Escola Superior de Tecnologia de Tomar Tiago Alexandre Martins Fernandes sistema integrado de segurança e gestão de energia (sisge)



Baixar 9.55 Mb.
Página3/26
Encontro30.10.2016
Tamanho9.55 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26

Metodologia


A dissertação está organizada em cinco capítulos, incluindo o atual capítulo da Introdução.

No Capítulo 1 faz-se uma Breve introdução ao tema, apresentação dos objetivos gerais do trabalho e da motivação para o desenvolvimento do mesmo.

No Capítulo 2 apresentam-se fundamentos sobre o que é a automação em edifícios e como funciona. Abordagem às duas áreas deste trabalho, a gestão da Segurança e a gestão da Energia. Avaliação das principais vantagens de sistemas para este efeito.

O Capítulo 3 corresponde ao estado da arte, onde são analisadas algumas das tecnologias existentes. Descrição dos principais meios de comunicação sem fios e com fios, apresentando-se quais as suas vantagens e desvantagens. Resumo de alguns meios físicos de comunicação. Revisão dos protocolos KNX, LownWorks e X10. Abordagem ao tema Internet of Things. Regulamentação existente para sistemas deste tipo. Apresentação são de produto similar já existente no mercado nacional.

No Capítulo 4 descreve-se projeto SISGE, apresenta os estudos preliminares ao projeto, assim como o projeto em si. Dimensionamento do protótipo para medição de energia. Escolhas dos elementos de hardware e software e apresentação das razões e motivos que levaram a essas escolhas. Procedimentos para instalação das várias aplicações. Principais funções utilizadas na programação do sistema.

No Capítulo 5 são feitas as considerações finais, onde se abordam os aspetos mais relevantes da dissertação. Apresenta ainda os resultados obtidos às simulações efetuadas, erros no sistema e suas causas e desenvolvimentos futuros.



  1. Automação em edifícios




Definição e conceito


O conceito da automação em edifícios sejam estes habitacionais ou não, nasceu na década de 1980 e tem vindo desde então a ser discutido. Nos últimos anos este tema tem sido cada vez mais abordado devido, sobretudo, às inovações tecnológicas que têm permitido tirar mais partido desde tipo de sistemas.

Hoje em dia o conceito da automação em edifícios (também conhecido como Domótica) é cada vez mais associado aos edifícios chamados de inteligentes. Contudo em termos tecnológicos a ideologia de edifícios inteligentes é mais generalista do que a automação de edifícios, devido a esta última abordar sobretudo sistemas de automação, controlo, gestão de energia e interfaces inteligentes[She10].

No que diz respeito ao tipo de edifícios em que os sistemas de automação são aplicados dividem-se em habitacionais e não habitacionais. Nos edifícios habitacionais os sistemas de automação são baseados principalmente na geração de conforto ao utilizador, já nos edifícios não habitacionais os sistemas de automação dedicam-se principalmente à gestão energética e consequentemente à gestão de custos.

Todos os sistemas de automação em edifícios têm como base três componentes comuns, sendo eles os sensores, os controladores e os atuadores.



Nestes sistemas é aplicado maioritariamente o controlo por retroação (ou realimentação), descrito na Figura 2. A Planta é o elemento cujo estado se pretende manter ou alterar. O Sensor é responsável pela leitura do estado da Planta e consequente transformação desse estado em sinal elétrico. O Controlador é o agente responsável pela determinação a partir da diferença entre o estado atual e Referência do estado a manter ou qual o estado para o qual deve ser alterado. Essa alteração é feita pelo Atuador mediante o estipulado pelo Controlador. Este sistema é também conhecido como sistema em malha fechada[Coe13].



  1. Componentes de um sistema de controlo por retroação[Coe13].

Dos vários sensores passíveis de integração em sistemas de automação em edifícios os mais comuns são os simples sensores lógicos e sensores das variáveis de ambiente (temperatura, humidade e luminosidade).

A informação captada pela parte sensorial do sistema é geralmente interpretada por um dispositivo central pré-programado que tomará decisões baseadas nessa informação e aplicará ou não controlo sobre os atuadores.

Os atuadores são normalmente elementos de iluminação, AVAC (Aquecimento, Ventilação e Ar Condicionado) e controladores de acesso (Portas, Janelas, Persianas).

Gestão de Energia


Nos dias que correm, usamos cada vez mais energia no nosso dia-a-dia, quer essa energia seja na forma de combustíveis fósseis, eletricidade ou qualquer outro tipo de energia. Devido à maior parte dessa energia que consumimos ser proveniente de combustíveis fósseis que têm preços extremamente instáveis, devido aos múltiplos fatores considerados na sua determinação em que se destaca a especulação bolsista, existe cada vez mais a necessidade de controlar os consumos energéticos.

O controlo dos consumos energéticos é essencial porque é a única variável sobre a qual o consumidor tem controlo direto, isto é, não conseguimos controlar o preço da energia que gastamos, conseguimos sim controlar os consumos que efetuamos e daí poupar energeticamente e consequentemente poupar financeiramente[50001].

No passado recente e no presente os consumos energéticos, nomeadamente os consumos de eletricidade, são contabilizados pelos distribuidores de energia e apenas algum tempo depois essa contagem é fornecida ao consumidor, geralmente sobre a forma de fatura. As eventuais medidas de poupança a aplicar ficam assim condicionadas porque para além de não se saber exatamente de que parte da instalação consumidora os gastos vêm, o consumo já foi efetuado e não se sabe quando, apenas se sabe que foi num determinado período entre contagens.

Assim, de modo a gerir de forma eficiente os consumos de eletricidade é necessário que estes sejam monitorizados regularmente, em ciclos diários e semanais, e se possível que forneçam a indicação da zona ou equipamento específicos que efetuaram o consumo. Uma gestão eficiente da carga consumidora é importante quando se está perante tarifas energéticas repartidas no tempo.

Os sistemas de monitorização providenciam informação mais detalhada dos consumos, que pode ser utilizada para ajudar os consumidores a identificarem oportunidades de redução de consumos[50001]. Para além disso, controla o estado de operacionalidade de dispositivos, podendo interagir sem intervenção do consumidor perante fatores de tempo ou ambientais.

Não só os consumos podem ser monitorizados, as fontes de energias renováveis podem também ser monitorizadas e consoante a produção de energia pode ser dada informação ao consumidor de que fonte está a vir a energia que está a consumir no momento.



Gestão de Segurança


A segurança é cada vez mais levada em conta, não só pela legislação que obriga a que certos requisitos sejam cumpridos mas também devido à crescente perceção por parte do público, em geral do aumento das ameaças à sua segurança e aos seus bens.

Geralmente quanto se aborda o tema da segurança em edifícios aponta-se para a problemática dos incêndios. No entanto para além dessa problemática existem outros riscos para a segurança, como o risco de inundação, contaminação do ar ou intrusão[Ass15].

Os meios de segurança em edifícios dividem-se em duas classes, meios de segurança ativa e meios de segurança passiva. Os meios de segurança passiva são aqueles que estão inseridos na construção ou fazem parte da arquitetura dos edifícios, como por exemplo portas e janelas, os materiais utilizados na construção ou a disposição dos acessos do edifício[Tei13].

Os meios de segurança ativa são todos aqueles que de uma maneira manual ou automática são acionados perante a deteção de falhas de segurança e têm como objetivo principal a deteção ou controlo de falhas de segurança aquando da sua ocorrência. Exemplos de meios de segurança ativa são: os de centrais de desenfumagem, expressores ou alarmes de intrusão.

A monitorização da segurança é importante não só para a deteção de falhas de segurança na altura em que ocorrem, mas também para a sinalização prévia que poderá levar à eliminação de falhas antes que as mesmas ocorram.

  1. Estado da Arte




Tecnologia existente


Antes de dar início ao projeto do SISGE foram estudadas as principais opções tecnológicas existentes no mercado de modo a garantir que as escolhas efetuadas são as adequadas para este caso de estudo, tendo em conta os mais diversos aspetos.

Os sistemas de automação em edifícios utilizam várias tecnologias para levar a cabo a gestão da energia, segurança e controlo dos edifícios. A tecnologia presente nos sistemas atuais vai desde simples equipamentos analógicos já com décadas de utilização a equipamentos mais complexos (e.g. digitais) e de utilização específica[hofautom].

Em geral, o controlo de todo o sistema é efetuado pela unidade central de controlo pré-programada para o efeito. O controlo é feito com base na informação captada pelos sensores ou instruções inseridas pelos utilizadores no sistema através de dispositivos ou aplicações que interagem com o mesmo. Outros sistemas utilizam pequenas unidades de controlo que fazem a gestão de subsistemas enquanto uma unidade central de controlo supervisiona todas as operações.

A comunicação entre a unidade central de controlo e os sensores ou atuadores pode ser efetuada através de redes fieldBus (barramento), por redes de pares de fio, fibra ótica, power line communication (PLC) ou através de redes sem fios. O ponto comum entre estas tecnologias é que qualquer uma delas forma uma rede de comunicação entre vários elementos do sistema[NHa15].



Meios de transmissão


Atualmente são utilizadas várias tecnologias para a criação de redes para sistemas de automação. Estas redes podem ser dedicadas aos sistemas de automação ou partilhadas com redes já existentes, servindo assim essas redes como meios de comunicação para redes virtuais dos sistemas de automação.

Os sistemas de automação de edifícios utilizam geralmente duas redes, em que a rede principal liga os principais sistemas de controlo, geralmente através de redes Ethernet, WiFi, USB. A rede secundária interliga os equipamentos base de todo o sistema (sensores, controladores e atuadores). As redes secundárias são mais simples e fáceis de aceder devido ao baixo nível dos sistemas neles contidos e utilizam na maioria dos casos as tecnologias descritas de seguida.

A utilização de tecnologias com ou sem fios em sistemas de automação em edifícios depende sempre dos requisitos da instalação. Como por exemplo das normalizações necessárias à aplicação, das frequências de operação (largura de banda necessária), da distância de comunicação, entre outros fatores. De seguida estão descritas as principais tecnologias de redes com e sem fios utilizadas no segmento tecnológico em estudo.

Redes sem fios


Bluetooth

A tecnologia Bluetooth foi originalmente implementada pela indústria das telecomunicações e apenas atingia velocidades de transferência até 1 Mbits/s. Nas versões mais recentes a velocidade pode ir até aos 24 Mbits/s[Blu15].

Devido às melhorias que têm sido desenvolvidas para esta tecnologia ao nível das velocidades de transferência de dados e à redução dos consumos de energia, o Bluetooth deixou de ser uma tecnologia virada para os dispositivos de comunicação móveis e passou também a ser uma tecnologia utilizada em sistemas de entretenimento, saúde, segurança, etc.

Mesmo depois de grandes avanços alcançados por esta tecnologia, continua a ser limitada em relação ao seu custo mais elevado, distância de comunicação e consumo de energia quando comparada com outras tecnologias como o ZigBee, Z-Wave entre outras. Contudo, devido à sua vasta utilização em dispositivos móveis de comunicação e entretenimento, a sua utilização em sistemas de automação em edifícios pode ser essencial para a interação com estes sistemas móveis.


WiFi

A tecnologia WiFi é uma tecnologia de transmissão de dados de alta largura de banda baseada na norma IEEE 802.11. Na sua última versão comercializada, pode atingir velocidades até 1300 Mbits/s a 5 GHz e distâncias de comunicação sem antenas ou repetidores até cerca de 30 metros dentro de edifícios e cerca de 90 metros no exterior[Dif15]. Em sistemas de automação para edifícios o Wifi é sobretudo utilizado como meio de transmissão para redes virtuais de automação devido à sua rápida velocidade de transferência.

A vantagem do WiFi em relação a outras tecnologias similares é a sua vasta implementação em dispositivos de consumo móveis o que facilita a sua integração nos sistemas de automação.
ZigBee

A tecnologia ZigBee é um meio de comunicação sem fios baseada na norma IEEE 802.15. Esta tecnologia apresenta caraterísticas de baixo consumo energético e facilidade de criação de redes. A sua aplicação em sistemas de automação em edifícios tem sido bastante elevada, particularmente em aplicações de controlo e monitorização.

A distância de comunicação entre nós de redes ZigBee pode variar entre os 10 e os 100 metros dependendo da sua implementação. Dado que, uma rede ZigBee pode ser implementada de modo a que qualquer dispositivo possa receber e reenviar informação até a mesma chegar ao seu destino, o que pode aumentar em muito a distância entre o dispositivo de origem e o dispositivo de destino da informação.

Uma rede ZigBee suporta até 64000 dispositivos o que é uma vantagem para aplicações em grandes edifícios.

Devido ao espectro de frequências utilizado no ZigBee variar de região para região do globo, a tecnologia ZigBee pode trabalhar sobre 3 frequências distintas que correspondem também às máximas frequências de transferência de dados, sendo as mesmas 869 MHz, 915 MHz e 2,4 GHz. A velocidade máxima de transferência de dados ronda dos 250 Kbits/s[Jav07].


  1. Resumo das principais caraterísticas da tecnologia ZigBee por regiões[Jav07].




EU/Japão

EUA

Todo o Mundo

Banda

868MHz

915MHz

2,4GHz

Canais

1

10

16

Velocidade

20 Kbits/s

40 Kbits/s

250 Kbits/s


Z-Wave

A Z-Wave é uma norma de comunicação pertencente à Zensys Ltd que é também a entidade responsável pelo licenciamento aos seus utilizadores da norma Z-Wave. Foi desenvolvida com a intenção de garantir os requisitos dos sistemas de monitorização e controlo remotos em aplicações residenciais ou pequenos comércios[ZWa15].

Quando comparada com a norma IEEE 802.11 difere sobretudo na velocidade de transferência que apenas atinge velocidades até 100 kbits/s devido à sua pequena largura de banda[ZWa151]. A Z-Wave permite até um máximo de 232 nós por rede e tem uma distância máxima de funcionamento na ordem dos 30 metros. A banda de funcionamento depende de região para região do globo terrestre.

A sua utilização é adequada em aplicações onde a distância entre dispositivos e o conjunto de dados a serem enviados for reduzida, caso contrário esta tecnologia não será uma boa opção.


Resumo sobre os meios de transmissão sem fios

  1. Tabela de resumo para comparação das várias tecnologias de transmissão sem fios.




Normalização

Gama frequências

Distancia

Velocidade

máxima

Nós p/rede

Consumo

Bluetooth

IEEE 802.15.1

2,4-2,485GHz

100 m

24 Mbps

7

>2mW

WiFi

IEEE 802.15.1

2,4/5GHz

92 m

1300 Mbps

255

>20mW

ZigBee

IEEE 802.15.4

868M/2,4GHz

75 m

250 kbps

64000

1mW

Z-Wave

Zensys/ EN300220

868,4-869,85MHz

100 m

100 kbps

232

<1mW



Redes com fios


Ethernet

A Ethernet é uma tecnologia de comunicação baseada no envio de pacotes de informação utilizada em Redes de Área Local (LAN). É normalizada pela norma IEEE 802.3 e o seu funcionamento é baseado no método de difusão, ou seja, as transmissões são feitas por um meio físico comum[Eth15].

O envio de informação através de Ethernet pode atingir velocidades até 10Gbits/s dependentemente do meio de comunicação utilizado (Pares de fios, fibra ótica, coaxial, etc). A sua utilização em sistemas de automação em edifícios é bastante comum devido às rápidas velocidades de transmissão. Geralmente as redes Ethernet são utilizadas nos sistemas de automação como ligação entre as redes secundárias e o interface com o utilizador.

Devido à existência de cada vez mais dispositivos com capacidade de se ligaram a redes Ethernet, a integração desses equipamentos em sistemas de automação fica assim mais facilitada.


Internet Protocol e Transmission Control Protocol

Internet Protocol (IP) é o protocolo mais utilizado nas transmissões em redes de computadores. O IP define a dimensão dos pacotes, o cabeçalho da informação, o hostname entre outras informações para a transmissão de informação dentro da rede. O Transmission Control Protocol (TCP) define se a informação foi recebida ou não sobre o Internet Protocol[TCP15].

A conjugação TCP/IP é utilizada como solução para transmissão de informação na internet. Quando aplicada a sistemas de automação de edifícios permite a ligação do sistema a redes externas, dotando assim os sistemas com um meio de comunicação fiável e seguro para a transmissão de informação entre o sistema e os clientes externos à rede.


PLC – Power Line Communication

No caso de aplicações mais económicas e simples para instalações de sistemas de automação em edifícios, a tecnologia PLC tem grandes vantagens em relação a outros meios de transmissão pois utiliza a rede elétrica já existente para transmitir informação, dispensando assim a necessidade de instalação de uma rede exclusiva para o sistema de automação.

A tecnologia PLC utiliza a rede criada para a instalação elétrica dos edifícios para transmitir informação por um domínio de frequências entre os 5kHz até aos 500kHz. A velocidade de transmissão da tecnologia PLC dependente dos protocolos utilizados[Xav09].

As comunicações de banda larga por redes PLC foram normalizadas em 2010 pela norma IEEE 1901. Outras normalizações são também adotadas para as redes PLC em edifícios, como as normas HomePlug que possuem várias revisões da sua norma inicial do ano 2001 em que originalmente para uma frequência de funcionamento entre os 4,5MHz e os 21MHz era possível atingir velocidades até 8,2Mbps. A última versão é a HomePlug AV2 que pode atingir velocidades até 1Gbps[Hom15].



FieldBus

A tecnologia de comunicação fieldBus é bastante utilizada em sistemas de automação em edifícios, abrangendo vários protocolos de comunicação. Esta tecnologia apareceu na década de 1980 quando surgiu a necessidade de substituir as ligações ponto-a-ponto entre os sensores ou atuadores e as unidades de controlo por ligações digitais únicas onde a informação é transmitida em série e multiplexada no tempo.

A transmissão da informação nos protocolos fieldBus é feita em pacotes com pequenas dimensões e enviados sequencialmente. Esta é a principal vantagem em relação a protocolos de envio de pacotes em paralelo devido principalmente à redução do número de condutores necessários.

Devido aos requisitos específicos dos vários setores da indústria, foram desenvolvidas adaptações baseadas na tecnologia fieldBus, como por exemplo Controller Area Network (CAN), EtherCat, ModBus, LonWorks entre outros.




Catálogo: bitstream -> 10400.26 -> 12643
12643 -> Escola Superior de Tecnologia de Tomar Tiago Alexandre Martins Fernandes sistema integrado de segurança e gestão de energia (sisge)
10400.26 -> Fatores determinantes na mudança de auditor: o caso português
10400.26 -> Instituto Politécnico de Portalegre Escola Superior de Tecnologia e Gestão de Portalegre
10400.26 -> Instituto Superior de Gestão a tributação Específica das Sociedades Desportivas em Portugal: o caso particular do Futebol Profissional Fernanda Duarte Marques Projeto apresentado no Instituto Superior de Gestão, para obtenção do Grau de Mestre em Gestão
10400.26 -> Instituto Politécnico de Coimbra Escola Superior Agrária de Coimbra
10400.26 -> BioEnergia Acrónimo: BioEnergia
10400.26 -> Introdução 1 Capítulo I prática de Ensino Supervisionada I e II
10400.26 -> Relatório final da prática de ensino supervisionada andreia Sofia Aguiar Silva
10400.26 -> Validade e Fiabilidade da escala de Mobilidade Funcional – Idosos e Muito Idosos (emf-imi)

Baixar 9.55 Mb.

Compartilhe com seus amigos:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26




©bemvin.org 2020
enviar mensagem

    Página principal
Prefeitura municipal
santa catarina
Universidade federal
prefeitura municipal
pregão presencial
universidade federal
outras providências
processo seletivo
catarina prefeitura
minas gerais
secretaria municipal
CÂmara municipal
ensino fundamental
ensino médio
concurso público
catarina município
Dispõe sobre
reunião ordinária
Serviço público
câmara municipal
público federal
Processo seletivo
processo licitatório
educaçÃo universidade
seletivo simplificado
Secretaria municipal
sessão ordinária
ensino superior
Relatório técnico
Universidade estadual
Conselho municipal
técnico científico
direitos humanos
científico período
espírito santo
pregão eletrônico
Curriculum vitae
Sequência didática
Quarta feira
prefeito municipal
distrito federal
conselho municipal
língua portuguesa
nossa senhora
educaçÃo secretaria
segunda feira
Pregão presencial
recursos humanos
Terça feira
educaçÃO ciência
agricultura familiar