Gerenciador de Recursos Hídricos com Ethernet

Recursos hídricos exigem monitoramento confiável mesmo em locais onde a infraestrutura de comunicação é limitada. Este projeto nasceu da necessidade de fazer um produto já existente acompanhar uma mudança que vinha de fora dele: as redes de comunicação estavam mudando e uma solução dependente de 2G e 3G precisava continuar útil por muitos anos.

A ECK já havia desenvolvido uma versão anterior do sistema. Na evolução do equipamento, o objetivo deixou de ser simplesmente trocar um modem. Era preciso criar novas alternativas de comunicação, atender instalações remotas e facilitar a configuração e a integração do equipamento em campo.

Monitoramento de recursos hídricos quando a rede muda

Com a perspectiva de desligamento das redes 2G e 3G, manter toda a arquitetura dependente da comunicação celular criaria uma limitação para o produto. A nova versão passou a utilizar Ethernet como uma das conexões principais e deixou a possibilidade de utilizar um modem externo quando necessário.

O ESP32 acrescentou Wi-Fi e Bluetooth ao equipamento. Isso também permitiu que tarefas de configuração fossem realizadas localmente por meio do webserver, inclusive usando um celular durante o setup.

E quando não existe rede nenhuma?

Algumas instalações de monitoramento de água ficam justamente onde a infraestrutura de comunicação é mais limitada. Para esses locais, o projeto incorporou uma interface para comunicação via satélite Globalstar.

Com isso, o mesmo equipamento pode atender desde uma instalação com Ethernet disponível até pontos remotos onde não há cobertura celular. Uma aplicação típica é a leitura de nível de poços e rios por sensores de 4 a 20 mA e o envio dessas informações ao sistema do cliente.

Uma placa para conversar com sistemas diferentes

A eletrônica reúne quatro entradas digitais, utilizadas para funções como vazão, pulsos e horímetro, quatro entradas analógicas de 4 a 20 mA e dois relés. O equipamento mantém ainda um log de até 2.000 eventos.

Por Modbus, o sistema também se comunica com um medidor/controlador trifásico Kron, obtendo grandezas elétricas como tensão, corrente, potência ativa e reativa e fator de potência. Essas informações permitem que o gerenciamento vá além do monitoramento hídrico e considere também o consumo e a demanda de energia da instalação.

O controle da bomba pode então combinar informações do medidor de nível com parâmetros de consumo e custo da energia elétrica, bloqueando seu funcionamento quando necessário. Dessa forma, o sistema pode administrar não apenas quando há necessidade de bombear água, mas também quando é energeticamente mais conveniente realizar o bombeamento.

O desafio de integração não estava apenas nas interfaces físicas. A placa precisava lidar com protocolos e serviços diferentes, entre eles DHCP, IP fixo, NTP, MQTT, Modbus, HTTP e a comunicação com o modem satelital.

O MQTT tornou a integração com sistemas de supervisão mais simples, enquanto o webserver reduziu a dependência de ferramentas específicas para configuração em campo.

Uma evolução, não apenas uma substituição

O resultado foi uma plataforma mais flexível que a versão anterior. Em vez de apenas substituir a comunicação celular que estava envelhecendo, o redesenvolvimento abriu alternativas de Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth e satélite e ampliou as possibilidades de aplicação do equipamento. A integração entre medição de nível, grandezas elétricas e controle da bomba também permitiu transformar o sistema de monitoramento em uma ferramenta de gestão hídrica e energética.

Esse tipo de arquitetura mostra como o monitoramento de recursos hídricos pode exigir integração entre sensores, comunicação, aquisição de grandezas elétricas e lógica de controle. Veja também outros projetos de engenharia eletrônica desenvolvidos pela ECK.