POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 1 Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 6 Etapa 6 : 2.3.1. REALIZARE DOCUMENTAŢIE PROTOTIP SINTEZĂ LUCRARE 1. DESCRIEREA SISTEMULUI SEDCONTROL Sistemul SEDCONTROL (Fig. 1) este compus din trei module, după cum urmează: - Modulul subacvatic (dreapta jos) - Modulul plutitor (dreapta sus) - Modulul de recepţie date (stânga sus) Primele două module sunt legate între ele prin intermediul unui cablu de tracţiune numit cablu de ancorare în lungime de 18 m.
Fig. 1: Vedere generală a sistemului SEDCONTROL cu evidenţierea celor trei module
1.1 Modulul subacvatic
Modulul subacvatic se amplasează pe fundul lacului de acumulare şi se compune din:
- sistemul senzorial - cadrul suport pentru sistemul senzorial - elementul de ancorare
Sistemul SEDCONTROL este astfel conceput încât pe cadrul suport amplasat pe
fundul lacului de acumulare se pot amplasa diverşi senzori care să ofere o imagine cât mai exactă a parametrilor de interes. Într-o configuraţie minimală, sistemul senzorial conţine un senzor ultrasonic de măsurare a distanţei şi un senzor de turbiditate. Aceştia sunt fixaţi pe un cadru realizat din profile de aluminiu produse de firma Bosch, care la rândul său este amplasat pe o platformă de formă specială şi cu masă mare care are funcţie de ancorare, după cum se observă în fig. 2.
Subsistemul de măsurare a distanţei constă într-un senzor ultrasonic orientat vertical
în jos şi este montat pe un braţ orizontal la o anumită distanţă faţă de punctul de ancorare pentru a diminua perturbaţiile în înălţimea patului de sedimente introduse de sistemul de măsurare; senzorul ultrasonic se bazează pe un cristal piezoelectric care excitat electric într-un anumit fel, emite o undă acustică în domeniul ultrasonic; această undă este reflectată de patul de sedimente şi întâlneşte după un anumit timp cristalul piezoelectric, producând un semnal electric; cunoscând viteza de propagare a undei în mediul respectiv se determină distanţa dintre elementul ultrasonic fix şi patul de sedimente, rezultând evoluţia acestuia în timp; în acest caz, elementul ultrasonic este de tip emitor-receptor; rezoluţia de măsurare a acestui subsistem este limitată de lungimea de undă emisă, deci depinde de frecvenţa de lucru a elementelor ultrasonice, care este de ordinul a câţiva MHz; acest subsistem poate fi completat de un senzor de temperatură ce permite compensarea software a variaţiilor de temperatură ale mediului, care influenţează viteza de propagare a undei; el funcţionează optim în cazul unui pat de sedimente ferm, de tip nisip - pietriş, cu o bună reflectivitate.
Senzorul ultrasonic de distanţă are directivitatea frontului de undă ca în fig. 3, este produs de firma RESON din Danemarca şi este de tipul TC2024 - fig. 4.
În fig. 5 este prezentată sensibilitatea la recepţie.
distanţă TC2024 Fig. 5: Sensibilitatea la recepţie
Senzorul ultrasonic are următoarele caracteristici tehnice:
Nr. crt.
Caracteristica Valoarea
1 Frecvenţa de rezonanţă: 200 kHz ± 10 kHz
2 Sensibilitate la transmitere: 173 dB re 1µPa/V la 1 m
3 Sensibilitate la recepţie: -187 dB re 1µPa/V la 1 m
4 Impedanţă: 140 ohm ± 30 ohm
5 Unghi fascicol US ±10°
6 Adâncimea de lucru în apă: min. 30 m
7 Temperatură operare: -2 ... +25 °C
8 Masa: 2,3 kg
9 Lungime cablu de conexiune cu modulul electronic de condiţionare a semnalului:
20 m
Subsistemul de măsurare a turbidităţii conţine trei senzori: de turbiditate, temperatură şi presiune; este destinat în principal măsurării turbidităţii apei în râuri şi lacuri de acumulare; suplimentar este dotat cu un senzor de măsurare a temperaturii în apă şi cu unul pentru măsurarea presiunii hidrostatice. În carcasa comună se află şi partea de alimentare şi de condiţionare semnal, conversie analog digitală şi un dispozitiv de memorare a datelor; este însoţit de un software de prelucrare, interpretatre şi prezentare a datelor. Caracteristicile tehnice principale sunt următoarele:
17 Rată eşantionare La fiecare 1 - 255 s sau 1 - 255 min
18 Durata utilizare 1 an
19 Acumulatoare 3 x 3,6 V Lithiu tip AA
20 Software software de prelucrare, interpretatre şi prezentare a datelor
21 Dimensiuni Lungime max. 400 mm, diametru max. 80 mm
22 Masă max. 2 kg
23 Adâncime maximă 200 m
1.2 Modulul plutitor
Deoarece undele radio se atenuează rapid în apă, echipamentele de emisie - recepţie wireless subacvatic se bazează pe unde din domeniul ultrasunetelor, iar la distanţe mari din domeniul infrasunetelor. În plus, atât emitorul, cât şi receptorul sunt imersate în apă, ceea ce complică lucrurile privind recepţia datelor la sol.
Din acest motiv s-a ales soluţia construirii unui modul intermediar plutitor (a unei balize) plasat la suprafaţa apei, deasupra modulului subacvatic - fig. 6. Transmiterea semnalelor sau a datelor de la senzori se face prin cablu până la modulul plutitor. Acesta constă într-o carcasă etanşă realizată din tablă din oţel inoxidabil sudată pe două flotoare cilindrice din acelaşi material. Această construcţie asigură stabilitate contra valurilor.
Prin aceasta se urmăreşte stabilirea nivelul aproximativ al apei faţă de o referinţă, care
poate fi de exemplu baza corpului balizei (desen CEFIN.347-8.1.1), care coincide cu centrele flotoarelor (desen CEFIN.347-8.1.4).
În cadrul etapei de proiectare s-au făcut mai multe calcule preliminare ţinând cont de forma şi dimensiunile acestuia. Modulul plutitor se supune legii lui Arhimede: Un corp solid scufundat într-un lichid este împins de jos în sus cu o forţă egală cu greutatea volumului de lichid dislocuit.
Masa modulului plutitor a fost calculată cu ajutorul programului SolidWorks şi a reieşit de 99,787 kg. Evident, această valoare este aproximativă şi se va modifica în funcţie de subansamblurile ce se vor achiziţiona. Ponderea cea mai mare într-o eventuală variaţie a masei o are acumulatorul electric.
Trebuie remarcat că în etapa de execuţie a prototipului, în funcţie de masa elementelor utile ce se vor introduce în modulul plutitor, există două modalităţi simple de a modifica flotabilitatea acestuia:
1. prin mărirea volumului celor două flotoare, mai precis a lungimii acestora, care în proiect este de 1200 mm
2. prin micşorarea masei carcasei balizei (desen CEFIN.347-8.1.0), care în cea mai mare parte este executată din tablă de oţel inoxidabil cu grosimea de 2 mm. Utilizând de exemplu tablă cu grosimea de 1,5 mm, masa carcasei se diminuează cu 25 %, în cazul de faţă cu cca. 17,3 kg.
În carcasa modulului plutitor se află fixate următoarele componente:
bateria tip acumulator de 12 Vcc
modulul electronic de alimentare şi prelucrare semnal tip NAVISOUND 110 - fig. 7, achiziţionat împreună cu senzorul ultrasonic de măsurare a distanţei TC2024
modemul radio de transmisie a datelor către modulul de recepţie a datelor aflat pe sol la o distanţă de maximum 3 km; acesta are două canale de intrare de tip port serial RS232, pentru a prelua datele de la modulul electronic NAVISOUND 110, corespunzător senzorului ultrasonic de măsurare a distanţei TC2024, respectiv de la subsistemul de măsurare a turbidităţii. Se are în vedere achiziţionarea unui echipament radio de emisie - recepţie care nu necesită licenţă pentru utilizare.
Fig. 7: Modulul electronic de alimentare şi prelucrare semnal tip NAVISOUND 110
Caracteristicile tehnice ale modulului electronic de alimentare şi prelucrare semnal tip
NAVISOUND 110 sunt redate în tabelul de mai jos:
Nr. crt.
Caracteristica Valoarea
1 Număr canale: 1
2 Frecvenţa de operare: Standard 28-35 şi 190-225 kHz
7 Traductor compatibil: Traductor comercial în domeniul de frecvenţă indicat
8 Comandă: De la distanţă prin RS232
9 Temperatura de operare: 0 ... 45 °C
10 Alimentare: 11-28 Vcc
11 Curent max. absorbit la pornire: 7-8 A la 12 VCC
12 Dimensiuni: 216 x 306 x 82 mm
13 Masă: 4 kg
14 Cabluri de conexiune (alimentare şi comunicare cu PC-ul)
Asigurate de furnizor
15 Software de instalare (drivere) Asigurate de furnizor
În cadrul proiectului s-a prevăzut un echipament radio de emisie - recepţie produs de firma Advanced Radio Technologies din Marea Britanie, seria ZRT - fig. 8. În funcţie de valoarea acestuia, în etapa următoare se va achiziţiona prin cumpărare directă de la producător, ceea ce ar fi cel mai avntajos din punct de vedere tehnic şi financiar sau dacă se depăşeşte valoarea de 15 000 de euro, se va derula procedura de achiziţie prin SEAP, solicitându-se un produs cu caracteristici similare, un produs echivalent.
Fig. 8: Modemul radio seria ZRT
Designul a fost optimizat pentru un consum redus de curent electric facând ZRT-ul potrivit pentru operaţii la distanţă. Aplicatiile pot include securitatea, comanda şi controlul, data logging, telemetrie, sisteme SCADA sau orice aplicaţii similare unde datele trebuie să fie transmise, iar un cablu nu este o solutie viabil.
Toate versiunile ZRT sunt exceptate de la licenţa europeană ETS 300-220.
Modul transparent - ZRT-ul nu necesită informaţii prealabile despre datele pe care le transmite. Datele sunt trimise şi recepţionate cu o minimă întârziere. Controlul transmisiei poate fi folosit fie folosind RTS pentru controlul semnalelor, fie configurat pentru iniţierea sau receptionarea datelor seriale
Modul cadru specific - Modemul recunoaşte un anumit protocol şi transmite şi recepţionează date strict conform acelui protocol
Modul cadru specific & repetiţie - Modemul recunoaşte un protocol şi adresa unde trebuie trimis semnalul. Informaţia este stocată în orice dispozitiv cu care se va lua legătura.
Selectarea canalului: ZRT-ul poate fi programat pentru operaţii simplex sau semi-duplex cu până la 80 de canale discrete. Odata programate, canalele pot fi selectate prin rotaţie.
Luminile de veghe: ZRT-ul are 5 LED-uri care permit operatorului să vadă rapid status-ul modemului precum şi interfaţa aceastuia. De asemenea, se poate vizualiza şi un semnal de eroare în cazul anumitor probleme.
1.3 Modulul de recepţie date Modulul de recepţie date - fig. 9 - cuprinde modemul radio pereche al celui amplasat pe modulul plutitor, fixat pe un suport realizat din profile Bosch, modem care comunică prin cablu tip RS232 cu laptopul de teren. Pe acesta se află instalate programele de achiziţie, prelucrare şi prezentare date. Programul aplicativ permite modificarea ratei de eşantionare a măsurătorilor (frecvenţei acestora).
Laptopul de teren este un produs robust, rezistent la şocuri, protejat la praf şi umiditate cu ajutorul unei carcase speciale. S-a achiziţionat modelul Panasonic CF-31. Caracteristicile tehnice ale acestuia sunt redate în tabelul de mai jos:
Nr. crt.
Caracteristica Valoarea
Memorie RAM
1 Capacitate memorie: 4096 MB
2 Tip memorie: DDR2 667MHz/PC2-5300
3 Capacitate HDD: 160 GB
Video
4 Diagonala: 13.3"
5 Rezoluţie: 1024x768
6 Tip display: LCD
7 TouchScreen: Ecran sensibil la atingere
Comunicatii
8 Retea cu Fir: Gigabit Ethernet(10/100/1000Mbs)
9 Modem inclus: Da
10 Retea Wireless: 802.11a/b/g/n
11 Bluetooth: Da
Conectivitate
12 USB (total porturi): 3 x USB
13 PC Card: 1 x Type II PC Card
14 ExpressCard: 1 x ExpressCard 34/54 slot
15 Serial: 1 x Port Serial
16 Autonomie: Minimum 8 ore
Caracteristici fizice
17 Masa: Maximum 5 kg
18 Rezistenta la socuri: Minimum 6 g
19 Clasa de protecţie la patrunderea particulelor solide si lichide
3 MODUL DE REALIZARE AL DOCUMENTAŢIEI DE EXECUŢIE Proiectarea s-a realizat cu ajutorul unui program de proiectare asistată de calculator
3D, şi anume SolidWorks2010. Acesta permite realizarea modelului virtual tridimensional pentru repere, subansambluri şi ansamblu şi ulterior realizarea desenelor de execuţie - fig.10. Documentaţia de execuţie cuprinde 34 de planşe A0, A1, A2, A3 şi A4, conform borderoului de desene, parte integrantă a acesteia.
Fig. 10: Exemple de desene din documentaţia de execuţie
Sistemul SEDCONTROL este un sistem de măsurare cu ultrasunete a depunerilor de sedimente în lacurile de acumulare, sistem ce este fixat pe fundul lacului într-un punct reprezentativ şi înregistrează evoluţia nivelului de sedimente (aluviuni) într-o perioadă determinată, de exemplu un an. Datorită transportului de sedimente, lacurile de acumulare prezintă procesul de colmatare, adică de umplere în timp cu aluviuni, cu diminuarea treptată a volumului util. Implicaţiile nedorite se manifestă pe multiple planuri: energetic, al alimentării cu apă, irigaţiilor, navigaţiei, pescuitului, pe plan turistic. Acest proces este deosebit de complex şi depinde de mai mulţi factori: dimensiunea şi forma geometrică a lacului, structura geologică a bazinului hidrografic care determină compoziţia sedimentelor, factori climatici, activităţi umane, etc.
Pentru a explica procesul de colmatare au fost create diverse modele matematice care descriu modul de depunere al particulelor în suspensie în funcţie de granulaţie, natura particulelor, densitatea sedimentului, viteza de transport a apei, forma secţiunii lacului şi alţi factori specifici. S-a demonstrat însă că modelarea matematică, chiar însoţită în ultimii ani de instrumente software foarte evoluate, răspunde numai parţial cerinţelor celor ce exploatează un lac de acumulare. Din acest motiv sunt preferate măsurătorile directe, care se realizează de obicei determinând periodic adâncimea lacului într-o mulţime de puncte de coordonate cunoscute, prin deplasarea sistemului de măsurare cu un mijloc mobil plutitor pe suprafaţa lacului; ansamblul acestor măsurători se constituie în aşa-numitele hărţi batimetrice. Dezavantajul acestei metode este că precizia măsurătorii este afectată de precizia localizării mijlocului mobil, de precizia de determinare a coordonatelor acestuia în plan orizontal.
Sistemul SEDCONTROL de măsurare cu ultrasunete a depunerilor de sedimente în lacurile de acumulare prezintă următoarele avantaje:
permite obţinerea de măsurători directe într-un punct fix de măsurare, nefiind afectat de erorile de poziţionare inevitabile ale sistemelor mobile;
permite obţinerea de informaţii în timp real privind modificările stratului de sediment;
este foarte puţin afectat de depunerile de material sedimentar pe pereţii sistemului comparativ cu sistemele optice.
De asemenea, s-au abordat și aspecte legate de modelarea tridimensională a hidrodinamicii sedimentelor prin întocmirea și calibrarea modeluluimatematic în elemente finite pentru modelarea sedimentelor din lacuri de baraj’ „Acumularea Hidrotehnică Piterști”
Modelarea matematică s-a făcut pe baza unei discretizări a acumulării hidrotehnice menționate inclusiv prin utilizarea datelor obținute/furnizate de modelul experimental aparatură.
Metodele de modelare și rezultatele obținute sunt prezentate sintetic în lucrarea anexată.
![Untitled-1 [] grupa licuricii/Lectia 5.pdf · * Întrebat cine a spart borcanul cu dulceatä, Doru recunoaste cä din neaten!ie a împins borcanul de pe masä. Discutati apoi cu copilul](https://static.documente.net/doc/80x56/5e2c4d5443c89639c3649957/untitled-1-grupa-licuriciilectia-5pdf-ntrebat-cine-a-spart-borcanul.jpg)
