studiu tehnic

5/26/2018 Studiu tehnic

1/72

Sistem integrat de senzori inteligeni pentru monitorizarea construciilorhidrotehnice de importanstrategic- HydroSens

D1.1. Studiu tehnic Pag.1/72

D1.1. Studiu tehnicprivind utilizarea reelelor de senzori si traductori inteligeni in

urmrirea comportrii construciilor hidrotehnice


2/72

Sistem integrat de senzori inteligeni pentru monitorizarea construciilorhidrotehnice de importanstrategic HydroSens

D1.1. Studiu tehnic pag. 2/72

CUPRINS

1. INTRODUCERE IN PROBLEMATICA.............................................................................................. 32. SITUAIA ACTUALPE PLAN NATIONAL PRIVIND URMRIREA COMPORTRIICONSTRUCIILOR HIDROTEHNICE ................................................................................................. 6

2.1. Considerente privind comportarea construciilor hidrotehnice i specificul acestora ............ 62.1.1. Hidrotehnica i construciile hidrotehnice ............................................................................ 62.1.2. Clasificarea construciilor hidrotehnice ................................................................................ 82.1.3. Schemele amenajrilor hidroenergetice .............................................................................. 112.1.4. Tipuri de baraje i probleme speciale pe care le ridic..................................................... 152.1.5. Prezentarea specificului amenajrilor hidrotehnice din Romania ................................... 21

2.2. Urmarirea comportarii construciilor hidrotehnice din Romania .......................................... 212.2.1. Statii automate naionale de supraveghere a comportarii barajelor hidrotehnice ........ 222.2.2. Tehnologii straine investite la barajele hidrotehnice din Romania ................................. 26

2.3. Bibliografie capitol ........................................................................................................................ 293. STANDARDE DE COMUNICAIE WIRELESS UTILIZABILE PENTRU REELE DESENZORI ................................................................................................................................................... 30

3.1. Generaliti despre comunicaia wireless ................................................................................... 303.2. Reele de senzori wireless ............................................................................................................. 313.3. Standarde wireless pe distane scurte.......................................................................................... 32

3.3.1. Wireless Local Area Networks (WLAN)............................................................................. 323.3.2. Wireless Personal Area Networks (WPAN) ....................................................................... 40

3.4. Bibliografie capitol ........................................................................................................................ 544. SENZORI I SURSE DE LUMINUTILIZABILE PENTRU TELEPENDULUL OPTIC......... 55

4.1. Generaliti despre telependule ................................................................................................... 554.2. Principiul de msurare al telependulului optic .......................................................................... 564.3. Senzori optici liniari ...................................................................................................................... 574.4. Surse de luminparalel .............................................................................................................. 594.5. Bibliografie capitol ........................................................................................................................ 62

5. SENZOR UMIDITATE SOL ............................................................................................................... 635.1. Definitii ........................................................................................................................................... 635.2. Tehnici de masurare ..................................................................................................................... 63

5.2.1. Tehnici directe ....................................................................................................................... 635.2.2. Tehnici indirecte .................................................................................................................... 64

5.3. Scheme bloc ................................................................................................................................... 705.4. Bibliografie capitol ........................................................................................................................ 72


3/72



1. INTRODUCERE IN PROBLEMATICA

Prezentul studiu este realizat in cadrul proiectului Sistem integrat de senzori inteligenipentru monitorizarea construciilor hidrotehnice de importan strategic - HydroSens,desfaurat n cadrul programului Parteneriate n domenii prioritare din Programul PN-II / 2011(PN-II-PT-PCCA-2011-3), contract nr. 71 / 2012.

Proiectul HydroSens si propune consolidarea capacitii organizatorice i tehnice nactivitaile de gestionare a dezastrelor i reaciilor de urgen - prin modernizarea sistemeloractuale de comunicaie i informare, cu o nouplatformde monitorizare bazatpe un sistemintegrat de senzori inteligeni

Construciile hidrotehnice fac parte din structurile strategice care prezint o mareimportan din punct de vedere al proteciei mediului, datorat att impactului lor asupra

mediului ct i riscurilor poteniale pentru mediu. Motivul importanei lor strategice este dublu: pe de o parte, resursele de apcontrolate prin intermediul acestor structuri sunt de oimportan vital pentru dezvoltarea regional durabil (alimentarea cu ap pentrupopulaie, pentru agricultur, producerea de energie, etc),

iar pe de altparte, structurile hidrotehnice prezintuna dintre cele mai mari pericolepoteniale avnd in vedere energia lor de distrugere (baraje, diguri) sau potenialul decontaminare (iazuri de decantare, ape uzate).

Monitorizarea i predicia comportrii construciilor hidrotehnice i a zonelor adiacenteacestora reprezinto prioritate public. Asigurarea funcionrii la parametri proiectai i luareamsurilor corective cele mai adecvate pentru a pstra funcionalitatea acestor construcii esteesenialpentru:

prevenirea accidentelor de mediu i sociale cu consecine grave cauzate de dezastrelenaturale i accidentelor tehnologice legate de aceste construcii; pstrarea condiiilor de mediu corespunztoare ale zonelor adiacente acestor

construcii, cu rol important n dezvoltarea regional durabil, printr-o gestionarecorecta resurselor naturale (ap, vegetaie, culturi, habitat).

Aceste cerine pot fi ndeplinite prin monitorizarea i supravegherea global aamenajrilor hidrotehnice. Fiecare construcie hidrotehnicsemnificativtrebuie saibpropriulsu program de supraveghere. Programul de supraveghere trebuie s fie adecvat dimensiuniiconstruciei, nivelului de risc la care este expus populaia i nivelului altor consecine alecedrii construciei.

Una din cele mai importante pari ale programului de supraveghere constn monitorizarea

instrumentaiei geotehnice cu care este dotat construcia. Pentru a asigura integritateastructurilor hidrotehnice (baraje de pmnt i anrocamente, baraje de beton, diguri, tunele), elesunt echipate, nc din timpul construciei, cu un numr mare de instrumente de monitorizaregeotehnice pentru monitorizarea unor parametri critici ca cele enumerate n tabelul 1.1.

Tabelul 1.1- Parameteri critici

Parametru msurat Instrumente de monitorizare

1. Deplasare orizontali micare lateral Pendule directe i inverse2. Temperaturbeton Termetre


4/72



3. Efort n beton sau elemente de susinere Traductoare de efort4. Incrcri de lunga duratale rocii de fundaie Celule de ncrcare5. Deschiderea/ nchiderea rosturilor la betoane Joint-metere, Discedimetre6. Dilatare sau contracie in foraje Extensometre multipunct cu tij7. Presiune de apinterstiial Piezometre8. Presiune totalin sol Celule de presiune total9. Tasarea umpluturii de pmnt Extensometre multipunct magnetice10. Dilatare sau contracie orizontaln umpluturi de

pmntExtensometre de terasament

11.

Deplasare lateraln umpluturi de pmnt Inclinometre12. Tasarea rocii de fundaie Extensometre cu tij(rocmetre)13. Presiune de ap Piezometre14. Miscare de rotaie elemente structur Inclinometre (Tiltmetre)15. Infiltraii i debite Deversoare calibrate i debitmetre16.Nivel apn lac Limnimetre17. Acceleraie dinamicprodusde seisme Accelerografe18. Coninut apn sol Piezometre, Senzori umiditate n sol

Aceste instrumente sunt fie ncorporate n corpul construciei fie instalate n zonaadiacent sau anexele construciei. Marile construcii hidrotehnice pot fi echipate cu sute deinstrumente geotehnice de monitorizare.

Multe dintre aceste instrumente geotehnice de monitorizare pot fi msurate numai cuajutorul unor dispozitive portabile de msurare, dar cele mai multe dintre ele sunt dotate cusenzori electrici, astfel nct spoatfi citite de la distan.

Tipurile de senzori cei mai des utilizati n instrumente de monitorizare a construciilorhidrotehnice, din punctul de vedere al semnalului lor de ieire, sunt:

senzori cu coardvibrant; senzori rezistivi; senzori industriali cu ieire n curent sau tensiune unificat; senzori cu ieire n frecven; senzori cu ieire serialcodificatdigital.

In mod uzual, un sistem de monitorizare de la distan a instrumentelor geotehnicedestinate supravegherii unei construcii hidrotehnice este format din staii mari concentrate deachiziie de date cu o capacitate de pnla 256 canale de msurare, conectate la un server localde achiziie a datelor. Fiecare senzor este conectat la una din staiile de achizitie de date, printr-un cablu analogic, adesea pe distane foarte lungi.

In cazul instrumentelor situate departe de construcia hidrotehnic propriu-zis, cndcablarea nu este posibil, acestea sunt monitorizate prin intermediul unor dataloggere alimentate


5/72



de la baterie. Datele colectate de aceste dataloggere sunt descrcate manual i transportatemanual la serverul de achiziie de date.

Proiectul HydroSens isi propune sa dezvolte un sistem hardware cu o arhitecturdistribuit impreun cu o platform software adecvat, pentru monitorizarea construciilor

hidrotehnice, utiliznd sisteme inteligente de senzori, organizate ca reele ierarhice de senzori.Aceaststructurva asigura urmtoarele caracteristici avantajoase:

flexibilitate i configurabilitate spre deosebire de sistemele inflexibile demonitorizare centralizatexistente;

integrare far efort cu alte sisteme (cum ar fi sistemul de alarmare si avertizare apopulaiei) in vederea organizarii interveniilor preventive;

managementului riscului imbuntit printr-o predicie mai precisa asigurat de omonitorizare de calitate superioar;

metodologii eficiente pentru modernizarea i integrareastructurilor de monitorizareexistente;

faciliti integrate de semnalizare, avertizare i alarmare utilizate pentru sistemelede suport decizional;

model matematic flexibil i optimizabil pentru funciile de predicie a riscului bazatepe analiza datelor masurate.

Utilizarea noii reele distribuite de senzori va duce la creterea credibilitaii msurtorilorasigurate de sistemele de monitorizare a construciilor hidrotehnice.

Prin abordarea acestei teme se urmrete modernizarea activitatii de urmrire acomportrii construciilor hidrotehnice.


6/72



2. SITUAIA ACTUALPE PLAN NATIONAL PRIVIND URMRIREA

COMPORTRII CONSTRUCIILOR HIDROTEHNICE2.1. Considerente privind comportarea construciilor hidrotehnice ispecificul acestora

2.1.1. Hidrotehnica i construciile hidrotehnice

Disciplina care se ocupcu studiul diferitelor amenajri ale resurselor de ap, al metodelorde combatere a efectelor ei distructive, al construciilor, echipamentelor i al instalaiilor princare se realizeazaceste scopuri, poartdenumirea de hidrotehnic.

Construciile inginereti care fac parte integrantdin amenajrile hidrotehnice, alturi dealte construcii, echipamente i instalaii cu caracter mecanic sau electric, poartdenumirea deconstrucii hidrotehnice. n raport cu celelalte tipuri de construcii, acestea sunt caracterizate deelementele descrise n continuare.

Aciunea apei asupra construciilor hidrotehnice

Construciile hidrotehnice se deosebesc de celelalte construcii inginereti prin faptul csunt supuse, pe lng alte aciuni i solicitri obinuite, la aciunea apei. Aceasta se manifestasub forma mecanic, fizico-chimici biologic.

Aciunea mecanica apei se manifest sub formde presiune hidrostatici de presiunehidrodinamic. Presiunea hidrostatic este exercitat asupra corpurilor cu care se gsete ncontact apa n repaus. Ea reprezint n cele mai multe cazuri principala solicitare, mrimea ei

determinnd forma, dimensiunile i alctuirea unei construcii. Presiunea hidrodinamic esteexercitatde apa n micare asupra elementelor cu care se gsete n contact. Aciunile dinamicese ntlnesc la funcionarea stavilelor mobile, a descrctorilor de ape din diferite tipuri, adisipatoarelor de energie, a prizelor de ap, a aduciunilor de diverse tipuri, a camerelor deechilibru, a conductelor i galeriilor forate, a centralelor, a canalelor i galeriilor de fug.Apele care se infiltreaza prin corpul i terenul de fundaie al barajelor, valurile, ca isuprapresiunile provocate de undele seismice exercit, de asemenea, aciuni dinamice.

Aciunea fizica apei, mai ales a celei n micare, se manifestprin erodarea suprafeelorcu care vine n contact, prin splarea i degradarea betoanelor, prin antrenarea particulelorcomponente ale materialelor necoezive, prin degradarea terenurilor de fundaie. Pentruntmpinarea acestor fenomene se iau o serie de msuri constructive, uneori destul de

costisitoare, prin mrirea durabilitii betoanelor, prin consolidarea terenurilor sau prin drenarealor.Aciunea chimiceste exercitatde apele agresive acumulate n lacuri, care parcurg apoi

ntreaga schem de amenajare, pn la punctul de restituie, sau de apele exterioare care icroiesc drum spre elementele constructive ale ansamblului unei uzine hidroelectrice. Degradareabetonului ca urmare a fenomenelor de coroziune poate fi provocatde diverse substane cum arfi: apa cu duritate redus, apa cu bioxid de carbon, sruri de magneziu, de amoniu, soluii desulfai solubili, soluii de acizi organici, grsimi, uleiuri etc.

Aciunea biologic a apei asupra betonului i a altor materiale de constructie, cum ar fimetalul i lemnul, este exercitatprin intermediul algelor, bacteriilor, ciupercilor i al muchilor.


7/72



Coroziunea se produce fie din cauza secreiilor lor cu caracter acid, fie din cauza produselor lorde descompunere.

Condiiile de execuie

Amenajrile hidrotehnice comport de obicei cantiti mari de lucrri. Volumele deterasamente i excavaii se ridic la sute de mii sau milioane de metri cubi, cele de betoaneturnate n corpul barajelor de asemenea. Excavaiile i betonrile n subteran pentru galerii ipuuri, sau pentru cavernele centralelor, se extind pe zeci de kilometri i comportsute de mii demetri cubi.

Lucrrile de forare i de injectare a terenurilor de fundaie cu suspensii de ciment, nvederea consolidarii i impermeabilizarii lor, totalizeaz la o amenajare zeci de mii de metriliniari.

n cazul uzinelor hidroelectrice, echipamentele hidromecanice, mecanice i electrice seridicla mii sau zeci de mii de tone.

O categorie importantde construcii hidrotehnice se executn albiile rurilor, n incintenchise de batardouri. Lucrrile de punere la uscat sunt costisitoare, iar execuia fundaiilor cuepuismente este dificil i pretenioas. Cnd debitul rului depete debitul de construcie,admis conventional, apare pericolul inundrii antierului. n aceste condiii lucrrile executatepot fi distruse parial sau total, ca i instalaiile i utilajele care se gsesc n interiorul incintei.

Influena construciilor hidrotehnice asupra regiunilor nvecinate

n afarde asigurarea folosinelor pentru care au fost executate, construciile i amenajrilehidrotehnice exercit de multe ori o influen important asupra regiunilor nvecinate. Princonstrucia barajelor se creeazlacuri de acumulare care inundmari suprafee. n afarde faptulcse pierd ntinse terenuri agricole, puni, pduri sau alte exploatri, sunt uneori necesare chiarstrmutri de sate i orase, de instalaii industriale, de drumuri i ci ferate cu anexele lor.

Remuul provocat prin barare se extinde pe muli kilometri n amonte. Pentru evitareapagubelor provocate de revrsri se construiesc lucrri de ndiguire, sau se exploateaz astfelevacuatorii nct acest pericol sfie nlturat.

Odat cu ridicarea nivelului n lacul de acumulare sau de deriva ie i n canalele deaduciune sau de fug, se modifica regimul apelor subterane din regiune. Acest fenomen arerepercusiuni importante asupra aglomerrilor umane i industriale, asupra instalaiilor de captarede api canalizare, precum i asupra faunei i florei locale.

Avariile construciilor hidrotehniceMarile baraje rein n lacurile de acumulare cantiti considerabile de ap, de ordinulmilioanelor sau miliardelor de metri cubi. n cazul cedrii totale sau pariale a unui baraj, acestecantiti se scurg spre aval, cu viteze i adncimi mari, distrugnd totul n calea lor. Pe lngpagubele materiale se pot produce de multe ori i pierderi de viei omeneti. Refacerea lucrrilori bunurilor distruse dureazmuli ani, iar pagubele totalizeazde cele mai multe ori sume cumult mai mari dect valoarea construciei care a cedat.

Pentru a evita consecinele grave ale avariilor care se produc independent de voinaoamenilor, sunt necesare msuri care se refer la toate etapele care concur la realizarea unuibaraj. Trebuie inut cont n special de condiiile geologice, hidrologice i morfologice ale


8/72



amplasamentelor, dup cum cu rigurozitate i precizie trebuie conduse calculele i munca deproiectare.

Comportarea ulterioara lucrrii n exploatare i, deci, sigurana ei depinde de adaptrileproiectului la teren precum i de calitatea i acurateea executiei. Supravegherea principalilorparametri n exploatare, prin aparate de msuri control, furnizeazelementele care confirmfuncionarea normalsau care semnalizeazfenomenele care reclamstarea de alarm.

Avertizarea populaiei i instruirea ei pentru asemenea situatii joac un rol important naciunea de aprare mpotriva viiturilor provocate prin distrugerea barajelor.

De avarii, mai mult sau mai putin grave, nu sunt scutite nici celelalte obiecte componenteale unei amenajri hidroelectrice. S-au consemnat de-a lungul timpului, numeroase accidente laaduciuni de diverse tipuri, la camere de ncarcare, la conducte forate sau centrale aeriene isubterane. n afara pagubelor produse direct, numai ieirea din funciune a amenajrii totalizeazpierderi de energie al cror echivalent economic este considerabil.

Caracterul original al construciilor hidrotehnice

n toate etapele de realizare ale unei amenajri hidrotehnice i n special ale unei uzinehidroelectrice, se urmreste nscrierea n conditii optime a amenajrii n cadrul natural.

Studiul condiiilor naturale, geologice, hidrologice i topografice ntalnete n permanensituatii noi care reclam, pe lng aparatur i utilajele mereu mbunatatite, o metodologieadecvati o capacitate de interpretare bazatpe o larga experient.

n activitatea de concepie i proiectare, elementele fundamentale mereu schimbate aleamplasamentelor conduc la examinarea unor soluii noi, care se impun a fi mai sigure i maieconomice dect cele adoptate n trecut. Date fiind cantitile mari de lucrri pe care le comportaamenajrile hidratehnice, dezideratul amintit nu poate fi realizat dect prin studierea mai multorvariante. Alegerea soluiei finale se face lund n considerare toate aspectele, printre care, nafara de cel pur economic, un rol important il joaca posibilitile de execuie i de etapizare alelucrrilor, cheltuielile privind ntretinerea i reparaiile, continuitatea i siguranta n exploatare.

Este necesar o supraveghere continu n exploatarea construciilor hidrotehnice, prinobservaii i msurtori sistematice, fapt ce va furniza informatii privind starea de efort ideformaie a lucrrilor.

2.1.2. Clasificarea construciilor hidrotehnice

Clasificarea duprol i specificDup rolul pe care l ndeplinesc n cadrul amenajrilor hidrotehnice, construciilehidrotehnice se mpart n doumari categorii:

- construcii generale, care se aplicn majoritatea ramurilor economiei apelor;- construcii speciale, care se aplic ntr-o singur ramura economiei apelor i sunt

specifice folosinei acesteia.

Dintre construciile hidrotehnice generalefac parte:- construciile de retenie, care bareazun curs de api rein volume mari de apn

scopul regularizrii debitelor: barajele de toate tipurile, digurile;


9/72



- construciile de derivaie, care bareaz un curs de ap i i ridic nivelul n scopulasigurrii posibilitii de abatere sau derivare a unor debite pe aduciuni (acestea suntstvilarele cu prile lor fixe i mobile);

- construciile de regularizare, care au ca scop dirijarea cursurilor de ap, regularizarearegimului de scurgere n albii i protecia albiilor i malurilor de aciunea distructiva apei;

- construciile de descrcare, care au rolul de a evacua apele din lacurile de acumularesau derivaie, din canale, din camerele de ap;

- construciile pentru captarea apei, care au rolul de a capta apa dintr-un curs de apsau lac i de a o dirija spre aduciune;

- construciile de aduciune, care au ca rol asigurarea transportului unei cantiti de apde la un punct la altul: canale, conducte, galerii hidrotehnice.

Dintre construciile hidrotehnice specialefac parte:- construciile hidroenergetice, care se execut n scopul folosirii energiei apei din

ruri, lacuri i mri: canale de echilibru, conducte i galerii forate, centralehidroelectrice cu anexele lor, canale i galerii de fug;

- construciile hidroameliorative, care se execut pentru irigarea i desecareaterenurilor, pentru indiguiri, pentru aprovizionarea cu ap a teritoriului, reele deirigaii, drenaje etc;

- construciile pentru ci interioare de transport pe ap, care asigurnavigaia: canale,ecluze, ascensoare de vase, debarcadere, cheiuri portuare, docuri;

- construciile portuaresituate pe ci interioare de navigaie i porturile maritime;- construciile pentru alimentari cu api canalizri: prize speciale, instalatii pentru

mbunatairea calitailor apei, staii de pompare, reele de distribuie, instalaii deepurare;

- construciile pentru ameliorri piscicole i stuficole: iazuri, eletee;- construciile aferente cilor de comunicaii terestre: traversri peste cursuri de ap;- construciile pentru folosine diverse: amenajri sportive, de agrement, sanitare etc.

Clasificarea dupimportan

n activitatea de concepie i proiectare a construciilor hidrotehice este necesar oclasificare bazatpe importana lor economici social. Astfel, se pot stabili debitele de calculi verificare pentru diferitele amenajri sau coeficieni pentru sigurana i stabilitatea lucrrilor.

DupSTAS 4273-61construciile hidrotehnice se mpart n cinci clase:

-

clasa I, construcii de importandeosebit;- clasa II, construcii de importanmare;- clasa III,construcii de importanmijlocie;- clasa IV, construcii de importanredus;- clasa V, construcii de importanfoarte redus.

Clasa construciilor se determin n funcie de capacitatea lor de producie, de durata defuncionare i de nsemnatatea funcionaln cadrul amenajrii.

Dupcapacitatea de producie amenajrile hidroenergetice se mpart n patru categorii, nfuncie de mrimea puterii instalate (tabelul 2.1).

Tabel 2.1.


10/72



Puterea instalata (kW) Categoriapeste 250 000 1250 000-50 000 250 000-5 000 3sub 5 000 4

Pentru alte grupe de construcii hidrotehnice, clasificarea n funcie de capacitatea deproducie este cuprinsn standardul sus mentionat.

Dupdurata de funcionare, construciile hidrotehnice se mpart n:- construcii permanente, care se proiecteazpentru o duratde exploatare egal

cu durata lor de existen;- construcii provizorii, care se proiecteazpentru o duratde exploatare mai mic

dect durata lor de existen, precum i lucrrile provizorii din perioada deconstrucie a lucrrilor de baza;- construcii principale, care n caz de distrugere partialsau totalar provoca fie

scoaterea din funciune a unitaii de producie, fie diminuarea considerabil aproduciei, fie reducerea funciei de aprare a localitailor;

- construcii secundare, care n caz de distrugere totalsau parialnu atrag dupele efecte de natura celor menionate mai nainte.

n funcie de categoria construciilor, de durata lor de funcionare i de nsemnatatea lorfunctional, clasa se stabilete conform tabelului 2.2.

Tabel 2.2.

Grupa de construcii Categoria de construcii1 2 3 4

PermanentePrincipale I II III IVSecundare III III IV IV

ProvizoriiPrincipale III III IV IVSecundare IV IV IV V

ncadrarea construciilor hidrotehnice ntr-o clas imediat superioar sau inferioar seadmite numai pe baza unei justificri temeinice. Aceastoperaie se efectueazde ctre organelede proiectare i se aprobde ctre forul tutelar al beneficiarului.

n perioada actual, clasificarea construciilor hidrotehnice dup clase de importana, n

funcie de criteriile artate, este consideratmai puin corespunztoare. Principala criticce i seaduce constn faptul caceastncadrare, dei are importante consecine economice i sociale,se bazeaz pe un numr limitat de parametri. Ea nu comport o comparaie aprofundat ntrecheltuielile de investiie i de exploatare ale lucrrilor, pe de o parte, i pagubele care rezultprindistrugerea lucrrilor, pe de altparte.

Ca urmare, n prezent existpreocupri intense pentru mbunatairea acestor reglementri,urmarindu-se n special:

- stabilirea, pentru lucrrile importante, prin metode moderne de analiz economic, adebitelor sau a nivelurilor la care trebuie calculate construciile hidrotehnice pentru a fiprotejate mpotriva apelor mari;


11/72



- meninerea mparirii n clase de importannumai pentru lucrrile de nsemnatate maireduse, aducndu-se mbunatairi privind numrul de clase, valorile limit ntre clase,criteriile de ncadrare ntr-o clas superioarsau inferioaretc.

2.1.3. Schemele amenajrilor hidroenergetice

Formele energiei hidraulice

Orice picatur de ap situat deasupra unui anumit nivel reprezint o surs de energiehidraulic. n natur, diferena de nivel sau cdere H poate exista ntre douseciuni succesiveale unui curs de apobinuit (figura 2.1.a), la o cascad(figura 2.1.b), sau ntre ruri i lacuri lacote diferite (figura 2.1.c).

Uneori diferena de nivel se realizeazpe cale artificial, pompnd o cantitate de apde laun nivel inferior (dintr-un ru spre exemplu) la un nivel superior (lac de acumulare sau rezervor).De obicei, pomparea se efectueaz n orele de gol ale unui sistem energetic, iar recuperareaenergiei acumulate se face n perioadele de vrf de sarcin. n afarde energia cursurilor de ap,energia hidrauliceste disponibiln naturi sub forma oscilaiilor periodice ale mareelor sausub forma valurilor i curenilor marini.

Energia hidraulic naturaleste distribuitdestul de neuniform de-a lungul cursurilor deap. Ea se transformn cea mai mare parte n energie termicpentru nvingerea rezistenelor pe

care le opune micrii patul neregulat al rurilor. Restul energiei se consumprin aciunea deerodare a albiei i a versanilor.

Scopul amenajrilor hidroelectrice este de a nltura ntr-o msurct mai mare pierderilede energie i de a concentra cderile disponibile pe sectoare scurte, n vederea producerii deenergie electric.

Crearea unei cderi concentrate pe un curs de apse poate realiza pe mai multe ci:- prin construirea unui baraj care ridicnivelul apei i mrete seciunea de curgere pe

o anumitdistann amonte;- prin derivarea apei din albia cursului de ap ntr-o aduciune cu pant redus, care

asigurcondiii de curgere mai favorabile;

Figura S.1. Formele energiei hidraulice


12/72



- printr-o dispoziie mixtde ridicare a nivelului i derivare a apei.Dacinem cont de posibilitaile de concentrare a cderii deosebim trei tipuri principale de

amenajri hidroelectrice (figura 2.2):- amenajri uzin-baraj, cnd centrala este dispusn imediata apropiere a barajului i

ntreaga cdere este realizatnumai prin intermediul acestuia;- amenajri de derivai, cnd centrala este dispus la captul aval al unei derivaii i

foloseste cderea obinutprin reducerea pantei de curgere prin aceastderivaie;- amenajri mixte, cu baraj i derivaie, cnd centrala folosete cderea obinut att

prin construcia barajului ct i prin aceea a derivaiei;

Prin uzin hidroelectric (U.H.) se nelege totalitatea lucrrilor constructive i aechipamentelor care alctuiesc o amenajare hidroelectric, de la captare i pn la punctul derestituie a apelor turbinate.

Prin central hidroelectric (C.H.) se nelege construcia care, n principal, adpostetevanele de admisie, turbinele, generatoarele, gospodriile anexe, camera de comand, etc.

Pentru amenajrile hidroelectrice de pompare se deosebesc trei tipuri principale: uzine de pompare pure, la care acumularea se realizeazprin pomparea apei ntr-un

rezervor superior, frun aport natural de debit; uzine de pompare mixte, la care acumularea prin pompare este combinat cu

amenajarea hidroelectrica unui curs de ap; staii de pompare pentru captarea i introducerea n schema a debitelor unor cursuri

de ap, situate la un nivel inferior celui corespunzator captrii principale.


13/72



Figura S.2.


14/72



Elementele constructive ale amenajrilor hidroelectrice

Amenajrile hidroelectrice sunt alctuite din urmtoarele elemente constructive principale:Barajele de derivaie sau acumulare, care au rolul de a ridica nivelul apei n msura

necesarpentru a putea fi derivatntr-o aduciune sau de a concentra cderea i de a acumulaapele n vederea regularizrilor. Prima categorie de baraje se executde obicei de nalimi mici(sub 10 m); cea de-a doua, de nalimi care n prezent au atins 300 m.

Descrctorii de ap evacueazapele mari i regleaznivelurile n lac. Se realizeazcadeversor de suprafa, situai pe baraje sau pe versani, deschideri sau orificii de fund, conductei galerii de golire. Sunt echipai cu instalaiile hidromecanice aferente ca: stavile, vane,mecanisme de acionare, i prevzui cu dispozitive de disipare a energiei.

Prizele de ap, dispuse n baraj sau pe malurile rului barat, sunt destinate s asigurecaptarea debitelor i conducerea lor n aduciune. Prin intermediul lor se combate ptrundereaaluviunilor, a gheurilor i zaiului, a tuturor corpurilor i impuritilor reinute de grtare.

Aduciunile au rolul de a transporta debite de ordinul zecilor sau sutelor de m3/s de lapunctul de captare la camerele de echilibru. Uneori ele sunt combinate cu aduciuni secundarecare colecteazi transportdebite mai mici de la captrile secundare n lacul de acumulare saun aduciunea principal. Aduciunile ndeplinesc acest rol prin curgere cu nivel liber (canale depmnt sau beton, galerii subterane) sau sub presiune (conducte metalice, de beton armat, galeriisubterane).

Camerele de echilibrurealizeazlegtura ntre aduciuni i conductele sau galeriile forate.Ele au rolul de a limita suprapresiunile dinamice provocate de variaiile de sarcinale centralei,respectiv de a menine echilibrul hidraulic din aduciuni, la nchideri i deschideri ale vanelor. ncazul aduciunilor cu nivel liber ele poart denumirea de camere de ncrcare, iar n cazuladuciunilor sub presiune, de castele de echilibru.

Casele vanelor, dispuse n general imediat n aval de camerele de echilibru, cuprindmecanismele de nchidere i deschidere a accesului apei spre centralca i instalaiile de aerisirei control pentru conductele fortae.

Conductele sau galeriile forate, cu unul sau mai multe fire, conduc apa de la camera deechilbru la central pe o diferen de nivel mare i pe un traseu scurt n plan. Realizndconcentrarea cderii, ele au o pantconstructivmare i sunt foarte solicitate static i dinamic.Vitezele de curgere n aceste conducte sunt n general mari, de ordinul mai multor m/s.

Centralele hidroelectrice cuprind cldirile sau camerele n care sunt instalate vanele deadmisie, turbinele hidraulice, generatoarele electrice, mecanismele de reglare a sarcinii i avitezei, staiile electrice de conexiuni i transformare, instalaiile anexe i camerele de comand.

Canalele sau galeriile de fugconduc apele folosite de turbine spre punctele de restituien cursurile de ap. n unele cazuri curgerea n galeriile de fugse face sub presiune.n schema unei amenajri hidroelectrice pot intra toate elementele constructive menionate;

uneori o parte din aceste elemente lipsesc sau se substituie unul altuia, n funcie de condiiilenaturale i schema adoptat. Asa, spre exemplu, sunt schemele concentrate ale uzinelorbaraj, lacare lipsesc aduciunile, camerele de echilibru i casele de vane, sau schemele uzinelor fluvialela care cldirile centralelor joaci rolul de baraje.

Instalaiile hidromecanice i cele electrice au o pondere nsemnat n cadrul amenajrilorhidroelectrice. Tipurile i caracteristicile acestor instalaii exercito influenhotartoare asupradispoziiei generale, asupra formei i dimensiunilor prilor constructive. O parte dintre


15/72



instalaiile centralelor hidroelectrice ca turbinele de ap, generatoarele electrice, instalaiileanexe, sunt specifice acestor centrale, n timp ce staiile de conexiune, camerele de comand,transformatoarele, reprezint echipamente i instalaii utilizate i la alte tipuri de centrale saustaii electrice.

2.1.4. Tipuri de baraje i probleme speciale pe care le ridic

Baraje de greutate

Barajele de greutate moderne (figura 2.3) sunt construcii masive executate din beton carerezist mpingerii apei prin aciunea propriei greuti. Aceasta asigur stabilitatea barajului larsturnare, prin momentul fortei creat fade piciorul aval, i la alunecare, prin forele de frecarecare acioneazde-a lungul suprafeei de fundaie.

Pentru a evita fisurarea, provocatn principal de fenomenele de contracie a betonului ide cele de deformaie ale terenului de fundaie, corpul unui baraj de greutate se fragmenteazprin rosturi transversale, situate la 12-15-18 m distancare merg pnla suprafaa de fundaie.Aceste elemente componente poartdenumirea de ploturi.

Seciunea transversal de nlime maxim reprezint profilul barajului. La barajele degreutate moderne profilul este triunghiular sau poligonal, din considerente de simplificare aexecuiei.

Linia orizontal, situat n mijlocul coronamentului, care leag un versant de cellaltconstituie axul barajului. Acesta este n general rectiliniu pentru un baraj de greutate.

Barajele de greutate pot fi deversante sau nedeversante. Cele deversante sunt ntalnite pefluvii, din cauza debitelor mari care trebuie evacuate i a prezenei stavilelor la coronament.Barajele nedeversante rezolv anumite situaii n care descrcatorii de ape mari se dispun nafara corpului barajului.

Forele care acioneazasupra unui baraj de greutate sunt:a) solicitri normale au caracter permanent i frecvenmare; ele provin din:

presiunea hidrostaticpentru condiii normale de exploatare; presiunea hidrodinamicpentru conditii normale de exploatare; subpresiunea pentru condiii normale de funcionare a sistemelor de drenaj; presiunea aluviunilor i a depunerilor din lac; greutatea proprie, a suprastructurilor i a echipamentului; precomprimarea barajului i a unei pri din roca de fundaie; variaiile de temperatura mediului exterior.

b) solicitari accidentale au frecvenmici efect relativ redus; provin din: presiunea valorilor ; presiunea statici dinamica gheii; presiunea vntului.

c) solicitari extraordinare au frecvenfoarte mic, dar efect important; provin din: presiunea hidrostaticn cazul viiturilor catastrofale; presiunea hidrodinamicn condiiile exploatarii excepionale; subpresiunea n condiiile nefuncionrii sistemului de drenaj; aciuni seismice.


16/72



Baraje arcuite

Barajele arcuite se construiesc numai n scopuri energetice. Sunt construite din zidrie depiatr cu mortar. Paramentrul amonte este etanat printr-o sap de mortar gras, de civacentimetrii grosime, care este protejat apoi de un strat de torcret armat. Apele care se pot infiltrasunt drenate printr-o reea de tuburi verticale, situate n apropierea paramentului.

Profilele triunghiulare ale acestor baraje (figura 2.4) au baza mai redusdect ar rezultadintr-o dimensionare efectuat dup normele actuale pentru baraje de greutate. Acest fapt seexplicprin neglijarea aciunii defavorabile a subpresiunilor. Stabilitatea acestor construcii sedatoreaz transmiterii unei pri din presiunea hidrostatic la versani, asigurat de forma lorcurbn plan. Actiunea n planuri orizontale este determinatde lipsa rosturilor transversale dedilataie, care, n cazul barajelor de greutate obinuite, mpart barajul n ploturi.

Solicitrile exterioare i interioare care acioneazasupra unui baraj arcuit sunt, n general,identice cu cele indicate pentru barajele de greutate. n acest caz ns, unele dintre acestea joacaun rol secundar, iar altele au efecte hotartoare asupra comportrii statice.

Forele care actioneazasupra unui baraj arcuit sunt: greutatea proprie, a suprastructurilor i a echipamentului; presiunea hidrostatic fora principal; subpresiunea; mpingerea gheii; variaiile de temperatur; contracia i dilatarea betonului. aciuni seismice.

Figura S.3. Baraje de greutate


17/72



1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.

Baraje cu contrafori

Barajele cu contrafori sunt de mai multe feluri.Barajele evidate mbuntesc forma barajelor de greutate prin utilizarea mai eficient a

rezistenei materialului de construcii prin introducerea de goluri. Contraforii unui plot suntlegai rigid ntre ei prin plcile groase dintre amonte i aval. Aceaststructurare ca avantaje:

reducerea subpresiunilor care acioneaz la talpa barajului i a presiunii din poriibetonului;

mrirea stabilitaii la alunecare; degajarea mai uoara cldurii de priza cimentului; posibilitatea unei supravegheri directe a comportrii construciei. Dezavantajele acestui tip de baraj sunt: discontinuitatea fundaiilor; asimetria ploturilor n cazul fundrii pe versani puternic nclinai; comportarea ansamblului i a componentelor la modificri ale temperaturii externe.

Barajele cu contrafori-ciupercdiferde barajele evidate prin faptul c sunt constituite

din contrafori independeni. Denumirea provine de la forma pe care o au contraforii n seciuneorizontal. Conturul circular din amonte i ngrorile de racord fac ca presiunea hidrostaticsfie preluatradial, frsapareforturi de tensiune. Acest tip de baraj este mai puin solicitat deeforturi secundare ca nclinarea versanilor sau variaiile de temperatur, dar prezintstabilitatelongitudinalmai slab.

Barajele cu plci de beton armat pot fi amenajate ca baraje deversoare. Placa de reineredin amonte continun acest caz pe paramentul aval conturnd forma deversant.

Barajele cu boli multiple denumite i baraje cu arce multiple sunt constituite din bolicirculare cu linia cheilor nclinatfade vertical, rezemate pe contrafori. Capacitatea portant

Figura S.4. Exemple cu profilele barajelor


18/72



a bolilor fiind mai mare dect a plcilor plane, distanele ntre contrafori sunt mai mari (deordinul a 10-20 m). Contraforii sunt astfel mai ncrcai i mai masivi.

Barajele cu cupole multiple se utilizeaz la amenajarea vilor cu versani nali, undedistanele prea mici ntre contrafori nu sunt raionale din cauza cauza costurilor ridicate pe carele implic. Contraforii pot asigura stabilitatea longitudinal a barajului prin masivitatea lor,nefiind astfel necesare alte msuri. Elementele constructive mai groase beneficiazde avantajulunei mai mari rezistene la aciunea apelor de infiltraie, a variaiilor de temperatur i afenomenului de nghe-dezghe.

Baraje de piatr

Barajele de piatr sunt alctuite dintr-o umplutur de piatr, care formeaz corpul derezisten i dintr-un element de etanare a acestui corp. n funcie de materialul din care serealizeazumplutura, se disting patru categorii de baraje (figura 2.5).

Barajele de anrocamente sunt realizate din piatra aruncat(neaezat) de carier.Barajele de zidrie uscat sunt realizate din piatraezat regulat, atent selectat, uneori

chiar prelucrat, i aezatprin eserea rosturilor.Barajele de anrocamente i zidrie sunt construite parial din anrocamente i parial din

zidrie.Barajele din piatri pmnt (mixte) au corpul executat parial din piatr, de obicei sub

forma de anrocamente, i parial din pmnt.

Elementul de etanare a unui baraj de piatrpoate fi dispus n interiorul corpului, de obiceila mijloc, caz n care poart denumirea de diafragm, smbure sau nucleu, sau pe paramentulamonte al corpului, cand poartdenumirea de ecransau masc. Etanarea poate fi realizatdinmateriale rigide (lemn, metal, beton, beton armat, torcret) sau plastice (pmnturi argiloase,materiale bituminoase, materiale plastice etc.).

Un baraj de piatrtransmite terenului de fundaie eforturi mai mici dect un baraj de betonde nlime egal, dar mai mari decat un baraj de pmnt. Terenului de fundaie i se cer caliticare s asigure tasri reduse i stabilitate sub aciunea sarcinilor transmise de baraj,permeabilitate redusi rezistenridicatla aciunea apelor de infiltraie (terenuri stncoase).

Baraje de pmnt

Figura S.5. Tipuri de baraje din piatra


19/72



Barajele de pmnt (figura 2.6) sunt alctuite dintr-o umpluturomogen sau neomogende materiale locale, nisipuri, nisipuri argiloase, argile nisipoase, argile i pietriuri, reprezentndtipul cel mai vechi de baraj. Corpul barajului poate fi constituit dintr-un singur fel de materialsau din amestecuri astfel zonate nct s asigure etaneitatea i rezistena lucrrii. Seciuneatransversal a unui baraj de pmnt este de obicei trapezoidal, cu talazurile (amonte i aval)line, rezultate din condiiile de stabilitate.

Barajele de pmnt se pot executa practic, pe orice teren de fundaie, cu excepia malurilorfoarte curgtoare, a terenurilor cu materiale solubile n ap(ghips, sare etc.), a straturilor groasede turbsau a rocilor cu proprieti mecanice foarte neuniforme.

Dacmaterialul de umplutureste uniform i asigurprin calitile proprii etaneitatea irezistena profilului, barajul este de tip omogen. Dac profilul barajului este realizat dinmateriale diferite, care asigur etaneitatea (ecrane sau nuclee de argil, beton, metal etc.) irespectiv rezistena (nisipuri, pietriuri), barajul este de tip neomogen. Atunci cnd materialulpentru construcia barajului este parial pamnt i parial piatr, barajul se numete de tip mixt.

Figura S.6. Tipuri de baraje de pamnt


20/72



Principala cauz a producerii avariilor barajelor de pamnt este deversarea apelor pestecoronament n timpul execuiei sau n timpul exploatrii, dac evacuatorii de ape mari au fostinsuficient dimensionai. Alte cauze sunt: infiltraiile prin corpul barajelor, sufoziile i afuierile,alunecrile taluzurilor i tasrile mari care produc fisuri periculoase, ca i infiltraiile pe lngconductele ce raverseaza barajul.

Stavilare

Stavilarele sunt baraje de mica naltime care se construiesc pe cursurile de apn vederearidicrii nivelului natural i eventual a realizrii unei acumulri. Ele asigur captarea sauderivarea debitelor pentru uzine hidroelectrice, pentru alimentri cu appotabilsau industrial,pentru irigaii, sau menin n sectorul barat adncimea necesarpentru navigaie.

O alt funcie pe care trebuie s-o ndeplineasc un stvilar este aceea de a evacua cuuurin corpurile plutitoare, aduse mai ales de apele mari, precum i gheurile care apar nperioadele de primvar.

Un stvilar este compus n general dintr-o parte fix, construitdin zidarie sau beton i oparte de elemente mobile, denumite stavile. Prin manevrarea stavilelor, sectiunea baratse poateelibera total sau parial.

Clasificarea stavilelor se face dupmai multe criterii.Dupforma lor se deosebesc:

stavile plane; stavile segment; stavile cilindrice; stavile sector; stavile clapete; stavile ferme hidraulice; alte tipuri mai puin uzuale.

Dupmodul de transmitere a presiunii apei, se deosebesc: stavile care transmit presiunea apei pilelor i culeelor (plane, segment, cilindrice,

batardouri); stavile care transmit presiunea apei radierului (sector, clapete, ferme hidraulice); stavile care transmit presiunea apei pilelor i radierului (plane, clapete, rotative).

Dupsensul micrii lor se deosebesc: stavile ridictoare (plane, segment, cilindrice); stavile cobortoare (sector, clapete, ferme hidraulice); stavile mixte, alctuite din douelemente mobile: cel superior cobortor, iar cel

inferior ridictor (stavile plane duble, stavile prevzute cu clapete).Dupmodul de acionare stavilele pot fi:

acionate manual (stavile plane de lemn sau metalice, de dimensiuni mici); acionate mecanic (orice tip de stavil); acionate hidraulic (sector, clapete, ferme hidraulice).

Dupmaterialul din care sunt construite, se deosebesc: stavile metalice (din oel), care sunt cele mai rspandite;


21/72



stavile de lemn, care se aplicla deschideri i naltimi reduse; stavile de beton armat, rar aplicate din cauza greutaii lor mari.

2.1.5. Prezentarea specificului amenajrilor hidrotehnice din Romania

Dintre cele mai importante amenajri hidroenergetice, din Romania amintim: pe fluviul Dunrea - complexul Portile de Fier II, cea mai mare amenajare hidrotehnic

din Romania cu o putere instalata de Pi = 200MW , iar barajul Centrala Romn arenaltimea de 60 m

pe rul Bistria - complexul hidroenergetic Izvorul Muntelui cu putere instalat dePi=210MW iar barajul are dimensiuni nalime de 127m,

pe rul Sebe - complexul hidroenergetic Tau cu puterea instalat de Pi=150MW cunalimea de 80 m pe rul Arge - complexul hidroenergetic Vidraru cu o putere instalat de Pi=100MWnaltimea de 170 m

n bazinul hidrografic Some- complexele hidroenergetice:- CHE Mrielu Pi= 220MW cu Hb max de 465m, baraj Fntanele din anrocamente

cu mascde beton , nalime de 92m i lungime la coronament 410 m.- CHE Tarnia cu o putere instalatde Pi= 45MW , Hb max de 90m, baraj de beton n

arc cu dublcurbura , nalime 97 m deschidere la coronament 232m.- CHE Someul Cald Pi= 12 MW cu Hb max de 23m, baraj de greutate din beton,

nalimea 33.5m i lungime la coronament 130m

- CHE Gilu I Pi=6.6. MW cu Hb max de 15.6m- CHE Gilu II Pi= 6.9 MW cu Hb max de 16m- CHE Floreti I , Pi= 6.9MW cu Hb max de 16.5m- CHE Floreti II Pi= 1.3MW cu Hb max de 7m, baraj din beton tip deversor de

suprafacu prag lat cu o nalime de 13m- MHC Cluj I Pi= 0.9 MW cu Hb max de 5.2m

Amenajarea Criul Repedecu complexele hidrotehnice:- CHE Remei Pi = 100MW cu Hb max de 59 m, baraj Drgan din beton n arc cu

dublcurbur, nalimea 120m i deschiderea 442 m- CHE Munteni I , Pi= 58 MW cu Hb max de 143m- CHE Munteni II , Pi= 0.7 MW cu Hb max de 45m- CHE Leu, Pi= 3.4 MW cu Hb max de 53.5m- CHE Lugau, Pi= 18MW cu Hb max de 25m, baraj deversor din beton armat cu

nalimea de 36.5 m- CHE Tileagd , Pi= 18 MW cu Hb max de 25m- CHE Sacadat , Pi= 10 MW cu Hb max de 15m- CHE Fughiu , Pi= 10 MW cu Hb max de 15m

Amenajarea Colibia

- CHE Colibia , Pi= 21MW cu Hb max de 193.5m2.2. Urmarirea comportarii construciilor hidrotehnice din Romania


22/72



n Romnia principalul productor de energie hidroelectric este SC Hidroelectrica SA.Societatea are o structurpiramidal, cu un sediu central n Bucureti i 12 sucursale n toatara:SH Bistrita, SH Buzau, SH Caransebes, SH Cluj, SH Curtea de Arges, SH Hateg, SH Oradea, SHPortile de Fier, SH Ramnicu Valcea, SH Sebes, SH Sibiu, SH Slatina si SH Targu Jiu. Sucursaleleau n administrare mai multe hidrocentrale de diverse puteri, aflate n aceeai arie geografic.

Organizarea activitii de urmarire a comportarii constructiilor hidrotehnice (UCC) se bazeazpe structura organizatoric de la nivelul Sucursalelor Hidroelectrica (SH) i pe particularitaileacestora: fiecare SH are n gestiune mai multe lucrri iar o lucrare cuprinde mai multe obiecte dediverse tipuri: baraj, galerii de injecii, galeriile de drenaj, golire de fund, galerie de vizitare,pu galerie acces, D.M.S. (dig mal stng), D.M.D. (dig mal drept), central, galerie aduciuneprincipal, nod presiune, conduct(galerie) forat, galerie fug, canal aduciune, canal fug,galerie aduciune secundar, captare secundar, ecluza si polder.

Prin activitatea de supraveghere a construciilor hidrotehnice nelegem totalitateaoperaiunilor de culegere, prelucrare, stocare i interpretare a informaiilor (observaii imsurtori) referitoare la comportarea unei lucrri.

n ara noastr, exist o baz de date unitar, centralizat la nivel naional, privindurmarirea si evidena comportarii construciilor hidrotehnice mari i a amenajrilor aferente.Aceast baz de date este meninut i actualizat de ctre "Hidroelectrica" folosind pachetulsoftware UCCHALL (dezvoltat i implementat de ctre Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca).

Baza de date UCC, aflatin gestionarea "Hidroelectrica", este actualizatprin masuratoriperiodice, efectuate cu dispozitive de msurare portabile, de operatorii din teren sau de staiiautomate de supraveghere implementate n amenajrile hidrotehnice.

Datele de UCC msurate sunt stocate mai intai la nivel regional (SucursaleleHidroelectrica) in baze de date - unice la nivel de SH, apoi sunt transmise catre sediul central nBucureti. Transferul de date de la punctele de supraveghere regionale ctre baza de datecentralizatse face prin transferuri de fiiere offline.

Analiza datelor achiziionate i predicia comportamental a construciilor hidrotehnicesunt efectuate de experi umani, nu n mod automat.

2.2.1. Statii automate naionale de supraveghere a comportarii barajelor hidrotehnice

Principalii productori ai staiilor automate de supraveghere naionale sunt SC IPA SA iUniversitatea Tehnic Cluj-Napoca. Aceste staii permit achiziionarea i transmiterea datelorcare descriu starea amenajrii hidrotehnice n punctele centrale de monitorizare.

Astfel de sisteme de informaii operaionale de supraveghere a barajelor hidroenergetice,dezvoltate de institutele mai sus menionate, sunt implementate i funcioneaz la: "CentralaRoman", "Ecluza Romn" si barajul "Gogou" - de la "Porile de Fier II", pe fluviul Dunrea ila barajele hidroelectrice "Poiana Mrului", "Poiana Rusc", "Tarnia", "Valea Drganului" i"Tu".

Statia automatSAAD01S

Staia automatde achiziie a datelor SAAD01/Siemens este realizata de SC IPA SA si faceparte dintr-un sistem automat de supraveghere a barajelor.


23/72



Barajele sunt supravegheate permanent, dupun program prestabilit - prin msurarea anumitorparametri - cu ajutorul unor traductoare instalate n corpul construciei din faza de execuie sauulterior. Staia de achiziie a datelor SAAD01/Siemens are drept scop asigurarea msurrii automatecu aceste traductoare. Valorile mrimilor msurate cu ajutorul staiei sunt transmise ctrecalculatorul sistemului automat de supraveghere prin diferite cai de comunicatie.

Staia asigurmsurarea urmtoarelor tipuri de traductoare: cu coarda vibranta cu frecventa proprie de oscilatie n gama 400 -1200 Hz cu

precizia de 0.2Hz . Aceste traductoare pot fi: piezometre Telemac sau ICEMENERG extensometre Telemac sau ICEMENERG elongametre Telemac sau ICEMENERG capsule de presiune totala sau interstitiala cu coarda vibranta inclinometre i telependule cu coarda vibranta dinamometre de armatura cu coarda vibranta.

de tip rezistiv, conectate la statie prin 2, 3 sau 4 fire pentru compensarea rezistenteiparazite introduse de firele de legatura, cu precizia de 0.2%, intr-una din urmatoarelegame de masura :

0-150, 0-300, 0-600 Pt100, Pt200, Pt500, Pt1000, Pt10000 Ni10, Ni120, Ni1000Acestea pot fi : teletermetre (termorezistente) Huggenberger, Telemac sau

ICEMENERG;

presmetre Huggenberger; formetre Huggenberger;

de semnal unificat de tensiune0...5V, cu precizia de 0,1%FS. Acestea pot fi: traductoare de nivel (limnimetre) telependule cu iesire n semnal unificat traductoare de debite traductoare de pozitie vane traductoare de temperatura traductoare de forte sau presiuni;

de semnal unificat de curent4...20mA cu precizia de 0,1%FS. Acestea pot fi: traductoare de nivel traductoare de debite traductoare de pozitie vane traductoare de temperatura traductoare de forte sau presiuni;

Statia de achizitie asigura: masurarea dupa un program prestabilit sau la comanda aintrarilor analogice, stocarea, memorarea i afisarea marimilor masurate. Datele citite ramanmemorate chiar i n cazul disparitiei complete a surselor de energie electrica.


24/72



Alimentarea statiei se va face cu tensiunea 220 Vca +10 ... - 15 % , 50 Hz 2Hz. Sursa dealimentare asigura o autonomie de functionare de cel putin o ora n lipsa tensiunii retelei dealimentare.

Statia este prevazuta cu un ceas de timp real care functioneaza i n cazul disparitieicomplete a surselor de energie electrica.

Blocul de comunicatie asigura transferul datelor la un calculator de prelucrare fie pe reteade comunicatie seriala industriala de tip RS485, fie prin telefonie celulara GSM sau modemradio.

Componenta statiei: un Modul de masurare parametri baraj UCC-PLC

1 pana la 8 Module Multiplexoare Analogice MUX 1/32

Modulul de masurare parametri baraj UCC-PLC este realizat sub forma unui dulapmetalic cu dimensiunea de 800 x 600 x 200 mm cu grad de protectie IP65, cu usa de acces cupanou operator i presetupe pentru cablurile de conexiuni.

Figura S.7.Modul de masurare parametri baraj UCC-PLC

Figura S.8. Modul Multiplexor Analogic MUX 1/32


25/72



Modulul este realizat n jurul unei unitati centrale de procesare de tip automat programabildin familia S7-200 SIEMENS.

Modulul de masurare este format din urmatoarele parti componente : Unitatea centralde procesare i memorare CPU S7-226 cu intrari / iesiri numerice Modul de memorie EEPROM detasabila de 256K byte de tip MC 291 Panou operator local de tip TD200 cu modulul de comunicatie aferent EM 277 Bloc masura semnal unificat de curent / tensiune de tip EM 231 4x12AI SIEMENS Bloc masura intrari analogice rezistive de tip EM 231 RTD SIEMENS Modul adaptor masurare coarda vibranta CV Bloc selector canale de masura Bloc comunicatie cu calculatorul concentrator (modem GSM sau radio) Bloc de alimentare cu accumulator tampon pentru autonomie de functionare de cel

putin 1 ora i n cazul lipsei tensiunii de alimentare de la retea.Modulul de masurare baraj functioneaza pe baza unui software elaborat sub mediul deprogramare STEP7 V4.1 al firmei SIEMENS. Acest program este rezident n memoria RAM iEEPROM a unitatii centrale a modulului de masurare.

Modulul de masurare asigura: Masurarea a 3 traductoare de curent unificat i a unui traductor rezistiv conectate direct

la modulul de masurare i a tuturor traductoarelor conectate la modulele multiplexoaresubordonate (32 pana la 256 expandabile n module de 32 traductoare);

Coordonarea functionarii statiei pentru realizarea automata a programului normal demasuratori;

Coordonarea functionarii statiei pentru realizarea automata a programului special demasuratori n caz de cutremur;

Comanda semnalelor de selectie a selectorului de canal de masurare Comanda semnalelor de selectie a BUS-ului de adrese ale multiplexoarelor analogice

externe de tip MUX 1/32 subordonate Masurarea frecventei traductoarelor cu iesire n frecventa (coarda vibranta) Memorarea programului normal de functionare i al programului special declansat la

seisme, n memoria EEPROM nevolatila Memorarea a 100 de seturi complete de masuratori impreuna cu momentul masuratorii,

n memoria EEPROM nevolatila; Implementarea de functii logice i matematice pentru prelucrarea locala a diferitelor

marimi sau comenzi; Comunicatia cu calculatorul concentrator pentru transferul datelor achizitionate idescarcarea parametrilor de configurare;

Coordonarea functionarii sistemului de meniuri al panoului local operator pentrucomenzi locale i vizualizare locala a datelor i a parametrilor de functionare asistemului de achizitie.

Modulul multiplexor analogic MUX 1/32este realizat sub forma unui dulap metalic cudimensiunea de 500 x 400 x 200 mm cu grad de protectie IP65, cu usa de acces i presetupepentru cablurile de conexiuni cu modulul de masurare i cu traductoarele din baraj. Modulul este


26/72



prevazut cu un sistem de incalzire pentru evitarea condensului. La deschiderea usii un becasigura i iluminatul local al modulului.

Modulul asigura conectarea i comutarea catre blocul de masura a 32 traductoare cumaxim 4 cai de masura. El este alimentat cu 24 Vcc de la modulul de masurare al statiei.

Un buton de comanda manuala a modului permite functionarea multiplexorului i faracomanda de la modulul de masurare permitand realizarea unor masuratori de verificare ablocului de masurare cu punti de masurare portabile etalon.

Alte caracteristici ale staiei:

durata de msurare a unui traductor: max.5 s temperatura mediului ambiant: -20 ... + 55 C umiditatea relativmaxim: 90% gradul de protecie electro-mecanic: IP65 tensiune alternativ: 220Vca + 20% -10%, 50 Hz 2Hz

sau tensiune continu: 20-40Vcc puterea maxima a statiei: 30W

Staia dispune de semnalizare opticlocala strii de funcionare a modulelor i blocurilor(indicnd funcionarea n parametri sau modul/canal ieit din parametri).

Staia permite comutarea manuala blocului multiplexor i msurarea valorilor furnizatede traductoare cu aparatur de msur portabil din dotarea utilizatorului. Aceast facilitatepermite verificarea periodica corectitudinii msurtorilor staiei.

Protocolul de comunicatie al statiei cu calculatorul concentrator poate fi: PROFIBUS MODBUS MPI Siemens

Transferul datelor intre statia automata i calculatorul concentrator se realizeaza cuajutorul unui program de comunicatie i prelucrare primara SAAD1Explorer. La nivelulcalculatorului datele achizitionate de statie precum i datele de configurare sunt stocate n format.csv (comma separated values) compatibil cu programele Windows Excel, Notepad, diverseprograme de baze de date, permitand prelucrarea ulterioara sau editarea acestor date i de catreprograme realizate de alte firme (inclusiv de programul UCCHALL utilizat de compartimentulUCC al SC Hidroelectrica SA).

2.2.2. Tehnologii straine investite la barajele hidrotehnice din Romania

Una dintre corporatiile care au investit n ara noastr tehnologie pentru monitorizareacomportamentului amenajrilor hidrotehnice este Corporaia Sutron,barajele care au beneficiatde aceastinvestiie fiind barajulPoiana Mrului i barajulHerculane,proiectul fiind prezentatn [2]. Obiectivul proiectului l-a constituit furnizarea, montarea i punerea n funciune ainstalaiei de msur a nivelului de ap la barajele Poiana Mrului i Herculane, precum ifurnizarea de informaii on-line despre cota apei la baraj, informaie disponibil att la nivellocal, ct i la distan. ETA Automatizri Industriale a realizat documentarea la nivelul ambelorbaraje, msurnd coordonatele geografice ale celor 2 locaii, cu scopul de a determina mpreun


27/72



cu operatorii de comunicaii GSM i satelit, soluii optime de comunicaii de date. S-auntreprins i msurtori la nivel de semnal GSM. Facilitile existente n cadrul amenajrilor careau fost dotate cu noile echipamente, au fost studiate n vederea evalurii capacitii acestora de aoferi conexiune prin cablu pentru transmiterea datelor, ctre camera de comandi mai departeprin sistem wireless ctre SH Caransebes. S-a cercetat posibilitatea de integrare a informaiilordespre cele 2 cote n reeaua de calculatoare existentla SH Caransebe, i de stocare a cotelorntr-o bazde date.

Montarea acestui sistem a nceput la data de 8 septembrie 2003, iar punerea n funciunela baraje s-a realizat la 24 septembrie 2003. La aceeai dat s-au realizat msurtori-test decomunicaii. Lacul de acumulare Poiana Mrului, este situat la aproximativ 42,4 km deCaransebe, iar instalaia de msura nivelului apei este amplasatn partea dreapta barajului;msurarea nivelului se realizeaz prin intermediul unei conducte metalice poziionate ninteriorul puului de acces, la vanele de golire de fund ale barajului, conducta fiind racordatlapriza de msurde la baza barajului n partea amonte. Barajul este compus din arocamente cunucleul de argil.

Barajul de la lacul de acumulare Herculane, baraj situat la aproximativ 80 de km deCaransebe, beneficiaz de o instalaie de msur amplasat tot n partea dreapt a barajului.Msurarea nivelului se efectueaz prin intermediul unei conducte metalice poziionat princorpul barajului (baraj din beton armat, construcie n arc), conducta fiind racordatla priza demsurde la baza barajului. Instalaiile de msurau scopul de evaluare operativa cotei, i demrire a siguranei de exploatare i asigurare a prelurii datelor n vederea stocrii acestora ntr-obazde date. S-a avut n vedere i posiblitatea ulterioarde a se realiza i un sistem de prediciea evoluiei cotei, simultan cu asigurarea unui regim de funcionare cu hidro-agregatele la unrandament optim. n cadrul acestui proiect, ETA Automatizri Industriale a utilizat senzori de lafirma elveianRittmeyer, precum i dataloggere de la firma americanSutron. Senzorii utilizaipentru msurarea nivelului, n cele 2 cazuri, au domeniul de msurde 72, respectiv 27 m, cu oprecizie impusde 1 cm. Aceastprecizie s-a atins prin utilizarea mai multor senzori de presiunesubmersibili, cu un domeniu de 20 metri coloande ap (30 psi), i cu o acuratee de 0,05 %.Senzorii folosesc un protocol de comunicaie digital standardizat SDI-12. Protocolul este publici este utilizat de ctre mai muli productori de senzori de mediu i dataloggere. Pe o singurmagistralse pot conecta chiar i 10 senzori. Senzorii beneficiazde protecie la supratensiune ide un aparat dezumidificator care mpiedic formarea condensului pe tubul de egalizare apresiunii. Datalogger-ul este unul dintre cele mai noi controllere produse de Sutron, i anumeXLite 9210-0000, fiind complet programabil, folosind sistemul de operare Windows CE, avnd

un afiaj LCD, cu 3 interfee seriale RS-232, i una de tip RS-485. Pentru interconectarea cusenzorii submersibili, XLite are o interfaSDI-12. Controller-ul realizeazcitirile de presiune laintervale programate, precum i gestioneaz transmiterea lor mai departe prin intermediulGSM/CSD ctre LAN-ul SH Caransebe. Magistrala de comunicaie SDI-12permite instalareacontroller-ului la distan de senzorii submersibili. Aceast distan poate fi de peste 70 m.Controller-ul are un consum foarte redus de energie electric, putnd fi alimentat chiar i de labaterii. n cazul de faa fost folosit un sistem cu acumulator tampon alimentat de la reea, cuprotecie la supratensiunile accidentale. Legtura wireless presupune utilizarea modem-urilorGSM industriale de tip Siemens MC35 Terminal. Pentru a realiza o comunicaie stabil s-auutilizat antene Sirio SPB-918-10, cu ctig mare.Aplicaia n LAN SH Caransebes a fost livrat


28/72



de ETA Automatizri Industriale, i a fost instalat pe un server existent la sediul SHCaransebes, ea facnd disponibile datele despre cote. Aplicaia va accesa automat (la un intervalde timp configurabil) datele din data-loggere.Datalogger-ul Sutron a permis inializarea facilasenzorilor, precum i programrea intervalelor de msura nivelului apei. A fost implementat unalgoritm de afiare i transmitere a cotei, funcie de domeniul de msurare a fiecrui senzor.Rezultatele msurtorilor sunt salvate ntr-un fiier .log n memoria datalogger-ului. Aplicaiautilizat la SH Caransebes culege cote din datalogger la intervale de timp programabile, i lesalveazn cadrul unei baze de date.


29/72



2.3. Bibliografie capitol

[1] Radu Pricu, Construcii hidrotehnice volumul I, Editura didactici pedagogic,Bucureti

[2] Romania Maru Dam & Herculane Dam Projects Delivery, installation, training &commissioning at full functional capacity of a water level monitoring system at Marudam and Herculane dam in Romania - 7/05/2006;


30/72



3. STANDARDE DE COMUNICAIE WIRELESS UTILIZABILE

PENTRU REELE DE SENZORI

3.1. Generaliti despre comunicaia wireless

Comunicaiile de date digitale au evoluat semnificativ n ultimul deceniu, de la reelele dedate cu comutaie de pachete (PSDN + Public Swiched Data Network, Ethernet, reeaua de tipinel cu jeton de la IBM (Token Ring), la reelele de telefonie mobili comunicaiile de date pelinii dedicate de mare vitez. De asemenea, apar noi tehnologii care permit comunicaiile frfir.

O reea wireless este o reea frfir, care utilizeaz, cel mai frecvent, undele radio. Pentruc nu utilizeaz cablu pentru conectare, reeaua wireless permite interconectarea tuturorutilizatorilor aflai in aria de acoperire a undelor radio folosite. Aria de acoperire a acestui tip de

reea poate varia, n funcie de echipamentele folosite, de la suprafaa unei camere pnla cea aunui ora.

Fade o reea LAN clasic, folosirea unei reele wireless aduce avantaje importante:

legtura se face prin aer, pe calea undelor radio; utilizatorii nu mai sunt dependeni de cablul tras n birou, sunt liberi sse mite oriunde

n aria de acoperire;

multe reele wireless suportroaming, permitnd unui client sse mute dintr-un punctde acces n altul n aceeai cldire, sau zongeografic;

numrul maxim de utilizatori este sensibil mai mare dect folosind un switch ntr-oreea pe cablu, convenional;

o reea wireless ofercompatibilitate cu cele mai noi tehnologii din domeniul IT&C, dac sediul firmei se mut, reeaua wireless se poate muta in acelasi timp i nu are

nevoie de modificri majore la noul sediu (n cazul reelelor convenionale banii folosiipentru cablare sunt pierdui n cazul mutrii);

o reea wireless este gata de folosire mult mai repede dect una convenional(dacocablare poate dura zile sau chiar sptmni, un access point wireless poate fi gata defuncionare i n cteva minute).

Pe lng avantajele sale, o reea wireless are si anumite dezavantaje ce trebuie luate nconsiderare:

folosind spectrul radio mpreuncu alte dispozitive care folosesc aceeai frecvenpotdegrada performana unei reele wireless;

reelele wireless au o arie limitatde acoperire; avnd n vedere procentul mare de erori de comunicaie, protocoalele de comunicaie

sunt mult mai complicate, pentru a corecta i retransmite datele eronate;

exist pericolul accesrii reelei de ctre utilizatori nedorii, care duce la necesitateacriptrii informaiei;

access point-urile pot fi utilizate pentru furtul de informaii personale ale utilizatorilorreelelor wireless.


31/72



3.2. Reele de senzori wireless

Metodele de msurare bazate pe tehnologii wireless sunt folosite de mult vreme nindustrie, la aplicaii in medii periculoase, sau unde este nevoie de communicaie la distanrelativ mare n care costul instalrii cablurilor de comunicaie este mai mare dect cel altransmiterii prin radio. Conducte de petrol, gaz, staii de pompare, lucrri agricole, sunt doarcteva exemple unde se apliccu succes comunicarea prin radio. Ceea ce face aceastmetodimai interesant n ziua de azi, este convergena tehnologiilor de microprocesoare puternice cuconsum redus, cu cea a radiourilor de dimensiuni foarte reduse i consum foarte mic.Miniaturizarea acestor tipuri de componente face azi posibil construirea de reele de sensoriwireless de dimensiuni foarte reduse ce funcioneaz pe baterii ani de zile n condiii

nesupravegheate.O reea de senzori wireless este formatdin noduri de reea (denumite motes in literatura

de specialitate american) (figura 3.1) care msoar diverse mrimi relevante pentru mediulsupravegheat i care comuniccu un punct central de colectare a datelor, transferndu-i valoareamarimilor msurate.

Una dintre problemele cu care se confrunta dezvoltatorii, este alimentarea cu energie anodurilor reelei de senzori. n principiu, se pot folosi pentru alimentare baterii, dar n momentuln care aceste baterii se consum, chiar presupunnd cele pot fi rencrcate, ideea de autonomiedispare. O soluie la care se lucreaz i care ar putea corecta acest neajuns este de a construinoduri de reea care sse ncarce cu energie din mediul ambiant.

Un nod de reea este alctuit din:

modulul transceiver wireless format din circuitul integrat cu func ie de emisie-recepie la care se adaug un microcontroler care comand funcionarea acestuicircuit i care asigur prin firmware-ul nscris n el, respectarea protocolului decomunicaie dorit (stiva de protocol sau protocol stack);

o unitate de procesare gazd (host) CPU cu microcontroler, n care este nscrisprogramul aplicaiei care asigurfuncionarea nodului de reea;

o anumit cantitate de memorie extern necesar programului aplicaiei i stocriidatelor achiziionate;

un circuit de ceas de timp real ce funcioneazn permanenindiferent de regimul defuncionare al echipamentului;

bateriile i sistemul de alimentare; sistemul de captare a energiei din mediul nconjurtor; o interfaserialnecesarprogramrii nodului de reea i descrcrii locale a datelor

achiziionate; un circuit adaptor de msur pentru alimentarea senzorilor i adaptarea semnalelor

provenite de la senzori; senzorii propriu-zii;

toate ncapsulate astfel nct s reziste la condiiile vitrege ale mediului ambiant. Ca urmare,puterea de procesare a acestor noduri de reea este limitatdrastic.


32/72



3.3. Standarde wireless pe distane scurte

Avnd n vedere aria de rspndire a elementelor componente ale unei construciihidrotehnice pe o razde maxim 2 Km, reelele wireless ce se pot folosi n cazul monitorizriiunei astfel de structuri se ncadreazca i arie de acoperire ntr-una din urmtoarele categorii:

reelele locale wireless WLAN (Wireless Local Area Networks); sau reelele personale wireless WPAN (Wireless Personal Area Networks).

3.3.1. Wireless Local Area Networks (WLAN)

Reelele locale wireless reprezintunul dintre cele mai infloritoare segmente ale industrieitelecomunicaiilor. Finalizarea standardelor domeniului i lansarea produselor WLAN de ctreproductorii de vrf a inspirat implementarea soluiilor WLAN n multe segmente ale pieei,inclusiv la nivelul birourilor mici/ home office-urilor (SOHO), a marilor corporaii, fabricilor,precum i la nivelul punctelor de interes public, cum ar fi aeroporturi, centrele de convenii,hoteluri, i chiar cafenele.

CPUmicrocontroler

gazd(host)

Microcontroler cu

stivprotocolcomunicaie

Alimentare

cu baterii

Memorie

extern

Senzor

Figura A.1. Schem bloc nod reea wireless (mote)

CItransceiver

radio Modul

transceiver

Ceas detimp real

Captare

energie

Circuit adaptor

msur

Senzor

Modul

CPU

Interfatserialpogramare


33/72



n anumite cazuri, tehnologia WLAN este folositcu scopul de a reduce costurile, precumi pentru a reduce inconvenientele lucrului cu cabluri, n timp ce n alte cazuri este singuraopiune de a asigura publicului accesul la Internet de mare vitez. Indiferent de motiv, solutiileWLAN apar pretutindeni.

Pentru a rspunde la aceasta cerere n cretere, companiile tradiionale de reele, precum inoile fore de pe pia, au lansat o varietate de produse WLAN. Aceste produse implementeazde obicei unul dintre numeroasele standarde ale WLAN, dei produsele dual-mode, care susinmai multe standarde, ncep de asemenea s apar. n timpul evalurii acestor produse, trebuieluati n considerare anumii parametri cheie, inclusiv:

Aria de acoperire. Aria de acoperire a produselor WLAN este de la 50 la 2500 metri (cuantendirecional).

Rata transferului. Rata transferului de date variazde la 1 Mbps la 100 Mbps.

Interferene. Unele standarde vor interfera cu aparate electonice i cu alte tehnologiiwireless de reea. Consumul de energie. Consumul de energie al adaptoarelor wireless difern funcie de

produs, i adesea n funcie de standardele implementate. Costuri. Costul unei soluii poate varia semnificativ, n funcie de cerinele de

desfurare ale acestora i n funcie standardul care este implementat.Configuraiile LAN wireless variazde la foarte simple la extrem de complexe. Cel mai

simplu WLAN este unul independent, cu configuraie peer-to-peer, unde unul sau mai multedispozitive cu adaptoare wireless sunt conectate unul la cellalt. Configuraiile peer-to-peer suntfrecvent numite reele ad hoc, deoarece nu necesitadministrare sau configurare. De asemeneanu necesitpunct de acces, adaptoarele comunicnd n mod direct ntre ei, frstreacprintr-o

locaie central.Reelele peer-to-peer sunt extrem de utile n cazul n care utilizatorii dintr-un grup dorescs comunice ntre ei ntr-un mod nestructurat. Aceste reele pot fi extinse prin adugarea unuipunct de acces wireless (AP) la configuraie. AP-ul poate aciona ca un automat ntre dispozitive,dublnd de fapt aria de comunicare. n plus, punctele de acces pot asigura legtur cu o reealegatla cablu, permind utilizatorilor wireless sacceseze resursele acesteia.

ntr-un mediu SOHO (Small Office, Home Office), punctele de acces pot fi utilizate pentrua permite accesul a multipli utilizatori la o singurconexiune de mare vitez, frsfie nevoiede fire Ethernet pentru fiecare calculator. n cadrul unei firme, mai multe puncte de acces potconlucra pentru a furniza acoperire wireless pentru toat cldirea, respectiv pentru ntregcampusul. Aria de acoperire de la fiecare punct de acces se numeste microcelul. n scopul de a

asigura acoperirea unei suprafee ct mai mari, microcelulele se suprapun la margini, permindutilizatorilor s se mite liber ntre celule, fr riscul de a pierde conexiunea. Aceastmicarentre o serie de puncte de acces dintr-o reea wireless se numete roaming. Roaming-ul esteposibil prin existena unui mecanism de handoff prin intermediul cruia un punct de accestransmite informaia despre client unui alt punct de acces. ntregul proces este invizibil pentruclient.

n configuraiile mai avansate, punctele de extensie (EP) pot fi utilizate in combinaie cupunctele de acces. Aceste EP-uri extind dimensiunea reelei, transmind mai departe informaiadispozitivelor client altor EP-uri, sau spre un punct de acces. Nu este nevoie ca punctele deextensie sa fie legate la o reea fix, acest lucru permind lucrul cu clieni aflai la distant. O


34/72



altpiesa echipamentului WLAN este antena direcional, care permite extinderea unui semnalla locaii aflate la muli kilometrii deprtare. La a doua locaie, antena este conectatla un punctde acces, care va furniza conexiune LAN wireless pentru restul perimetrului.

Standardele WLAN

Dou organisme de standardizare, IEEE i Institutul European de Standarde nTelecomunicatii (ETSI) i o tehnologie de alian(HomeRF) promoveazstandardele WLAN. nfamilia IEEE 802.11 a WLAN-urilor, exist patru standarde care merit atenie individual.Standardul de cel mai raspndit este 802.11b, sau Wi-Fi, prescurtarea de la Wireless Fidelity.

802.11 Specificaia IEEE 802.11 a fost aprobat n iulie 1997, astfel ca a fost primulstandard wireless LAN definit. Utilizeaz aceleai protocoale de switching ca i Ethernetul cucablu, dar permite comunicarea fr fire, folosind frecvena de radio nebrevetat ISM de 2.4-Ghz. Doutehnici de modulare a frecvenei sunt susinute n 802.11: FHSS si DSSS. Produsele802.11 nu mai sunt n prezent n vnzare, fiind nlocuite de versiuni mai avansate (802.11a si802.11b), care oferlimi de bandmai mari i la un cost mai redus.

802.11a este o alternativde mare vitezla 802.11b, transmitnd la 5 GHz i la viteze depn la 54 Mbps. Spre deosebire de 802.11 i 802.11b, 802.11a utilizeaz tehnologia demodulaie OFDM. Aceasta, mpreun cu diferena de frecven, face reelele 802.11aincompatibile cu reelele 802.11b. Datoritcomplexitii ridicate a lui 802.11a, primele produsenu au ieit pe piaa dect la nceputul lui 2002, toate prile componente fiind furnizate de unsingur vnztor, Atheros Communications.

802.11b/Wi-Fi 802.11b este cel mai popular standard din familia 802.11x. Specificaia afost aprobatsimultan cu 802.11a, n 1999, dar a fost mai bine acceptatpe pia. 802.11b este

bazat pe versiunea DSSS a 802.11, utiliznd spectrul 2.4-GHz. 802.11b este capabil satingocapacitate maxim de 11 Mbps. A depit astfel viteza de 10 Mbps, comuna standarduluiEthernet, 802.11b devenind o alternativpracticsau o extensie a unui LAN conectat prin cablu.Pentru a sprijini compatibilitatea dintre produsele 802.11b, aliana Wi-Fi (fosta WECA- WirelessEhernet Compatibility Alliance) a eliberat un certificat a crui obinere asigur faptul cprodusele 802.11b interacioneazpozitiv i complementar cu restul produselor Wi-Fi. Aceastcertificare, colaborat cu lansarea produselor 802.11b de ctre companii de renume precumCisco, Lucent, Agere Systems, Proxim si 3Com, a fcut din 802.11b standardul de frunteWLAN.

802.11g IEEE 802.11g aduce cu sine comunicare wireless de mare vitezpe banda de2.4-GHz, meninand n acelai timp compatibilitatea cu 802.11b. Acest lucru este realizat pe

dou straturi. n primul rnd, 802.11g opereaz pe aceeai frecven de band, 2.4-GHz, ca i802.11b, cu aceleai tipuri de modulaie DSSS pentru viteze de pn la 11 Mbps. Pentru 54Mbps, 802.11g utilizeaztipurile de modulaie mai eficiente OFDM, tot pe banda de 2.4-GHz.n practic, un card de reea 802.11g va funciona cu un punct de acces 802.11b, iar un card de802.11b va functiona cu un punct de acces 802.11g. n cazul ambelor scenarii, componenta802.11b este factorul limitator, astfel ca viteza maximatinsva fi de 11 Mbps. Pentru a obinevitezele de 54 Mbps, att cardurile de reea ct i punctele de acces trebuie sa fie compatibile cu802.11g. n ceea ce privete alte aspecte, cum ar fi mrimea i capacitatea reelei, 802.11b si802.11g sunt identice.


35/72



802.11n IEEE 802.11n ofero vitezde 100Mbps. Acest standard ncnu este finalizat,dar muli producatori l-au implementat n produsele lor.

Realizarea comunicaiei wireless pe distanmedie (pna la 2000m cu vedere direct) dincadrul proiectului Hydrosens, att n cazul adaptoarelor de comunicaie pentru traductoarelevechi, existente n sistemele de urmrire a comportrii construciilor ct i pentru traductoarelenoi, ce se vor realiza n cadrul proiectului, ar fi cel mai bine dac s-ar realiza ntr-unul dinstandardele IEEE 802.11 b,g sau n, cu posibilitate de conectare directprin protocol TCP/IP nreeaua WLAN (prin routere comerciale standard) i deci la orice calculator. Acest deziderattrebuie sse realizeze fra afecta:

consumul redus a nodurilor de reea (autonomie de funcionare pe baterie de minim 1 an);distana de comunicaie cu vedere directde minim 2000m.In caz contrar se va apela la un alt standard de comunica

ie care s

satisfac

aceste cerin

e.In tabelul 3.1. sunt prezentate comparativ cteva module radio realizate pentru standardul

de comunicaie IEEE 802.11 (WiFi) cu consum redus de energie i cu firmware-ul de stiva deprotocol inscris in modul.

Chiar dac acest tabel cuprinde doar cteva din sutele de produse de acest tip aflate pepia, se poate observa cmodulul XBee-WiFi al firmei Digi Internaional este una din cele maiperformante din punctul de vedere al sensibilitii la recepie i al consumului n stare inactiv(sleep). Soluia are i avantajul sistemului de conectare care permite interschimbarea cu altemodule ce impementeazalte standarde de comunicaie.

Tabel 3.1. Module comerciale n standard IEEE 802.11 existente pe pia

Modul radio WiFi XBee-WiFi

XB24-WFUIT-001

Wi-Fly

RN-171-DS

RS-9110-N-11-24

WSN802GP WizFi220

Pre modul frTVA

35 $ 30 $ 30 $ 39 $ 35 $

Productor Digi international Roving networks Redpine Signals RFM WizNet

Chipset FreescaleMC9S08QE32+Ember250

32 bitSPARC

Stack Reea WiFi IPv4 TCP/IP TCP /IP TCP /IP TCP /IP

Layer PHY 802.11 b,g,n 802.11 b,g 802.11 b,g,n 802.11 g 802.11 b,g,n

Program Flash 8 M

Data Flash

Config EEPROM 2 K

RAM 128 K

ADC 4x12 bii 8x14 bii 2x10 bii fr

Band Frecven 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz 2.4GHz

Tens. alimentare 3.13.6 V 3.03.7 V 3.13.6 V 3.3.63 V 33.6 V

Curent st. activ 15 mA

Curent n sleep 2 A 4 A 7.5 A 35 A

Putere emisie 16 dBm 12 dBm 17 dBm 10 dBm 17 dBm

Curent emisie 260 mA 240 mA 200 mA 250 mA

Sensib.recepie la1Mbps

-97 dBm -83 dBm -97 dBm -92 dBm -94 dBm

Curent recepie 140 mA 40 mA 150 mA 125 mA

Dimensiuni 25x33 mm 27x18 mm 14x13 mm 28x27 mm 32x24 mmConector 2x10x 2mm 48 ct SMD 58 ct SMD 2x15x 1.27 48 ct SMD

Anten conectorU.FL far far conectorU.FL conectorU.FL


36/72



Modul radio WiFi XBee-WiFi

XB24-WFUIT-001

Wi-Fly

RN-171-DS

RS-9110-N-11-24

WSN802GP WizFi220

Temperaturfuncionare -40.85 C -40.85 C -40.85 C -40.85 C -40.85 C

Kit dezvoltareevaluare modulradio

Xbee Wifi DVK x 2XK2-WFT-0

RN174K RS-9110-N-11-24-EVB

WSN802GEDK-Ax1+Rou

WizFi2x0-EVBx2

Pre Kit fr TVA 99 $ 92 $ 214 $ 199 $


37/72



Digi International Inc. - XBee Wi-Fi XB24-WFUIT-001

Roving networks WiFly RN-171 DS


38/72



Redpine Signals- RS9110-N-11-24

RFM - WSN802G


39/72



WIZNet-WizFi220


40/72



3.3.2. Wireless Personal Area Networks (WPAN)Piaa reelelor personale se extinde foarte repede. Cu ct oamenii folosesc mai multe

dispozitive de comunicare acas, la birou, i cu o proliferare periferic, cu att a crescut nevoiade conexiuni wireless. Exemple de asemenea dispozitive ar fi calculatoarele desktop,calculatoare po

studiu tehnic

Documents