Sistemas de gerenciamento de ener-gia são sistemas de automaçãoque coletam dados de medição de

energia do campo e os disponibilizamaos usuários, por meio de relatórios, grá-ficos, ferramentas de monitoração on-line e analisadores de eventos de quali-dade de energia, permitindo assim agestão de recursos energéticos de umaplanta industrial. A disponibilização dasinformações a funcionários das áreastécnicas/engenharia/comissões de con-servação de energia confere à empresaum diferencial competitivo: os dados

on-line e a massa histórica são analisa-dos e convertidos em informações úteispara a eficientização, economia e oti -mização do uso da energia.

Processo de implantaçãoA primeira etapa para implantação de

um sistema de gerenciamento de energiaem uma planta industrial é a determi-nação dos principais pontos a seremmonitorados. A instalação de sistemasde medição de energia elétrica tem co-mo ponto de partida a subestação princi-pal, monitorando-se desde a entrada de

serviço da concessionária e os seus ali-mentadores principais, conforme ilus -trado na figura 1.

Na entrada, os dados são medidospela concessionária e disponibilizadospara o usuário através de uma saída pul-sada (protocolo ABNT2) ou por umcanal de comunicação Ethernet. Essesdados podem ser gravados pelo consu -midor em um registrador, que armazenaos dados e os transmite ao sistema de ge - renciamento de energia. Esse regis tradorpode também ter acoplados módulos desaídas digitais que acionam cargas comobancos de capacitores e filtros de har-mônicos, para controle de fator de potên-cia, ou desligam cargas para controle dademanda elétrica da planta — evitando,assim, o pagamento de mul tas por ultra-passagem de fator de potência e da de-manda contratada, res pectivamente.

Nos alimentadores, os dados são me-didos através da transdução de sinais detransformadores de potencial (TPs) etransformadores de corrente (TCs) ins -talados nos bays de alimentação dassubestações e centros de controle demotores (CCMs). É usual instalar um

Características ebenefícios dos

sistemas degerenciamento

de energia

A integração de hardware demedição, supervisão e controleem um sistema degerenciamento de energiapermite ao consumidoracompanhar o comportamentoda planta industrial com focona eficiência energética, o queé cada vez mais necessáriopara diminuir os custos emface do acirramento dacompetição. Este artigodescreve as propriedadesdesses sistemas e seuprocesso de implantação, com um exemplo real ao final.

Daniel Alves, Denise Ribeiro, Leandro Santos,José Carlos Camilo e Rinaldo Anjos,

do Cefet-MG - Centro Federal de Educação Tecnológicade Minas Gerais

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Ferramenta de gestão industrial –Acompanhamento do comportamentoda planta com foco na eficientizaçãoenergética e no controle da demanda edo fator de potência

Halma PR

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medidor com TCs e TPs no barramentode entrada, subseqüente ao registradorque captura os dados da concessionária,para que o consumidor possa conferir asmedições no caso de haver discrepânciaou discordância em relação aos valoresfaturados pela concessionária.

A quantidade de medidores instaladosna planta industrial dependerá da avalia -ção do custo/benefício de se ter um siste -ma de gerenciamento de energia commaior ou menor nível de complexidade.Pode-se optar por aumentar o nú mero deequipamentos de medição e de comuni-cação em uma etapa posterior, isto é, sis-temas de medição instalados na en tradada planta podem ser depois ampliadoscom a introdução de medidores emCCMs e nos alimentadores dos principaisequipamentos do chão de fábrica, ob ten -do-se assim uma gestão mais detalhadada matriz energética da planta industrial.

TelemetriaA comunicação dos medidores com

o sistema de gerenciamento de energiaé fundamental para a consolidação dosdados da matriz energética em umaplan ta industrial. Atualmente, o meiomais comum de transmissão de dados évia rede Ethernet conectando as subes ta -ções em que os medidores estão instala-dos ao computador ou servidor em que

os dados são processados e arma ze na -dos. O sistema de gerenciamento aquiutilizado como exemplo realiza a comu-nicação dos dados dos medidores atra -vés do protocolo RS485 Modbus. Es sesdados trafegam em um “varal” RS485até um conversor 485/IP, onde são en-capsulados em Ethernet (figura 2). Cadaconversor 485/IP possui um endereço IPna rede de automação, e cada medidortem um endereço RTU na rede Modbus.

O meio físico de transmissão entre osmedidores é constituído de fios metáli-cos, em rede RS485 até o adaptador485/IP. A partir desse conversor, a rede éconectada por meio de cabo UDP a umswitchde comunicação. Este switch estáintegrado a uma rede de comunicaçãoindustrial, aqui chamada de rede TA (de“Tecnologia da Automação”), que dis -po nibiliza os dados ao sistema de geren-ciamento de energia instalado em umcomputador remoto (figura 3). Esteservidor roda o software de gerencia-mento e armazena e disponibiliza as in-formações aos usuários. Os switchs darede TA estão interligados através deDIOs e fibras ópticas, constituindo umarede local de automação. As redes lo-cais, por sua vez, são troncalizadas emcentrais telefônicas e podem fazer a in-terconexão com outras redes locais deautomação. Dessa forma, o sistema de

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Fig. 1 – Diagrama de medição

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Fig. 2 – Rede de medidores RS485/IP

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gerenciamento de energia pode receberdados de medição de diversas subes ta -ções, CCMs e equipamentos de váriasunidades industriais.

Muitos dos medidores de energiadisponíveis no mercado possuem me -mória interna para armazenamento de 35ou mais dias de medição. Isso possibili-ta que, mesmo ocorrendo uma falha decomunicação, os dados armazenadosnos medidores sejam registrados no sis-tema, recompondo-se o histórico de da-dos assim que a rede de comunicação forrestabelecida.

O servidor que armazena os dados dosistema de gerenciamento permaneceligado 24 horas por dia, permitindo queos dados sejam constantemente atualiza-dos e acessados pelos usuários.

Objetivos dos sistemas degerenciamento de energia

Tais sistemas são implantados basica-mente para monitorar as grandezas elé -tricas e acompanhar o perfil histórico demedições de energia de uma unidadeconsumidora. Sua instalação muitasvezes é motivada pela necessidade de re-duzir custos ocasionados por multas deultrapassagem de demanda e fator depotência, eficientizar o uso da energia e,conseqüentemente, diminuir o valor dascontas, além de propiciar ganhos de pro-dutividade, pois trata-se de uma ferra-menta que facilita a manutenção e a ope -ração das plantas industriais.

Segundo [1], “o gerenciamento e aconservação de energia elétrica têm des -taque crescente, em progressão geomé -trica, por razões específicas: crescenterigidez nos critérios de faturamento enas tarifas de energia elétrica, e sua apli-cação à quase que totalidade dos pro -cessos industriais”. Já em [2], temos que“a importância do gerenciamento vemcrescendo também dada a sua potencia -lidade de facilitar a manutenção e a ope -ração das plantas, trazendo ganhos deprodutividade, em termos de ma -nutenção e vida útil de equipamentos esistemas”.

Através de um sistema de gerencia-mento é possível monitorar uma série devariáveis em tempo real e armazená-laspara análises que potencializem o usoeficiente da energia elétrica. Dentre asgrandezas/eventos que podem ser ar-mazenadas, podemos citar:

• corrente;• tensão;• consumo de energia ativa;• consumo de energia reativa;• demanda;• fator de carga (FC = demanda mé-dia/demanda máxima);• fator de utilização (FU = demanda mé-dia/demanda contratada);• fator de potência;• demanda máxima;• produção (unidades produzidas pelaatividade-fim da empresa);• consumo específico (consumo deener gia/unidades produzidas);• afundamentos de tensão;• elevações momentâneas de tensão;• transientes;• distorção harmônica de V e I;• interrupções de energia da conces-sionária;• interrupções de energia em alimenta-dores internos; e• data/hora das cargas retiradas por atu-ação do controle de demanda e fator depotência.

Sistemas proprietários esistemas abertos

O software do sistema de gerencia-mento geralmente é proprietário, dis -ponibilizado pelo fabricante dos medi-dores. Em função da variedade de tec-nologias empregadas na indústria, e danecessidade de que esses equipamentosinterajam, os fabricantes tentam con-vencer ou até mesmo forçar o cliente apadronizar as instalações utilizando ape-nas a sua linha de produtos, para que ossistemas comuniquem-se em um mesmopadrão e possa assim haver interação.Muitas vezes os dados são mantidos emum formato proprietário, e isso implicaque os usuários somente poderão acessá-los utilizando ferramentas de gerencia-

mento do mesmo vendedor que original-mente forneceu os equipamentos e o sis-tema. Isso obriga a empresa cliente arecorrer àquele vendedor toda vez quefor necessária uma mudança ou expan-são do sistema. Alguns fornecedores deequipamentos e sistemas vêem isso co-mo uma vantagem competitiva; osclientes vêem isso como uma barreira.

Porém, há fornecedores de sistemasde medição e controle que utilizam umaestratégia oposta de fidelização de seusclientes, isto é, abrem seus dados demedição. Eles disponibilizam os dadosem sua fonte original, já que isso possi-bilita a compactação, mas também for -necem conversores de protocolos e umasérie de conectores para diversos pa drõesde banco de dados em linguagem SQL,ou exportadores que “for necem” da dospara aplicações-clientes no formato deconversão desejado pelo usuário [4].

É importante que os gestores do sis-tema verifiquem suas funcionalidades,avaliando se ele está preparado paraadições de equipamentos sem a necessi-dade de manutenção do software, e se aintegração com equipamentos de outrosfornecedores é permissível. Para isso, ofornecedor deve dispor de recursos co-mo conectores de banco de dados emlinguagem SQL e serviços como servi-dor OPC.

A abertura do padrão do protocolo demedidores e outros hardwares de geren-ciamento de energia pode ser utilizadaem contraposição às estratégias de trans-formar o cliente em refém de tecnolo-gias, como um diferencial competitivo.Isso pode ser verificado quando umfornecedor desenvolve seus dispositivosbuscando interoperabilidade com os deoutros fabricantes do mercado, por meioda implementação de drives de comuni-cação [5].

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Fig. 3 – Exemplo de redes de medidores de uma subestação integrados a rede TA

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Módulos de comunicaçãoUsualmente, buscando uma in ter -

face homem-máquina amigável, os sis-temas de gerenciamento de energia dis-põem suas aplicações de monitoração eanálise de dados em módulos de comu-nicação. Abaixo são listados algunsmódulos disponíveis no software deuma empresa de automação e controleespecializada na área de energia, sedia-da em São Pau lo [5] (a figura 4 mostraa interface principal desse sistema).Esse sistema utiliza protocolo Modbuse os parâme tros de comunicação — co-mo endereço RTU, en dereço IP, veloci-dade de comunicação e porta de comu-nicação dos medidores de energia docampo — são configurados previa-mente na interface de comunicação,para que a coleta e monitoração de da-dos sejam iniciadas. A coleta de dadospara a base histórica de informações érealizada de forma automática com pe-riodicidade definida pelo usuário.

Controle de demanda – O controlede demanda realizado pelos sistemasde gerenciamento de energia pode serimplementado através de algoritmos decontrole portados por dispositivos dehardware. Nesse caso, o programa rodaem microprocessadores internos aosre gistradores de energia, que recebemdados dos medidores de fronteira e

executam cálculos para verificação detendência a ultrapassagem de deman-da. Caso a tendência se configure, osregistradores enviam comandos aoscontatos de placas de saídas digitaispara que se efetue o desligamento decargas pré-selecionadas da planta in-dustrial. O controle também pode serrealizado através de software: nessecaso os dados são enviados dos re-gis tradores a um computador que ro-da o algoritmo de controle de deman-da e envia o comando de desligamen-to das cargas às placas de saídas di-gitais.

Em ambos os casos, o controladorde demanda atuará comandando reléspara desligamento das cargas progra-madas, habilitando seu religamentoapenas quando a demanda baixar parao valor contratado. O sinal dos relés éenviado para a lógica ladder do contro-lador lógico da planta industrial. Ascargas são desligadas gradativamente,de modo a não ir além do estritamentenecessário, e seu religamento tambémé gradativo.

Controle de fator de potência – Ocontrole de fator de potência é realiza-do de forma análoga ao controle de de-manda, variando aqui a grandeza elétri-ca mo nitorada. Neste caso, as cargasacionadas são filtros de harmônicos e

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Fig. 4 – Interface principal de um sistema de gerenciamento de energia

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bancos de capacitores da planta indus-trial.

Relatórios, gráficos e análises – Osdados dos medidores são coletados pe-lo sistema de gerenciamento com peri-odicidade definida pelo usuário. As in-formações são apresentadas em gráfi-cos e relatórios para análise e tambémpodem ser exportadas para o Excel.

Supervisão – O sistema apresenta,por meio de uma interface gráfica, osmedidores para seleção. Quando sele-cionado um medidor, o programamostra uma tela de supervisão quedisponibiliza os dados registrados poraquele equipamento em tempo real, co-mo se o usuário estivesse na frente dopróprio medidor (figura 5).

Alarmes – O módulo de alarmes en-via mensagens de variações de gran de -zas monitoradas e status de equipa-mentos para celulares, via mensagemSMS, ou por e-mail, segundo con -dições de fi nidas pelo usuário.

Eventos – Essa interface disponibi-liza dados históricos referentes a des -ligamentos de alimentadores, indican-do com precisão o horário de início etérmino de cada ocorrência, o que per-mite o acompanhamento de indica -dores de dis ponibilidade física da plan-ta: DIC, FIC, DEC, FEC, e atuaçõesdos controladores de demanda e de fa-tor de potência.

Programação – Através destes mó-dulos é possível alterar e manipular to-dos os parâmetros programados nos di-versos modelos de medidores de ener-gia.

Configuração – Permite a configu-ração dos parâmetros de segurança dogerenciador de energia e dos caminhosde armazenamento de dados do sis-tema.

Uma aplicação WebO SGME - Sistema de Gestão de

Matriz Energética é um sistema Webque disponibiliza as informações demais de mil medidores de energia naIntranet de uma planta industrial de ex-tração e beneficiamento de minério.Essas informa ções são consolidadas apartir dos sistemas de gerenciamentode energia ins talados na rede de au-tomação das uni da des mineradoras. Atela inicial do SGME é apresentada nafigura 6.

As informações estão disponíveis atodos os usuários que precisem de da-dos de gestão da matriz energética, emqualquer ponto em que o portal corpo-rativo da empresa seja acessível. O sis-tema mostra as grandezas de energiaelétrica estruturadas de acordo com odiagrama unifilar de alimentação deenergia de cada unidade mineradora.

Para consolidar as informações dosdiversos sistemas de gerenciamento deenergia em um único sistema Web, osdados de todos os medidores de ener-gia são gravados em um servidorconectado à rede de automação da em-presa, que assume a função de gerenci-ador de energia principal. Um segundoservidor hospeda as telas do “ambi-ente” Web e disponibiliza as infor-mações solicitadas pelos usuários apartir da Intranet da empresa. Todas assolicitações de dados feitas ao servidorWeb são requeridas apenas por esseservidor ao gerenciador de energiaprincipal. Isso é apresentado de formasimplificada na figura 7 (pág. 161).

O SGME disponibiliza todas asgrandezas medidas de cada medidor naforma de gráficos, relatórios e dadoson-line, em tempo real, além de mos -trar também os históricos de mediçãode pontos com até dez anos de dados

regis trados. O projeto do sistema foiconcebido com base nos conceitos de:• Escalabilidade: à medida que a redede medidores cresce, esses novos pon-tos de medição são alocados na inter-face Web (o sistema pode integrar mi -lhares de pontos);• Custo: o sistema Web foi implemen-tado utilizando a infra-estrutura de re dede medição e gerenciamento de ener giaque já existia, ou seja, a implemen-tação centrou-se na elaboração de telasWeb e CGIs, sem necessidade de de-senvolvimento de novas funcionalida-des no sistema de gerenciamento deenergia;• Segurança: o uso de interfaces Web eautenticação digital garante mais segu-rança — a massa de dados do gerencia -dor de energia está totalmente dis -ponível aos usuários, mas estes não po-dem alterar as informações do servidorgerente;• Conexões simultâneas: o sistemapropicia a conexão de usuários em di-versos pontos da empresa simultanea-mente, através do terminal server e doconector padrão IIS do Windows, viabrowser Internet Explorer;• Facilidade de desenvolvimento evo-lutivo: a solução não deve ficar obsole-ta em um curto/médio prazo. O desen-

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Fig. 5 – Interface de supervisão

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refinado gerenciamento douso e dos custos de formasetorizada e ao nível geren-cial;• Otimização do forneci-mento de energia e gestãodo contrato de fornecimen-to, permitindo a adequaçãoda demanda contratada quan -do necessário;• Melhoria do fator de car-ga do sistema;• Melhoria do fator de uti-lização do sistema; • Avaliação dos índices dequalidade de fornecimento e de utiliza-ção da energia elétrica;• Alavancagem de negócios através dainformação qualificada, permitindo àempresa obter vantagens competitivasatravés da negociação de energia nomercado;• Descentralização da informação edisponibilização de dados para análisea funcionários dos níveis estratégicos etáticos da empresa, com a redução dotrabalho de geração de relatórios paraclientes de dados específicos; e• Interoperabilidade com sistemas de

comercialização de energia, historia -dores de dados e sistemas de gestão es-tratégica da empresa.

ConclusõesA implementação de sistemas de

gerenciamento de energia permite aoconsumidor utilizá-los como ferra-menta de gestão industrial, com oacom panhamento do comportamentoda planta com foco na eficientizaçãoener gética, no controle de demanda ede fator de potência e na disponibili za -ção de dados para estudo, obtendo, as -

sim, vantagem competitiva.A disponibilização dos

da dos dos sistemas geren-ciamento de energia pormeio de sistemas de inter-face Web permite a descen-tralização da informação,que passa a ser disponívelpara análise de funcionáriosdos níveis estratégicos etáticos da empresa. Isso per-mite a transformação dosdados de medição em infor-mações con sistentes para amelhor gestão da energia

utilizada na planta industrial.

Referências

[1] Ferreira Franco, E.; Lapa, C.: Novidades em geren -ciamento energét ico. Revista “Controle & Instrumentação”,edição de março de 1999.

[2] Ferreira Franco, E.: Gerenciamento de energia – Controlede demanda e fator de potência em uma indústria de be -bidas. Revista Eletr icidade Moderna , edição n 295,outubro de 1998.

[3] Gomes, F.: Soluções em automação para eficiência ener -gét ica. Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2003.

[4] ht tp://w w w.cck.com.br: Gerenciamento de Energia.Sistema – Implantação - Conect ividade. CCK Automação(acessado em 05/10/2010).

[5] ht tp://www.cck.com.br/sistema/drivers.shtml: Com pat ibi -lida de de equipamentos Modbus (drivers). CCK Automação(acessado em 05/10/2010).

volvimento de novas telas, funcionali-dades e relatórios é facilitado por queexistem diversos prestadores deserviços para aplicação Web no mer-cado.

Vantagens dos sistemasWeb para os usuários

Sistemas de gerenciamento de ener-gia disponibilizados em ambiente Web,como o SGME, trazem uma série debenefícios para as indústrias que os uti-lizam, os quais são listados a seguir:• Medição e coleta de dados indepen-dente da concessionária; • Conferência dos dados de faturamen-to e gerenciamento das contas de ener-gia;• Controle de demanda automático,impedindo a ocorrência de multas porultrapassagem do valor contratado;• Controle de fator de potência atravésdo acionamento/desligamento de dis-juntores que alimentam os bancos decapacitores/filtros de harmônicos, per-mitindo economias pelo controle maispreciso e evitando o pagamento demultas;• Disponibilidade de informações emtempo real e históricos de dados,através de gráficos e relatórios, direta-mente aos requisitantes de dados, per-mitindo decisões e ações imediatas;• Automatização do monitoramento econtrole da operação de circuitos dealimentação; • Individualização dos custos de con-

sumo de energia, através da mediçãosetorial, permitindo o acompanhamen-to e o controle em níveis mais detalha-dos do processo e a conseqüente iden-tificação de novas oportunidades de re-dução de custos;• Gerenciamento do consumo específi-co global e setorial da empresa;• Melhorias na eficiência e produtivi-dade, decorrentes das decisões opera-cionais permitidas pelas informaçõesreferentes à melhor utilização deativos;• Alarme e notificação de situaçãoemergencial, reduzindo os impactos

de sobrecargas, desligamentos intem-pestivos com parada de processo eagilizando os religamentos;• Provimento de dados a comissões in-ternas de conservação de energia, per-mitindo o monitoramento da eficiênciae identificação de possíveis melhorias;• Disponibilização de métricas parajustificar e implementar projetos de au-mento de eficiência, comprovando-se aviabilidade desses projetos;• Viabilização do estabelecimento demetas de redução de consumo;• Planejamento e orçamento da utiliza-ção da energia elétrica, através de um

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Fig. 7 – Estrutura de servidores

Fig. 6 – Tela inicial do SGME

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