CLP controla vertedouro da hidrelétrica de Salto Osório

Por João Carlos Matheus / Diretor Técnica da JONFRA

O emprego de automação baseada em CLPs no controle de comportas de usinas hidrelétricas tem sido comum para as novas obras desde o início dos anos 90. Existem no Brasil, porém, diversas usinas que entraram em operação há mais de 20 anos e que precisam ser modernizadas. De maneira geral, os equipamentos instalados nestas usinas têm operação exclusivamente manual e muitas vezes apenas local. Nelas, os operadores são os responsáveis pelo posicionamento das comportas em função de uma “lei de manobra” de todo o sistema.

Com a modernização, estes sistemas passam a ter controles automáticos onde as “regras” para o funcionamento de todo o sistema estão incorporadas ao controle eletrônico e aos softwares. A aplicação de novos conceitos trouxe todos os inúmeros benefícios que a automação pode proporcionar, com destaque para a confiabilidade e repetibilidade dos processos. Isto ocorre principalmente porque as “leis de manobra” destas instalações costumam ser relativamente complexas -- mas nada mais são do que um conjunto de regras de operação, normalmente baseadas em tabelas obtidas desde os ensaios de modelo reduzido, onde se relaciona vazão com nível de montante e posição (abertura) da comporta.

Além disso, também se determina que seqüência de operação deve ser seguida, o que pode levar a várias combinações em função da disponibilidade ou não da comporta que se deseja operar.

A aplicação desenvolvida pela JONFRA prova que um sistema de controle de arquitetura simples, baseada em CLPs ATOS da família MPC4004, pode controlar totalmente dois vertedouros de uma usina, compostos ao todo de nove comportas do tipo segmento, responsáveis pela descarga de água excedente do reservatório.

O principal objetivo do sistema é controlar com precisão a vazão vertida quando há a necessidade de abertura do vertedouro. Devido à operação centralizada de todo o sistema elétrico pelo Operador Nacional do Sistema (ONS), é preciso um controle preciso de vazão -- principalmente em cursos d'água que têm várias usinas em seqüência, como o rio Iguaçu.

Tela de Abertura do Supervisório SCADA

O sistema criado pela JONFRA está implantado na Usina Hidrelétrica Salto Osório (UHSO), que entrou em operação comercial em 1975 e está localizada no rio Iguaçu, Município de Quedas do Iguaçu (PR). A usina pertence à Tractebel Energia e está ilustrada através de foto na tela de abertura do supervisório SCADA (veja foto).

A principal forma de utilizar o sistema é por meio da Operação Conjunta por Vazão. Ela é realizada apenas a partir do sistema de supervisão quando o operador determina a vazão desejada para um vertedouro e o sistema delimita automaticamente que comportas devem ser operadas em função das regras da lei de manobra. Além disso, o sistema calcula a posição correspondente de cada uma delas em função do nível de montante, através de algoritmo especialista.
As comportas, no entanto, também podem ser operadas de maneira Individual por Vazão ou Posição.

A reforma foi fornecida em regime “turn-key”, incluindo a substituição de toda a infraestrutura de instalação elétrica, lançamento de fibras ópticas, instalação de transdutores, painéis auxiliares e principalmente a fabricação e instalação de novos painéis locais ao lado de rodovia PR475, que passa sobre a barragem, como mostrado na foto abaixo.

Painel Local de Comportas do Vertedouro 1

Mas sem dúvida o destaque do trabalho fica evidente nas soluções de engenharia adotadas, traduzidas através das soluções dos projetos dos painéis e instalações e nos softwares dos CLPs e do sistema de supervisão, desenvolvido para tornar a operação o mais simples possível.
Assim, todos os comandos são executados através de blocos gráficos padronizados que simulam um “painel de controle virtual”, com teclas, sinalizadores e bargraph vertical. Isso permite a visualização gráfica da posição da comporta, como exemplificado pela tela de operação individual.

Como se vê, não são nada pequenos os benefícios da automação na operação e monitoração de vertedouros em usinas hidrelétricas. Basta imaginar o mesmo sistema operado manualmente e via painel local, através de controle totalmente convencional. Para fornecer uma vazão vertida determinada pela ONS, que pode ser alterada algumas vezes ao dia em períodos de cheia, seria necessário um grande esforço de operação para verificar o nível do reservatório, consultar tabelas de descarga e leis de manobra do sistema para comandar as comportas. Por fim, os operadores envolvidos em tal missão deveriam aguardar que as comportas, se movimentando a um metro por minuto, chegassem às posições desejadas para só então comandar as paradas.

Tela de operação individual

No entanto não é prudente deixar que um sistema desta importância dependa exclusivamente dos equipamentos elétricos e eletrônicos para seu funcionamento, sem um plano de contingência.
Não se pode esquecer que a forma mais segura de integrar novas tecnologias a controles convencionais não é apenas fornecendo equipamentos precisos e confiáveis, mas também capacitando a operação de maneira adequada -- e isto ainda é, sem dúvida, um fator determinante para o sucesso de qualquer projeto.

Neste aspecto, a participação da Tractebel e de todos os profissionais da UHSO foi decisiva, tanto na fase de desenvolvimento quanto durante a implantação, treinamento e, agora, na operação precisa e responsável do sistema.