação e distribuição das mais diversas formas de energia, fornecendo combustíveis e utilidades para todas as unidades do processo, desde o recebimento e preparação das matérias primas até o acabamento dos produtos finais. Basicamente, compreendem: a) Energia Elétrica; b) Água; c) Combustíveis; d) Vapor; e) Ar comprimido; f) Oxigênio e Nitrogênio; g) Efluentes industriais.

Numa instalação industrial as áreas responsáveis pela produção, usuárias das utilidades, exigem-nas disponíveis em qualidade, quantidade e dentro do tempo requerido pelos processos industriais. A esta exigência corresponde a responsabilidade de controle dos consumos, de modo a não comprometer a capacidade instalada de fornecimento e evitar a elevação dos custos dos produtos finais.

A área fornecedora das utilidades tem a responsabilidade de atender plenamente aos usuários nas condições requeridas, exigindo-se para tanto o gerenciamento da geração/aquisição, estocagem e distribuição das utilidades de modo a garantir a regularidade de fornecimento aos usuários dentro de custos compatíveis.

Os Sistemas de Utilidades a seguir são exemplos típicos em projetos industriais, não restringindo apenas a estes: a) Sistema de energia elétrica; b) Sistema de geração e distribuição de ar comprimido; c) Sistema de captação e distribuição de água bruta / recuperada; d) Sistema de tratamento e distribuição de água potável; e) Sistema de detecção, alarme e combate a incêndio; f) Sistema de ventilação, ar condicionado e refrigeração; g) Sistema de geração e distribuição de vapor; h) Sistema de armazenamento e distribuição de óleo combustível; i) Sistema de armazenamento e distribuição de gás combustível; j) Sistema de refrigeração e resfriamento de água; k) Sistema de tratamento de água; l) Sistema de tratamento de efluentes industriais; m) Sistema de captação e supressão de pó; n) Sistema de geração e distribuição de oxigênio.

2.2 Controladores Lógicos Programáveis

Segundo Silva Filho (2012), Controladores Lógicos Programáveis são equipamentos eletrônicos utilizados em sistemas de automação flexível. São ferramentas de trabalho muito úteis e versáteis para aplicações em sistemas de acionamentos e controle, e por isso são utilizados em grande escala no mercado industrial. Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento das saídas em função das entradas. Desta forma, podemos associar diversos sinais de entrada para controlar diversos atuadores ligados nos pontos de saída.

Com a finalidade de garantir o controle do sistema de produção, foram colocados sensores nas máquinas para monitorar e indicar as condições do processo. O controle só é garantido com o acionamento de atuadores a partir do processamento das informações coletadas pelos sensores. O controle diz-se automático quando uma parte, ou a totalidade, das funções do operador é realizada por um equipamento.

Automatizar um sistema tornou-se mais viável à medida que a eletrônica avançou e passou a dispor de circuitos capazes de realizar funções lógicas e aritméticas com os sinais de entrada e gerar respectivos sinais de saída. Assim o controlador, os sensores e os atuadores passaram a funcionar em conjunto, transformando o processo em um sistema automatizado, onde o próprio controlador toma decisões em função da situação dos sensores e aciona os atuadores.

Os primeiros sistemas de automação operavam por meio de sistemas eletromecânicos, com relés e contactores. Neste caso, os sinais acoplados à máquina ou equipamento a ser automatizado acionam circuitos lógicos a relés que disparam as cargas e atuadores. Com o avanço da eletrônica, as unidades de memória ganharam maior capacidade e com isso armazenam todas as informações necessárias para controlar diversas etapas do processo. Os circuitos lógicos tornaram-se mais rápidos, compactos e capazes de receber mais informações de entrada, atuando sobre um número maior de dispositivos de saída.

Chegamos assim, aos micro controladores responsáveis por receber informações das entradas, associá-las às informações contidas na memória e a partir destas desenvolver um a lógica para acionar as saídas. Toda esta evolução nos levou a sistemas compactos, com alta capacidade de controle, que permitem acionar diversas saídas em função de vários sinais de entradas combinados logicamente. Outra etapa importante desta evolução é que toda a lógica de acionamento pode ser desenvolvida através de software, que determina ao controlador a sequência de acionamento a ser desenvolvida. Este tipo de alteração da lógica de controle caracteriza um sistema flexível. Os PLC’s são equipamentos eletrônicos de controle que atuam a partir desta filosofia.

Desenvolvido na década de 1970, o Programmable Logic Controller (PLC), ou Controlador Lógico Programável (CLP) é um computador dedicado e projetado para trabalhar no ambiente industrial, onde sensores e atuadores são conectados a cartões de entradas e saídas. Os PLC’s substituíram gradativamente os painéis de controle com relés, diminuindo assim, o alto consumo de energia, a difícil manutenção e modificação de comandos e também as onerosas alterações de fiação.

As principais vantagens em se utilizar PLC’S em redes automatizadas são: a) Menor consumo de energia Elétrica; b) Maior flexibilidade; c) Maior confiabilidade; d) Maior rapidez na elaboração de projetos; e) Menor espaço ocupado; f) Possibilidade de interface com outros PLC’s e computadores; g) Possibilidade de programação e reprogramação; h) Possibilidade de reutilização.

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