PT98448B - Sistema de controlo de fluxos para esgotos - Google Patents

Description

SISTEMA DE CONTROLO DE FLUXOS PARA ESGOTOS

Descreve-se um sistema de controlo de fluxo para esgotos em que o volume do fluxo é determinado a partir da profundidade do líquido num tubo juntamente com a velocidade média do fluxo através do tubo, determinada por meio da detecção da velocidade máxima das partículas que fluem através do esgoto a diferentes velocidades, determinando-se depois a velocidade média como aproximadamente 90>£ da velocidade máxima.

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Campo Técnico presente invento refere-se de uma forma geral a sistemas de controlo, medição e processamento e particularmente a um que se dirige à medição de fluxo de esgoto.

Referência Cruzada a Pedidos de Patente Afins presente invento é uma continuação par ciai do pedido N2. 285.321, apresentado em 13 de Dezembro de 1988, entitulado Sistema de Controlo e Medição.

Antecedentes do Invento

Existe um número quase infinito de processos físicos e químicos que são empregues hoje em dia sempre que um funcionamento apropriado e eficiente dependa de medição precisae muitas vezes a implementação de medidas de controlo ou correctivas é feita com base nestas medições.

A medição do fluxo de esgoto é uma dessas medições especialmente crítica.

fluxo de esgoto envolve, basicamente, a determinação da altura do líquido num ambiente que o contenha e a velocidade média do fluxo (diferentes níveis podem fluir a diferentes proporções) nesse ambiente. Essas quantidades podem ser medidas separadamente ou ser uma,medida, particularmente a altura do líquido e a outra calculada por meio de equações conhecidas como aqúaçõèss de Manning. As medições da altura dos líquidos são, tipicamente, medidas por meio de um sensor imerso ou uma medição ultrasó^·nica à distância, executada de uma posição de referência para o nível do líquido de esgoto, sendo estas últimas o objecto do presente invento. Por meio de tais técnicas, o nível do líquido pode geralmente ser determinado com bastan1

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Mod. 71 - 20.000 ex. - 90/08 te precisão. No entanto, a outra quantidade, velocidade média do volume de fluxo, não tem sido facilmente susceptível de uma medição fiável, particularmente ao longo de um período de tempo signifioativo.

Talvez a mais antiga abordagem, que data de há já alguns anos, tenha sido empregar-se um trans dutor sonico, dentro do fluido ou na parte exterior do meio que o contém, para transmitir um sinal sonoro através do esgoto e para detectar sinais (tipicamente ecos de objtos ou partículas em rmovimento no esgoto) e medir a modificação da frequência que tenha ocorrido devido ao efeito da velocidade, ou Doppler, sobre o sinal. Um sistema desses encontra-se descrito na Patente U.S. Ns. 4.397.191. Outra abordagem, descrita na Patente U.S. NO. 4.083.246, emprega um sensor electromagnético que detecta a velocidade de fluxo imediatamente em torno do sensor.

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No caso do Doppler, o problema foi seleccionar de alguma maneira, entre muitos sinais, aquele que representava o fluxo médio para o esgoto, uma vez que a informação imediata do sinal não indica de forma segura esse factor. Na prática, o sinal Doppler é escolhido por meio·da contagem do número de cruzamentos de sinal zero ou pelo circuito de fecho de fase, que se fecha num sinal oomo sinal escolhido de velocidade média. No caso do primeiro, surgem substanciais erros de velocidade (da velocidade média) devido ao facto de se terem tipicamente numerosos sinais que contribuem para cruzamentos zero e é quase um acaso que representem juntos uma verdadeira média, ou velocidade média. No caso de um circuito de fecho de fase, tal sistema tende a fechar-se ao sinal mais forte que, também, pode ser ou não representativo da velocidade média. Em qualquer caso, erros de sinais estarão presentes quase tantas vezes como sinais precisos.

No caso de um dispositivo do tipo mag2

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nético, deve tipicamente ser posicionado a um determinado nível, e assim apenas determina a velocidade a esse'nível, o que pode ou não ser representativo do fluxo médio.

Para corrigir isso, o sinal da velocidade de saída medido é compensado por um factor que é uma função da profundidade do fluido. 0 problema básico, no entanto, é que com qualquer formação significativa de lama em volta do sensor, um perigo constante no oaso de canos de esgoto, a precisão da velocidade cai muito significativamente com qualquer utilização prolongada.

Conforme indicado no pedido de paten te NO. 440.502 em que o requerente é co-inventor, foi determinada uma nova abordagem à análise do sinal Doppler, permitindo uma determinação extremamente precisa da velocidade média. Consegue-se por meio de varrimento ou outro tipo de detecção da variação dos sinais Doppler de velocida de presentes, como por meio de um transformador Fourier e depois seleccionar como frequência indicativa de velocidade média,aeqd£3se situe na ordem dos 90% da frequência mais elevada presente. Por meio do emprego desta forma de abordagem, encontra-se proporcionada no presente sistema uma determinação especialmente precisa do fluxo do fluido e, em consequência, uma determinação muito precisa de medições de fluxo de entrada e infiltração, conforme é geralmente discutido na patente U.S. NQ. 4,630.474.

Resumo do invento

Sistema de medição de fluxo de esgoto em que o fluxo é computado a partir de uma altura de líquido medida num meio condutor do fluxo de configuração conhecida e da velocidade média do fluxo e em que a velocidade média de fluxo é determinada por meio da detecção dónica das várias velocidades presentes no fluxo, determinando-se presente a velocidade mais elevada e fixando-se a = 3 =

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File: ADS.6 velocidade média num valor aproximadamente igual a 90? da velocidade mais elevada detectada.

Breve descrição do desenho

A Fig. 1 é Um diagrama de bloco que ilustra o sistema de controlo e de medição.

A Fig.2 é um diagrama de bloco que ilustra o sistema de controlo e de medição conforme aplicado a um sistema de gestão de despejos.

A Fig. 3 é um diagrama de bloco que ilustra outra porção do sistema de controlo e medição conforme aplicado a um sistema de gestão de despejos.

A Fig. 4 é um diagrama de bloco · . · que ilustra os vários componentes de um sistema de gestão de despejos que incorpora porções do sistema de controlo e medição.

A Fig. 5 é um diagrama de bloco esquemático do sistema.

A Fig. 6 é uma ilustração esquemática da posição e transdutores ultra^ónicos e um sensor de temperatura num tubo a ser controlado.

A Fig. 7 é um diagrama de bloco eléctrico de um computador de fluxo.

A Fig. 9 é uma ilustração esquemática de um sistema de medição de fluxo.

Descrição pormenorizada dos desenhos

Com referência aos desenhos e inicialmente à Figura 1, um controlador central 10 controla a operação de um sistema de medição e controlo que comunica sequencialmente com cada uma de várias unidades de dados = 4 =

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25. M. 1991 remotas RMT que se encontram separadas, em localizações estratégicas, para medirem e/ou controlarem processos ou equipamento. Em geral estabelece-se um canal de comunidação entre 0 controlador central 10 e cada uma das unidades de dados remotas, numa base multiplexada ou temporizada, ~ persistindo cada um dos canais de comunicação durante in=tervalos repetidos a um ritmo escolhido. Por exemplo, cada uma das unidades de dados remotas será inscrita numa fracção de segundo, de modo que todas se inscrevam, por exemplo, em 1/30 de segundo. Assim, cada uma delas será inscrita durante 1/30 de segundo a dividir pelo número de unidades de dados remotas.

Na realidade, 0 cicl-o de inscrição total basear-se-ã no comprimento desejado ou necessário do intervalo de comunição. Para se conseguir isso, fornecem-se meios para proporcionar como saída do controlador central 10, nas linhas de dados 12, sinais de endereço únicos digitalmente codificados e adequadamente separados entre si, um para oada uma das unidades remotas de dados RMT. Ests e outras operações do controlador central 10 são convencionalmente controladas por uma unidade processadora central (CPU) 14 que, neste caso, dirige sequencialmente os sinais de controlo para a memória de endereços 16 a qual então, continuamente, ou a pedido, proporciona como saída para a linha de dados 12 os sinais de endereço únicos exigidos para inscrever as unidades remotas de dados, sendo isto repetidamente executado, conforme descrito.

controlador central 10 desempenha duas funções básicas, obter dados de pelo menos algumas das unidades de dados e enviar sinais de comando para todas ou apenas para algumas unidades remotas de dados escolhidas. Ambas estas funções são desempenhadas durante intervalos entre a emissão de diversos sinais de endereço e assim cada intervalo ou período separado entre sinais de = 5 =

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endereço separados, forma um eanal de comunicações separado para esse fim,, conforme descrito.

Como ilustração, estão representadas unidades de memória 18 e 20 como se fossem destinadas ao armazenamento de respostas digitais de unidades remotas de dados RMT, oito das quais se encontram ilustradas. Os dados são encaminhados controladamente para as unidades de dados, durante um intervalo separado de comunicações ou canalizados através de comutadores de sistema 22 das linhas de dados 12, controladas pela CPU 14, internamente ou conforme a orientação do terminal de raios catódicos (CTR) 24. 0 terminal CRT seria convencional com um, visor tipo raios catódicos e um teclado e, quando se deseje, uma impressora será ligada ao terminal, e sob o comando do terminal imprimirá de facto os dados apresentados.

Como ilustrativo do funcionamento do sistema na orientação dos dados para uma ou mais unidades RMT, um pedido de comando será introduzido no CTR 24 por intermédio do seu teclado e depois por meio de controlo convencional da unidade CPU 14 e o seu gerador de sinais de comando 26. 0 gerador de sinal de comando 26 proporciona uma saída escolhida de sinais de comando em forma digital, por exemplo, um sinal de medida de referência. Tipicamente,estes sinais serão inicialmente armazenados numa memória, ilustrada aqui pelas unidades de memória 25 e 28 e depois sob o controlo da CPU 14 e dos comutadores do sistema 22, as saídas dessas unidades de memória seriam fornecidas às linhas de sinais 12.

As linhas de sinal 12 ligam-se a condutores de dados 30 θ 32 do cabo 34. A transmissão do sinal entre o controlador central 10 e as unidades de dados RMT é efectuada sob o controlo da CPU 14 imediatamente a seguir à transmissão do endereço pela memória de endere= 6 =

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ços 16 da RMT para uma unidade de dados específica RMT com que é preciso comunicar.

Tipicamente a CPU 14 será também usada para controlar os circuitos de computação (não representados) que efectuarão qualquer manipulação desejada, estabelecendo médias ou tendências que sejam necessárias ou desejadas a partir dos dados que aparecem nas unidades de memória 18, 20, 25 ou 28, sob o controlo da sua própria memória ou sob o controlo da CRT 24.

Uma característica muito importante da presente invenção é a da ligação energética entre as unidades de dados RMT e o controlador central 10. No passado, de acordo com o estado conhecido da técnica actual, as unidades de dados (e seriam diferentes das do presente sistema) ligadas a um controlador central eram ligadas por intermédio de dois circuitos, um deles fornecendo a energia para o funcionamento da unidade de dados e outro passando dados para e de uma unidade de dados. 0 primeiro desses circuitos eléctricos forneceria, tipicamente, 115 vóltios de corrente alterna a um fornecedor de energia numa unidade de dados, que desenvolveria então corrente contínua, desviado-a para os circuitos de sinais da unidade de dados. De acordo com códigos eléctricos correntes, os fios para este circuito de fornecimento de energia deveriam estar, tipicamente, encerrados numa conduta separada. 0 circuito de dados seria portanto aecionado adicionalmente por meio de, ou um cabo coaxial ou qualquer forma de cabo de comunicações de dois condutores. Conforme se sugere acima, trata-se de uma instalação muito cara e as médias industriais tendem a colocar o preço acima de 1 milhão* de dólares para um cirouito de 60 unidades de dados.

De acordo oom o sistema da requerente, o custo de um sistema muito mais fiável pode ser reduzido em cerca de um terço.

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De acordo com a invenção da requerene

o cabo 34 é um cabo especial e, conforme ilustrado, é cons tituído por uma cobertura exterior condutora 36 e quatro condutores inferiores separados 30, 32, 38 e 40. Entre os condutores e enchendo o restante do cabo 34 encontra-se um material dieléctrico sólido 42. Conforme descrito acima, dois dos condutores 30 e 32 estão ligados a fios condutores de sinais do controlador central 10. Os outros dois, condutores 38 e 40, são usados como condutores de corrente alterna.

Conforme se observa e como uma característica da presente invenção, o cabo 34 prolonga-se num circuito completo fechado, começando e terminando no controlador central 10. As linhas de sinal 12 que partem do controlador central 10 estão directamente ligadas a ambas as extremidades, ou aos condutores inteiriços 30 e 32 e as sim existe uma redundância de passagens disponíveis para as unidades de dados; e na eventualidade de uma rotura no cabo, em qualquer ponto, como por exemplo entre duas das unidades de dados, será mantida uma passagem de sinal para todas elas.

A fim de fornecer corrente a ambas as secções do cabo 34, no caso de ele se quebrar e para se detectar a ocorrência de tal quebra, a requerente criou um sistema de correcção de falhas. De acordo com ele, a corrente é directamente introduzida numa das extremidades 43 do cabo 34 através da ligação 44 da linha de alimentação. Depois a corrente é introduzida na outra extremidade 45 do cabo 34, através de um comutador de relé 46, que funciona como uma porção do detector de falhas de corrente 48, o qual possui um indicador de sinal 50. 0 detector de falhas de corrente 48 encontra-se ligado aos condutores 38 e 40 da extremidade 45 do cabo 34 e fornece tensão de linha à bobina 54 do relé 46, sendo o relé 46 um relé nor8

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ll 1991

Mod. 71 - 20.000 ex. - 90/08 malmenfce fechado com contactos de comutação 56 que, quando a linha 52 é carregada, são abertos e quando a linha 52 não tem corrente, os contactos 56 fecham. Um tal deteotor de falhas poderia compreender um conjunto de contactos auxiliares, normalmente abertos accionados pela bobina 54, que serão assim fechados fornecendo corrente à bobina 54 quando houver energia na linha 52;' e; aquando do da corrente, a bobina 54 desenergizar-se-á e os contactos auxiliares abrir-se-ão. Depois, dado que a bobina 54 será desenergizada, os contactos 56 fechar-se-ão para proporcionar corrente vinda do terminal de corrente 58 para a linha 52. A bobina 54 não poderá ser reenergizada em virtude de também aí aparecer corrente na linha 52 até os contactos auxiliares serem reajustados por meio do respectivo feoho manual.

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4, $ 25

Todos os circuitos das unidades-de dados 59 são basicamente iguais. Não obstante, existem algumas diferenças,e para ilustrar isso são mostradas duas, a unidade de dados 60 na Fig. 2 e a unidade de dados 62 na Fig. 3· Elementos de circuito semelhantes são indicados por numerais iguais.

Referindo-ae em primeiro lugar à Fig. 2 e à unidade de dados RMT 60, os fios de entrada de corrente 64 e 66 estão ligados ao cabo 34, fornecendo 115 vóltios de corrente alterna à entrada de corrente 68. É uma fonte de corrente alterna para contínua convencional, que proporciona uma baixa corrente contínua, desviando as tensões dos terminais 70 para os outros elementos dos circuitos, conforme representado na FIG. 2. A unidade de dados 60 inclui a sua própria unidade convencional de processamento central (CPU) 71, a qual está instruída para executar uma sequência de acções condicionadas ao aparecimento nos fios de entrada de sinais ligados aos condutores 30 e 32 do cabo 34, de um sinal de endereço único = 9 =

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dirigido à unidade de dados 60. A ocorrência desse endereço é detectada pelo detector de endereços 72 que faz então com que a CPU 71 comece a operação. Constitui função da CPU 71 proporcionar as comunicações bidireccionais entre o controlador central 10 e a unidade de dados 60 durante o lapso de tempo entre a detecção do endereço para a unidade 60 e a ocorrência nos condutores de sinais 30 e 32 do endereço para a unidade de dados a ser seleccionada a seguir. Assim, o detector de endereço 72 fornecerá essenoialraente um sinal de ligação, com a ocorrência do en dereçocorrecto, para a unidade de dados 60 e de desligar quando ocorra um sinal de endereço diferente. Ele indica então à CPU 71 que accione o comutador 73 para permitir o fluxo de sinais para e da unidade de dados 60. Os sinais são temporariamente registados na memória ilustrada pelas unidades de memória separadas M1-M6. Destas, as unidades de memória M2, M3 e M5 são ilustradas como locais de armazenamento de memória para receberem e armazenarem determinados comandos vindos do controlador central 10.Como exemplo, a unidade memória M3 recebe e armazena um valor representativo de um desejado estado de ligado ou desligado para o comutador 73, que acciona a válvula de solenoide 74 para aberta ou fechada. A unidade de memória M5 está ilustrada como um local de armazenamento de memória para um sinal digital recebido do controlador central 10, representativo do estado aberto ou fechado designado para o comutador 78 que por sua vez liga ou desliga um compressor 80.

A unidade de memória M2 é ilustrativa de uma localização de memória onde se encontra armazenado um valor de sinal de comando de temperatura recebido do controlador central 10 e que é empregue como determinador da temperatura do tanque 82, aquecido pelo queimador 84 da caldeira 83, conforme será posteriormente explicado. 0 quei

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JIIL1991 mador 84 é um queimador a óleo controlado pela válvula de èõlenóide 86 e é accionado quando um sinal medido de temperatura fornecido pela unidade de memória M1, que é indi cativo da temperatura do tanque 82, desce abaixo da temperatura armazenada na unidade de memória M2. 0 desenvolvimento do valor do sinal de temperatura medida e a sua aplica ção à unidade de memória M1 será descrito abaixo. 0 sinal desenvolvido encontra-se disponível para enviar para o controlador central 10 e para fins de controlo local.

A função de controlo da temperatura é efectuada por intermédio da introdução dos valores dos sinais digitais das unidades de memória M1 e M2 para o compa rador 90 e a seguir o comparadcr 90 pode proporcionar uma saída digital para a unidade de memória M7, que é empregue conforme será descrito, para proporcionar um valor de sinal accionador para accionamento final da abertura ou fecho da válvula solenoide 86 que controla o fluxo do óleo de aquecimento para o queimador 84.

As unidades de memória M4 e M6, juntamente com a unidade memória M1, são empregues para armazenar outros dados originais pela unidade de dados 60. Como ilustração, a unidade de memória M4 armazenarLa um sinal da válvula sensora 90, representativo do estado aberto ou fechado da válvula solenoide 74 e a unidade de memória M6 armazenaria um valor detectado pelo sensor de pressão 92, indicativo do estado de funcionamento ligado ou desligado do compressor 80.

Conforme se disse acima, a unidade de memória M1 armazena um valor de temperatura referente à tem peratura no tanque 82. Este valor é determinado unitariamente a partir de quatro sensores de temperatura T1-T4, cada um deles medindo directamente a temperatura no tanque 82 de um digestor anaeróbico 96, esquematicamente ilustrado na Fig. 4, mas fisicamente localizado num ponto adjacente

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A transferência dos dados entre os sen

Μ1991 à unidade dados 60, sores T1-T4 e outros elementos de interface 100 e as unidades de memória M1-M6 é efectuada por multiplexadores 102 e 104, conversor A-D 106 e conversor D-A 108. Estes conversores actuam adequadamente para efectuarem ou responderem a sinais analógicos nos terminais dos elementos de interface 100 e sinais digitais nas unidades de memória. 0 multiplexador 102 funciona como um conversor de paralelo para série, alimentando sequencialmente o conversor A-D 106 com saídas analógicas dos sensores de temperatura T1-T4, estado do sinal analógico de saída da válvula sensora 90 e saída do sensor do estado analógico do sensor de pressão 92. E;ntão o conversor A-D 106 converte estes sinais de saída para a forma digital e fornece-os em forma sediada ao multiplexador 104, que converte os sinais digitais em saídas paralelas e as fornece às unidades de memória indicadas M4, M6 e M8-M11. Reciprocamente, o multiplexador 104 recebe sinais digitais das unidades de memória M7, M3 e M5, convertendo-os da forma série para a paralela e fornecendo-os à entrada do conversor D-A 108. 0 conversor D-A 108 aplica então esses sinais, após conversão, ao multiplexador 102, que funciona de modo inverso para converter os sinais da forma de série para a paralela nas saídas que estáo ligadas respectivamente, ao comutador 109, que acciona a válvula solenoide 86, comutador 107 que acciona a válvula solenoide 74 e comutador 778 que acciona o compressor 80, respectivamente conforme se representa.

controlo destas operações, bem como de todas as outras operações da unidade de dados 60, é exercido pela CPU 71 e uma ligação de controlo a todos os elementos, conforme indicado pela designação geral de uma ligação entre a CPU 71 e elementos do sistema marcados com o símbolo C. Tipicamente, a escolha das unidades de inter12

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face 100 pelo multiplexador 102 (em ligação com o conversor A-D 106, o conversor D-A 108 e o multiplexador 104) consegue-se a um ritmo mais rápido do que a selecção pelo controlador central 10 da unidade de dados 60 e assim a informação actualizada aparece nas unidades de memória numa base suficientemente actualizada.

Para se examinar em maior pormenor o funcionamento dos sensores de temperatura T1-T4, deve notar-se que, conforme representado na Fig. 4, se encontram os quatro ligados a um tanque digestor anaeróbico 82. As saídas,analógicas, de todos os sensores deverão ser basicamente as mesmas. As quatro saídas são convertidas para a forma digital, conforme descrito, pelo conversor A-D 106 e cada sinal de saída fornecido a uma das unidades de memória M8-M11. Seguidamente são introduzidos, sob comando vindo da unidade processadora central 71, num comparador digital 110, que os compara uns com os outros e no caso de um ou mesmo dois sinais se afastarem significativamente dos outros sinais, tais valores de sinal são eliminados. Os restantes valores de sinal digital válidos são fornecidos ao medidor 112, que fornece um valor digital representativo da média dos sinais analógicos válidos dos sensores T1-T4. Ά fim de se traduzir esse sinal para uma indicação real da temperatura, o valor médio do sinal é introduzido na memória de referência de temperatura 114, que então produz como saída para a unidade de memória M1_r uma temperatura em graus Fahrenheit ou centímjradõá?, em termos de calibragem de um sensor do tipo dos sensores T1-T4. A Unidade de memória M1 aplica este valor oomo entrada ao comparador 90 conforme acima descrito. A saída do valor de referência da temperatura armazenada na unidade de memória M2 é também fornecida ao comparador 90 para efectuar a função de controlo de calor, conforme descrito acima.

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Além disso, o sinal na memória M1 é' seleccionado juntamente com o conteúdo das unidades de memória M4 e M6 da unidade de dados 60 e os seus conteúdos são assim fornecidos ao controlador central 10 da forma anteriormente descrita.

A Fig. 3 ilustra uma segunda unidade de dados, unidade de dados 62, em que se empregam'a mesma: função e o mesmo arranjo de componentes que na unidade de dados 60 e em que componentes semelhantes levam os mesmos números de referência. A realização ilustrada difere na exacta medida em que difere a utilização activa dessa unidade de dados conforme representado. Por exemplo, em vez da medição da temperatura, é o oxigénio dissolvido, 02» que é detectado pelos sensores 0X1-0X4 e em vez de uma válvula e compressor serem accionados e o seu funcionamento detectado, é o funcionamento da bomba 120 que é accionado, para ligai· ou desligar, por meio do comutador 122 e o seu estado funcional controlado pelo sensor de pressão 124. Os valores digitalmente convertidos das saídas analógicas dos sensores de oxigénio θ£, OX^-OX^, são inicialmente armazenados nas unidades de memória M8-M11, comparados entre si no comparador 110 e acha-se a média dos valores digitais dessas unidades de memória que se encontrem situados'dentro da percentagem seleccionada para cada um deles no mediadarrl 12. A saída do valor médio do mediador 112 é aplicada à memória d^referência O2 130, onde esse valor é empregue essencialmente como um endereço para um valor percentual de 0₂ da memória de referência 130, que, em termos de calibragem da tensão de saída dos sensores de 0₂ 0X1-0X4, proporciona, como saída, um valor percentual de O2 sob a forma de um número digital. É assim que é fornecido, sob o controlo da unidade processadora central 71 à unidade de memória M12.

Como ilustração e referindo simultâ14

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M 1991

Mod. 71 - 20.000 βχ. - 90f08

J neamente a Fig. 4, os sensores de oxigénio 0X1-0X4 estão ligados ao tanque 132 do processador de esgotos 34, estan do 0 tanque 132 localizado junto à unidade de dados 62. Seraelhantemente a bomba 120 encontra-se agregada a uma con duta 134, situada entre 0 tanque clarificador 136 e o tanque 132. Da mesma maneira, 0 sensor de pressão 124 encontra-se representado como ligado à conduta 134 à saída da bomba 120, para detectar a pressão de saída da bomba 120.

A unidade de memória M13 da unidade de dados 62 (Fig. 3) recebe e armazena um sinal digital representativo de um estado ideal para o nível de oxigénio dissolvido no tanque 132, sendo esse recebido como sinal director vindo do controlador central 10. 0 sinal do oxigénio dissolvido real recebido da unidade de memória M12 e um valor de referência vindo da unidade de memória M13, são fornecidos ao comparador 133 © este proporciona um sinal digital para a memória M14, que indica se 0 nível de oxigénio no tanque 132 deverá ser aumentado. Se tal fôr indicado, esse sinal emprega um sinal de ligação para o compressor 80, cuja ligação é dirigida através da unidade de dados 60. Isso efectua-se quando a unidade de dados 62 é seleccionada pelo controlador central 10, sendo 0 sinal de controlo do compressor devolvido a uma das unidades de memória 18 ou 20 do controlador central. Entãóo, quando· a unidade de dados 60 é seleccionadtà, 0 sinal de controlo do compressor é fornecido à unidade de memória M5 da unidade de dados 60 a partir da qual pode accionar o comutador 78 e daí o compressor 80.

A unidade de memória M15 da unidade de dados 62 recebe do controlador central 10, um sinalde comando de bomba para accionamento do comutador 122 e por seu intermédio da bomba 120, ocorrendo isso, evidentemen te, quando é escolhida a unidade de dados 62. 0 sinal vem de uma das unidades de memória 25 ou 28 que tenha rece

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File: ADS.6 bido sinais de comando do gerador de sinais de comando 26.

funcionamento do sistema será discutido em relação ao sistema de processamento de esgotos ilustrado na Fig. 4. Os despejos em bruto são inicialmen te introduzidos num tanque clarificador 136 por intermédio da conduta 137, onde.alguns sólidos assentam £ flui através do tubo 140 para um tanque digestor anaeróbico 82.

tanque digestor anaeróbico 82 é aquecido por meio de um fluxo de água quente vindo através da serpentina 142 da caldeira 83. A caldeira 83 é aquecida por meio de um queimador a oleo 84, sendo o combustível fornecido a esse queimador por intermédio da válvula solenoide 86. Para se manter uma temperatura escolhida no tanque 82 e conforme se discutiu, encontra-se agregada ao tanque uma pluralidade de sensores de temperatura T1-T4 e cada um deles fornece um sinal analógico de saída ao multiplexador 102 (Fig. 2) da unidade de dados 60, encontrando-se o tanque 82 localizado perto da unidade de dados 60. Os sinais de temperatura são processados conforme descrito acima e um sinal de temperatura representativo da temperatura média dos sensores é fornecido à unidade de memória Ml, a qual por seu turno fornece esse valor ao compara· dor 90. 0 comparador 90 recebe também um sinal de temperatura da unidade de memória M2 transmitido para a unidade de dados 60 do controlador central 10 representativo de uma temperatura desejada. 0 comparador 90 proporciona então um sinal de saída quando a temperatura no tanque 82 cai abaixo da temperatura seleccionada e fornece um sinal de ligação através do multiplexador 104 e do conversor D-A 108 ao comutador 109, para accionar a válvula solenoide 86 ligando o fluxo de combustível para a caldeira 82 e assim efectuar o açtaecimento do tanque digestor anaeróbico 82. Quando a temperatura alcança 0 nível de valor seleccionado, 0 comparador 90 (Fig. 2) fornece um valor de

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sinal de 'desligar através'Wquaià valvulà solenoide 86 fecha o queimador 84.

Uma segunda saída de líquido do clarificador 136, a um nível mais elevado, flui para fora através da conduta 134, sendo bombada pela bomba 120, quando ligada, para entornar o conteúdo líquido do tanque 136 para um tanque processador anaeróbico 132. A bomba 120 é accionada por um comando vindo do controlador central 10 que envia à unidade de dados 62 um sinal· director que se encontra armazenado na unidade de memória M15 e depois é fornecido, enquanto em accionamento directivo da unidade de dados 62, para o comutador 122, que por sua vez liga a bomba 120. 0 sensor dc pressão 124 detecta a pressão do lado da saída da bomba 120 (da conduta 134) e fornece um sinal de estado à unidade de memória M16, o qual é então transmitido, quando pedido, para 0 controlador cen trai 10.

oxigénio é bombado para o interior do tanque aeróbico 132 pelo compressor 80, compressor 80 esse que é accionado em resposta ao conteúdo de oxigénio dissolvido no líquido do tanque 132, o qual é detectado por sensores de redundantes 0X1-0X4. Em funcionamento, 0 compressor 80 é controlado pelos circuitos mostrados nas Figs. 2 e 3» conforme se discutiu acima e em que o comparador 133 recebe uma média do valor 0^ da memória de referência 0₂ 130 e um valor desejado de 0₂ da unidade de memória M13. A saída do comparador 133 como sinal de controlo do compressor indica onde existe uma deficiência de oxigénio e a partir daí é emitido um sinal de ligação de compressor” para a unidade de memória M14. 0 controlador central 10, na unidade selectora de dados 62, transfere este sinal de comando da unidade de memória M14 para uma das unidades de armazenamento de memória, por exemplo, unidades de memória 18 ou 20, no controlador central 10.

=

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Depois disso, quando a unidade de dados 62 é seleccionada, esse sinal é passado para a unidade de dados 60, onde o sinal é armazenado na unidade de memória M5 e empregue para accionar o comutador 78 e através dele o compressor 80 conforme se indicou.

A unidade de memória M15 da unidade de dados 62 recebe um comando do controlador central 10 sob a forma de um sinal de controlo da bomba para accionamento do comutador 122 e através dele da bomba 120, ocorrendo is so, evidentemente, quando a unidade de dados 62 é seleecionada. Tipicamente ele teria estado armazenado numa das unidades de memória 25 ou 28 no controlador 10 que teria recebido sinais de controlo do gerador de sinais de comando 26.

A unidade de memória M16 da unidade dados 62 recebe do sensor de pressão 124, um valor indicado quando a bomba 120 está ligada e a sua saída é lida para uma das unidades de memória 18 ou 20 do controlador central 10, quando a unidade de dados 62 é seleccionada. Tipicamente esta e outras informações serão mostradas ou indicadas, conforme se deseje, pelo controlador central 10.

Além da tradução das saídas de diversos transdutores directamente para informação digital antes de qualquer processamento dos sinais, as Figs. 5 e 6 ilustram 0 sistema em que as saídas são significativamente processadas antes de serem digitalizadas. Nesta porção do sistema, a altura do líquido no interior de um cano é medida, conforme é particularmente mostrado na Fig. 6. Aqui, um conjunto transdutor 200 é constituído por quatro transdutores ultra—sónicos convencionais, sendo cada um deles capaz de, ou emitir sinais acústicos que respondem a uma entrada eléctrica para esse sinal, ou responder à recepção de um sinal acústico para proporcionar uma saída eléctrica representativa do sinal recebido. Conforme se =

A

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mostra na Fig. 6, o conjunto transdutor encontra-se montado na cobertura de um cano de esgoto 204 e encontra-se separado por uma camada ou camadas de isolamento acústico 205 (Fig. 5) para reproduzir a atenuação da transmissão de sinais directos entre eles num factor de pelo menos 10. 0 conjunto transdutor encontra-se assim posicionado para dirigir um sinal para baixo, em direcção à superfície do líquido 206, de onde o sinal será então envolvido sob a forma de um eco para o conjunto transdutor 200. 0 conjunto transdutor 200 encontra-se posicionado no cano 204 a uma distância igual a pelo menos o diâmetro do cano 204 da extremidade de saída do cano.

sensor de temperatura 201 está também posicionado no cano 204 e fornece um sinal através de um terminal X vulgar ao compensador de temperatura 203, um multiplicador que multiplica sinais de tempo médio decorrido por um factor que corrigre para a variação conhecida da velocidade do som no ar com uma mudança da temperatura. Esse factor é igual a 331,5 + ,605 (TSÇ) , onde

-331 ,5

T2C é a temperatura do ar no cano em graus centígrados.

compensador de temperatura 203 recebe amostras médias vindas da unidade mediadora 205, compensa-as em relação à temperatura e fornece-as à unidade de armazenamento 207, conforme será explicado a seguir.

dispositivo transmissor de interrupção 208, tipicamente um oscilador elêctrico, fornece um sinal elêctrico de saída de, por exemplo, 40 KHz. Esse sinal é introduzido num multiplexador de transmissão (MUX) 210 que, em resposta a um sinal de controlo do controlador 212, que identifica particularmente um dos transdutores A, B, C e D do conjunto transdutor 200, fornece individualmente aos transdutores o sinal de interrupção numa sequência escolhida. Cada um dos sinais é temporizado pelo con19 =

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Mod. 71 - 20.000 ex. - 90/08 trolador 212 para proporcionar um sinal de impulso de um comprimento seleccionado, por exemplo, 0,12 a 0,5 milisegundos e contendo cada um de 1 a 20 ciclos de um sinal de 40 KHz. 0 funcionamento do controlador 212 é iniciado periodicamente pelo temporizador 214 a fim de começar cada uma das sequências de funcionamento, por exemplo, a cada 15 minutos.

controlador 212 é um dispositivo lógico, tal como exemplificado pelo Texas Instruments fiicrocontroller, N2 SPB0400, que está ligado em circuito, de forma convencional, de acordo com as funções que lhe estão destinadas e são descritas a seguir. Basicamente, trata-se de uma unidade lógica muito simples que é accionada, detecta uma condição para ver se á para prosseguir, depois prossegue sequencialmente ao accionamento de multiplexadores e então, dependendo do sinal de informação que lhe é fornecido, repete determinadas operações até receber instruções para parar.

Além de dirigir o multiplexador de transmissão 210, sequencialmente, conforme se descreve, o controlador 212 dirige coordenadamente o multiplexador de recepção 222, para juntar a saídajde transdutores afastados e enviá-los aos circuitos de recepção de sinais, o primeiro elemento dos quais é o filtro passa bandas 224.

filtro passa bandas 224 está configurado para filtrar o impulso de frequência de transmissão, a fim de atenuar de uma forma geral todos os sinais superiores ou inferiores a essa frequência.

Em simultâneo eom o impulso de transmissão , o controlador 212 fornece um impulso temporizador de referência ao calculador de tempo passado 226 e fornece igualmente um impulso de iniciação para o gerador de rampa 228, que gera então um sinal de rampa (representado) que é fornecido a um dispositivo de adição 230 e onde a saída

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Mod. 71 · 20.000 βκ. - 90/08 do filtro 224 e do gerador 228 sSo combinadas subtrativamen te para proporcionarem um sinal ao detector de invólucro 232. Observando-se a forma de onda do sinal de rampa, notar-se-à que 0 efeito desta combinação é proporcionar uma diminuição inicial da 'responsividade.’-do circuito, seguida por um aumento na r ; írêspórisiviâáde/s comjb tempo, a seguir à transmissão de um impulso. Isto permite que seja detectado um sinal de eco relativamente forte e de pequena amplitude , sem se afectar a capacidade do circuito para processar srnàis grande amplitude e mais fracos. Sem se prOr porcionar este efeito, os níveis dos sinais nos circuitos de recepção, dos sinais de transmissão e dos sinais de pequena amplitude recebidos que ocorram muito juntos uns dos outros, tendem a bloquear a eficaz detecção do sinal. Isso, por sua vez, evita medições eficazes de pequenas amplitudes. Em virtude da responsabilidade variável, as amostras do nível do líquido podem ser obtidas até aproximadamente 1,77 cm (0,5 polegada) do transdutor, tornando assim possível proporcionar-se a detecção do nível do líqui do no interior do cano.

detector do invólucro 232 desmodula simplesmente a saída do dispositivo de adição 230 para fornecer um invólucro de sinal do sinal transmitido. Verificou-se que este invólucro tem uma,subida bastante gradual para o pico e depois cai para praticamente zero com aproximadamente a mesma inclinação. 0 detector de invólucro 232 inclui um detector de pico e o seu sinal de pico detectado é introduzido no calculador de tempo decorrido 226, que é um temporizador que é ligado pelo impulso temporizador inicial do controlador 212 coincidente com um impulso transmitido e desligado pela detecção de um ponto alto no detector de invólucro 232. Sabendo-se 0 comprimento do impulso tras mitido e a posição temporal no seu pico, podem ser determinados pontos temporais semelhantes nos impulsos transmitidos e de eco e assim ser determinados tempos precisos de

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transmissão de sinal. 0 calculador de tempo decorrido 226 é pré-regulado para indicar metade do comprimento do tempo decorrido; e uma vez que a velocidade do som no ar é uma constante (sujeita a compensações em relação à temperatura conforme descrito acima), a saída do calculador 226 é representativa da distância entre o transdutor e a superfície 206. A distância do topo do cano 204 até à área activa dos transdutores é constante e compensada por uma redução semelhante do valor D do diâmetro do cano 204.

Os dados do nível de líquido são significativos para a determinação do fluxo apenas enquanto o cano de que está a ser medido o fluxo não estiver cheio. Evidentemente que, quando o cano fica cheio, não pode já haver uma variável do nível do líquido. Assim, é necessário determinar quando é que o cano se enche; e de acordo com o presente invento, o estado de cheio ou em sobrecarga é detectado pelo detector de sobrecarga 236, o qual controla a amplitude dos sinais de eco conforme são recebidos do detector de invólucro 232.

Foi observado que quando os transdutores se encontram totalmente imersos no líquido·, há um significativo aumento na intensidade de sinal de um sinal recebido e portanto o detector de sobrecarga 236 é um detector de amplitude de sinal, adaptado para proporcionar uma saída para o controlador 212, sempre que exista, uma condição de sobrecarga. Responsivo a essa saída, o controlador 212 está adaptado a cessar de receber amostras ou não receber amostras até que a condição de sobrecarga desapareça.

Para se considerar o funcionamento do sistema, assuma-se que o controlador 212 está programado para provocar o funcionamento sequencial do transdutor A e do transdutor B como primeiro par transmissor-receptor, transdutor C e transdutor D como segundo par transmissor22

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-receptor, transdutor A e transdutor C como terceiro par transmissor-receptor e transdutor B e transdutor D como quarto par transmissor receptor. Assim, quando disparado pelo temporizador 214, o controlador 212 dirige a ligação de cada um desses pares na sequência indicada, sequência essa que é repetida até o programa de recepção de dados ditado pelo controlador 212 estar completo.

Assuma-se agora que o controlador 212 foi ligado e portanto assinalou para o multiplexador 210 passar um primeiro impulso de sinal do dispositivo de interrupção de transmissão 208 para o transdutor A. 0 impulso de sinal é então irradiado sob a forma de energia sónica através do ar no interior do cano 204. Simultaneamente, com a iniciação deste impulso de energia, o controlador 212 dispara o controlador de tempo decorrido 226 para que este ligue o seu contador, o qual começa a contar o tempo. Conforme acima descrito, o calculador de tempo decorrido 226 fornece uma saída representativa de metade do tempo decorrido entre a transmissão e a recepção de um eco, a fim de proporcionar uma indicação directa de um sinal unidireccional. Simultaneamente com a operação descrita do multiplexador 210, o controlador 212 acciona o multiplexador 222 para fazer com que o transdutor B actue como um transdutor de recepção por junção com o filtro 224. 0 controlador 212 actua também sobre o contador de passagem. 238, o qual está adaptado a receber a amostra de tempo de saída do calculador de tempo decorrido 226.

contador de passagem 238 é um registo digital com essas características. FOrnece e permite uma entrada para a Porta AND 254, uma entrada de controlo de aumento para o contador de tentativas 241 e uma entrada de ;controlo para o multivibrador bi-estável de primeira passagem 240, de cada vez que é accionado pelo controlador 212. Tem uma entrada lógica responsiva a uma saída ”1” = 23 =

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do multivibrador bi-estável de primeira passagem 240, fazendo com que o contador de passagem 238 passe o valor registado, recebido do calculador de tempo decorrido 226, para o registo de arranque 242 e para o registo de soma 256. Igualmente responsivo à saída 1” do multivibrador bi-estável 240, 0 contador de passagem 238 fornece um sinal crescente ao contador de número de válidos 258.

Na eventualidade do primeiro contador de passagem 238 receber uma saída 0 do primeiro multivibrador bi-estável de passagem 240, que indica que 0 contador de passagem 238 não está a ser accionado depois de um primeiro tempo, o contador de passagem 238 proporciona um sinal de entrada em funcionamento para 0 detector de diâ metro do cano 244.

contador de passagem 238 inclui ele mentos lógicos necessários para executar as funções anteriores, sendo esses elementos lógicos claramente seleccionáveis da lista destas funções.

Antes de se prosseguir com quaisquer outras operações, o controlador 212 ensaia a linha final 246 para determinar se 0 seu funcionamento deverá ser suspenso em virtude de ter acabado uma sequência de medições, sendo isso indicado por um de dois critérios empregues pelo sistema. 0 primeiro é que tenham ocorrido 50 transmissões onde possa ter havido menos de oito, ou mesmo zero, válidas amostras; e 0 segundo é que se tenham obtido oito válidas amostras, conforme será descrito em mais pormenor.Uma condição terminal é indicada por um 1 na linha final 246.

A geração de um sinal na linha final 246 é determinada alternadamente como segue. Num caso, uma contagem de 51 do contador de tentativas 241 é comparada no comparador 248 com uma contagem 51 e fornece uma & $ Λ

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M 1991 li para a linha fina à linha final coincidência enfinal 246.

Como até agora apenas foi feita uma assumir que a saída na linha final 246 é nenhuma das duas condições de finaliza Assim, para continuar, a saída do calsaída ⁿ1” para a porta OR 250 e portanto 246. De outro modo fornece uma saída ”0”

246. De acordo com 0 segundo critério, a tre um sinal que indica oito válidas amostras do descodificador 252 é fornecida à porta ÁSD' 254 juntamente com um sinal de contagem do contador de passagem 238. Isso faz com que a saída 1” da porta AND^T 254 seja proporcionada à porta OR 250, que fornece um ”1” à linha final 246. De outro modo, os circuitos descritos em último lugar fornece um ”0” à linha tentativa, deve-se ”0”, indicando que ção foi alcançada culador de tempo decorrido 226, que fornece uma primeira amostra de tempo decorrido, é enviada para 0 contador de passagem 238. Em resposta, o contador de passagem 238 fornece uma contagem crescente ao contador de tentativas 241, para o accionar para uma contagem ” 1 ’’ e verifica a fim de ver se essa foi a primeira amostra recebida, conforme se descreve acima. 0 contador de passagem 238 será informado a esse respeito em virtude de proporcionar uma saída de contagem ao primeiro multivibrador bi-estável de passagem 240, 0 qual por seu turno envia a sua saída de volta ao contador de passagem 238. Assumindo-se uma primeira situação de disparo no multivibrador bi-estável 240, conforme descrito,a sua saída para o contador de passagem 238 é es- . tabelecido para 1”. Concomitantemente e em tal caso, o contador de passagem 238 faz estas quatro coisas. Primeiro, repõe 0 multivibrador bi-estável em 0”: segundo, carrega o tempo decorrido do calculador temporal 226 no registo de arranque 242 e também fornece esse valor ao registo de soma 256; terceiro, 0 contador de números válidos

258 é aumentado; e finalmente, o contador de passagem 238 indica ao controlador 212 0 completamento dessa passagem, = 25 =

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permitindo que o controlador 212 continue para ordenar que seja tomada uma segunda amostra. Se a saída do multivibrador bi-estável 240 tiver sido 0, terá activado o detector do diâmetro do cano 244. Uma vez que, conforme descrito, esta foi apenas a primeira tentativa de obtenção de uma amostra, esta última condição não será indicada.

registo de arranque 242 é simplesmente um registo digital que mantém uma amostra até lhe ser fornecida uma segunda e a segunda substituir a primeira.

registo de soma 256 é também um simples registo digital adaptado para registar a soma das entradas que lhe são fornecidas. Por outras palavras, trata-se simplesmente de um somador digital. 0 contador de número de válidos 258 é simplesmente um contador digital disparável a partir seja do contador de passagem 238 seja do novo iniciador de arranque 264 e que retém uma contagem igual ao número de válidas amostras obtidas, conforme será explicado a seguir.

descodificador 252 descodifica o contador 258 e tem três linhas de saída, uma das quais fornece uma saída verdadeira quando a contagem ou saída é igual a 0. A segunda saída torna-se verdadeira quando a contagem se situa nos limites entre 1-7. A terceira saída torna-se verdadeira quando se regista uma contagem de 8.

Para continuar a descrição da operação, o controlador 212 acciona agora o multiplexador transmissor 210 uma segunda vez para proporcionar interrupção, do transdutor C e disparar, de novo, o calculador dé tempo t

decorrido 226 e para accionar o multiplexador de recepção 222, o qual por seu turno permite que um eco de retorno seja recebido pelo transdutor D e fornecido ao filtro 224.

contador de passagem 238 é accionado conforme descrito acima e aumenta o contador de tentativas 241 para uma contagem de 2. Nessa altura, torna-se claro que o primeiro multivibrador bi-estável de passagem 240 indicaria ao con26

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Γ £ 1991

tador de passagem 238 um ”0 , e assim a amostra fornecida ao contador de passagem 238 pelo calculador de tempo decorrido 226 não é fornecida ao registo de arranque 242 j e em vez disso, em virtude da saída O do multivibrador bi-estável 24θ, o contador de passagem 238 actua sobre o detector do diâmetro do cano 244. 0 detector do diâmetro do cano 244 é também alimentado por uma entrada de referência representativa do diâmetro do cano 204 (menos, quando significativo, a profundidade de um transdutor abaixo do topo do cano) em termos de tempo de transmissão de sinal.

Mod. 71 - 20.000 ex. - 90/08

Ao ser accionado, o detector do diâmetro do cano 244 aceita uma amostra de tempo decorrido vinda do calculador de tempo decorrido 226, que portanto é a segunda amostra obtida até agora no processo e o detector 244 compara o valor dessa segunda amostra com a entrada de diâmetro de referência. Se o tempo decorrido representa, tivo da distância fôr maior do que a entrada de referência, é claro que foi recebida uma má amostra, uma vez que, evidentemente , o tempo de transmissão nunca deverá exceder o representado pelo diâmetro do cano. Na eventualidade de sinais temporais excessivos, o detector do diâmetro do cano 244 envia um sinal para o controlador 212, para evitar a con tinuação do processamento desse sinal, indicando simplesmente ao controlador 212 que obtenha uma nova amostra. 0 Detec tor 244 é simplesmente um circuito diferencial que é aocionado por uma entrada de controlo.

Na eventualidade de a segunda amostra-se situar dentro dos limites do diâmetro do, cano 204, o’ detector do diâmetro do cano· 244 dispara o comparador demasiado longo 260, que então aceita a primeira amostra que se encontra no registo de arranque 242 e uma segunda amostra que se encontra no calculador de tempo decorrido 226 e subtrai esta última da primeira. Uma margem de tolerância positiva para essa diferença é fornecida como entrada = 27 =

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1991 ao comparador demasiado longo 260, por exemplo, +2,54 cm (1,0 polegada). 0 sinal da diferença e os sinais de margem são subtraídos e se a diferença exceder o sinal de margem, a amostra é rejQitada como demasiadamente grande e rejeitada como má amostra, caso em que o comparador 260 assinala ao controlador 212 que obtenha uma nova amostra. Conforme indicado pela descrição de funções, o comparador 260 compre ende simplesmente dois circuitos diferenciais montados em série, accionados por um circuito accionador de entrada e duas saídas lógicas que funcionam conforme descrito.

Se a segunda amostra no calculador tempo decorrido 226 estiver dentro dos critérios do compara dor demasiado longo 260 e se é portanto possivelmente uma válida amostra, o comparador 260 dispara um comparador quase correcto 262 e este comparador compara a segunda amostra do calculador de tempo decorrido 226 com a primeira amostra do registo de arranque 242 subtraindo as duas e depois comparando a diferença com a entrada de margem menor por exemplo, -2,54 om (-1,0 polegada), para determinar se a amostra é significativamente menor do que a primeira amos, tra. Se a margem não fôr excedida, a segunda amostra é considerada quase correcta. Em tal caso, uma saída do comparador quase correcto 262 dispara um registo de soma 256 e assim proporcionátisôauma?rsaiiaiíãe dois exemplos válidos obtidos até aquela altura. Em segundo lugar o comparador quase correcto 262 aumenta, de 1, o número do contador bom 258, que então avança para uma contagem de 2. Em terceiro lugar, o comparador 262 assinala ao controlador 212 para obter uma nova amostra. 0 comparador 262 inclui, como o comparador 260, dois circuitos diferenciais montados em série, saídas lógicas para o registo de somas 256 e contador de número de válidos 258, para assinalarem ura bom sinal e uma saída lógica para o controlador 212 para lhe indicar que deve obter uma nova amostra quando ocorra uma válida amostra.

= 28 =

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Se, no entanto, a segunda amostra fôr

menor do que a primeira amostra por mais do que a margem escolhida, 0 comparador quase correcto 262 fornece a segunda amostra ao novo iniciador de arranque 264 , que depois junta a segunda amostra do calculador de tempo decorrido 226 como valor de nova amostra ao registo de arranque 242 e ao registo de soma 256 e esta transferência é detectada pelo contador de número de válidos 258, que é por esta acçâo. 0 novo iniciador de arranque 264 indica então ao controlador 212 para obter uma nova amostra.

A razão para a actuação do novo iniciador de arranque 264 é que uma tal série de passos descrita indica que a primeira amostra obtida é significativa mente maior do que a última, indicando que a primeira foi provavelmente responsiva a um eco de passagens múltiplas e portanto é uma má amostra. Foi abortada por meio do processo descrito.

processo de obtenção de amostras descrito continuará com amostras repetidas a serem obtidas consecutivamente pelos pares transmissor-receptor acima referidos. Em cada um dos casos, o contador de tentativas 241 é incrementado um passo. Se fôr determinada uma amostra válida é adicionada à soma do registo de somas 256 e o contador de número de válidos 258 é incrementado de modo a transportá-la para 0 número de amostra totalizado no registo de somas 256.

Na eventualidade de 0 comparador quase correcto 262 indicar que uma amostra subsequente é significativamente inferior à amostra do registo de arranque 242, a amostra nova ou subsequente é fornecida ao registo de arranque 242, 0 valor no registo de soma 256 é substituído por um único novo valor de amostra e 0 contador de número de válidos 258 é relançado por 1, por intermédio do novo iniciador de arraque 264, conforme descrito.

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?5·Μ.1991

Por meio deste processo, as amostras continuarão a ser obtidas até que ocorra uma de duas coisas. Ou oito amostras válidas sejam somadas no registo de soma 256 e isso é indicado pelo número de amostras válidas no contador 258; ou o contador de tentativas 241 é accionado 50 vezes,período de tempo durante o qual pode ter havido ou menos de oito amostras válidas ou nenhumas amostras válidas.

Se tiverem ocorrido oito amostras vá lidas, isso é indicado pelo contador de número de válidos 258. Esta indicação é descodificada pelo descodificador 252, que envia uma entrada verdadeira responsiva para aporta AHD 254. Consequentemente, com a seguinte amostra obtida, a saída de aumento de~fcentativa do contador de passagem 238 é enviada para a porta ãnÍJ 254 e a sua saída tornar-se-à verdadeira e será enviada através da porta OR 250 para a linha final 246, indicando assim ao controlador 212 que 0 programa de obtenção de dados foi completado. Se não forem obtidas oito válidas amostras até ao momento em que o contador de tentativas 241 é incrementada pela quinquagésima primeira vez, a sua contagem de saída 51 é fornecida ao comparador 248, um comparador digital,onde é comparada com uma quinquagésima primeira contagem fornecida como entrada de referência. Isso faz com que o compara dor 248 envie, uma saída verdadeira ou 1 para a porta OR '250, que depois fornece um sinal verdadeiro ou 1 ao controlador 212 ^na linha final 246, assinalando a complexão de um programa de colheita de amostras.

Assuma-se a seguir que foram obtidas cinco amostras válidas conforme indicado pelo descodifioador 152. Na seguinte contagem de tentativas e sinal do contador de passagem 238 para a porta aneN 254, será fornecida uma entrada verdadeira à porta OR 266, a qual então dispara a unidade mediadora 205 para fazer com que a saída do registo de soma 256 seja dividida pelo número de = 30 =

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?Ç,» 1991 contagens válidas, neste caso oito. Esta amostra média será enviada pela unidade mediadora 205 através do compensador de temperatura 203 para a unidade de armazenamento de dados 207, uma memória digital, onde será armazenado. 0 compensador de temperatura 203 multiplica o valor da amostra mediada por um factor de compensação de temperatura, conforme descrito acima, que aperfeiçoa ainda mais a precisão das medições.

Se-.-não tiverem sido obtidas oito amostras válidas mas um número menor (1-7), o descodificador 252 proporcionará uma saída verdadeira”, indicando-a à porta 268. Uma segunda entrada para a porta AND 268 é proporcionada pelo circuito comparador 248 quando houve 51 tentativas de oolheita de amostras sinalizadas pelo contador de tentativas 241 para o circuito comparador 248. Com essas duas entradas verdadeiras para a porta AND’

268, a saída da porta ANEF 268 tornar-se-àverdadeira e esse sinal enviado para a porta OR 266, que disparará, uma vez mais, a unidade mediadora 205 para fazer com que a saída do registo de soma 256 seja dividida pelo número de contagens favoráveis do contador 25θ e os resultados são fornecidos através do compensador de temperatura 203 à unidade de armazenagem de dados 207.

Assuma-se agora que ao fim de 50 tentativas nã£> se obtiveram simplesmente nenhumas amostras válidas e assim haverá uma contagem 0 no contador de número de válidos 258. Esta saída é descodificada pelo descodificador 252 e enviada como entrada verdadeira para a porta AíO 270. Depois, com a seguinte tentativa de se obter uma amostra, oom um impulso de contagem aplicado ao contador de tentativas 241, o comparador 248 proporciona uma saída verdadeira que é fornecida a uma segunda entrada da porta OT 270 e que depois faz com que a porta 270 se torne verdadeira e forneça um sinal ao gerador = 31

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File: ADN.6

de sinal de erro 272 e este envie um sinal de valor arbitra rio para a unidade de armazenamento de dados 207 de um carácter que finalmente enviará o sinal para M17 (Fig. 3).

Mod. 71 - 20.000 βχ. - 90/08

J

Tipicamente, o temporizador 214 terá iniciado o controlador 212 para obter amostras do nível do líquido a cada 15 minutos ou outro intervalo de tempo e assim ficará armazenada na unidade qu memória de armazenamen to de dados 207 o valor médio do nível do líquido para cada um dos transdutores e para cada um desses períodos temporizados, identificado por um sinal de tempo real obtido,por exemplo, do controlador 212 e armazenado juntamente com cada valor médio do nível do líquido, ou apenas com o primeiro de uma sequência de amostras médias de níveis do líquido que são obtidas a um ritmo determinado (por exemplo, .a cada 15 minutos). Sendo estes dados armazenados, tipicamente , num ponto de medição, são disponibilizados para a unidade de memória M17 da unidade dados 62, representada na Fig. 3. Além da obtenção de amostras ser determinada pelo temporizador 214, a CPU 14 (Fig. 3) está adaptada para operar sobre o controlador 212 de modo semelhante à ef_.ectuada pelo temporizador 214. Tal seria uma função de oomuni cações convencionais para uma tal combinação.

controlador 305 (Fig. 7) num ponto central de computação fará a transferência de dados sobre a altura do líquido na unidade de armazenamento de dados 207 (Fig. 5), através de um multiplexador 310 e de um in> terfaoe telefónico 312 para a memória do nível do líquido 315 (Fig. 7).

0 computador de fluxo 234 (Fig. 7) no ponto central de computação obtém uma amostra da memória 274, que representa um sinal L, a distância do topo do cano 204 até ao nível da superfície do líquido. 0 sinal L é subtraído na unidade diferencial 125 do sinal D, que representa o diâmetro do cano 204, para fornecer um valor = 32 =

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File: ADN.6

h₂ , que representa a altura do líquido no cano 204. A unidade de computação 126 recebe esse valor h₂ θ o raio R do cano 204 e executa a função representada para obter uma saída A„, área molhada do cano.

w ’

A seguir, a quantidade R_H , raio hidráulico, é determinada pelo divisor 127, o qual divide o corte da área molhada A_w pelo perímetro molhado do cano • TT * w

Dependendo de se sim ou não o cano 204 está mais ou menos meio' cheio, quer dizer, o nível da água é maior ou menor do que o raio do cano, a saída do computador 128, ou P_w2 do computador 130, será enviada através do selector 132, ao divisor 127·. Esta selecção é controlada pelo detector de meio cano 134, o qual recebe a elevação da altura do líquido h₂ e uma entrada R igual ao raio do cano e fornece uma saída seleccionada ao divisor 127 sob os critérios descritos. Os computadores 126, 128 e 130 executam os cálculos indicados nos blocos, recebendo também entradas da dimensão do raio para o cano em questão e para a altura do líquido h^·

A seguir, o elemento computador 138 resolve o problema representado na caixa representativa , 1 /2 desse: elemento e onde R^ 2/3 e multiplicado por S vezes 1,48 e dividido por uma constante de um valor aproximado a 0,013· 0 resultado é uma indicação de velocidade do fluxo V em pés por segundo. S representa a inclinação local do cano 204 em pés por mil. ,

A seguir, a velocidade em pés por segundo é multiplicada por multiplicador 140 pela área molhada A^ para proporcionar uma saída Q^, representativa do volume de fluxo em milhões de galões por dia.

Adicionalmente, um segundo método para cálculo do fluxo encontra-se descrito na Fig. 7, em que a medição da velocidade (em oposição à computação)numa memória de velocidade 300 de um sistema Doppler é a entrada = 33 =

63.656 File: ADN.6

M F91 para ο multiplicador 140 por intermédio de um comutador 302 junto, conforme representado, para seleccionar um sinal de velocidade seja do computador de fluxo 234 seja de memória de velocidade 300. 0 comutador 302 pode ser um comutador de estado sólido accionado por um sinal de controlo ou um comutador accionado manualmente. Geralmente a medida de velocidade armazenada na memória 300 é extraída de um sistema Doppler de medição de fluxo que incorpora um transmissor ultrassónico, ou transdutor e um conjunto receptor auxiliar 306 para transmitir e detectar sinais Doppler desviados de retorno. Desses sinais de retorno detectados , que apresentam um espectro de frequências relativamente grande, é seleccionado o sinal de velocidade mais elevado por um detector de velocidade máxima 304 e desse a velocidade média, que é de 90? da velocidade máxima, é calculada por meio do computador de velocidade média 322. Os sinais Doppler recebidos podem, por exemplo, ser transformados para um domínio de frequência por meio de uma abordagem de Transformação de Fourier convencional. Então, a frequência mais elevada observada é seleccionada como re-p presentando a velocidade mais elevada e a velocidade média é calculada multiplicando-se a velocidade mais elevada por 0,9. Uma abordagem destas é discutida no pedido de patente com o No. de Série 440.502, relacionada com o presente e da mesma autoria. Um temporizador 308 (Fig. 8) fornece informação codificada de tempo e data à memória de velocidade 300 do sistema Doppler e à memória de nível do líquido 274 e temporiza os dados nessas memórias sob a forma de uma corrente ou segmento de dados separados para um multiplexador 310 em intervalos escolhidos, tipicamente uma vez a cada 15 minutos. Este sinal temporal está sincronizado com outras localizações sensoras em qualquer sistema particular. Os dados, em cada um dos segmentos, consistirão então na informação do nível do líquido e da velocida= 34 =

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File: ADN.6 ?5 M1991 de Doppler, codificada com 0 tempo e a data conforme descrito. 0 multiplexador 310, por sua vez, fornece esta corrente de dados a um interface telefónico convencional

312, que agrega os dados por intermédio de linhas telefónicas 314 (Fig. 8) para um segundo interface telefónico

313, agregado a um computador localizado centralmente 316, conforme será descrito a seguir e está parcialmente ilustrado na Fig. 7.

Como exemplo, a Fig. 8 ilustra um tal sistema Doppler instalado em canos de esgoto 31θ θ 320, entre bueiros designados ponto A, um local a montante e ponto B, um local a jusante e em conjugação com 0 sistema de medição da altura do líquido conforme descrito acima. Este sistema é usado para detectar o fluxo de entrada e a infiltração, ocorrendo 0 primeiro onde existir um tubo de drenagem não descoberto a verter água da chuva para 0 sistema de esgoto e o último ocorrendo quando a água da chuva se infiltra no sistema de esgoto através de canos com roturas ou semelhantes.

Aqui, um conjunto transmissor e receptor Doppler 3θβ θ montado no fluxo, perto do fundo dos canos 318 e 320 e fornece sinais Doppler desviados aos circuitos do monitor de controlo 304 localizados no bueiro. 0 computador 202, também localizado no bueiro, recebe sinais do sensor de altura do líquido 200 conforme acima descrito e o temporizador 308 junta os sinais do computador 202 e dos circuitos de controlo 304 ao sinal codificado de data e tempo utilizado para sincronizar os dados dos pontos A e B, conforme descrito. Multiplexadores 310, agregados ao computador 202 e aos circuitos 304 em cada um dos pontos A e B, muitiplexam estes dados e aplicam os dados do nível do líquido e os sinais de Doppler desviados de velocidade do computador 202 e dos circuitos 304 para = 35

63.656

File: ADS.6

25.Μ.Ρ91 um interface telefónico convencional 312, disposto conforme descrito para aplicar os sinais a linhas telefónicas 314, que está agregado a um computador localizado centralmente 316 por intermédio do interface telefónico 313- 0 computador 316, conforme se mostra, inclui um detector de velocidade máxima 320 que calcula a velocidade máxima a partir dos sinais Doppler desviados, de acordo com o princípio transformador de Fourier, conforme descrito acima.

sinal de velocidade máxima resultante é então convertido para uma velocidade média pelo multiplicador 322, que multiplica a velocidade máxima por 0,9 ou 90% e o resultado é armazenado numa memória de compensação 300 no computador de fluxo 234 (Fig. 7). 0s dados do nível de líquido do computador 202 são armazenados numa memória de compensação 315 e em resposta a um sinal de controlo, tal como um sinal das memórias de compensação, indicando que os dados dos multiplexadores 310 foram lidos para as memórias de compensação 300 e 315, 0 computador de fluxo 234 calcula o fluxo no ponto A utilizando dados de altura ou, por eccionamento do comutador 302, calcula o fluxo a partir de dados tanto da altura de líquido medido como da velocidade medida separadamente. Adicionalmente, como a área molhada de um cano pode ser encontrada para um grande número de canos de formas diferentes, de acordo com a sua forma e tamanho, a unidade calculadora 126 (Fig. 7) pode ser equipada com elementos de cálculo para calcular a área molhada de uma entre uma varieáaflede de configuraçSes de canos, conforme se mostra na entrada de configuração de cano 317. A seguir, 0 fluxo a jusante do ponto B é calculado de maneira semelhante e os fluxos respectivos são aplicados à unidade diferencial 326, que subtrai 0 fluxo no ponto A do fluxo no ponto B. 0 resultado é indicativo da infiltração ou afluxo que ocorra nos pontos ou entre os pontos A e Β, dependendo de o fluxo adicional ocorrer durante ou depois da queda de = 36 =

Do que foi dito anteriormente deve

63.656 File: ADS.6 chuva.

apreciar-se que foi proporcionado um sistema de medição aperfeiçoado, particularmente dirigido à medição do fluxo de esgotos.

Claims (3)

1. = REIVINDICAÇÕES =

   1§ - Sistema de controlo de fluxo parà esgotos que compreende meios de detecção da altura do líquido para indicação da área molhada de um esgoto de contensão de uma configuração discreta e meios sensores da velocidade caracterizado por possuir:

   meios sónicos, incluindo pelo menos um transdutor imerso no fluxo do esgoto no referido recipiente e incluindo meios emissores para emitirem um sinal sonoro, geralmente para o interior do referido esgoto e para detectarem o eco dos sinais, meios de sinalização responsivos aos referidos meios sonoros para proporcionarem, como saída, sinais representativos de sinais Doppler detectados por meio dos meios sónicos, meios de detecção de sinais múltiplos para sinalização da presença de diferentes sinais Doppler presentes, meios descriminativos responsivos aos referidos meios de detecção, para proporcionarem uma saída representativa de uma frequência Doppler que é aproximadamente 90$ do sinal Doppler de mais elevada frequência presente, e = 37

   63.656

   File: ADS.6 meios de computaçãoccte fluxo responsivos aos referidos meios de descriminação e aos referidos meios de detecção da altura do líquido para indicação do volume do fluxo através do recinto de contensão.
2. 2^ - Sistema de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por possuir ainda:

   uma segunda combinação de meios de detecção de altura do líquido e meios sensores da velocidade, encontrando-se as duas combinações posicionadas em localizações separadas, a montante e a jusante, do referido recinto de contensão ; e meios de temporização para identificar saídas do fluxo das referidas combinações, através dos quais a diferença de fluxo registada nas referidas localizações separadas é indicativa do fluxo externo para o interior do recinto de contensão entre as referidas localizações de medição.
3. 3- - Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido meio de detecção de altura do líquido compreender:

   meios transdutores ultra-sónicos posicionáveis na região superior de um recinto de contensão de um tubo de esgoto para transmissão e recepção de energia acústica ao longo de um trajecto geralmente vertical;

   meios de sinalização unidos aos referidos meios transdutores e responsivos a um sinal de controlo de entrada para estimular os referidos = 38 =

   63.656

   File: ADS.6 meios transdutores em impulsos repetitivos com uma duração escolhida de sinais de frequência ultra-sónica, para assim produzir impulsos de energia acústica ultra-sónica que se movem para baixo no referido tubo;

   meios de recepção que compreendem:

   meios de filtro unidos a sinais de recepção recebidos pelo referido meio transdutor e para passar sinais correspondentes à energia do sinal próximo da frequência dos sinais ultra-sónicos transmitidos, e meios de envolviire.nto de detecção responsivos à saída âos· referidos meios de filtro para proporcionar um sinal de contorno de impulso;

   meios de temporização de sinal responsivos aos referidos meios de envolvimento de detecção e um sinal vindo dos referidos meios de sinal correspondente; em tempo a um impulso de sinal transmitido pelos referidos meios transdutores, para proporcionar um sinal de saída que varia em função do período decorrido entre a transmissão de um impulso de sinal e a recepção de um impulso de sinal e para proporcionar uma saída representativa da distância entre os referidos meios transdutores e a superfície de um líquido que flui através do referido tubo;

   meios de comparação para comparar uma série de saídas dos referidos meios temporizadores, sendo cada um deles uma amostra representativa de uma distância com os valores pré-seleccionados e para proporcionar saídas de sinal sob a forma de amostras de sinal temporizador discretas , que possuem um valor de distância não superior a uma distância igual ao diâmetro do referido tubo e não representam uma amostra representativa de uma distância, que difere em valor de outra de uma série de amostras por mais do que diferenças escolhidas; e = 39 =

   63.656

   File: ADS.6 meios de medição responsívos à saída dos referidos meios de comparação para estabelecer a média das amostras de sinais vindas dos referidos meios de comparação e assim proporcionar a distância média reflectida pela referida série de amostras.