Eficienta Sistemelor de Detectie a Vehiculelor Rutiere In Miscare Pentru Companiile de Transport

PROIECT DE DISERTAȚIE

PROIECT DE DISERTAȚIE

EFICIENȚA SISTEMELOR DE DETECȚIE A VEHICULELOR RUTIERE ÎN MIȘCARE PENTRU COMPANIILE DE TRANSPORT

CUPRINS

ARGUMENT

CAP I. DATE DE IDENTIFICARE ALE SOCIETĂȚII

1.1 Prezentarea societății-Gebruder Weiss

1.2 Istoric

1.3 Analiza diagnostic a societății și a investițiile propuse

CAP II. TEHNOLOGII ALE SISTEMELOR INTELIGENTE PENTRU TRANSPORTURILE RUTIERE

2.1 Flxul informațional

2.2 Captarea parametrilor deplasării de la vehicule rutiere

CAP III. UTILITATEA SISTEMELOR SOFTWARE DE MĂSURARE ȘI CONTROL

3.1 Elemente introductive referitoare la conducerea proceselor industriale/de transport din perspectiva sistemelor software de măsurare și control

3.2 Considerații generale asupra instrumentației virtuale

CAP IV. DATE TEHNICE PRIVIND OBIECTUL INVESTIȚIEI – SENZORI DE DETECȚIE

4.1 Notiunea de traductor / senzor inteligent

4.2 Senzori capacitivi

4.2 Comparație între senzori capacitivi și senzori inductivi

CAP V. MODUL DE FUNCȚIONARE A SENZORULUI- COSTURILE DE REALIZARE ȘI IMPLEMENTARE ÎN ACTIVITATEA COMPANIEI

5.1 Mod de funcționare a proiectului practic: Senzor de proximitate

5.2 Schema electrică

5.3 Schema cablajului

5.3 Detalierea activităților necesare achiziționării și implementării sistemului de monitorizare prin senzori

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

ARGUMENT

Tema proiectului meu prezintă din perspective teoretice și practice structura și utilitatea senzorilor capacitivi utilizați în detecția autovehiculelor în timpul mersului in cadrul unei companii de transport din Romania.

Conducerea unui proces presupune informații cât mai complete și corecte asupra parametrilor mărimilor fizice care caracterizează acel proces. În cazul unui proces automatizat, conducerea sistemului se face fără intervenția omului, pe baza informațiilor culese din proces cu ajutorul traductoarelor.

Alegerea senzorilor și traductoarelor trebuie făcută ținând cont de proprietatea de monitorizat, de domeniul în care variază aceasta, de dimensiunile ce trebuie respectate sau de geometria sistemului, de condiții speciale de mediu sau de lucru, de tipul mărimii de ieșire și nu în ultimul rând de cost.

Senzorul este un sistem destinat determinării unei sau unor proprietăți, cuprinzând atât traductorul, care transformă mărimea de intrare în semnal electric util, cât și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor, și eventual pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor.

Senzorii și traductoarele sunt utilizați și în cazul cercetării, analizelor de laborator fiind incluse în lanțuri de măsurare complexe, care sunt conduse automat.

Lucrarea de față descrie un proiect de investiție propus de către o companie de transport fiind organizată în cinci capitole în care am prezentat compania care dorește să investească în proiectarea și implementarea unui senzor capacitiv menit să detecteze și să monitorizeze activitatea autovehiculor din parcul auto propriu.

În primul capitol am detaliat situația companiei și necesitatea unei astfel de investiții, deoarece în prezent nu dispune de un sistem informatic care să permită urmărirea procesului de transport și gestionarea activităților de recepție/expediție marfă.

Astfel nu se cunosc informațiile despre numărul de camioane care pleacă din depozit/ajung la depozit într-o anumită perioadă.

Compania își propune pentru anul 2013 o investiție în achiziționarea și implementarea unui software care să permită gestionarea procesului de transport.

Pentru început va fi achiziționat și instalat un senzor de detecție a autovehiculelor în mișcare, prin care să se poată numără camioanele care intră în depozite pentru încărcare marfă respectiv cele care pleacă să transporte marfa din depozit spre client.

În capitolul al doilea am prezentat tehnologiile sistemelor inteligente pentru transporturile rutiere. Ca urmare a complexității acestor procese, întinderii georgafice mari, a sistemelor de transport și infrastructurii rutiere, pentru a realiza automatizări pe scară larga în acest domeniu este necesară fuziunea mai multor tehnologii specific.

Captarea de informații din teren cu privire la modul de desfășurare a traficului reprezintă unul din cele mai importante procese în reglarea adaptivă a acestuia. Nu se poate discuta despre reglare de trafic în mod adaptiv fără detecție de vehicul sau/și identificarea acestora.

Detecția vehiculelor reprezintă un proces de captare a informațiilor din trafic cunoscându-se astfel în orice moment care este gradul de eficiență al sistemului în cadrul procesului de reglare a traficului. Captarea informațiilor de trafic se poate face în timp real, cvasireal, sau cu analiză ulterioară a datelor de trafic. Există mai multe tehnologii utilizate în captarea datelor de trafic detectoare derivate din acestea.

În capitolul al treilea am detaliat elementele introductive referitoare la conducerea proceselor industriale/de transport din perspectiva sistemelor software de măsurare și control.

În mod constant sunt îmbunătățite tehnologiile de detecție a vehiculelor sau sunt create noi tehnologii pentru monitorizarea vitezei, numărarea vehiculelor, detecția prezenței, a direcției de deplasare, clasificarea vehiculelor și preluarea datelor relative la cântărirea în mișcarea a vehiculelor.

Sisteme de detecție/monitorizare cu interacțiune în trafic – sunt acele echipamanete la care, pentru instalare este necesară efectuarea unor lucrări specifice (șanțuri, gropi în carosabil, etc) și care au ca efect gatuirea traficului și un grad redus de amovibilitate a sistemelor de detecție.

Un sistem de achiziție de date și control a unui proces industrial, asociat cu un microsistem de calcul, se comportă ca un sistem inteligent (care poate lua decizii bazate pe informații anterioare, prelucrează informația, efectuează calcule, după care, pe baza rezultatelor obținute, adoptă o decizie, din mai multe soluții posibile).

Am definit traductor / senzor inteligent în capitolul al patrulea-unde am cuprins în detaliu –

Datele tehnice privind obiectul de investiție.

Astfel un senzor inteligent trebuie să facă mai mult decât să dea un raspuns corect sau să comunice într-un format digital → un senzor inteligent adaugă valoare datelor, în sensul de a permite sau suporta procese distribuite și de a lua decizii.

În ultimul capitol se regasesc particularitățile senzorului capacitiv-pe care compania dorește să îl utilizeze pentru gestionarea traficului, costurile necesare realizării acestuia precum și modul de funcționare.

CAPITOLUL I. DATE DE IDENTIFICARE ALE SOCIETĂȚII

I.1. PREZENTAREA SOCIETĂȚII

S.C. Gebruder Weiss-Romania înființată în 1994 este o societate cu răspundere limitată cu capital integral austriac, parte a holdingului Gebrüder Weiss Austria desfașoară activități de transport internațional de marfă (import/ export), logistică-depozitare și comisionare vamală.

Sediul societății este : Bulevardul Iuliu Maniu, nr 598 D, sector 6, București.

Numărul de ordine în Registrul Comerțului : J40/410/13.01.2005

TABEL N.R. 1

Domeniul principal de activitate (conform C.A.E.N.)

Capitalul social subscris vărsat este de 3267 lei, echivalentul a 17.722 USD, structurat în 185 de părți sociale. La nivelul perioadei 01.01/ 31.01.2013 nu au avut loc modificări ale capitalului social.

Asociatul unic al societății este Gebruder Weiss International Holding Gmbh, persoană juridică cu sediul în . Gebruder Weiss oferă clienților săi următoarele servicii :

– Transport internațional,

– Transport rutier în regim de grupaj și dedicate,

– Transport aerian în sitem door to door,door to airport, airport to airport,

– Transport maritime FCL & LCL,

– Transport intern-preluări / livrări de marfa din / în București și provincie’

– Operațiuni de comisionare vamală si vămuirea mărfurilor pentru import /export,

– Depozitare, Logistică și Distribuție.

I.2. ISTORIC

S.C. Gebrüder Weiss S.A. este cea mai mare companie privată de transport din (deținută de familiile Senger-Weiss și Jerie), ce are ca piață de bază regiunea de la Alpi până la Dunare. (de la Basel până la București) – ca de altfel și , Hong Kong și .

Desfașoară afaceri în domeniul transportului între inovație și tradiție: transport de marfă cu o lunga istorie și echipamente de înalta performanță.

Deține la nivelul patrimoniului său sisteme eficiente pentru a garanta satisfacția clientului ( peste 300 de servicii regulate în întreaga lume) și dezvoltă relații de parteneriat pentru sinergii puternice cu mai mult de 170 de companii din întrega lume.

În anul 1823 are loc fondarea Companiei Gebrüder Weiss la nivelul regiunii Fussach/ Vorarlberg.

Dimensiunile concernului portocaliu

Gebrüder Weiss este reprezentată în toată lumea în 20 de țări prin 129 locații și în total peste 4.700 angajați, cu reprezentanțe regionale în Europa și Europa de Est, Asia și SUA. Această rețea care se extinde în întreaga lume este completată prin numeroase parteneriate strategice și filiale, prin care se oferă clienților întreaga gamă de servicii cu privire la transport și logistică.

S.C.Gebrüder Weiss S.R.L în România

În anul 1994 se stabilesc primele birouri în București urmâd ca în urmatori 7 ani S.C.Gebrüder Weiss Austria să devină principalul acționar, al afacerii în domeniul logistic și transport.

Deschiderea unei noi sucursale în la nivelul anului 2002, reprezintă faza de inițiere în prestarea de servicii de transport și logistică la nivelul pieței din .

La nivelul anului 2003, sucursala din București se mută într-o locație nouă și moderă, iar în aceeași perioadă este delegat un manager general român care să coordoneze și conducă activitățile de bază și să inițieze strategii de extindere, urmâd ca în cel mai scurt timp să se realizeze o colaborare între managerul român al societății și alți manageri din holdingul Gebrüder Weiss.

În anul 2004 Gebrüder Weiss preia 100% din acțiunile Cargolog Weiss, iar în anul 2005 Cargolog Weiss SRL devine Gebrüder Weiss SRL.

Organizarea eficientă a activității, tehnica modernă utilizată cu profesionalism de către un personal calificat, precum și tehnologia informațională și de comunicare avansată sunt factorii care au condus la ascensiunea rapidă și permanentă a companiei Gebrüder Weiss în România.

I.3. ANALIZA DIAGNOSTIC A SOCIETĂȚII

I.3.1 EVOLUȚIA REZULTATELOR ECONOMICO-FINANCIARE

Nivelul de competitivitate al serviciilor prestate la nivelul S.C. Gebruder Weiss S.R.L. sunt reprezentate de dinamica indicatorilor economico-financiari.

TABEL N.R. 2

Analiza veniturilor, cheltuielilor și rezultatelor

În cadrul S.C. Gebrüder Weiss S.R.L., cifra de afaceri înregistrează creșteri semnificative de la un an la altul, prezentând o evoltuție ascendentă de 41.198.701 lei la nivelul peroadei 2012 comparativ cu anul 2010, aceasta datorându-se faptului că societatea și-a dezvoltat baza de clienți în acest interval de timp prin extinderea teritorială 'a sediilor și depozitelor deținute și mai ales prin diversificarea relațiilor cu furnizorii de transport aerian din localitățile ce au în structura lor aeroporturi.

Din analiza veniturilor din exploatare ale societății se poate constata existența unor disproporții semnificative înregistrate printr-o creștere a acestor indicatori cu 5.017% puncte procentuale, ceea ce în valoare absolută reprezintă 41.610.986 lei la nivelul anului 2012 comparativ cu anul 2010. Acest fapt refectă o adaptabilitate permanentă a activității societății la cerințele pieței.

Cheltuielile din exploatare înregistrează o creștere semnificativă în anul 2012 față de 2010 de 42.525.479 lei, datorată majorarii cheltuilelilor cu materiile prime, a cheltuielilor provenite de la surse externe și nu în ultimul rând a cheltuielilor cu personalul ce a cunoscut de n cadrul S.C. Gebrüder Weiss S.R.L., cifra de afaceri înregistrează creșteri semnificative de la un an la altul, prezentând o evoltuție ascendentă de 41.198.701 lei la nivelul peroadei 2012 comparativ cu anul 2010, aceasta datorându-se faptului că societatea și-a dezvoltat baza de clienți în acest interval de timp prin extinderea teritorială 'a sediilor și depozitelor deținute și mai ales prin diversificarea relațiilor cu furnizorii de transport aerian din localitățile ce au în structura lor aeroporturi.

Din analiza veniturilor din exploatare ale societății se poate constata existența unor disproporții semnificative înregistrate printr-o creștere a acestor indicatori cu 5.017% puncte procentuale, ceea ce în valoare absolută reprezintă 41.610.986 lei la nivelul anului 2012 comparativ cu anul 2010. Acest fapt refectă o adaptabilitate permanentă a activității societății la cerințele pieței.

Cheltuielile din exploatare înregistrează o creștere semnificativă în anul 2012 față de 2010 de 42.525.479 lei, datorată majorarii cheltuilelilor cu materiile prime, a cheltuielilor provenite de la surse externe și nu în ultimul rând a cheltuielilor cu personalul ce a cunoscut de asemenea o evoltuție a efectivului total.

Rezultatul net prezintă o creștere cu 5.7 puncte procentuale la nivelul anului 2011 comparativ cu anul 2010, datorată diferenței semnificative dintre nivelul veniturilor și cel al cheltuielilor, iar în perioada următoare, respectiv anul 2012 societatea înregistrează pierdere la nivelul exercițiului finaciar de 680.454 lei.

I.3.2. PREZENTAREA PRINCIPALILOR CLIENȚI AI SOCIETĂȚII

Preluarea acțiunilor de la compania Cargolog Weiss, reprezintă o strategie de extindere bazată pe achiziționarea unei alte companii existente în domeniu transportului, și a oferit astfel posibilitatea întreprinderii Grbrüder Weiss să acapareze o mare parte din piață, să își extindă numărul contractelor cu clienții și totodată să realizeze numeroase contracte cu parteneri, continuându-și astfel procesul de dezvoltare.

Cei mai importanți clienți cu care societatea colaborează sunt:

DANFOSS DUCTIL S.A. companie specializată în proiectarea, producerea, montarea și punerea în funcțiune a diverse instalații de automatizare, monitorizare și dispecerizare din diverse sectoare industriale.

OMV este cea mai mare companie austriacă din domeniul producției și rafinării petrolului și operării de stații de benzină. Este de asemenea cel mai mare grup petrolier din Europa Centrală cu activități de explorare și producție în 18 țări de pe 5 continente.

HP este lider de piata în tehnologiile esențiale pentru afacerile de succes din prezent : servere, soluții de stocare, software pentru administrarea rețelelor, soluții de imprimare și prelucrare a imaginii și calculatoare personale.

ROYAL PHILIPS ELECTRONICS este una dintre cele mai mari companii de produse electronice din lume și cea mai importantă de acest fel din Europa, cu o cifră de afaceri de 29 de miliarde euro în 2003.

I.3.3 SERVICIILE PRESTATE ȘI TEHNOLOGIILE UTILIZATE

Gebrüder Weiss efectuează transporturi internaționale în trafic aerian, rutier și maritim în condiții deosebite de calitate a serviciilor.

Transporturile pot fi asigurate opțional prin brokerul de asigurări cu care societatea colaborează în vederea deplinei siguranțe a transportului.

Toate tarifele sunt personalizate pentru fiecare client având în vedere sprijinirea activităților de export / import, fiind negociabile în funcție de volumul de mărfuri și frecvența transporturilor.

PREZENTAREA SERVICIILOR OFERITE :

1. Serviciile de transport maritim oferite de Gebrüder Weiss sunt atât servicii de transport containerizat clasic, FCL și LCL, cât și servicii de transporturi speciale, cu tancuri container pentru mărfuri IMO / non IMO sau containere izolate termic.

Pentru import societatea acoperă întreaga zonă de est – , dar și Europa și S.U.A – cu tarife extrem de competitive atât pentru serviciul FCL cât și pentru LCL. Datorită posibilității de a efectua transporturi speciale, se poate garanta efectuarea în deplină siguranță a transportului mărfurilor periculoase în tancuri container agreate pentru transportul acelor mărfuri în stare lichidă sau gazoasă.

Containerele izolate termic pot suplini cu succes echipamentele specializate pentru mărfuri care necesită condiții speciale de transport, la tarife mai mici. Prin rețeaua companiei de agenți, atât în rețelele în care aceasta este membră activă, respectiv Multinational Forwarders Association și G.F.O, cât și prin agenții cu care are încheiate contracte individuale de agenție, este garantată urmărirea transporturilor pe tot traseul, de la expeditor la destinatarul final.

2.Serviciile de transport rutier se realizează în condiții de deplină legalitate și siguranță. Gebrüder Weiss are drept colaboratori cărăuși cu experiență în transporturile internaționale, care îndeplinesc toate condițiile impuse de legislația în domeniu.

Transporturile rutiere sunt efectuate sub acoperirea asigurării deținute de către cărăuși, cât și a asigurării de răspundere civilă obținută de companie.

3. Serviciile de transport aerian sunt diversificate astfel :

• Transport aerian direct spre destinația finală

• Transport multimodal : rutier până la hib-ul (aeroportul principal) liniei aeriene și aerian până la aeroportul de destinației.

• Transportul multimodal: aerian până la aeroport din și rutier pănă la destinația finală (airport to door)

• Preluarea mărfurilor de la locațiile clientului și transportul lor aeroport –destinația finală (door to air port).

4. Servicii de logistică si distribuție

Gebrüder Weiss realizează urmatoarele servicii pentru îndeplinirea completă a comenzilor elaborate de clienți începând cu procesarea acestor comenzi, gestiunea stocurilor, livrarea propriu-zisă a mărfurilor către utilizatorii finali, realizate la standarde occidentale, utilizând mijloace moderne specializate, exclusiv proprii.

Activitațile de logistică realizate la nivelul societății sunt urmatoarele:

• Transport marfă, camioane complete sau grupaj,

• Descărcare și manipulare internă,

• Descărcare camion / container,

• Verificare cantitativă și calitativă (ambalaj exterior) și raportare către beneficiar,

• Confirmare document insoțire marfă,

• Despachetare / Împachetare marfă și verificare eventuale vicii ascunse nedepistate la descarcărea camionului, cu întocmirea unui proces verbal,

• Transport intern,

• Poziționare în aria de depozitare dedicată,

• Înregistrare și evidență documente de intrare.

Unitatea de măsură utilizată pentru tarifarea operațiunilor de manipulare este euro-paletul cu urmatoărele dimensiuni: lungime: 1,2 m x lățime: 0,8 m x înălțime: 1,8 m.

La descărcarea camioanelor / containerelor calculul se va face pentru numarul de paleți descărcați.
Dacă marfa este transportată vrac, în momentul descarcării ea se paletizează pe euro-paleți echivalenți, iar calculul se va realiza la numărul de paleți rezultați în acest fel.

Ulterior paletizării marfa va fi amplasată în aria de depozitare dedicată.

Paleții sau coletele agabaritice se vor echivala cu euro-paleții, calculul realizându-se în consecință.

I.3.4 INVESTIȚIILE PROPUSE DE COMPANIE

Compania nu dispune în prezent de un sistem informatic care să permită urmărirea procesului de transport și gestionarea activităților de recepție/expediție marfă.

Astfel nu se cunosc informațiile despre numărul de camioane care pleacă din depozit/ajung la depozit într-o anumită perioadă.

Compania își propune pentru anul 2013 o investiție în achiziționarea și implementarea unui software care să permită gestionarea procesului de transport.

Pentru început va fi achiziționat și instalat un sensor de detecție a autovehiculelor în mișcare, prin care să se poată număra camioanele care intră în depozite pentru încărcare marfă respectiv cele care pleacă să transporte marfa din depozit spre clienți.

Problematica alegerii tipului de sensor

Alegerea unei categorii de senzor pentru implementarea, de exemplu, a unui sistem de management al traficului cu centru dispecer (TMC- Traffic Management Center) sau de management al transportului public de călători (PTM- Oublic Transport Management), cu care acesta este în strânsă legătură, se poate face corect numai după un studiu judicious al zonelor de monitorizare și al celor învecinate, după o analiză cât mai completă a traficului și evoluției acestuia în decursul unei zile, al unei săptămâni.

Spre exemplu, prețul de cost pentru buclele inductive este cel mai mic la ora actuală și tehnologiile de instalare sunt foarte ieftine, însă sunt necesare lucrări în suprafața de rularea a căii rutiere. Un asemenea sensor este potrivit a fi montat cu precădere în zone în care nu există sub stradă conducte sau cabluri, prentru că, în timp, acesta să nu fie afectat de eventualele lucrări de întreținere a acestor instalații.Există mai multe categorii de senzori, potriviți pentru cele mai uzuale aplicații ITS:

detector/radar pneumatic rutier

bucle inductive

senzorii magnetici

benzi de presiune pentru cântărire din mers (WIM-Weigh în motion)

senzori piezoelectrici pentru aplicații WIM

senzori capacitivi pentru WIM

procesoare video de imagini

radar cu microunde

radar laser

senzori IR pasivi sau active

arii acustice active

Dintre aceste categorii de senzori, buclele inductive detectoare continuă să fie utilizate pe scară largă pentru monitorizarea traficului de vehicule rutiere sau feroviară și pentru controlul semafoarelor rutiere, datorită prețului scăzut ale acestora, maturității, esteticii și facturorilor de natură politică.

Mai multe aplicașii, care, la prima vedere, sunt destinate buclelor inductive,pot însă să fie suplinite în ultima vreme de sisteme senzoriale mai modern, cum ar fi cele bazate pe procesarea imaginilor și utilizarea senzorilor multizonali IR sau microunde. În aceste aplicații, costul mai prohibitive al instalațiilor de captare informații poate fi compensate prin economiile de manopera la instalare și mentenanță.

Alegerea corectă a amplasării senzorului este critică pentru operarea cu succes a acestuia. Senzorii destinați să funcționeze deasupra solului trebuie testate o anumită perioada în condiții reale, pentru a vedea cum răspund la variații de iluminare, trafic,temperatură,umiditate, vibrații.

AVANTAJE SI DEZAVANTAJELE SENZORILOR

CAPITOLUL II. TEHNOLOGII ALE SISTEMELOR INTELIGENTE PENTRU TRANSPORTURILE RUTIERE

II.1 FLUXUL INFORMAȚIONAL

Automatizările au devenit necesare în domeniul transporturilor rutiere din momentul în care autoritățile și-au dat seama că numărul de accidente rutiere, pierderile materiale și de vieți omenești au crescut îngrijorător de mult. Ca urmare a complexității acestor procese, întinderii georgafice mari, a sistemelor de transport și infrastructurii rutiere, pentru a realiza automatizări pe scară alarga în acest domeniu este necesară fuziunea mai multor tehnologii specifice:

Captarea informației

Prelucrarea informației

Transmiterea informației

Utilizarea informației

Sistemele de management al traficului rutier realizează în modul cel mai evident integrarea tehnologiilor prezentate aici.

Acțiunea mai dificilă pentru aceste sisteme este modalitatea care trebuie aleasă pentru a rezolva problema fuziunii datelor de la mai multe categorii de senzori.

De aceea, majoritatea sistemelor sunt cu prelucrare distribuită a infomațiilor (sistemul UTOPIA) și realizează o prelucrare ierahizată scalar (SCATS) sau dacă prelucrarea este efectuată la centru sistemul beneficiază de instrumente software puternice pentru a suporta situațiile de pierdere a comunicațiilor (predicția la sistemul SCOOT pentru reglarea traficului rutier).

La orice sistem de control integrat de tip UTC, pentru a putea fi realizată o fuziune bună a datelor este necesar ca:

Arhitectura sistemului să fie deschisă și flexibilă

Diferițele aplicații de firma destinate traficului (detectoare, sisteme de semaforizare) să se poata integra cu ușurință.

Informațiile din alte sisteme să poată fi integate cu ușurință

Obiectivele generale ale ultimelor programe de cercetare-dezvoltare în domeniu au fost îndreptate către obținerea și valorificarea de noi cunoștiințe privind aplicabilitatea sistemelor de reglare a circulației în marile orașe, pentru managementul traficului.

Cercetarea a fost îndreptată în special asupra aplicabilității autoinstruirii acestor categorii de sisteme integrate, autooptimizării strategiilor de control al traficului urban.

Se caută dezvoltarea unui sistem care poate reacționa în mod efectiv la permutările și schimbările caracteristicilor generale ale taficului. Un asemenea sistem ar trebuii să fie capabil să acționeze asupra duratelor de semnalizare a semafoarelor rutiere pe baza unor algoritmi de minimizarea duratelor de tranzit pentru vehicule și a duratelor de așteptare al semafoare.

Utilizabilitatea sistemelor de control al traficului urban depinde în mare măsură de abilitatea acestora de a reacționa corect și la timp la schimbările caracteristilor generale ale traficului.

Esența unui sistem adaptiv de tip UTC se bazează pe funcționarea integrată a unui număr de Blocuri de Semnalizare a Traficului în Intersecții (BSTI) și câtiva agenti ai autorității (AA).

„Sistemul expert”, partea centrală a unui BSTI lucrează ca un contoler.Acest bloc contolează modul în care funcționează semnalizarea optică și determină strategia acesteia.

Comanda semnalizării, dependența de traficul din intersecție, lucrează în mod normal în buclă închisă rapida-după modelul sistemelor cu reacție internă. Detectorii care furnizează datelor alimentează algoritmul de control cu informație. Pe baza unor reguli predeterminate este alesă strategia de comandă, iar semnalizarea rutieră este comandată ca atare.

Conform ultimelor cercetări, se sugerează introducerea unei noi bucle de reglare în sistem, care ar permite, în plus, schimbarea regulilor și a parametrilor.

Aici intervine necesitatea unui model de trafic baza pe inteligență artficială.

Controlerul este alimentat cu informații provenite de la mai multe intrări:

Sisteme de detecție a vehiculelor

Strategii de control

Sisteme de comunicații cu BSTI și legături cu intesecțiile aflate în vecinatate și cu centrul de control al traficului urban

Figura 2.1 Procese implicate în studiul de implementare a unui sistem de management al traficului rutier urban

II.2 CAPTAREA PARAMETRILOR DEPLASĂRII DE LA VEHICULE RUTIERE

Captarea de informații din teren cu privire la modul de desfășurare a traficului reprezintă unul din cele mai importante procese în reglarea adaptivă a acestuia. Nu se poate discuta despre reglare de trafic în mod adaptiv fără detecție de vehicul sau/și identificarea acestora.

Detecția vehiculelor reprezintă un proces de captare a informațiilor din trafic cunoscându-se astfel în orice moment care este gradul de eficiență al sistemului în cadrul procesului de reglare a traficului.

Captarea informațiilor de trafic se poate face în timp real, cvasireal, sau cu analiză ulterioară a datelor de trafic. Există mai multe tehnologii utilizate în captarea datelor de trafic detectoare derivate din acestea.

Metodologiile acestea sunt destul de diversificate, iar precizia senzorilor depinde de mai multi factori, printre care:

Principiul fizic de detecția a vehiculelor

Distanța de la care se face detecția

Viteza de deplase a vehiculului

Tipul vehiculului

Condiții de mediu

Sisteme Inteligente de Transport de tip ATMS includ subsisteme de detecție a traficului, de comunicații, precum și tehnlogii de control (componente ale strategiilor de management al traficului).Aceste tehnologii servesc la satisfacerea solicitărilor tot mai mari ale sistemelor de transport la suprafața.

Detecția vehiculelor și sistemele de supraveghere sunt în întregime părți ale ITS, deoarece ele culeg toate sau cel puțin o parte din datele folosite de ITS.

În mod constant sunt îmbunătățite tehnologiile de detecție a vehiculelor sau sunt create noi tehnologii pentru monitorizarea vitezei, numărarea vehiculelor, detecția prezenței, a direcției de deplasare, clasificarea vehiculelor și preluarea datelor relative la cântărirea în mișcarea a vehiculelor.

Procesele de captare a informațiilor cu privire la modul de deplasare a avehiculelor pot fi descrise ca având trei componente:

Figura 2.2 Componentele necesare detecției/ supravegherii vehiculelor

Senzorul, detectorul sau traductorul, cum este denumit adesea, are rolul de a detecta trecerea sau prezența unui vehicul sau a osiilor acestuia printr-un anumit punct. Dispozitivul de procesare a semnalelor convertește mărimile de la ieșirea traductorului în semnale electrice.

Dispozitivul de procesare a datelor este, de obicei, format din hardware/software destinat conversiei acestor semnale electrice în parametrii de trafic. Acești parametrii de trafic pot include: prezența vehicule, numărare vehicule, viteza, clasificare, interval între vehicule, direcție de deplasare, gabarit, greutate și durata de transit.

Dispozitivul de procesarea a datelor se poate constituii ca parte a senzorului (traductorului) sau poate fi reprezentat de un controler în afara acestuia, legat prin dispositive de separare galvanic, cum ar fi, de exemplu, optocuploaele sau releele electromagnetice.

Sistemele de detecție/supraveghere se pot clasifica cel mai bine dupa modul în care este afectat traficul la montarea acestora.

Sisteme de detecție/monitorizare cu interacțiune în trafic – sunt acele echipamanete la care, pentru instalare este necesară efectuarea unor lucrări specifice (șanțuri, gropi în carosabil, etc) și care au ca efect gatuirea traficului și un grad redus de amovibilitate a sistemelor de detecție.

Sistemele considerate deja clasice sunt majoritar din această categorie:

Bucle inductive

Magnetometrele

Senzorii microbuclă

Detectoarele pneumatic rutiere

Detectoarele piezoelectrice rutiere cu cabluri sau alte tehnologii de cîntărire în mișcare

Sisteme de detectie sau monitorizare fără interacțiune în trafic sunt acele echipamenete ieftine și fiabile care pot fi montate și întreținute cu un minim de intervenție în fluența traficului și la care precizia de detecție este cel puțin de nivelul celei a buclelor inductive.

Din această categorie fac parte tehnologii mai noi cum ar fi:

Sistemele de detecție bazate pe procesarea imaginii video

Radarele cu microunde

Radarele laser

Detectoarele passive cu radiații cu infraroșii(PIR)

Detectoarele cu ultrasunete

Ariile pasive acustice

Combinațiile de tehnologii senzoriale, cum ar fi PIR cu microunde Doppler sau PIR cu ultrasunete

CAPITOLUL III. UTILITATEA SISTEMELOR SOFTWARE DE MĂSURARE ȘI CONTROL

III.1 Elemente introductive referitoare la conducerea proceselor industriale/de transport din perspectiva sistemelor software de măsurare și control

Reprezentarea modului de conducere a procesului industrial, (și restrâns de transport), poate fi realizată printr-o piramidă împărțită pe mai multe niveluri ca in fig. 1.1.

Supravegherea se găsește în “piramida conducerii proceselor” pe nivelul al treilea, alături de conducerea procesului, ceea ce arată că, practic, ele nu pot fi separate.

Fig. 3.1 Nivelurile de conducere a proceselor industriale.

Domeniul supravegherii proceselor industriale este destul de vast. Acesta conține aplicații începând cu simpla achiziție de date și până la prelucrări foarte complexe:

• analize statistice;

• gestiunea elaborării alarmelor;

• ghid operator;

• supravegherea acțiunilor de conducere ale operatorilor;

• identificări de parametri și simulări;

• supravegherea dinamică a răspunsului procesului, etc.

La baza “piramidei” se situază operațiunile de achiziție din proces a mărimilor de intrare și de transmitere către procesul supravegheat a comenzilor de acționare.

Funcțiile de bază ale unei aplicații de supraveghere a unui proces sunt:

• comunicația cu procesul;

• semnalizarea;

• comunicația cu programele utilizate pentru prelucrarea datelor;

• interfațarea om-mașină;

• gestiunea alarmelor;

• gestiunea rapoartelor.

Conceptul de aplicație în timp real poate fi definită astfel:

Aplicația în timp real, este acea aplicație care realizează un sistem informatic al cărui comportament este condiționat de evoluția dinamică a stării procesului la care este conectat. Acest sistem informațional este menit să urmărească sau să conducă procesul, respectând condițiile de timp stabilite. Deci, timpul real este o noțiune care marchează de fapt conceptul de timp de reacție relativ la dinamica procesului pe care sistemul informatic îl conduce (supravegheză).

Supravegherea în timp timp real a unui proces este o etapă necesară pentru trecerea la pasul următor: conducerea procesului.

Un sistem în timp real este sistemul de automatizare complexă cu ajutorul calculatorului a unor probleme de decizie, mai ales cu caracter operativ, în care timpul de răspuns este suficient de redus pentru a putea influența în modsemnificativ și pozitiv evoluția obiectivului condus.

Un sistem de achiziție de date și control a unui proces industrial, asociat cu un microsistem de calcul, se comportă ca un sistem inteligent (care poate lua decizii bazate pe informații anterioare, prelucrează informația, efectuează calcule, după care, pe baza rezultatelor obținute, adoptă o decizie, din mai multe soluții posibile).

Sistemele de achiziție de date asociate cu microsistemele de calcul, în timp real, au ca principale avantaje:

• flexibilitatea și adaptabilitatea la o mare varietate de situații;

• creșterea gradului de automatizare al unor operații;

• mărirea preciziei măsurătorilor;

• fiabilitate bună (număr redus de componente, posibilitatea de autotestare datorită programelor încorporate);

• miniaturizarea echipamentelor;

• posibilitatea prelucrării complexe a datelor din proces;

• simplificarea proiectării electrice și tehnologice datorită existenței familiilor de componente ce permit interconectări standard.

Ca rezultat al răspândirii pe scară largă, în ultimul timp, a calculatoarelor personale și a perfecționării lor continue, marile firme producătoare de sisteme de măsurare au căutat să realizeze echipamente care să utilizeze calculatorul personal pentru:

• achiziția de date din sistemele industriale;

• reglajul și supravegherea unor parametri sau instalații (procese);

• realizarea unor aparate de măsurare cu performanțe ridicate.

În prezent, resursele calculatorului personal sunt utilizate pentru a efectua sarcini cum ar fi: comanda, gestiunea, prelucrarea și afișarea datelor care altfel ar fi preluate de un microprocesor, plasat în interiorul instrumentului.

Instrumentul de măsurare comunică cu PC-ul prin intermediul unei interfețe care are în mod obligatoriu un convertor analog-digital. Instrumentul de măsurare poate fi redus la o simplă cartelă de achiziții de date pentru măsurători.

În momentul de față, prin intermediul tastaturii calculatorului se poate comanda instrumentul de măsurare, iar pe display pot fi vizualizate rezultatele măsurătorilor, sub formă numerică sau sub formă grafică.

Aceste rezultate apar ca urmare a prelucrării datelor brute obținute de la instrumentul de măsurare de către calculator, la cererea utilizatorului. De aici, rezultă aparate cu preț de cost mult mai scăzut.

III.2 CONSIDERAȚII GENERALE ASUPRA INSTRUMENTAȚIEI VIRTUALE

Instrumentele de măsurare inteligente reprezintă entități independente,funcționând separat de un sistem de calcul, capabile să comunice un set redus de parametri și să execute o serie de comenzi. Toate echipamentele de măsurare dezvoltate în ultimii ani conțin interfețe prin intermediul cărora se transmit datele achiziționate, precum și comenzi unor relee cu care sunt echipate.

Indiferent de tipul de mărime măsurată, instrumentele inteligente sunt echipate cu relee care comandă direct echipamente externe, în funcție de valorile parametrului măsurat. După gradul de complexitate, pot fi însoțite de un pachet software aferent, executabil pe un sistem de calcul compatibil IBM-PC, pentru a putea executa citirile și comenzile la distanță. Foarte multe asemenea sisteme dispun de mijloace de memorare externă, care stochează variația în timp a parametrului măsurat sau valorile instantanee, la anumite intervale de timp.

Astfel, conceptul de aparat de măsură autonom este treptat înlocuit de un ansamblu modular, evolutiv, ușor adaptabil. Se asistă, în cadrul instrumentației,la o trecere de la funcționalitatea definită de constructor (constând într-o multitudine de aparate ce pot fi asamblate într-un sistem de măsură) la funcționalitatea definită de utilizator (constând din sisteme programabile, șasiuri conținand module ce perimit implementarea si dezvoltarea unui numar cu adevarat impresionant de aplicatii.

Fig. 3.2 Componentele procesului de măsurare.

În cadrul software-ului utilizat sunt înglobate biblioteci care servesc la programarea achiziției (module instrument), la prelucrarea datelor (module de analiza armonică de semnal, module de funcții statistice), la afișarea rezultatelor, conducând astfel la crearea de instrumente virtuale.

Datorită abilității de a construi sisteme de instrumentație chiar de către utilizator se câștigă timp, se economisesc bani și se poate interveni rapid în cadrul sistemului de măsurare sau de control.

În fig 3.3 Se observă că semnalul de intrare este sub formă analogică, convertit apoi în valori numerice prin intermediul unui convertor analog-digital. Unitatea centrală (calculatorul) prelucrează aceste reprezentări numerice, urmând ca rezultatul să fie reconvertit în semnal analogic (prin intermediul unui covertor digital-analogic). Cât timp informația se găsește, încă, sub formă numerică, pot avea loc mai multe tipuri de operații asupra acesteia: analiză, memorare, afișare, transmisie etc.

Fig.3.3 Exemplu de sistem de prelucrare numerică a semnalelor.

Sisteme de achiziție a datelor

Un sistem de achiziție și conducere (SAC) conține următoarele blocuri funcționale:

– sistem de achiziție de date analogice (SADA) care este destinat citirii datelor în formă analogică, date ce pot proveni de la traductoare și adaptoare de măsură;

–  sistem de  generare de date analogice (SGDA)  care este principalul mijloc de obținere a unor comenzi în forma analogică; semnalele astfel obținute pot fi aplicate elementelor de execuție sau pot fi afișate pe monitoare analogice;

– sistem de intrări și ieșiri numerice (SIIN) utilizat la conectarea cu echipamente numerice sau la interfațarea cu elemente de execuție comandate electric;

– microcomputerul care realizează atât procesarea locală a datelor cât și comunicarea cu alte sisteme. Prin microcomputer se înțelege o arhitectură de calcul mono sau multiprocesor, echipată cu microprocesoare sau microcontrolere.

Un rol important în buna funcționare a sistemelor de achiziție și conducere îl au senzorii și traductoarele, componente ce preiau mărimile neelectrice din procesele industriale și le transformă în mărimi electrice ce pot fi ușor prelucrate de sistemele de achiziție de date.

Sistemele de conducere cu calculatorul a proceselor industriale realizeaza schimbul de informații între calculator, operatorul uman și mediul industrial.

Traductoarele au rolul de a preleva mărimile de măsurat și a le transforma în semnale electrice, circuitele de condiționare de semnal realizând procesarea analogică a semnalelor (amplificare, atenuare, filtrare, etc…). Semnalele analogice sunt preluate de circuite de intrare analogice care le transformă în semnale numerice cu ajutorul circuitelor de conversie analog-numerice iar semnalele digitale sunt preluate de circuitele de intrare digitale. În final, calculatorul primește mărimile prelevate din proces sub forma unor semnale numerice pe care le prelucrează făcând analiza lor și elaborând decizii. Pe baza acestor decizii, calculatorul transmite către proces atât semnale digitale prin intermediul circuitelor de ieșire digitale cât și semnale analogice furnizate de circuitele de ieșire analogice în urma conversiei numeric-analogice. Aceste semnale se aplică elementelor de execuție (motoare, electrovalve, bobine, etc..) după o prealabilă prelucrare în circuitele de adaptare care realizează de fapt tot o condiționare de semnal.

Se poate afirma că în cazul monitorizării și conducerii unor procese industriale calculatorul trebuie să aibă un dialog permanent cu traductoarele și elementele de execuție. Aceste traductoare și elemente de execuție sunt foarte diverse și sunt caracterizate de semnale a căror frecvență este mult mai mică decât frecvența microprocesorului din calculator, nivelul lor având o plajă largă de variație. De aici rezultă necesitatea unei adaptări a acestor semnale, a unei interfațări dintre periferice (traductoare și elemente de execuție) și calculator. Aceasta funcție este asigurată  de către un adaptor de interfață sau mai simplu interfață care convertește semnalele de la echipamentul periferic și pe cele destinate echipamentului periferic în semnale normalizate care pot fi transmise spre și de la procesor pe canalele de intrare-ieșire

Sisteme de conducere numerice industriale implică în general un număr mare de traductoare și de elemente de execuție, analogice și numerice. Elementele sensibile (senzorii) ale traductoarelor transformă mărimile măsurate în tensiune, curent, rezistență etc., ale căror valori diferă mult de la un dispozitiv la altul. Tensiunile pot fi de la milivolți la zeci de volți. De asemenea, semnalele necesare elementelor de execuție pot avea nivele de putere mult diferite în funcție de aplicația concretă. Sistemele de conducere industriale trebuie să dispună de echipamente care să convertească semnalele de la senzori în semnale numerice standardizate care pot fi prelucrate de către calculator. În plus, trebuie să existe circuite care să convertească datele numerice furnizate de către calculator în semnale de comandă (analogice în cele mai multe cazuri) adaptate la elementele de execuție. Aceste diferite funcții sunt grupate în așa-numitele unități de interfață de proces. Unitatea de interfață trebuie să fie modulară pentru a permite adaptarea ușoară a sistemului de conducere la caracteristicile particulare ale procesului condus. Modularitatea este asigurată prin plăci sau module conectate la o magistrală comună și concepute astfel încât utilizatorul poate echipa unitatea de interfață cu ansamblul de plăci și module specializate care corespund perfect aplicației respective.

În general, interfețele de proces se mai numesc generic plăci de achiziție, nume datorat faptului că prin intermediul interfeței de proces se realizează și achiziția de date. Trebuie precizat faptul că interfața de proces are nu numai funcția de achiziție ci și funcția de prelucrare și transmitere către exterior a semnalelor generate de calculator. Plăcile de achiziție fac parte din categoria generală a plăcilor de extensie (denumite și plăci utilizator). Prin completarea configurației unui calculator (de regulă un calculator personal – PC) cu elemente din categoria interfețelor de proces (plăci de achiziție) și cu software specializat se obține un sistem de achiziție a datelor, sistem ce poate avea și funcția conducere (SAC).

Sistemele de achiziții de date încep cu traductoarele, aparate care convertesc mărimi fizice măsurabile cum ar fi temperatura, presiunea, forța, accelerația, vibrațiile, sunetele, umiditatea, debitul, nivelul, umiditatea, pH-ul, compoziția chimica și altele, într-un semnal electric. Orice instalație de automatizare industrială dispune de traductoare destinate cerințelor sale specifice. Pe lângă faptul că traductoarele sunt disponibile pentru o paleta largă de măsurători, se prezintă sub o gamă variată de forme, mărimi și caracteristici.

Alegerea traductorului potrivit pentru o anumită aplicație trebuie să țină seama de mai mulți factori:

– caracteristicile electrice (amplitudine, frecvență, impedanța sursei) ale etajului de ieșire al traductorului;

– tipul sursei de alimentare/excitație utilizată de traductor;

– precizia necesară;

– în ce fel de mediu poate lucra traductorul (temperatură, umiditate, vibrații, presiune);

– prețul de cost.

De cele mai multe ori semnalul produs de senzori este un semnal de tensiune. Sistemele de achiziții de date sunt capabile, de regulă să prelucreze tensiuni joase. Prin tensiuni joase se înțeleg nivele de tensiune de la câțiva milivolți la câțiva volti. Acest nivel de tensiune nu este cel potrivit pentru etajul următor, convertorul analog numeric, și prin urmare trebuie fie amplificat fie divizat în fucție de nivelul avut. Această operație este îndeplinită de circuitele de condiționare de semnal. Pe lângă nivelul semnalului este foarte importantă frecvența sa maximă. Frecvența maximă a semnalului analizat stabilește  frecvența maximă de eșantionare a convertorului analog numeric conform legii eșantionării. Pe de altă parte este foarte important ca semnalele de frecvență mai mare decât cea stabilită, prezente sub formă de zgomot, să fie eliminate prin filtrare. Prezentarea grafică a semnalelor de frecvență ridicată necesită o rată de eșantionare mult mai mare decât cea precizată de legea de eșantionare, și anume 10÷20 puncte de eșantionare într-o perioadă, pentru a obține o formă de undă  de o calitate acceptabilă.

Circuitele de condiționare convertesc semnalele provenite de la traductoare, astfel încât convertorul analog digital să le poată prelucra. Condiționarea semnalelor poate include: amplificare, filtrare,conversie curent-tensiune, izolare, eșantionare și memorare, conversie tensiune-frecvență și așa mai departe.De asemenea poate include excitația traductoarelor care necesită acest lucru. Traductorul este conectat la intrarea circuitului de condiționare de semnal care furnizează semnal convertorului analog-digital.

Acesta convertește tensiunea analogică într-un semnal digital care este transferat la calculator pentru procesare, reprezentare grafică sau memorare.

Amplificatoarele, datorită diversității și flexibilității lor, sunt circuite foarte  utilizate în sistemele de achiziția datelor, ca circuite de condiționare de semnal. Un sistem simplu pentru achiziția datelor constă într-un multiplexor (MUX), un amplificator de instrumentație (AI) și un convertor analog-digital (ADC). Fiecare bloc în parte are propriile capabilități și limitări care împreună definesc perfrmanțele sistemului.

Multiplexorul este un sistem de achiziție de date automat, realizat fie în formă electromecanică cu contacte de releu fie cu comutatoare statice. Forma de realizare depinde de viteza de comutare între canale și de cerințele de izolare. În sistemele de viteza mare, definite ca fiind acele sisteme ce comută  mai mult de 200 de ori pe secundă, sunt utilizate comutatoarele statice. Sistemele foarte performante pot comuta și de 1000000 de ori pe secundă. Problemele care apar pentru sistemele de multiplexare realizate cu comutatoare statice sunt limitarea tensiunii de intrare, rezistență de comutare în stare on și influențele între linii

Blocul care de regulă urmează sistemului de multiplexare într-un sistem de achiziție de date este un bloc de amplificare realizat în configurație de amplificator de instrumentatie care are câteva caracteristici importante cum ar fi rejecția semnalului de mod comun, amplificarea semnalului util, minimizarea efectelor rezistenței în stare on a circuitelor sistemului de multiplexare și adaptarea semnalului la intrarea convertorului analog numeric.

În mod frecvent semnalul util este mult mai mic (0÷100 mV) decât domeniul de intrare tipic (0÷5 V) al convertorului analog numeric. Pentru a realiza o rezoluție maximă a măsurătorii este necesară amplificarea de 50 a semnalului. Amplificatoarele de instrumentație pot realiza amplificări de până la 10000 în anumite aplicații. În sistemele cu multiplexare se utilizează o gama de amplificare între 1 și 1000.

Există o clasă specială de amplificatoare de instrumentație, cu domeniu de amplificare programabil, care pot amplifica diferit semnalele de pe canale de intrare diferite. Același semnal de control care selectează canalul de intrare poate de asemenea selecta și domeniul de amplificare dând un mare grad de flexibilitate sistemului.

Rezistența comutatoarelor analogice adunată la impedanța sursei de semnal poate determina erori de măsurare. Acest efect este minimizat de impedanța de  intrare extrem de mare a amplificatorului de instrumentație. Impedanța de intrare extrem de mare împreună cu curentul de polarizare extrem de mic al amplificatorului de instrumentație creează o cădere de tensiune minimă pe comutatorul analogic rezultând un semnal foarte puțin afectat de erori la intrarea amplificatorului de instrumentație. Pe de altă parte impedanța foarte mică de la ieșirea amplificatoarelor de instrumentație permite o adaptare foarte bună a acestora la intrarea convertorului analog-numeric.

Amplificatoarele de instrumentație au și câteva limitări cum ar fi tensiunea de offset, banda de frecvență limitată, timpul de stabilizare, etc… care în funcție de aplicație pot fi compensate prin diferite metode.

Convertorul analog-digital face legătura dintre semnalul analogic și semnalul digital. Conversia semnalului analogic presupune exixtența unui circuit de eșantionare și memorare la intrarea convertorului, circuit care de cele mai multe ori este inclus în convertorul analog-numeric. Principalii parametrii care caracterizează circuitele de conversie analog-numerice sunt frecvența și rezoluția. Frecvențele tipice de lucru variază de la 20kHz la 1MHz iar rezoluția de la 10 la 16 bit. Cele mai întâlnite tipuri de convertoare sunt cele de tip paralel (flash), cu aproximații succesive, cu conversia tensiune-frecvență și cu integrare

Multe aplicații necesită interfațarea semnalelor digitale la un calculator. Semnalele de ieșire digitale pot controla relee în scopul alimentării unor echipamente sau indicatoare iar semnalele de intrare digitale pot reprezenta starea unor comutatoare indicând poziția acestora sau pot fi utilizate pentru a comunica între instrumente.Circuitele digitale nu se limitează la nivele joase TTL sau CMOS ci la nivele de tensiune mari de zeci sau uneori sute de volți. Pentru asemenea situații sunt necesare circuite de adaptare între circuitele de nivel jos și cele de tensiune mare sau curent ridicat.

În marea majoritate a sistemelor de achiziție de date care lucrează în instalațiile industriale este utilizată funcția de amplificare.Circuitele care realizează funcția de amplificare sunt amplificatoarele operaționale (AO). Ele sunt utilizate, de regulă, ca o interfață între senzori și circuitele de conversie analog-numerice pe de o parte și între circuitele de conversie numeric-analogice și elementele de execuție. Amplificatoarele utilizate la interfața cu senzorii trebuie să aibă o amplificare definită cu precizie și de regulă aceste amplificatoare sunt realizate pe baza amplificatoarelor operaționale (AO), care au amplificarea foarte mare (care poate fi definită precis ca raport a două rezistențe) și impedanța de intrare foarte mare (teoretic infinită). Se folosesc diverse structuri de AO (în montaj inversor, neinversor, diferențial etc.).

Există numeroși senzori care furnizează semnale de nivel mic care trebuie amplificate pentru a putea fi prelucrate și convertite în semnale numerice .

Intervalul de variație a tensiunii de intrare pentru CAN-uri este în general de 0 – 10 V. Dacã semnalul de la ieșirea traductorului nu depășește 1 V performanțele de achiziție se înrăutățesc (rezoluția, precizia, influența zgomotelor). Prin urmare apare clar necesitatea amplificării. Prima problema care se pune pentru amplificarea semnalelor mici este protecția contra zgomotului. Într-adevar, dispozitivul constituit din senzor și firele sale de legătură cu amplificatorul poate să culeagă semnale parazite a căror amplitudine poate fi superioară celei a procesului de măsurat. Acest zgomot provine din cuplajele parazite cu masă sau cu alimentarea, dar poate fi în egală măsura indus direct prin firele de legătură. Pentru reducerea raportului zgomot/semnal se utilizează legături cu impedanța mică constituite din cabluri coaxiale sau din perechi torsadate ecranate.

Filtrarea reprezinta prelucrarea unui semnal (in domeniul timp) avand ca rezultat schimbarea spectrului de frecventa original al semnalului. Schimbarea consta in reducerea (filtrarea) unor componente nedorite ale semnalului. Filtrele se pot imparti in doua mari categorii: filtre analogice si filtre numerice.

Filtrele analogice sunt plasate înaintea convertorului analog-numeric pe când filtrele numerice se plasează după convertor. Un filtru analogic poate îndepărta zgomotul suprapus peste semnalul analogic înainte ca el sa fie convertit digital. Sunt eliminate inclusiv vârfurile de zgomot, care dacă au valori în apropierea capătului de scală pot sătura modulatorul analogic al convertorului analog-numeric, chiar dacă valoarea medie a semnalului se află  în interiorul valorilor limită. Nu este posibilă eliminarea acestor vîrfuri cu ajutorul filtrului digital. Pe de altă parte filtrele analogice sunt recomandate la frecvențe mari, peste câțiva kHz, deoarece la aceste frecvențe filtrele digitale introduc intârzieri datorită tehnicilor de mediere folosite în eliminarea zgomotului din bandă și din afara ei.

Teoria modernă a eșantionării și a prelucrării numerice a semnalelor a facut posibilă înlocuirea filtrelor analogice cu cele numerice în numeroase aplicații, printre avantajele  filtrelor numerice numărându-se :

– filtrele numerice sunt programabile software și prin urmare sunt ușor de construit și de testat;

– performanțele filtrelor numerice nu variază în funcție de temperatură sau umiditate;

– filtrele numerice au un raport cost/performanță mai bun decât filtrele analogice;

– filtrele numerice sunt stabile și nu necesită componente de mare precizie;

– filtrele numerice necesită doar operații aritmetice simple de înmulțire și adunare /scădere și prin urmare sunt ușor de implementat.

Din punct de vedere al realizării fizice, un filtru numeric poate fi un program într-un calculator, un microprocesor programabil sau un circuit integrat dedicat.

Indiferent de tipul lor (analogice sau numerice), filtrele reduc sau elimina componentele de frecvență nedorită din semnalul prelucrat. În funcție de domeniul de frecvență în care semnalele sunt lăsate să treacă sau sunt atenuate (rejectate), filtrele por fi clasificate în patru categorii:

filtre trece jos (FTJ) – lasă să treacă semnalele de frecvență joasă și atenuează componentele de frecvență înaltă;

filtre trece sus (FTS) – lasă să treacă semnalele de frecvență înaltă dar atenuează semnalele de frecvență joasă;

filtre trece banda (FTB) – lasă să treacă semnalele care au frecvență într-o anumită bandă de frecvență;

filtre opreste banda (FOB) – atenuează semnalele care au frecvență într-o anumită bandă de frecvență.

CAPITOLUL IV DATE TEHNICE PRIVIND OBIECTUL INVESTIȚIEI – SENZORI DE DETECȚIE

Compania nu dispune în prezent de un sistem informatic care să permită urmărirea procesului de transport și gestionarea activităților de recepție/expediție marfă.

Obiectivul companiei constat într-o investiție privind achiziționarea și implementarea unui software care să permită gestionarea procesului de transport.

Pentru început va fi achiziționat și instalat un senzor de detecție a autovehiculelor în mișcare, prin care să se poată număra camioanele care intră în depozite pentru încarcare marfă respectiv cele care pleacă să transporte marfă din depozit spre clienți.

IV.1 Noțiunea de traductor / senzor inteligent

Un traductor inteligent este “un traductor care realizează funcții suplimentare față de cele necesare reprezentării corecte a cantității trimise sau controlate; această funcționalitate simplifică integrarea traductorului în aplicații dintr-un mediu ‘retelizat’.”

Standardul se referă la termenul general de “traductor” atribuit atât senzorilor cât și dispozitivelor de acționare (actuatoare) → un senzor inteligent este “o versiune de senzor a unui traductor inteligent”.

Un senzor inteligent trebuie să facă mai mult decât să dea un răspuns corect sau să comunice într-un format digital → un senzor inteligent adaugă valoare datelor, în sensul de a permite sau suporta procese distribuite și de a lua decizii.

Facilitățile dorite de la un senzor inteligent pot include:

● autoidentificarea;

● autodiagnosticarea;

● “conștiența timpului”, în sensul marcării timpului corelat cu canalul de pe care se colectează datele;

● “conștiența locației”, în sensul marcării poziției spațiale pentru fiecare canal;

● funcții de ordin superior ca: prelucrare de semnale, colectare și stocare de date, detectarea evenimentelor și raportarea lor, fusiunea datelor, adică a măsurărilor provenite de la canale multiple;

● conformitatea cu standarde de comunicație a datelor și protocoale de control a corectitudinii acestora.

Figura 4.1 Senzor inteligent – model general

Modelul arată domeniul complet al funcțiilor senzorului inteligent plecând de la elementul sensibil din lumea reală– din stânga – prin condiționare și conversie către domeniul digital și – în final – către rețeaua de comunicație din dreapta.

Memoria de date poate fi folosită atât pentru stocarea datelor, dar și pentru parametrii dispozitivului, cum ar fi TEDS (Tranducer Electronic Data Sheets) definite în standardele IEEE 1451.

Blocul central, denumit “Algoritmi de aplicație”, realizează inteligența, care face din senzor un dispozitiv inteligent. Acest bloc poate include mașina de corecție care realizează compensarea și corecția neliniarităților, ca și o serie de funcții de nivel înalt cum ar fi: procesarea complex a semnalului digital, istoricul semnalului după un algoritm impus, detecția evenimentului la situații critice, fusiunea datelor, realizarea unor algoritmi de reglare de tip PID etc.

Multitudinea algoritmilor de aplicație implementați la nivelul senzorului inteligent face posibilă migrarea inteligenței către punctul de măsurare/comandă, degrevând astfel serverul de aplicație de aceste operații consumatoare de resurse și timp.

STRUCTURA GENERALĂ A UNUI TRADUCTOR

Figura 4.2 – Structura generală a unui traductor

ES- element sensibil (senzor, captor, detector);

A – adaptor (circuit de condiționare, transmitere);

ELT – element de legătură și transmisie (rol secundar)

SAE – surse auxiliare de energie

ES – elementul care asigură cuplarea traductorului cu procesul.

Trebuie să aibă o serie de calități:

● să fie selectiv (preia din proces numai mărimea fizică și variațiile acesteia care interesează); rejectează celelalte mărimi ale mediului în care se face măsurarea;

● să nu exercite efect de retroacțiune ( la cuplarea cu procesul să nu determine modificări ale mărimii măsurate x);

● să permită cuplări cu procesul foarte variate (același tip de traductor să poată fi folosit la game diferite pentru aceleași mărimi, sau chiar la mărimi diferite).

Remarca: Semnalul s1 furnizat de ES nu este calibrat (nu oferă o dependență liniară și nici plajă de variație a acestuia nu este normalizată) → necesitatea adaptorului A.

A – adaptorul – are un dublu rol:

● preia semnalul de la ES și – după o serie de transformări cu caracter liniar / neliniar – îl transformă în semnal calibrat de ieșire y;

● asigură cuplarea cu dispozitivele de automatizare (pe baza energiei dată de sursele de energie auxiliare SAE are în ieșire o putere suficientă de a acționa aceste dispozitive, fără să apara efect intern de retroacțiune către ES).

Pentru compatibilitatea cu dispozitivele de automatizare, semnalele calibrate sunt standardizate (unificate).

Indiferent de variația mărimii de intrare x, semnalul de ieșire analogic este calibrat (unificat)

ELT – sunt elemente de legătură și transmisie a semnalului de la ES către A cu structura simplă, care asigură conexiuni de natura mecanică, electrică, optică, termică etc

SAE – sursele auxiliare de energie – sunt cerute de elementul sensibil, în special la categoria celor parametrice (dar nu numai!), ca și de adaptor pentru circuitele interne de calcul, liniarizare și ieșire.

Atunci când se dorește un echivalent numeric al ieșirii obținute cu un traductor analogic se folosește un circuit suplimentar de conversie analog numerică și o interfață de comunicație ca în figura de mai jos, unde:

Fig 4.3 Circuit suplimentar de conversie analog numerică

CAN – convertor analog-numeric;

IC – interfață de comunicație;

ICC – interfață de conversie și comunicație.

Concluzie: Folosind o interfață ICC deja standardizată, orice traductor analogic cu ieșire în semnal unificat poate fi inclus într-o schemă complexă de conducere, prin cuplarea acestuia pe o magistrală de câmp standard.

Deoarece traductoarele studiate – în continuare – sunt legate intrinsec de automatizări, se vor pune în evidență (accent) pe caracteristicile în regim static și dinamic, fără a neglija, de asemenea, pe cele energetice, constructive și de exploatare, economice și de fiabilitate.

Caracteristici statice; indicatori de calitate (performanțe) în regim static.

Caracteristicile statice se definesc în regimul de funcționare în care atât mărimea de intrare cât și cea de ieșire sunt în regim staționar (învariante în timp pe perioada de observație).

Matematic, toate derivatele intrării și ieșirii în raport cu timpul ( ) sunt zero (nule).

Practic un astfel de regim este imposibil de realizat pe o durată mare de observație (nici o intrare – implicit ieșirea traductorului – nu poate avea o dinamică nulă pe un timp dat). Totuși, pe intervale de timp relativ reduse, se poate considera îndeplinită condiția de regim staționar, astfel că:

reprezintă caracteristica statică a traductorului (dependenta intrare-ieșire în absența maăimilor de influență).

IV.2 SENZORI CAPACITIVI

În sens larg proximitatea se referă la gradul de apropiere dintre două obiecte, dintre care unul reprezintă sistemul de referință. Senzorii de proximitate sunt senzori de investigare, a căror particularități constau în distanțele mici de acțiune (zecimi de mm și mm), și în faptul că în multe cazuri sunt utilizați la sesizarea prezenței în zona de acțiune.

Fiind un mediu conductiv cu o constantă dielectrică mare, corpul uman va forma cu mediul exterior un condensator de cuplaj. Capacitatea acestui condensator va depinde în cea mai mare măsură de mărimea corpului, haine, materiale, tipul obiectelor înconjurătoare, vreme, etc. Astfel că valoarea capacității poate varia de la câțiva picofarazi la câțiva nanofarazi. Când o persoană se va mișca, valoarea capacității de cuplaj se va modifica, putând face astfel deosebire între obiectele statice și cele în mișcare. Astfel dacă o persoana se mișcă în vecinătatea unor obiecte a căror capacitate de cuplaj a fost măsurată în prealabil, între aceste obiecte se va stabili o alta valoare a capacității de cuplaj ca rezultat al prezenței unui obiect (persoană) străin.

Valoarea capacității de cuplaj dintre un obiect de test (electrod) și pământ (prin pământ vom întelege orice obiect de dimensiuni considerabile cum ar fi: (Pământul, lac, masină, avion, etc.) este egală cu C1. Când o persoană se mișcă în vecinătatea unei astfel de electrod, ea va forma două capacități adiționale: una între electrod și persoana, C0 și alta între pământ și persoană, Cb. Deci capacitatea rezultantă C dintre electrod și pământ se va mări cu sș va avea expresia:

.

Folosind aparate adecvate, acest fenomen de modificare a capacității de cuplaj dintre două obiecte poate fi folosit pentru detectorii de prezență. Ceea ce trebuie măsurat este capacitatea dintre electrod și pământ.

Figura 4.4 Model senzor capacitivi – de detecție

Senzorii capacitivi se bazează pe variațtia capacității electrice într-un circuit, și au avantajul că pot detecta și obiecte nemetalice. Sunt însă sensibili la factori perturbatori, cum ar fi murdărirea feței active.

Senzorii și traductoarele capacitive fac parte din gupa senzorilor și traductoarele parametrice și ele covertesc mărimea neelectrică de măsurat într-o variație de capacitate electrică.Din punct de vedere geometric și constructiv, senzorii și traductoarele capacitive pot fi plane sau cilindrice.

Senzorii capacitivi sunt concepuți pentru detectarea materialelor izolatoare și conductoare de curent. Acestea sunt capabile să detecteze cele mai multe materiale, în special hârtie, sticla, materiale plastice, apa, ulei, precum și toate materialele metalice.

Detectoarele de proximitate capacitive conțin 4 componente principale: placa, oscilator, de circuite de detectare și comutator stare solidă Senzorul funcționează într-un mod similar cu un condensator simplu.

Atunci când este pornit, oscilatorul detectează cantitatea de capacitate între ținta externă și placa de metal din senzor. Ca să apropie ținta, capacitatea crește. Atunci când capacitatea atinge un anumit punct, oscilatorul începe să funcționeze (opusul de senzori inductivi, în care oscilatorul nu mai funcționează atunci când se apropie de țintă). Odată ce oscilația ajunge la un punct prestabilit,circuitul de detecție simte acest lucru , și semnalează comutatorul pentru a schimba starea.

Elementele sensibile ale acestor senzori sunt condensatoare.Traductorul capacitiv de tip condensator plan prezintă o capacitate care se determină cu relația

Unde : C=capacitatea condensatorului pentru traductorul capacitiv de tip condensator cilindric capacitatea este

D = diametrul armăturii exterioare

d=diametrul armăturii interioare

h=înalțimea de suprapunere a celor două armături

Eo-coeficientul de permitivitate a vidului(8.8*10 -7 F/m )

Er=coeficientul de perimitivitate relativă a mediului dintre armături

S=aria suprafeței de suprapunere a armăturilor

D=distanța dintre armături

Din relația de mai sus se poate observa că putem modifica valoarea capacității unui condensator modificând unul dintre parametrii: distanța dintre armături, suprafața armăturilor sau permitivitatea dielectricului.

Elementele sensibile capacitive sunt influentațe de conductoarele aflate în apropierea acestora. Pentru a reduce efectele capacităților parazite care apar în aceste situații, elementele sensibile capacitive sunt ecranate. Capacitățile parazite care apar între ecran și armături au o valoare constantă și deci pot fi controlate în cadrul circuitelor de măsurare.

Senzorii capacitivi sunt fiabili și robuști, dar sunt sensibili la variatțiile de temperatură datorită dilatării. De asemenea senzorii capacitivi sunt sensibili la praf , umiditate, coroziune și radiații ionizate.Schema electrică echivalentă a unui condensator cuprinde reactantă capacitivă si rezistența echivalentă corespunzatoare pierderilor. În practică, deoarece valoarea rezistenței corespunzătoare pierderilor și inductivitățile parazite sunt mult mai mici decât valoarea reactanței capacitive,acestea se neglijează atunci când sunt analizate schemele cu senzori capacitivi.

Pentru ca influența capacităților parazite să fie mai redusă este necesar ca armăturile senzorilor capacitivi să nu fie conectate direct la masă, ci prin intermediul unor rezistențe.

Clasificare senzori capacitivi

1. Senzori și traductoare capacitivi cu modificarea distanței dintre armături

Sunt alcătuiți dintr-un condensator plan cu două armături, una fixă și cealalată mobilă sub acțiunea deplasării. Variația capacității fixe în funcție de deplasare este neliniară. Liniaritatea crește dacă se folosește un montaj diferențial cu două condensatoare plane, având o armătură comună, mobilă. Schema unui senzor capacitiv diferențial folosește o punte Sauty, alimentată de un oscilator sinusiodal de referință cu frecvența 500 Hz..5kHz.S

În figura de mai jos se arată un traductor de deplasare capacitivă cu modificarea distanței dintre armături și variația de capacitate cu distanța. Capacitatea scade cu creșterea distanței, sensibilitatea traductorului scade cu pătratul distanței, deci se poate utiliza pentru măsurarea unor distanțe mici până la 3-4mm.

Figura 4.5 Traductor de deplasare capacitivă cu modificarea distanței dintre armături și variația de capacitate cu distanța

Se disting următoarele tipuri de traductoare capacitive cu modificarea dintre distanța și armături :

a) Traductorul capacitiv cu o armatură fixă și una mobilă la care mărimea neelectrică de măsurat poate modifica distanța între cele 2 armături cu ∆d.

Acest traductor are, pentru ∆d=0, capacitatea C0 dată de relația :

C=ε0∙εr∙

iar pentru ∆d≠0, capacitatea C dată de relația:

C=C0+∆C=ε0∙εr∙

De aici rezultă:

∆C=-C0∙

Caracteristica de conversie prezintă o variație parabolică și variația capacității se poate considera liniară numai pentru deplasări reduse, de aceea aceste traductoare pot fi utilizate pentru măsurarea deplasărilor foarte mici (0÷1)mm.

b) Traductorul capacitiv diferențial care este construit de obicei în varianta cu armături fixe și o armatură mobilă.

În acest caz pentru ∆d=0;

C1=C2=C0=ε0∙εr∙

Iar pentru ∆d≠0,

C1=ε0∙εr ∙

C2=ε0∙εr∙

Utilizarea montajelor diferențiale permite o îmbunătățire a sensibilității și o liniarizare a caracteristicilor.

Tensiunea U se împarte pe cele două condensatoare astfel:

U1= ∙ U = ∙ U

Respectiv

U2= ∙ U = ∙ U

Rezultând ∆U=U2-U1= ∙ U, deci dependent dintre ∆U și ∆d este liniară.

Astfel senzorul capacitiv diferențial se conectează într-o punte de current alternativ în regim neechilibrat, schema conținând următoarele elemente: un generator de frecvență(GF), o punte de curent alternativ(P),un amplificator și adaptor de independență(A),un redresor(R), un filtru trece-jos (FTJ) și un milivoltmetru de curent continuu(mV).

În cazul punții de curent alernativ , impendanțele Z1 și Z2 sunt reprezentate fie de două rezistoare, fie de alte două condensatoare sau de un divisor inductiv , iar condensatoarele C1 și C2 reprezintă cele două capacități ale traductorului capacitiv .

Aceste traductoare se utilizează pentru măsurarea deplasărilor mici ,a presiunilor, în structura micrometrelor electrice, etc.

Senzori și traductoare capacitive cu modificarea suprafeței de suprapunere a armăturilor

Acest tip de traductor se poate utiliza atât în varianta simplă cât și în varianta diferențială atât pentru deplasări liniare cât și unghiulare.

Este prezentat un traductor captiv de deplasare liniară cu modificarea suprafeței de suprapunere a armăturilor în varianta simplă , care este fomat din doi electrozi plani de formă dreptunghiulară, având un electrod fix iar celuilalt elctrod i se impune o deplasare paralelă și astfel aria de suprapunere a armăturilor se modifică , prin această capacitate variind liniar.

În fig 4.6 este rezentat un traductor capacitiv de deplasare liniară cu modificarea suprafeței de suprapunere a armăturilor în varianta diferențială, cei 3 electozi fiind formați din plăci de forma dreptunghiulară (cu laturile de ordinul 20-30 mm și grosime de 1-2mm).

Electrozii inferiori sunt ficși și sunt separați cu o distanță mică (1 mm). Electrodul superior este electrod comun și sub acțiunea mărimii de măsurat se poate deplasa paralel ca elctrozii ficși, păstrând o distanță constantă.

Traductoarele capacitive de deplasare liniară se utilizează pentru măsurarea deplasărilor liniare pentru lungimi până la 20 mm (egale cu lungimea electrozilor ). Aceeași soluție de modificare a ariei de suprapunere se utilizează pentru deplasări unghiulare,armăturile plane fiind sub forma de sectoare circulare atât în varianta simplă cât și în varianta diferențială.

Sub acțiunea mărimi de măsurat electrozii mobili se rotesc paraleli cu electrozii ficși păstrând o distanță constantă astfel că se modifică aria de suprapunere dintre electrozi și prin această capacitate traductorul depinde de unghiul de rotație, fiind dată de relația :

C=ε0∙εr∙∙(α∙α0)

Unde :

n este numărul de electrozi;

α0 este unghiul sectorului circular;

r esterază sectorului circular;

d este distanța dintre electrozi;

α este deplasarea unghiular.

Din relație rezultă ca acest traductor capacitiv prezintă o caracteristica de conversie liniară C=f(α), așa cum se poate observa :

Figura 4.6 Caracteristica de conversie a traductorului capacitiv de deplasare unghiulară

Senzori și traductoare capacitive cu modificarea permisivă a mediului dintre armături

Aceste traductoare au armături fixe (fie că sunt două armături, fie că sunt mai multe armături,caz în care se obțin n condensatoare în paralel, rezultând astfel un traductor cu sensibilitate mărită), dieectricul modificându-se fie prin introducerea unui material izolant omogen (de εp dat ) între armăturile condensatorului, fie prin modificarea stării fizice a dielectricului cu umiditatea, substanțe diferite , etc.

Figura 4.7 Traductor capactiv cu modificarea dielectricului

Elementele sensibile capacitive cu modificarea dielectului sunt realizate în două variante constructive de baza: cilindrice sau plane. Elementele sensibile cilindrice au două armături cilindrice fixe între care se deplasează un manson din material izolant.

Există și variante constructive în care sunt modificate proprietățile materialului izolant prin modificarea stării fizice a acestuia cu umiditatea sau cu substanțe diferite.Adaptorul electronic necesită etaj de amplificare cu impedanță de intrare mare, deoarece la modificări mici de 20..20pF, rezultă impedanțe de ieșire de sute de KΩ..MΩ.

Sunt folosiși la măsurarea nivelului lichidelor sau pulberilor dielectice.

Calculul capacității senzorului se face cu relația:

Pentru transformarea în semnal util a variației capacității elementelor sensibile capacitive, sunt utilizate diferite scheme de conversie. Impedanța unui circuit electric corespunzatoare componentelor de tip condensator se calculază cu relația:

Unde reprezintă pulsația tensiunii electrice din circuitul respectiv. Deoarece pentru capacități relativ mici de ordinul 20..200pF rezultă impedanțe de ieșire Z mari, este necesar ca schemele de măsurare să cuprindă amplificatoare de impedanță de intrare mare.

Pentru senzorii capacitivi în regim dinamic sunt utilizate scheme de măsurare de tip montaj potențiometric.

O primă aplicație o constituie realizarea traductoarelor capacitive pentru măsurarea continuă a grosimilor fără a necesita un contact mecanic cu suprafețele materialelor de măsurat.

Materialul, de permitivitate relativă εr a cărui grosime g se măsoara, se deplasează liber între armăturile senzorului capacitiv care are distanța d intre armături, aria suprafeței comune A și permitivitatea vidului ε 0.

Schema electrică echivalentă a traductorului capacitiv pentru măsurarea grosimii unui material reprezintă trei condensatoare conectate în serie, ceea ce permite calculul capacității echivalente a traductorului.

=+ + = + +

De unde rezultă capacitatea echivalentă :

C=

Figura 4.8 Schema echivalentă a traductorului capacitiv pentru grosimi

Se observă că distanța d’ de la material la un electrod nu intervine în relație, deci nu contează poziția materialului între electrozi, ceea ce permite o deplasare liberă între electrozi, asigurându-se o măsurare continuă a grosimii în procesul de fabricație.

Valorarea capacității depinde de diferența ε0-1, deci utilizarea senzorilor capacitivi este indicată pentru materiale cu permitivitate relative semnificativ mai mare decât permisivitatea vidului. Astfel grosismetrele capacitive se folosesc pentru măsurarea continuă a grosimii materialelor isolate, cum ar fi: hârtia (εr=2 … 2.5), sticla (εr= 4…14), masele plastice (εr=2…4),etc.

Modificarea permisivității mediului dintre electrozi intervine și în cazul în care între electrozi se află un lichid sau un material pulverulent care își modifica nivelul.

Se realizează astfel un traductor capacitiv de nivel pe baza senzorului capacitiv cilindric, forma din peretele recipientului și un electrod introdus în interior.

Figura 4.9 Traductor capacitiv de nivel – Schema electrică

Deoarece toate lichidele sau substanțele pulverulente care se pot afla în recipient au permitivitatea relativă mai mare ca aerul, capacitatea acestui condensator crește cu înălțimea de umplere.

În funcție de forma și dimensiunile recipientului , electrodul central este sub formă de bara sau tub neizolat dacă substanța din rezervor este necorozivă, în caz contrar electrodul central izolandu-se cu sticla sau polietilena.

Dacă în recipient se introduce două substanțe de permitivități ε1 și ε2 schema electrică este reprezentată de două condensatoare de capacitate C1 și C2 conectate în paralel având expresiile:

C1= ; C2=

unde D este diametru interior al recipientului și d este diametru exterior al cilindrului central.

Capacitatea echivalentă este :

C=C1 + C2 = +

Adica,

C= [)h]

Dar intrucât capacitatea recipientului C0 se obține pentru h=0 și este data de relația:

C0=

Se poate scrie ca :

C=C0+∆C

∆C fiind variația capacității pentru un anumit nivel h, rezultând în continuare că:

∆C=

Obținându-se o caracteristica de conversie liniară

Nivelemtrele capacitive pot fi utilizate la măsurarea nivelului unei singure substanțe ( = si având >>1), sau la măsurarea nivelului dintre două substanțe (≠ ).

Traductorul capacitiv este conectat în brațul unei punți de current alternativ utilizată în regim neechilibrat, alimentată cu o tensiune cu frecvență de 100 kHz.

Tensiunea de dezechilibru este amplificată redresată măsurata și apoi afișată , fie utilizând un voltmetru magnetoelectric , fie utilizând un voltmetru digital pe al carui afișaj se poate citi direct valoarea nivelului din recipient. Elementele punții sunt reglate astfel încât pentru înălțimea h=0 deviația să fie α=0 iar pentru înălțimea h= să corespundă α=.

Astfel se pot măsura nivele până la 3 m cu o exacitate de 2…3%.

Traductoarele capacitive prezintă o mare sensibilitate, fiind caracterizate în general de caracteristici de conversie liniare și au capacități mici, schemele electrice putând fii astfel alimentate cu tensiuni de frecvența ridicate (400Hz…100 kHz), amplitudinea tensiunii de alimentare fiind limitată de tensiunea de străpungere.

Senzorii capacitivi pentru aplicații de detecție sau/și cântărire din mers a vehiculelor rutiere sunt alcătuiți dintr-un “sendviș” de piese metalice și material dielectric.

Unele configurașii sunt formate dintr-o bandă de oțel inoxidabil înconjurată cu metal poliuretanic pe fiecare parte. Suprafețele externe ale materialului poliuretanic sunt, la randul lor, acoperite cu alte bezi de oțel inoxidabil. La bornele acestui anasamblu se aplică o tensiune alternativă.În momentul în care un vehicul calcă cu roțile pe sensor, distanța dintre electrozii acestuia se micșoarează, determinând creșterea capacității.

Senzorii capacitivi se mai fabrică și din benzi de alumini separate prin material izolant, la care aerul formează dielectricul.

Avantaje: Sistemele care utilizază acest tip de senzori pot monitoriza până la patru benzi de circulație simultan.Senziorii capacitivi se pot folosi atât ca sisteme amovibile de măsurare, cât și ca sisteme permanente.

Dezavantaje: În ceea ce privește aplicarea la sistemele de măsurare a greutății din mers a vehiculelor, acest tip de senzori nu sunt atât de preciși ca și cei precedent.Costul este apropiat de cel al mărcilor tensometrice.

IV.3 COMPARAȚIE ÎNTRE SENZORI CAPACITIVI ȘI SEZORI INDUCTIVI

Senzor de proximitate

Scurtă prezentare generală privind modul în care un senzor de proximitate capacitiv funcționează

Senzori capacitivi de proximitate sunt capabile să detecteze atât obiective metalice și nemetalice, cum ar fi pulberi, granule, lichide și solide. Acest lucru, împreună cu capacitatea lor de a simți, prin non-materiale neferoase, le face o alegere ideală pentru aplicații de nivel de detecție, cum ar fi monitorizarea de sticlă vedere și de mare / mic de detectare a nivelului de umplere de lichid sau praf, în cisterne sau culegătoare.

Figura 4.10 Modul in care un senzor de proximitate capacitiv funcționează.

Precum senzori inductivi, senzori capacitivi utilizează o gamă limitată de detectare, în cele mai multe cazuri, de 3 pana la 60 mm. Designul lor tradițional robust le permite să fie montat foarte aproape de procesul de monitorizat.

Datorită capacității lor de a detecta cele mai multe tipuri de materiale de montaj considerente, cum ar fi apropierea de materiale detectabile, altele decât obiectivul propus, trebuie să fie luate în considerare pentru a evita declanșarea false. Din acest motiv, în cazul în care obiectivul destinat conține un material feros, un senzor inductiv este o opțiune mult mai fiabilă.

Senzori inductivi pun câmp magnetic pentru a detecta obiecte.

Capacitive sensors use an electric field. Senzori capacitivi utiliză un câmp electric.

Pentru a fi sesizat de un senzor inductive,un obiect trebuie să fie conductor. Pentru a fi simtit de catre un senzor capacitiv , o țintă nu trebuie să fie conductoare. Un senzor capacitiv va reacționa la un obiect care acționează ca un material dielectric, precum și un obiect conductor. Acest lucru face din metal și non-obiecte metalice obiective adecvate.

Senzorii capacitivi reactioneaza imediat atunci când câmpul electric din raza lor de detectie îsi modifica intensitatea.

Acest lucru se întamplă pentru orice material: metalic și nemetalic, lichid sau solid. Toate materialele au o anumită conductivitate și o constantă dielectrică.

Astfel, de exemplu, nivelul de umplere al containerelor închise poate fi măsurat cu precizie din exterior.

Stabilitate termică excelentă.

Distanțe de detecție ridicate.

Imunitate crescută la interferențele electromagnetice împotriva:

Descărcărilor electrostatice, de exemplu la procesarea produselor de plastic sau lemn,

Interferențelor electromagnetice, de exemplu cauzate de telefoane mobile,

Supratensiunilor provocate de dispozitive de comutație sau valve magnetice

Senzori capacitivi cilindrici – senzori pentru monitorizarea nivelurilor de umplere a containerelor închise, detecția prezenței obiectelor, verificarea nivelurilor materialelor solide, inspecția finală a ambalajelor.

Disponibili cu carcase filetate cu diametrul de 1 8 sau 30mm. Distanțe de comutație de la 3 la 25mm.

Aplicații

• Industria alimentară

• Industria farmaceutică

• Agricultura

Senzori capacitivi cubici – senzori pentru monitorizarea nivelurilor de umplere a containerelor închise, detecția prezenței obiectelor, verificarea nivelurilor materialelor solide, inspecția finală a ambalajelor.

Disponibili cu carcase cubice cu lungimi de 28 sau35mm. Distanțe de comutație de la 3 la 25mm.

Aplicații

• Industria alimentară

• Industria farmaceutică

• Agricultura

Senzorii inductivi detectează prezența obiectelor metalice la distanțe reduse de detecție, de ordinul milimetrilor. Diametrul senzorului reprezintă caracteristica asociată distaței de detecție: de la milimetri la centimetri.Astfel, senzorii inductivi sunt foarte rapizi, precisi și extrem de robusti.

Avantaje:

Versiunile speciale cu carcase din inox, cu clase de protecție IP69K recomandă senzorii inductiv pentru aplicațiile specific industriei alimentare, rezistenți la acțiunea tuturor detergenților uzuali: certificare de către un institut independent, funcționează corespunzator timp îndelungat fiind rezistenți la umiditate, la procesul de curățare la temperaturi ridicate, la diverși agenți de curățare, chiar la presiuni de peste 1.00bar.

Senzori inductivi cilindrici – senzorii nefiletați/filetați sunt utilizați în aproape toate domeniile de automatizare industrială.

Distanta de detectie pentru senzorii cu filet metalic este de la 1 ,5mm pana la 40mm cu filete de la M4 la M30.

Distanța de detecție pentru senzorii nefiletați este de la 0,6mm până la 4mm pentru IH03, IH04 si IH06,1 0 mm pentru IH20 și 30mm pentru IH34.

Aplicații

• Industria automotive

• Industria electronică

• Metalurgie

• Mașini-unelte

• Mecanica fină

Senzori inductivi cubici – senzorii inductivi cu carcasa cuboidă pot fi folosiți fie în aplicații de mici dimensiuni fie în aplicații mai complexe.

Distanțele de detecție sunt între 0,8 și 6mm (IQ05, 08, 1 0, 1 2) sau 1 5 până la 60mm (IQ40, 80).

Aplicații

• Mecanica fină

• Industria electronică

• Logistică

CAPITULUL V MODUL DE FUNCȚIONARE A SENZORULUI- COSTURILE DE REALIZARE ȘI IMPLEMENTARE ÎN ACTIVITATEA COMPANIEI

Compania Gebruder Weiss a primit oferă de un model de senzor pentru detecția autocamioanelor, astfelHoneywell's magnetic sensors offer a low-cost solution for vehicle recognition and vehicle detection systems. senzorii magnetici Honeywell oferă o soluție low-cost pentru recunoaștere vehicul și sisteme de detectare a vehiculelor. Whether mounted in the pavement, or alongside vehicle traffic lanes, Honeywell's magnetoresistive sensor technology offers high sensitivity solutions for detecting vehicles and managing traffic. Dacă montate în asfalt, sau alături de benzi de circulație pentru vehicule, tehnologia Honeywell senzor magnetorezistiv oferă soluții de înaltă sensibilitate pentru detectarea de vehicule și gestionarea traficului.

From bicycles and automobiles to forklifts and airplanes, vehicles contain ferrous materials that disturb the uniform intensity and direction of the earth's magnetic field. De la biciclete și automobile pentru stivuitoare și avioane, vehicule conțin materiale feroase care perturbă intensitate uniformă și direcția câmpului magnetic terestru. Depending on ferrous material content and proximity to the sensors, vehicle disturbances of the earth's magnetic field from 15 meters or more can be detected. În funcție de conținutul de materiale feroase și apropierea de la senzori, tulburări de vehicule ale câmpului magnetic al Pamantului de la 15 de metri sau mai mult poate fi detectat. Automobiles can easily be detected within one meter of the sensor without significant discrimination circuitry. Automobile poate fi ușor de detectat în termen de un metru a senzorului, fără discriminare circuitele semnificativ.

Because Honeywell's magnetic sensors are very small and environmentally robust, they make cost-effective vehicle detection and traffic management solutions. Deoarece senzorii magnetici Honeywell sunt foarte mici și de mediu robust, fac cost-eficiente de detectare a vehiculului și de soluții de gestionare a traficului. Typical applications include door opening, safety crossbar operation, traffic management and monitoring, parking space detection and vehicle location/positioning. Aplicațiile tipice includ deschiderea ușii, bara transversală siguranta in exploatare, de gestionare a traficului și de monitorizare, de detectare spațiu de parcare și vehicul locație / poziționare. Combinations of sensors can be used to enhance signal processing and small displacements of identically oriented sensors can be used to determine vehicle direction and speed information. Combinații de senzori pot fi folosite pentru a spori de procesare a semnalului și deplasări mici de senzori identic orientate pot fi folosite pentru a determina direcția vehiculului și informații de viteză.

V.1 Mod de funcționare proiect practic: Senzor de proximitate

Alimentarea circuitului

Se face printr-o sursă fixă de tensiune de 24 curent continu.Această sursă este compusă din traf primar 220 V si secundar 30 V curent alternativ.

Ieșirea din transformator este conectată într-o punte redresoare. Puntea redresoare este folosită pentru obținerea curentului continuu.

Pentru filtraj se folosește doi condensatori , iar pentru protecție și limitarea tensiunii se folosește dioda Zenner.

La simpla apropiere ( de exemplu, a mainii) de o placă de metal, un multivibrator bistabil aflat la ieșirea montajului basculează. Prin LED-ul care este comandat acest multivibrator bistabil , poate fi acționat, prin cuplaj optic, un comutator de putere. “Senzorul de apropiere” constă din două plăci metalice de mărime egală care sunt montate rigid la o distanță de 5 mm una de altă.

Plăcile constituie un condesator care este conectat în circuitul de reactive pozitivă al amplificatorului operațional (ICI), conectat ca oscillator. În circuitul de reactive negative intre ieșire și intrarea inveroare se găsește semireglabilul P1, cu care se poate regal mărimea reacției negative.

T1 este parte component a unui circuit stabilizator de amplitudine ; acesta este totuși eficient numai față de variațiile lente ale capacității deoarece reglajul cu C2 este lent. Asemenea variații lente ale capacității se produc de exemplu la modificarea stării mediului dielectric dintre plăcile metalice .

La o variație rapidă a capacității , cum ar fii apropierea mâini de placă stabilizarea de amplitudine nu reacționează; reacția pozitivă este în acest caz mai slabă și oscilațiile se întrerup ( atunci când oscilatorul a fost reglat suficient de critic pentru P1).

Imediat ce oscilațiile se întrerup potențialul produs la C4 prin redresare (cu D2 si D3) scade; n consecință triggerul(t2,T3) basculează.

Odată cu frontul negativ pe colectorul lui T3 multivibratorul bistabil(T4/T5) basculeaza iar starea de funcționare a LED-urilor,din care numai unul lumineaza se schimbă. D6 si D7 pot fi culate optic cu un LDR un fotorezistor etc..pentru a comanda un triac.

Pentru reglaj, se rotește semireglabilul P1 până când oscilatorul abia mai oscilează. În acest moment, potențiometrul mai trebuie rotit puțin; după fiecare regalaj se așteaptă revenirea oscilațiilor.

Potențiometrul P2 servește la reglarea pragului trigger; triggerul trebuie să revină în starea de repaus, la creștera din nou a tenstiunii după un prces de comutare.

Determinarea dimensiunilor optime ale senzorului capacitiv se face experimental; la conectarea plăcilor se folosește cablu ecranat.

Montaj :

Oscilator

Formator de impulsuri

Circuit bascular bistabil

Schema bloc

Oscilatorul :

Circuit integrat TBA 221 (~βA 741)

Tranzistor jBF 245

Condensator pentru reacția pozitivă

Potențiometru P1 pentru stabilirea punctului critic pentru oscilații

Formatorul de impulsuri :

Reglajul de sensibilitate P2

Formează un impuls ascuțit care transmite valoarea tensiunii negative pe circuitul bascular bistabil.

Circuit bascular bistabil :

Are două stari stabile.

Intră în conducție în funcție de T4,T5 la fiecare impuls transmis de formator va bascule T4/T5.

Dacă T4 este în conductiv și T5 este blocat transmițând un impuls negativ prin diodele D4/D5 atunci T4se blochează și T5 conduce.

La următorul impuls T4,T5 își schimbă starea.

V.2Schema electrică

V.3 Schema cablajului

V.4 DETALIEREA ACTIVITĂȚILOR NECESARE ACHIZIȚIONĂRII ȘI IMPLEMENTĂRII SISTEMULUI DE MONITORIZARE

Activități previzionate a se realiza :

Rezultate anticipate

DURATA PROIECTULUI exprimată în luni:6

BUGETUL PROIECTULUI/SURSE DE FINANȚARE- DETALIEREA COSTURILOR PROIECTULUI PE FIECARE CATEGORIE DE CHELTUIALĂ

CONCLUZII:

Desi adesea securitatea sectorului logistic pare o încercare de a controla haosul, combinații de tehnologii si soluții tehnice mai noi sau mai vechi pun în ordine acest aspect. Securitatea sectorului logistic, ca și alte piețe verticale de securitate, prezintă aspecte unice. Tradițional, tehnologiile de monitorizare au acționat întotdeauna mai bine într-un mediu static, dar în zilele noastre noi abordări și noi tehnologii ne ajută să transformăm haosul într-un mediu controlat și sigur.

Specialiștii care încearcă să elimine riscurile cu care se confruntă obiectivele din sectorul logistic, precum depozitele, se lovesc de problematici complexe. Cele mai multe dintre depozite sunt structuri masive, de mare întindere în care lucrează sute de angajați, în continuă mișcare, adesea 24 de ore pe zi și unde încărcarea și descărcarea de mărfuri nu încetează niciodată. În exterior, camioane de toate mărimile, venind din toate direcțiile, se grăbesc să încarce, să descarce, să preia containere, permanent, pe vreme bună sau pe vreme rea.

Sistemul de monitorizare trafic asigură urmatoarele funcții precum culegerea informațiilor de la senzorii instalați pe fluxul procesului;verificarea încadrării parametrilor citiți în limitele prestabilite și semnalarea alarmelor; salvarea periodică a valorilor citite în jurnale de stare; prezentarea în forma grafică a informațiilor de stare și de configurare a elementelor procesului; generarea de rapoarte de valori, rapoarte de stare e elementelor (tabelare sau prin simboluri grafice), rapoarte de alarme și grafice de variație și reconfigurarea de la dispecerat a proceselor, buclelor de reglare, pragurilor de alarmă.

Astfel senzorul este un sistem destinat determinării unei sau unor proprietăți, cuprinzând atât traductorul, care transformă mărimea de intrare în semnal electric util, cât și circuite pentru adaptarea și conversia semnalelor, și eventual pentru prelucrarea și evaluarea informațiilor.

Senzorii și traductoarele sunt utilizați și în cazul cercetării, analizelor de laborator fiind incluse în lanțuri de măsurare complexe, care sunt conduse automat.

De aceea alegerea senzorilor și traductoarelor trebuie făcută ținând cont de proprietatea de monitorizat, de domeniul în care variază aceasta, de dimensiunile ce trebuie respectate sau de geometria sistemului, de condiții speciale de mediu sau de lucru, de tipul mărimii de ieșire și nu în ultimul rând de cost.

BIBLIOGRAFIE

Corneliul Mihail Alexandrescu,Gheorghe Stan, Marius Minea, Managementul centralizat al traficului rutier urban, Editura CTEA, 2007

Aurel Ciocirlea Vasilescu, Olguta Laura Spornic, Mariana Constantin, Senzori si traductoare, Editura CD PRESS

Constantin Calinoiu, Senzori si traductoare vol. I, Editura Tehnica,2009

Lucian Ciobanu ,Tratat de inginerie electrica.Senzori si tradutoare, Editura Matrix Rom

Dragomir, N.D., Research Center for Intelligent Instrumentation and Sensors, SENET 2000, Ljubliana, Nov. 2000

Tarnovan, I.G, Aplicatii ale elementului finit in dinamica sistemelor de masurare, Ed.Mediamira, 1998. Premiul Academiei Romane 1998

Crisan, T.E. – Cercetari in domeniul traductoarelor inteligente pentru pozitionari de precizie, Referat de doctorat, 1999.

C.G.Saracin, M.Saracin ,Traductoare. Interfete. Achizitii de date, Editura Matrixrom

Nota de curs, Circuite Integrate Analogice,

Nota de curs, Dispozitive si circuite electronice,

Nota de curs , Sisteme de dirijare a traficului rutier

Surse online:

www.circuiteelectrice.ro/electronica-analogica/dioda-si-redresorul/pricipiul-de-functionare-al-diodei

www.afahc.ro/invatamant/electro/mee.pdf

www.lionprecision.com/capacitive-sensors

www.analog.com/library/analogDialogue/archives/40-10/cap_sensors.html

www.cirque.com/uploads/technologies/capacitive_sensor.html

www.capacitive-sensing.com/capacitive-sensor-theory.html

BIBLIOGRAFIE

Corneliul Mihail Alexandrescu,Gheorghe Stan, Marius Minea, Managementul centralizat al traficului rutier urban, Editura CTEA, 2007

Aurel Ciocirlea Vasilescu, Olguta Laura Spornic, Mariana Constantin, Senzori si traductoare, Editura CD PRESS

Constantin Calinoiu, Senzori si traductoare vol. I, Editura Tehnica,2009

Lucian Ciobanu ,Tratat de inginerie electrica.Senzori si tradutoare, Editura Matrix Rom

Dragomir, N.D., Research Center for Intelligent Instrumentation and Sensors, SENET 2000, Ljubliana, Nov. 2000

Tarnovan, I.G, Aplicatii ale elementului finit in dinamica sistemelor de masurare, Ed.Mediamira, 1998. Premiul Academiei Romane 1998

Crisan, T.E. – Cercetari in domeniul traductoarelor inteligente pentru pozitionari de precizie, Referat de doctorat, 1999.

C.G.Saracin, M.Saracin ,Traductoare. Interfete. Achizitii de date, Editura Matrixrom

Nota de curs, Circuite Integrate Analogice,

Nota de curs, Dispozitive si circuite electronice,

Nota de curs , Sisteme de dirijare a traficului rutier

Surse online:

www.circuiteelectrice.ro/electronica-analogica/dioda-si-redresorul/pricipiul-de-functionare-al-diodei

www.afahc.ro/invatamant/electro/mee.pdf

www.lionprecision.com/capacitive-sensors

www.analog.com/library/analogDialogue/archives/40-10/cap_sensors.html

www.cirque.com/uploads/technologies/capacitive_sensor.html

www.capacitive-sensing.com/capacitive-sensor-theory.html