Projeto e desenvolvimento de um sistema de monitoramento e controle utilizando arquitetura híbrida de comunicação

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Medeiros, Emmanuel Leite de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia Elétrica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22411
Resumo: One of the biggest challenges of water supply systems is to manage water resources appropriately and efficiently during the distribution. These systems are efficient when they use or implement tools that provide low water and energy consumption, low maintenance cost and supply water according to demand. However, there are many design problems related to water supply systems due to their dimensions and particularities, such as high cost of implementation and operation and lack of monitoring for different scenarios, resulting in problems such as leakage. According to a Brazilian research from Sanitation National Information System 39% of water is wasted due to leakage. The Industry 4.0 concept brings new techniques and technologies that benefit water supply systems and improve the monitoring and control of the industrial process, such as the Internet of Things (IoT). The IoT in industry systems allows the interconnection between sensors and actuators through telecommunication devices and brings benefits such as low costs of implementation and maintenance and increased coverage of sensing and performance. However, the poor signal strength of radio frequency devices, the low signal coverage and the high power consumption are some of the problems faced by wireless systems. Therefore, this work aims to develop an acquisition and control system with hybrid communication. The system has long-range, low-power (LoRa) modules, in addition to compatibility with various industrial protocols. The hybrid structure minimizes the cost of deployment with LoRa, as it allows the interconnection of sensors and actuator in the vicinity of the transmission point through cables.The LoRa used in the system allows a remote monitoring and control of water tanks, pipelines or water pump stations in areas without internet or mobile data coverage. The system transmission through LoRa reaches 1.1 km. The main results to be highlighted are the mean of measurement of 0, 78% and the remote triggering of control through a web server.
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According to a Brazilian research from Sanitation National Information System 39% of water is wasted due to leakage. The Industry 4.0 concept brings new techniques and technologies that benefit water supply systems and improve the monitoring and control of the industrial process, such as the Internet of Things (IoT). The IoT in industry systems allows the interconnection between sensors and actuators through telecommunication devices and brings benefits such as low costs of implementation and maintenance and increased coverage of sensing and performance. However, the poor signal strength of radio frequency devices, the low signal coverage and the high power consumption are some of the problems faced by wireless systems. Therefore, this work aims to develop an acquisition and control system with hybrid communication. The system has long-range, low-power (LoRa) modules, in addition to compatibility with various industrial protocols. The hybrid structure minimizes the cost of deployment with LoRa, as it allows the interconnection of sensors and actuator in the vicinity of the transmission point through cables.The LoRa used in the system allows a remote monitoring and control of water tanks, pipelines or water pump stations in areas without internet or mobile data coverage. The system transmission through LoRa reaches 1.1 km. The main results to be highlighted are the mean of measurement of 0, 78% and the remote triggering of control through a web server.NenhumaUm dos grandes desafios enfrentados por Sistemas de Abastecimento de Água é gerenciar eficientemente os recursos hídricos no decorrer da distribuição de água. Para considerá-los eficientes, é necessário utilizar ferramentas que proporcionem baixo consumo hídrico e energético, baixo custo de manutenção e que forneçam água mediante a demanda exigida. Entretanto, devido ao seu dimensionamento e particularidades, esses sistemas possuem uma série de dificuldades de projeto como: alto custo operacional e de implementação; ausências de soluções versáteis e robustas para monitoramento e controle. Essas dificuldades acarretam em um dos principais problemas em sistemas de abastecimento, que são as perdas por vazamentos. Segundo o Sistema Nacional de Informações sobre Saneamento, mais de 39% de água potável é desperdiçada devido a vazamentos ao longo de sua distribuição. Com o surgimento da Indústria 4.0, novos conceitos e tecnologias vêm sendo aplicados em Sistemas de Abastecimento de Água, a fim de melhorar o monitoramento e controle de processos industriais. Dentre eles, destaca-se o conceito de Internet das Coisas ou Internet of Things. O uso desse conceito na indústria permite a interconexão entre sensores e atuadores por meio de dispositivos de telecomunicação, trazendo benefícios como redução de custos de implementação, de manutenção e ampliação da cobertura de redes industriais. Entretanto, a pouca robustez do sinal de rádio frequência, o baixo alcance de transmissão e o elevado consumo energético de dispositivos são alguns do principais empecilhos enfrentados por soluções sem fio. Dessa forma, neste trabalho tem-se como objetivo o desenvolvimento de um sistema de aquisição e controle com funcionalidade de comunicação híbrida. O sistema é composto por módulos de comunicação sem fio de longa distância e baixo consumo energético (LoRa), além de ser compatível com protocolos de comunicação consolidados industrialmente. A estrutura híbrida minimiza o custo envolvido no uso de LoRa, uma vez que permite interconectar sensores e atuadores nas proximidades do ponto de transmissão através de cabos. Além disso, o uso de LoRa pelo sistema permite o monitoramento e controle de reservatórios, adutoras ou estações elevatória de água de forma remota, localizados principalmente em pontos sem acesso a internet ou telefonia móvel. Em testes realizados, o alcance da transmissão do sistema via LoRa foi em torno de 1,1 km. Destaca-se também o erro médio de medição de 0, 78% e o acionamento remoto do controlador por um servidor web.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia ElétricaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFPBVillanueva, Juan Moises Mauríciohttp://lattes.cnpq.br/1446817462218646Souza Filho, Carlos Alberto dehttp://lattes.cnpq.br/2890910123773875Medeiros, Emmanuel Leite de2022-03-18T18:26:54Z2021-12-022022-03-18T18:26:54Z2021-09-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22411porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-04-11T13:24:02Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/22411Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpb.br/oai/requestdiretoria@ufpb.br||bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:25462022-04-11T13:24:02Repositório Institucional da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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