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Título: A rede de média tensão como meio de transporte de dados em redes smart grid
Autor(es): Castor, Leonardo Ribas Martins
Orientador: Segatto, Marcelo Eduardo Vieira
Coorientador: Silva, Jair Adriano Lima
Palavras-chave: Power Line Communication (PLC)
Automação
Smart Grid
Data do documento: 11-Dez-2015
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: Um dos principais objetivos da indústria de Óleo & Gás é a redução de seus custos operacionais que influenciam diretamente os custos de produção do barril de petróleo. Aumentar a produção com custos operacionais reduzidos é o objetivo de qualquer companhia. Diante desse desafio a Automação Industrial ganha espaço como ferramenta redutora de custos, maximizadora da segurança operacional e facilitadora para o aumento da eficiência produtiva. Um dos principais fatores que eleva o custo operacional na indústria do petróleo é a utilização de recursos humanos em campo para operar, monitorar e controlar os processos de produção. Neste sentido, a automatização dos processos de produção torna-se inevitável e com ela surge a necessidade de prover sistemas de comunicação mais eficientes, mais confiáveis e com baixo custo de implementação. A indústria de Óleo & Gás utiliza tecnologias tais como fibra ótica e sistemas de comunicação sem fio para prover suas redes de acesso. Entretanto, essas redes são implementadas com prazos e custos elevados. Com alta capacidade de penetração nas unidades de produção onshore e baixo custo de investimento, o uso da tecnologia de comunicação de dados via rede elétrica, denominada de Power Line Communication - PLC, se torna uma alternativa economicamente e tecnicamente vantajosa quando comparada as tecnologias mencionadas anteriormente. Os poços de extração de petróleo onshore são cobertos pela planta elétrica de média tensão 13, 8 kV, fato este que reduz o tempo de implantação e torna os custos de investimentos do projeto mais atraentes. Além disso, os sistemas PLC nos dias atuais utilizam técnicas de modulação, codificação, acesso múltiplos, embaralhamento, QoS etc., que garantem maior robustez na comunicação de dados, melhor utilização da potência do sinal e maior privacidade dos dados transmitidos, dificultando o seu rastreamento. Em contrapartida, o desempenho desta tecnologia depende diretamente das condições do canal de comunicação que é caracterizado pela transmissão com multipercursos, eletividade em frequência, ruídos impulsivo, interferências de radiofrequência, entre outros. A rede de experimentos deste trabalho foi desenvolvida sob um cenário real e baseada conceitualmente nas redes inteligentes Smart Grid. Através de uma rede trifásica de média tensão, as informações de supervisão, controle e videomonitoramento do processo de produção de petróleo foram integradas e transportadas ao centro remoto de Operações SM-8, em São Mateus. Velocidades de upstream e downstream na ordem de 60 Mbps foram obtidas na camada física PLC em um trecho multipercurso de 322 m de comprimento e sem Repetidor. Já num trecho multipercurso de aprox. 2 km, um tráfego ethernet de 3 Mbps composto por dados de automação e imagens de alta definição, foi transportado em tempo real aos respectivos servidores, sem erros. Palavras-chaves: Powerline. PLC. Automação. Média Tensão. Óleo & Gás. Smart Grid.
The main purpose of any company is to increase its production with reduced operating costs and in the Oil & Gas industry is not different. In this scenario industrial automation plays a key role, maximizing operational safety and production efficiency. The use of human resources in order to operating, monitoring and controlling productionś processes is intense on this field, which is, yet, a serious drawback for this kind of company. Systems communications as part of the productionś automation contribute for reducing the operative expenditure and at same time provide efficient and reliable data traffic. The Oil & Gas industry has used fibre optics and wireless communications systems as last mile network solutions. However, these networks are implemented with high costs and at long time. More recently, the technology of data transmission over power line grid, called PLC, has becomes economically and technically a more interesting solution related to others technologies. As the onshore oil wells are already covered by the medium voltage power line grid, the reduced installationś costs for a PLC data network makes the project mre attractive. Additionally, the new PLC system use modern techniques, such as, adaptative coding and modulation, multiple access protocols, QoS, etc, for ensuring robustness, better use of signal power and greater privacy of data transmitted. In contrast, its performance depends on the communication channel condition based on transmission multipath, frequency selectivity, impulsive noise, RF interference, and others. This work was developed under a real scenario of Smart Grid conception. Through a three-phase medium voltage grid, supervisory, control and video surveillance information in oil production process have been transported to the remote operation center located at SM-8, São Mateus. It was obtained upstream and downstream speeds of 60 Mbps approximately in the physical layer through a multipath PLC channel with 322 m long without repeater. In a multipath stretch of 2 km long, a 3 Mbps ethernet traffic composed by automation data and high-definition images, was transported in a real-time frame to their servers without errors.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/9652
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