Curs Monit Pol Mediu SOAM

  • Published on
    04-Jan-2016

  • View
    226

  • Download
    3

Embed Size (px)

DESCRIPTION

curs MPM

Transcript

  • 1. SISTEME MODERNE DE SUPRAVEGHERE A MEDIULUI

    1.1 Caracteristicile metodelor de supraveghere a mediului n ultimii ani, domeniul supravegherii mediului s-a dezvoltat rapid, n toate

    etapele de elaborare a informaiei, ncepnd din momentul n care senzorul preia o mrime caracteristic mediului studiat pn la faza de elaborare i organizare a informaiilor rezultate, astfel nct acestea s poat fi interpretate de un utilizator oarecare.

    Domeniul mediului are o serie de caracteristici specifice care se reflect i n metodele alese pentru obinerea unor informaii adecvate i precise. Dintre acestea pot fi amintite:

    - multidisciplinaritatea funcionarea sistemelor naturale implic interaciuni ntre procese fizice, fizico-chimice i biologice. Aceste procese fac apel la domenii de competen foarte variate i foarte specializate care trebuie s fie puse n interaciune pentru a se obine ansamblul datelor care pot fi exploatate.

    - multitudinea scrilor spaiale i temporale adecvate descriptorii mediului indic variaii n timp i spaiu. Aceste variaii apar foarte des ca o suprapunere de variaii elementare caracterizate printr-o scar de timp i de spaiu. Astfel, alegerea unui pas de timp i a unui pas de spaiu de achiziie reprezint o condiie primordial n vederea unei exploatri eficiente a datelor.

    - variaiile catastrofale ale perturbaiilor ntr-o abordare general, se observ c anumite fenomene naturale, precum i variaiile adesea periodice menionate mai sus, sunt susceptibile de variaii brute i intense n anumite situaii (tipic este cazul creterii nivelului rurilor). Aceste fenomene nu sunt reproductibile i sunt dificil de prevzut. innd seama de pagubele pe care le pot produce, trebuie puse n aplicare urmriri specifice, care sunt adesea delicate i foarte scumpe.

    - interpretarea rezultatelor domeniul mediului implic o interpretare conjugat a variabilelor perturbatoare i a celor de stare ale mediului, ceea ce confer modelrii, ca instrument de interpretare a datelor de mediu, o dificultate sporit i o importan deosebit.

    - generalizarea rezultatelor cunotinele referitoare la mediu sunt ntotdeauna rezultatul observaiilor locale. Dificultatea const n generalizarea acestor informaii i interpretarea lor n cadrul general. Aceste dificulti vor crete pe msur ce punctele de observare sunt mai eterogene (cazul mediilor urbane) i pot aprea variaii ale forrilor (perturbaiilor) de la un punct de msurare la altul, astfel c este imposibil sau extrem de hazardat s se transpun sau s se extrapoleze rezultate locale. n acest caz, soluia este multiplicarea punctelor de testare, astfel nct informaiile s poat fi comparate i s se treac apoi la extragerea informaiilor generale.

    - utilizarea punctelor de lucru atelier Utilizarea unui punct de observare pentru efectuarea unor msurri specifice unui anumit proces impune cunoaterea prealabil a acestuia. Aceasta implic urmrirea principalelor variabile perturbatoare i a comportrii lor la o scar de timp semnificativ. Iniial, se face o apreciere general a mediului. Apoi, se regrupeaz diferite studii specifice fcute n acelai punct, care permit nceperea unei urmriri de fond utilizabil n mai multe etape. Astfel apare noiunea de observator al mediului sau punct de lucru atelier.

  • 1.2 Structura reelelor de supraveghere a mediului

    Pentru analiza riscurilor, difuzarea unei informaii precise i fiabile, sensibilizarea i alertarea publicului este necesar s se msoare continuu i cu mijloace adecvate calitatea mediului nconjurtor.

    n faa complexitii tehnicilor care trebuie puse n aplicare experiena disciplinelor mediului, a cunotinelor aprofundate n domeniul metrologiei i implementrii reelelor de supraveghere i a competenelor n materie de sisteme informaionale sunt necesare.

    O reea de supraveghere a mediului este alctuit din urmtoarele componente de baz:

    1. Staiile de msur O staie de supraveghere este alctuit dintr-o incint care adpostete analizoarele i traductoarele necesare pentru toi parametrii specifici mediului care pot fi msurai. Ansamblul este gestionat de un sistem de achiziie de date autonom cu care se poate comunica la distan.

    2. Laboratorul mobil Sistemul de supraveghere poate fi completat cu un laborator mobil. Instrument de studiu i diagnosticare, acest dispozitiv permite obinerea informaiilor referitoare la zonele care nu necesit o supraveghere permanent.

    3. Mijloace de comunicaie Ansamblul tuturor staiilor de msur comunic cu postul central al reelei de supraveghere prin intermediul a diferite suporturi: reea analogic, linie specializat, reea GSM, legtur radio etc..

    4. Postul central Postul central al reelei de supraveghere este de regul un sistem de calcul care asigur ansamblul comunicaiilor, arhivarea datelor, executarea calculelor i gestiunea alarmelor. El se bazeaz pe arhitectura client server. Ansamblul informaiilor i datelor din reea este gestionat cu ajutorul unui Sistem de Gestiune a Bazelor de Date.

    5. Posturile de lucru Funciile ndeplinite de aceste posturi sunt numeroase: configurarea la distan a staiilor de supraveghere, tele-calibrarea metrologiei, urmrirea n timp real a parametrilor, organizarea evenimentelor, validarea interactiv a datelor, tratri statistice evoluate, importul i exportul datelor, prezentarea cartografic a datelor, reprezentarea grafic a acestora i tiprirea rezultatelor.

    6. Conexiunile exterioare Sistemul are ca obiectiv achiziia i prelucrarea datelor referitoare la mediul nconjurtor. n afara funciilor de transfer ctre bazele de date exterioare el trebuie s dispun de instrumente necesare difuzrii informaiilor ctre public i administratorii nsrcinai cu gestionarea alertrilor din punct de vedere al polurii. Gestiunea episoadelor de poluare este simplificat de asemenea prin utilizarea posturilor de lucru aflate la distan.

    Utilizarea unei reele de supraveghere a mediului implic parcurgerea urmtoarelor etape:

    a. Planificarea activitilor const n stabilirea tuturor activitilor care vor fi desfurate n vederea monitorizrii parametrilor care caracterizeaz mediul. Pentru realizarea acestei etape vor fi avute n vedere urmtoarele obiective:

    - definirea necesitilor, - bilanul informaiilor existente, - definirea i planificarea campaniilor de msurare, - organizarea logistic,

  • - planificarea, - realizarea unor studii de impact. b. Aplicarea i realizarea: - instalarea sistemului de msur, - executarea i urmrirea campaniilor de msurare, - primirea informaiilor exterioare. c. Raportarea i analiza: - trecerea informaiilor obinute pe un suport informatic, - prelucrarea datelor i verificarea rezultatelor, - concepia i redactarea unui raport de studiu complet i detaliat, - prezentarea raportului. d. Decizia Dac pentru o aciune rapid i eficient sunt necesare informaii precise i

    fiabile, pentru o decizie adecvat i durabil sunt eseniale previziunile i anticiparea. Mijloacele tehnice care pot fi puse n aplicare n acest cadru pot fi importante dar

    competenele n materie de studiu, analiz i modelare sunt indispensabile.

  • 2 - 1

    2. SISTEME DE ACHIZIIE A DATELOR

    2.1. STRUCTURA SISTEMELOR DE ACHIZIIE A DATELOR Utilizarea pe scar larg a calculatoarelor n cercetare i industrie are ca scop rezolvarea numeric a problemelor tiinifice i tehnice, conducerea experimentelor de laborator, prelucrarea datelor experimentale, simularea, conducerea i controlul proceselor industriale, precum i transmiterea informaiei.

    Un sistem de achiziie a datelor ndeplinete urmtoarele funcii: condiionarea, amplificarea, filtrarea, multiplexarea, eantionarea i conversia analog-digital a semnalelor, prelucrarea, afiarea i stocarea datelor. Aceste funcii sunt realizate de componente hardware (senzori i traductoare, module de condiionare a semnalelor, interfee de achiziie a datelor, calculatoare) i software (programe de achiziie i prelucrare a datelor).

    2.1.1 Calculatorul personal

    Utilizarea calculatoarelor personale n sistemele de achiziie a datelor este facilitat de perfecionarea simultan a microprocesoarelor i a magistralelor de comunicaie. Alegerea structurii interfeei de achiziie i a magistralei de comunicaie extern trebuie s fie corelat cu performanele metodei de transfer intern a informaiilor. Arhitectura calculatorului implicat n sistem poate afecta considerabil viteza de achiziie a datelor. Un suport de calcul flexibil utilizat din ce n ce mai frecvent n industrie este calculatorul portabil realizat n jurul unui microprocesor.

    Un sistem de calcul este format din urmtoarele elemente:

    - unitatea central de prelucrare (CPU - Central Processing Unit), care efectueaz calculele i urmrete realizarea secvenial a programului prin interpretarea i procesarea informaiilor;

    - memoria central cu acces aleator (RAM Random Access Memory) n care sunt pstrate temporar instruciunile i datele procesate;

    - echipamentele periferice, utilizate pentru introducerea datelor n calculator (echipamente de intrare), pentru extragerea datelor din calculator (echipamente de ieire) i pentru memorarea pe termen lung a programelor i datelor (memorii auxiliare).

    Capacitatea discului dur (HDD Hard Disk Drive) al calculatorului poate limita sever cantitatea de date achiziionate. De asemenea, timpul de acces la disc i fragmentarea fiierelor nregistrate pe acesta pot reduce semnificativ viteza de eantionare i de stocare a datelor.

    n cazul sistemelor destinate achiziiei semnalelor de nalt frecven este indicat s se aleag o unitate de disc dur de mare vitez i s se asigure pe disc un spaiu liber i nefragmentat (contiguu) suficient de mare pentru colectarea tuturor datelor necesare. n plus, este util s se rezerve un disc dur numai pentru stocarea datelor achiziionate, sistemului de operare fiindu-i alocat un alt disc.

    Procesarea semnalelor n timp real i achiziia semnalelor de nalt frecven necesit procesoare pe 32 sau 64 bii de mare vitez i coprocesoare, sau procesoare de semnale digitale (DSP Digital Signal Processing).

    2.1.2 Modulele de condiionare a semnalelor

    Traductoarele sesizeaz diferite mrimi fizice i genereaz semnale electrice pe

    care le furnizeaz sistemelor de achiziie de date n scopul msurrii i nregistrrii. De

  • 2 - 2

    exemplu, termocuplele i termistoarele convertesc temperatura ntr-un semnal analogic pe care un convertor analog-digital l poate transforma ntr-un semnal numeric. Din punct de vedere structural, semnalele uzuale pot fi clasificate n dou categorii: analogice i digitale.

    Un semnal electric analogic este o tensiune sau un curent variabil continuu n raport cu timpul, caracterizat prin nivel, form i frecven.

    Un semnal electric digital are numai dou niveluri caracteristice: superior i inferior (on sau off, 0 sau 1). Informaiile pe care le poate furniza un astfel de semnal sunt numai starea (descris prin nivelul semnalului: superior sau inferior) i durata (intervalul de timp n care acesta i conserv starea).

    Semnalul furnizat de un traductor trebuie s fie compatibil cu sistemul de achiziie de date, adic s prezinte caracteristici adecvate performanelor statice i dinamice ale acestuia. Compatibilizarea se realizeaz printr-un modul de condiionare a semnalului. Acesta amplific sau reduce dup caz nivelul semnalelor, le izoleaz galvanic i le filtreaz pentru eliminarea zgomotului, mrind semnificativ precizia i sigurana sistemului.

    n sistemele industriale complexe modulele de condiionare a semnalelor pot fi introduse explicit n lanul de msur, ca echipamente independente, sau pot fi incluse n echipamente integrate de achiziie de date.

    2.1.3 Echipamente de achiziie a datelor

    Aceste echipamente constituie interfaa dintre procesul monitorizat i calculator

    deoarece digitizeaz semnalele analogice furnizate de traductoare pentru a fi interpretate de calculator.

    Specificaiile obligatorii pentru definirea unui sistem de achiziie de date sunt: - numrul de canale analogice i digitale de intrare; - rata de eantionare, corespunztoare frecvenei conversiei analog-digitale; o

    rat de eantionare mare permite achiziia unui numr mai mare de date ntr-un interval de timp dat, oferind o reprezentare numeric mai fidel a semnalului original;

    - numrul de convertoare analog-digitale care asigur multiplexarea; - rezoluia conversiei, adic numrul de bii pe care convertorul analog-digital l

    utilizeaz pentru a reprezenta semnalul analogic; - domeniul de msur, care reprezent diferena dintre nivelul maxim i nivelul

    minim de tensiune cuantificat de convertorul analog-digital. 2.1.4 Programe Programele necesare funcionrii unui calculator se mpart n trei mari categorii: - programe de sistem - controleaz operaiile efectuate de sistemul de calcul i

    asigur legtura dintre subsistemele acestuia, programele de aplicaie i cele utilitare; au rolul de a simplifica operaiile de alocare a memoriei, afiare a caracterelor pe ecran i la imprimant, citire a caracterelor de la tastatur, accesul la informaiile stocate pe discurile magnetice etc.;

    - programe de aplicaie - interacioneaz direct cu utilizatorul, fiind specializate n executarea unor prelucrri specifice; n aceast categorie intr programele pentru achiziia i gestiunea bazelor de date, editoarele de texte, programele de tehnoredactare i grafic etc.;

    - programe utilitare - interacioneaz direct cu utilizatorul, dar, spre deosebire de programele de aplicaii, realizeaz prelucrri de uz general; ele susin administrarea sistemului de calcul i utilizarea programelor prin copierea

  • 2 - 3

    fiierelor, pregtirea discurilor magnetice pentru utilizare, crearea de copii pentru salvarea informaiilor, testarea sistemului de calcul etc.; o categorie aparte de programe utilitare o constituie programele de "interfa", care ndeplinesc rolul de "interpret" ntre utilizator i sistemul de operare.

    Programele de achiziie transform sistemul format dintr-un calculator i echipamentele de achiziie ntr-un instrument complex de prelevare, stocare, analiz i prezentare a datelor. Un sistem performant de achiziie a datelor destinat msurrii, reglrii sau testrii este format din componente compatibile de calitate similar. Dac acestea sunt grefate pe un sistem de calcul de uz general, interfaarea lor cu operatorul este asigurat numai de programul de achiziie, care integreaz traductoarele, modulele de condiionare a semnalului i echipamentul de achiziie, coordonnd toate activitile sistemului.

    2.2 METODOLOGIA DE ACHIZIIE A DATELOR EXPERIMENTALE

    Sistemele de msurare automat, continu sau intermitent, constituie n prezent

    instrumente obligatorii n procesele de dezvoltare a produselor sau proceselor industriale. n ultimii 20 de ani, sistemele de msur au cunoscut o evoluie structural radical, ajungnd la o nou arhitectur n cadrul creia calculatorul are rolul principal.

    2.2.1 Evoluia sistemelor de msur

    n urm cu peste dou decenii, comunicaiile seriale RS-232 i GPIB au permis

    calculatorului personal s devin o parte component a sistemelor de msur. Prin conectarea echipamentelor de msur la calculator s-au redus att timpul de lucru, ct i erorile de procesare specifice transferului manual al datelor introduse n calculator pentru an...