Campus Inteligente: Seis upgrades-chave para monitoramento ambiental, eficiência energética e segurança

campus inteligente: Muitos campi com sistemas de iluminação e HVAC envelhecidos enfrentam falhas frequentes e monitoramento limitado, o que dificulta a gestão e eleva os custos energéticos. Para solucionar esses problemas, a Wenzao Ursuline University of Languages fez uma parceria com a ICP DAS. Através de atualizações faseadas, alinhadas às necessidades e ao orçamento, um sistema de controle único evoluiu para uma solução abrangente em todo o campus, migrando a Wenzao para um campus mais inteligente.

Desafios principais do campus inteligente

Antes da implementação do sistema de campus inteligente, a universidade enfrentava diversos desafios:

1. Dificuldade no controle ambiental e integração de sistemas:
   • Apenas algumas salas de aula possuíam controle de iluminação e HVAC; o restante não tinha controle.
   • Sistemas anteriores operavam de forma standalone e eram de difícil integração. O uso prolongado causou falhas frequentes, aumentando a complexidade da gestão.
2. Gestão ineficiente de salas de reunião:
   • A equipe precisava trocar manualmente a sinalização das portas para atualizar o estado das salas.
   • Não havia monitoramento em tempo real da qualidade do ar interno (por exemplo, temperatura e umidade).
3. Preocupações com a segurança do campus:
   • O serviço de aconselhamento precisava de sistemas de chamada de emergência para garantir a segurança dos funcionários.
   • O arquivo da universidade, que abriga obras de arte valiosas, necessitava urgentemente de um sistema de alarme contra intrusão para prevenir furtos.
4. Falta de monitoramento de energia:
   • O escritório não possuía sistema de monitoramento de energia; o HVAC dependia exclusivamente de reles horários tradicionais, resultando em agendamento impreciso e nenhum visibilidade do consumo real.
5. Informação de estacionamento pouco confiável:
   • O sistema de contagem de vagas existente frequentemente falhava em fornecer números precisos de vagas disponíveis.

Campus Inteligente: Solução de retrofit inteligente da ICP DAS

Seis grandes sistemas foram implantados em fases por todo o campus, cada um utilizando controladores da série ICP DAS WISE ou concentradores de medidores de energia da PMC Series para lógica de controle local.

Para garantir entrega em tempo real de informações críticas, a universidade adicionou função de push-notification. A ICP DAS utiliza o WISE-2241M Edge Controller, que coleta dados em toda a rede do campus através da LAN Port 1 e se conecta à rede externa pela LAN Port 2, permitindo a entrega em tempo real de alertas e mensagens importantes.

1. Controle de Iluminação e HVAC das Salas de Aula (Campus Inteligente)

O sistema de controle de salas baseado em cartão, utilizando um controlador de terceiro que apresentava falhas frequentes e custos elevados, levou a universidade a contratar a ICP DAS para projetar uma solução alternativa.

• Áreas centralizadas (monitoramento unificado): Em áreas com agrupamento de salas, a universidade adotou monitoramento centralizado. A ICP DAS implantou o WISE-2241M Edge Controller, juntamente com módulos Ethernet I/O ET-7060 em cada andar, substituindo os controladores existentes. O sistema agora gerencia centralmente iluminação, HVAC e ventiladores em 36 salas de aula distribuídas por 7 andares.
• Áreas dispersas (operação independente): Para salas dispersas ou isoladas, como cozinhas didáticas, foi utilizado o WISE-7560M Intelligent MQTT I/O Module, garantindo operação independente e controle confiável.

2. Monitoramento Ambiental de Salas de Reunião

Para proteger a saúde de professores e alunos e aumentar a eficiência administrativa, o sistema foi configurado da seguinte forma:

• Monitoramento ambiental e de qualidade do ar: Módulos de sensor industrial CL-202-E foram distribuídos para medir CO2, temperatura e umidade. Os dados são registrados e monitorados pelo WISE-5231 Edge Controller.
• Display de informações e sinalização digital das portas: Displays industriais LED iKAN-208 foram instalados do lado externo de cada sala de reunião nos edifícios administrativos, Wenyuan e Zhishan Hall. Eles exibem dados ambientais monitorados (ex.: níveis de CO2) em tempo real e mostram o status da sala, eliminando a troca manual de placa na porta.

3. Sistema de Chamada de Emergência Sem Fio

Os serviços de aconselhamento são prestados a estudantes. Para assegurar a segurança dos conselheiros durante as sessões, implementou-se:

• Transmissão de sinal SOS: Em caso de emergência, o conselheiro pode pressionar imediatamente o iSOS-800-PT Handheld Emergency Call Button Module. O sinal é transmitido via interface de comunicação RF sub-1G para o iWSN-200E Data Concentrator.
• Acionamento de alarme e notificação: Quando o WISE-5231 detecta o sinal SOS, ele envia comandos Modbus TCP ao módulo ET-7060 Ethernet I/O para disparar instantaneamente o alarme. A informação também é encaminhada simultaneamente para a guarita e para o escritório responsável, garantindo suporte imediato.

4. Sistema de Alarme de Intrusão do Arquivo da Universidade

Para evitar o furto das obras de arte doadas por ex-alunos, o sistema precisa suportar detecção de intrusão e alertas em tempo real durante o período de fechamento.

• Detecção de intrusão: Sensores infravermelhos foram instalados próximos às janelas. O WISE-2241M opera em conjunto com o módulo M-7051D 16-ch Isolated DI Module para receber os sinais dos sensores.
• Imagem e notificação: Usando regras lógicas IF-THEN-ELSE, o controlador WISE aciona a câmera iCAM-ZMR8422X IR Bullet IP Camera para tirar fotos automaticamente. O WISE-2241M então envia as imagens em tempo real à equipe de gestão via LINE.

5. Monitoramento de Energia do HVAC do Escritório

Anteriormente, o HVAC dependia exclusivamente de reles horários tradicionais, impossibilitando o monitoramento preciso do consumo elétrico. A solução implementada inclui:

• Monitoramento abrangente: A solução de gestão de energia da ICP DAS foi implantada utilizando o PMC-5231 Power Meter Concentrator, 14 medidores inteligentes de energia e 5 NS-205A Ethernet switches. O sistema fornece monitoramento completo do consumo em todos os circuitos do escritório.
• Agendamento e controle: As saídas digitais dos medidores inteligentes substituem os reles horários existentes. Com a função de agendamento do PMC-5231, o sistema permite agendamento e controle automatizado do HVAC.
• Dados precisos: Usando transformadores de corrente tipo clamp (clip-on CTs), o sistema adquire corrente e potência em tempo real, permitindo que a gestão mantenha visão clara do estado operacional do HVAC.

6. Contagem de Vagas no Estacionamento Subterrâneo e Integração com Controle Ambiental

O sistema de contagem envelhecido, que falhava com frequência, foi substituído e integrado ao sistema de ventilação para otimizar a qualidade do ar.

• Detecção de vagas: Um módulo iSN-301H 1-ch rangefinder foi instalado acima de cada uma das 30 vagas, empregando tecnologia Time-of-Flight (ToF) para medição de distância sem contato. O WISE-5231 edge controller, configurado com regras lógicas, determina automaticamente se a vaga está ocupada (desocupada: 260–270 cm; ocupada: <230 cm).
• Exibição de informações: O WISE-5231 coleta e atualiza os dados de estacionamento em tempo real e se conecta ao display industrial iKAN-124-IP65 na entrada para mostrar o número de vagas disponíveis.
• Integração com controle ambiental: O WISE-5231 integra-se com o sensor industrial CL-203-E para monitoramento contínuo de CO e CO2. Quando os valores excedem limites pré-definidos, o sistema envia comandos Modbus TCP ao MDC-714 Modbus Data Concentrator ou ao tGW-715 Modbus Gateway, que juntamente com o módulo tM-PD3R3 Power Relay Module controlam automaticamente os exaustores para manter a qualidade do ar.

Observação: A contagem de vagas, o estado de cada vaga, o status operacional do módulo iSN-301H e a informação atualmente exibida no iKAN podem ser configurados e gerenciados pelo controlador WISE.

Saiba mais sobre a série completa de controladores WISE:
https://www.icpdas.com/en/product/guide+IIoT+Controller_Server+Edge__Controller#2756

Campus Inteligente — Benefícios Tangíveis

• Atualizações de sistema sem esforço e economia de custos: Na modernização da iluminação e HVAC existentes, a fiação original pode ser conectada diretamente aos módulos da ICP DAS, evitando a necessidade de refiação ou obras. Isso possibilita controle unificado dos equipamentos com significativa economia de tempo e custo.
• Redução perceptível dos custos de eletricidade: Com gráficos de tendência, dados de consumo e relatórios históricos fornecidos pela série PMC, a universidade passa a monitorar integralmente o uso do HVAC. Os medidores inteligentes da série PMC substituem os reles horários tradicionais e, em conjunto com a função de agendamento do PMC, permitem controle automatizado e preciso, reduzindo consumo e custos.
• Vigilância por vídeo eficiente com menor carga: A solução WISE utiliza regras IF-THEN-ELSE embutidas no controlador para acionar as câmeras iCAM apenas quando necessário. O sistema grava apenas imagens-chave, reduzindo significativamente o uso de memória e ligando eventos de I/O (por exemplo, abertura de portas/janelas) às imagens correspondentes para referência futura.
• Sistema flexível e escalável: O WISE-5231 suporta um número limitado de módulos Modbus RTU diretamente; a implantação do MDC-714 aumenta a quantidade de módulos conectáveis, oferecendo flexibilidade para expansão futura.
• Produto robusto e confiável: O display industrial iKAN-124-IP65 suportou um tufão com rajadas de força 17 e continuou operando normalmente, demonstrando alta robustez e confiabilidade.

Conclusão — Campus Inteligente com soluções ICP DAS

Muitos campi antigos ainda dependem de sistemas DDC iniciais, que operam de forma standalone e são propensos a falhas, tornando-os inadequados para as demandas atuais. Aproveitando seu portfólio diversificado de produtos, a ICP DAS forneceu soluções personalizadas conforme as necessidades da universidade, atingindo cada objetivo com flexibilidade. Essa abordagem permitiu a criação bem-sucedida de um sistema de campus inteligente abrangente e confiável, cumprindo metas de controle ambiental, eficiência energética e segurança.

Nota: A imagem de capa utiliza materiais da página oficial do Facebook da Wenzao Ursuline University of Languages.

Produtos Relacionados (referência)

Abaixo, os principais produtos referenciados no projeto (nomes e links originais mantidos):

• WISE-2241M Edge Controller (Metal Case) — suporta controle lógico autônomo, monitoramento remoto, logging, alarmes; protocolos Modbus TCP/RTU, SNMP, MQTT, FTP.
• WISE-5231 Edge Controller (Plastic Case) — controle lógico, logging, suporta Modbus TCP/RTU, SNMP, MQTT.
• WISE-7560M Intelligent MQTT I/O Module — I/O integrado (6 DI, 6 power relay), dual Ethernet, topologia daisychained, motor lógico IF-THEN-ELSE.
• PMC-5231 Power Meter Concentrator — interface web, aquisição de energia, lógica autônoma, demanda, backup, alarmes; suporta Modbus TCP/RTU, SNMP, MQTT.
• PM-3112 / PM-3114 / PM-3133 Smart Power Meters — medidores monophasados/trifásicos com precisão W < 0.5% (PF=1), tensão de entrada compatível internacionalmente.
• ET-7060 Ethernet I/O Module — I/O embutido (6 DI/Counter, 6 Power Relay), suporta Modbus TCP/UDP, watchdog duplo.
• CL-202-E / CL-203-E Industrial Sensors — registram CO2, temperatura, umidade, ponto de orvalho; suportam DCON, Modbus RTU/TCP, MQTT.
• iKAN-124-IP65 Industrial LED Display — suporta Modbus TCP/RTU/CGI, controle remoto via PLC/PC/smartphone, grau de proteção IP65.
• iCAM-ZMR8422X IR Bullet IP Camera — sensor CMOS Full HD 2 MP, caixa IP67, lente motorizada com autofocus.
• M-7051D 16-ch Isolated DI Module — 16 DI, suporta contatos secos/úmidos, Modbus RTU/DCON, proteção ESD 4 kV.
• iSN-301H 1-ch Rangefinder Module — medição ToF 5 cm–4 m, ROI configurável, suporta DCON e Modbus RTU.
• iSOS-800-PT Handheld Emergency Call Button Module — RF 433 MHz, alcance LoS 50 m.
• iWSN-200E Data Concentrator — RF 433 MHz, Modbus TCP (Slave), PoE.
• MDC-714 Modbus Data Concentrator — interfaces Ethernet/RS-232/RS-485, agrega dados Modbus distribuídos em endereços contínuos.
• tGW-715 Modbus Gateway — gateway Modbus TCP para RTU/ASCII, suporta até 32 conexões Modbus TCP por porta serial.
• tM-PD3R3 I/O Module — 3 DI isoladas e 3 relés de potência, suporta DCON e Modbus RTU/ASCII.

Autor: LRI Automação (conteúdo e tradução técnica adaptada para publicação WordPress em português do Brasil). Publicado originalmente em: ICP DAS Blog.