1.Uvod

1.1.Uloga i značaj signalizacije

Postoje tri osnovne funkcije pomoću kojih se ostvaruje upravljanje tehnološkim

procesima,a to su:

1.informativna funkcija upravljanja,

2.izvršna funkcija upravljanja i

3.zaštitna funkcija upravljanja

Informativna funkcija upravljanja predstavlja prikupljanje infomacjia o stanju

proizvodnog procesa i to ne samo informacije o normalnom stanju proizvodnog procesa

već i u tzv. poremećenom toku procesa proizvodnje.Ove informacije se dobijaju

merenjem pomoću mernih pretvarača i drugih elemenata sistema za merenje, i

signalizacijom koja se izvodi uređajima za signalizaciju.Na slici 1.1 je prikazana

principska šema parnog kotla.Merenja su simbolički prikazana na slici.

Slika 1.1-Principska šema parnog kotla

Da bi se dobila jasnija slika o proizvodnom procesu,pored merenja se vrši i

signalizacija stanja ventila,on može biti otvoren ili zatvoren.Da bi se ostvarila potpuna

kontrola nad procesom potrebno je izvršiti signalizaciju graničnih vrednosti veličina u

procesu,a to su: minimalni nivo vode u kotlu,maksimalni pritisak pare,maksimalna i

minimalna temperatura pare.Ovo su sve svetlosne signalizacije,one se ostvaruju

pomoću specijalnih signalih svetiljki.

1

U slučaju da neka merena veličina dostigne kritičnu vrednost,odgovarajući zaštiti

uređaji počinju da deluju,tako što otklanjaju kritične vrednosti,ali ako se delovanjem

zaštite ne otklone kritične vrednosti aktivira se zvučna signalizacija,alarm i proizvodni

proces se zaustavlja.Svetlosna signalizacija ukazuje na vrstu poremaćaja.

Zaštitna funkcija upravljanja se ostvruje kroz tri vida zaštite:

1.blokadna zaštita;

2.zaštita prekidanjem proizvodnog procesa i

3.zaštita od prekoračenja graničnih vrednosti parametara procesa.

Blokadna zaštita ne dozvoljava puštanje postrojenja u rad ako nisu ispunjeni svi uslovi

koji su potrebni za normalan i bezbedan rad.Na primer da bi se električni generator

mogao priključiti na električnu mrežu,moraju biti ispunjeni ovi uslovi:da je napon na

izlaznim šinama generatora jednak naponu mreže,zatim da je frekvencija napona

generatora jednaka frekvenciji napona mreže i da se fazni stav napona generatora

poklapa sa faznim stavom mreže.

Na slici 1.2 je prikazana električna šema generatora od nekorеktnog priključenja na

opštu mrežu.

Slika 1.2-Еlektrična šema blokadne zaštite generatora

2

Elementi napona,frekvencije i faze generatora imaju svoje kontakte u odnosu na

mrežu.Ovi kontakti su zatvoreni samo ako su ispunjeni uslovi koje oni kontrolišu.Taster

b služi za priključenje generatora na mrežu,kada se on pritisne glavni prekidač P se

aktivira ako su svi uslovi ispunjeni.Pomoćni kontakt P drži uključen prekidač posle

otpuštanja tastera b.Glavni kontakti prekidača P spajaju izlazne šine generatora sa

odgovarajućim šinama mrežnog napona.Kontakt k je deo sopstvene zaštite

generatora,on isključuje generator u slučaju kvarova na njemu.

Zaštita prekidanjem proizvodnog procesa je vid kojim se zaustavja proizvodni proces u

slučaju da u toku rada dođe do narušavanja uslova koji su potrebni za bezbedan i

normalan rad.

Zaštita od prekoračenja graničnih vrednosti parametara procesa je treći vid zaštite koja

se izvodi pomoću krajnjih prekidača. Kod sistema čiji izvršni organ vrše mehaničko

pomeranje primenjuje se zaštita od prekoračenja krajnjih položaja izvršnog

organa.Zaštita transformatora i generatora od preopterećenja se ostvaruje pomoću

specijalnih releja za prekostrujnu zaštitu,a za zaštitu od kratkih spojeva u mreži pomoću

osigurača.Zaštita električnih aparata od previsokih kao i suviše niskih napona,se

ostvaruje pomoću specijalnih releja za prenaponsku,odnosno podnaponsku zaštitu.

1.2.Podela signalizatora

Na osnovu fizičkih veličina čije granične vrednosti pokazuju signalizatori se dele na:

1Signalizatore temperature;

2.Signalizatore pritiska;

3.Signalizatore nivoa;

4. Signalizatore protoka;

5.Univerzalne signalizatore.

3

2.Signalizatori temperature

Signalizatori temperature su jednostavniji od mernih pretvarača,jer se kod njih

meri samo jedna vrednost temperature.Signalizatori se dele na osnovu promene

dimenzija čvrstih tela, promena temperature,promene zapremine tečnosti,promene

pritiska u gasovima pri konstantnoj zapremini.

2.1.Signalizator temperature na principu promene

dimenzija čvrstih tela

Konstrukcija:Na slici 3.1.1 vidimo da se ovaj signalizator sastoji iz: metalne cevi(1)

koji ima veliki koeficijent promene dužine,u njemu je smeštena metalna šipka(2) sa

malim koeficijentom promene dužine.One su sa donje strane spojene.Gornja strana

šipke je povezana sa polugom(3),čiji je drugi kraj spojen sa mikroprekidačem(4).Cev se

montira tako što se u zidu komore parnog kotla ili peći,gde se razvija temperatura,izbuši

otvor,kroz koji se uvlači cev termostata.Cev se zavari za zidove komore.

Slika 2.1.1- Signalizator temperature na principu promene

dimenzija čvrstih tela

4

Princip rada:Porastom temperature metalna cev se izdužuje po obrascu:

l1=l10(l+α1(Θ-Θ0)),

l1-dužina cevi na temperaturi Θ,

l10-dužina na početnoj temperaturi Θ0,

α1-temperaturni koeficijent promene dužine materijala cevi.

Šipka koja se nalazi u cevi se manje izdužuje na povišenoj temperaturi Θ:

l2=l20(l+ α2(Θ-Θ0)),

l2-dužina šipke na temperaturi Θ,

l20-dužina na početnoj temperaturi Θ0

α2-temperaturni koeficijent promene dužine materijala šipke.

Slobodan kraj šipke će se pomeriti pri povišenoj temperaturi Θ za razliku dužine šipke i

cevi pri početnoj temperaturi i na povišenoj:

Δl=( l1-l2)-( l10-l20).

Pod dejstvom elastično sabijene opruge drugi kraj poluge se pomera naviše i pomera

kontakt mikroprekidača.Kada temperatura dostigne graničnu vrednost pomeraj poluge

će biti toliki da prebaci kontakt mikroprekidača iz mirnog položaja u radni.

Kod ovog signalizatora promena dužine,koja je potrebna da se aktivira

mikroprekidač,postiže se na visokim temperaturama.Zbog toga se opisani termostat

koristi za signalizaciju na visokim temperaturama.

2.2.Termostati sa bimetalom

Bimetali su vrlo rasprostranjeni,jeftini i pouzdani termometri,koji se koriste za relejno

pretvaranje temperature.Oni se sastoje iz dva metala čiji se temperaturni koeficijenti

širenja(α) znatno razlikuju.

5

Kod skoro svih bimetala se za metal sa manjim keficijentom širenja koristi legura

gvožđa i nikla,a za metal sa većim koeficijentom α,koristi se bronza ili legura nikla i

hroma.

Konstrukcija: Termostat sa bimetalom se satoji iz bimetalne trake i mikroprekdača

(slika 2.3.1).

Slika 2.3.1 -Termostat sa bimetalom

Princip rada: Sa porastom temperature bimetal se savija na stranu onog metala koji

ima manji koeficijent širenja.U slučaju termostata sa bimetalom,kada temperatura

dostigne graničnu maksimalnu vrednost pomeraj bimetalne trake biće toliki da se

zatvara strujno kolo mikroprekidača.To će dovesti do optičke ili zvučne signalizacije.

2.3.Termostat sa živom

Konstrukcija:Na slici 3.4.1 vidimo da se ovaj signalizator sastoji iz staklene cevi i dve

elektrode. U donjem delu staklene cevi je smeštena živa.Jedna elektroda je sa donje

strane cevi i stalno je uronjena u živu.Druga elektroda se nalazi u gornjoj strani cevi i

nije u kontaktu sa živom.

6

Slika 2.4.1-Termostat sa živom

Princip rada:Princip rada se zasniva na fizičkom principu da se sa porastom

temperature menja zapremina tečnosti.U ovom slučaju se koristi živa,jer ona ima veliki

koeficijent promene zapremine.Sa porastom temperature živa se širi,i kada temperatura

dostigne maksimalnu graničnu vrednost dodiruje drugu elektrodu koja je se nalazi na

gornjoj strani cevi.Time se strujno kolo zatvara i dolazi do signalizacije.

Za određivanje promene zapremine pri promeni temperature koristi se sledeća formula:

V=V0(1+β(Θ-Θ0)

β –predstavlja temperaturni koeficijent promene zapremine žive.

2.4.Termostati na principu promene pritiska u tečnostima i gasovima

Konstrukcija:Sastoji se iz rezervoara,cevovoda i Burdonove cevi koji su ispunjeni

tečnošću. Burdonova cev je elastična spiralno savijena metalna cev,zatvorena na

jednom kraju.Drugi kraj je vezan za pokretni kontakt mikroprekidača. (slika 2.5.1)

7

Slika 2.5.1 -Termostati na principu promene pritiska u tečnostima i gasovima

Princip rada:Princip rada se zasniva na fizičkom principu da se sa porastom

temperature pri konstantnoj zapremini povećava pritisak u tečnostima i gasovima.

Porastom temperature raste pritisak u tečnosti.Ovaj pritisak deluje na zidove Burdonove

cevi, ona se savija i spaja kontakte mikroprekidača kada temperatura dostigne graničnu

vrednost.

8

3.Signalizatori pritiska

Ovi signalizatori se dele na osnovu fizičkih promena: elastične deformacije

membrane i Burdonove cevi.Signalizatori pritiska su jednostavnije konstrukcije od

kontinualnih pretvarača pritiska.

3.1.Signalizatori sa membranom

Konstrukcija:Sastoji se iz membrane i mikroprekidača (slika 3.1.1).

Slika 3.1.1 -Signalizator sa membranom

Princip rada:Spoljašnji pritisak p deluje na membranu i ona se ugiba.Kada pritisak p

dostigne graničnu vrednost pomak membrane biće toliki da se pritiska kontakt

mikroprekidača i aktivira se signalizacija.

3.2.Signalizatori sa Burdonovim cevom

Konstrukcija:Sastoji se iz Burdonove cevi čiji je jedan kraj vezan za rezervoar sa

pritiskom p,a drugi za polugu mikroprekidača (slika 3.2.1).

9

Slika 3.2.1 -Signalizator sa Burdonovim cevom

Princip rada:Pritisak p deluje na Burdonovu cev,ona se savija.Kada pritisak dostigne

graničnu vrednost Burdonova cev pomera polugu koja aktivira mikroprekidač.

10

4.Signalizatori nivoa

Za signalizaciju nivoa se najčešće primenjuje pretvaranje promena nivoa u

mehanički pomeraj pomoću plovka i sistema poluga,kao i korišćenje električne

provodnosti tečnosti.

4.1 Signalizator sa plovkom

Konstrukcija:Na slici 4.1.1 vidimo da se ovaj signalizator sastoji od plovka(1),i dva

mikroprekidača(2,3).

Slika 4.1.1 -Signalizator sa plovkom

Princip rada:Kada nivo opadne plovak pomera polugu,koja pri minimalnom nivou

aktivira mikroprekidač(3).U slučaju da se nivo poveća plovak preko sistema poluga

pomera kontakt mikroprekidača(2),koji se aktivira kada nivo dostigne maksimalnu

vrednost.

11

4.2 Elektronski signalizator nivoa

Konstrukcija:Sastoji se iz metalne elektrode(1,2),otpornika otpora R1 ,R2 ,R3 i

R4 ,tranzistora T1 i T2,releja RL. Metalna elektroda (1) koja je stalno uronjena u tečnost

je vezana izolovanim provodnikom za negativan potencijal elektronske šeme. Elektroda

(2) se postavlja na visinu koju želimo da signaliziramo.Tečnost u rezervoaru je

elektroprovodna.

Slika 4.2.1 -Elektronski signalizator nivoa

Princip rada:Kada je visina nivoa tečnosti h manja od hmax,elektroda (2) je izvan

tečnosti.Tranzistor T1 ne provodi struju,jer je kolo njegove baze u prekidu.Pošto se

preko tranzistora T1 zatvara kolo baze tranzistora T2,ni tranzistor T2 neće provoditi

struju.Zbog toga relej neće biti aktiviran.

Kada nivo dostigne graničnu vrednost gornja elektroda će biti uronjena i tranzistor T1

počinje da provodi.Vrednosti otpora R1 i R2 su određeni tako da je tranzistor T1 u

zasićenju,i zbog toga je zatvoreno i kolo baze tranzistora T2.Vrednosti otpora R3 i R4 su

određeni tako da tranzistor T2 bude u zasićenju.Tranzistor T2 zatvara strujno kolo releja

RL,koji se aktivira i prebacuje svoje kontakte u radni položaj.

Elektronski signalizatori imaju prednosti u odnosu na mehaničke ,jer nemaju pokretnih

delova.

12

5.Signalizatori protoka

Za signalizaciju graničnih vrednosti protoka tečnosti i gasova najčešće se

koriste diferencijalni pretvarači pritiska sa pretvaračima protoka u razliku pritisaka.

Konstukcija:Na slici 5.1 je prikazan signalizator protoka i on se sastoji od cevi u kojoj

se nalazi prigušnica.Prigušnice su elementi koji pretvaraju protok u razliku pritisaka.To

su ustvari pregrade sa otvorom određenog preseka i kroz koji prolazi tečnost ili gas.Cev

ima dva manja otvora koji vode pritisak p1 i p2 u rezervoar u kome se nalazi membrana.

Slika 5.1 -Signaliator protoka

Princip rada:Kroz cev prolazi fluid.Kada on stigne do prigušnice pritisak iza pregrade

će biti niži od pritiska ispred pregrade,zbog smanjenja slobodne površine kroz koju

protiče fluid.Relacija između protoka i pada pritiska na prigušnici je sledeća:

q- protok u m3/s,

S- površina otvora u prigušnici u m2,

Ρ- specifična gustina fluida u kg/m3,

k- konstanta srazmernosti.

Zbog razlike pritisaka membrana se pomera i deluje na kontakte mikroprekidača.Kada

razlika pritisaka dostigne graničnu vrednost pomak membrane će biti toliki da će spojiti

kontakte mikroprekidača,i samim tim će aktivirati signalizaciju.

13

Određenoj vrednosti protoka odgovara određena razlika pritisaka p1-p2.Ova razlika

pritisaka se može koristiti kao mera za određivanje protoka.

14

6.Univerzalni signalizatori

Normalizovani strujni signal je univerzalni strujni signal za svaku procesnu

veličinu.Zbog toga postoji mogućnost da se elektronski signalizator određene vrednosti

struje primeni kao univerzalni signalizator za signalizaciju kritičnih vrednosti bilo koje

procesne veličine.Ove signalizatore u elektronici nazivamo komparatorima napona.

Principska šema komparatora napona sa operacionim pojačavačem je prikazana na

slici 6.1.

Slika 6.1- Principska šema komparatora napona sa operacionim pojačavačem

Princip rada:

Normalizovani strujni signal od 0mA do 20mA pretvara se u napon U1 pomoću

otpornika R1.ovaj napon se dovodi na invertujući ulaz operacionog pojačavača A.Napon

pozitivne povratne sprege se dovodi na neinvertujući ulaz,koji je ostvaren pomoću

otpora R3 i R4.Sa klizača potenciometra P,koji određuje vrednost ulaznog napona U1,pri

kojoj će se aktivirati relej RL, se dovodi i napon U0.Operacioni pojačavač je bez poratne

sprege,pa usled velikog pojačanja,kao i pozitivne povratne sprege ,može se nalaziti

samo u jednom od dva stabilna stanja:u prvom stanju, u kojem je izlazni napon jednak

pozitivnom naponu napajanja U(+),ili u drugom stanju u kojem je izlazni napon jednak

negativnom naponu napajanja U(-).Kada je ulazna struja I jednaka nuli,pomoću

potenciometra P se podesi izlazni napon da bude jednak naponu U(+).

15

Neinvertovani ulaz je na potencijalu:

Vrednost struje I,pri kojoj napon U1 dostiže vrednost U1p,smanjuje izlazni napon

pojačavača na nulu.Zbog povratne sprege preko otpora R3 i R4 on se i dalje menja ,sve

dok ne dostigne vrednost U(-).Vrednosti otpora R5 i R6 su određene tako da je tranzistor

u stanju zasićenja pri ovoj vrednosti izlaznog napona.Emitor tranzistora drže zener-

dioda ZD i otpornik R7,na potencijalu nižem od potencijala baze dok izlazni napon

pojačavača niži od napona

U(-).Relacija koja predstavlja uslov,da je trazistor u zasićenju pri ovoj vrednosti izlaznog

napona pojačavača je sledeća:

Uz- zenerov napon zener-diode,

Ubcs- napon zasićenja tranzistora T.

Kada izlazni napon ima vrednost U(-),vrednost napona na neinvertujućem ulazu će biti:

Ovaj napon je manji od napona U1p.Pojačavač se neće vratiti u prvobitno stanje kada U1

padne ispod vrednosti U1p,već kada padne ispod vrednosti U1ot.Pri nižoj vrednosti napon

U1 od ove,tranzistor T prelazi u neprovodno stanje i relej RL otpušta.Razlika vrednosti

napona U1p i U1ot među sobom zavisi od napona U0,kao i od odnosa otpora R3 i

R4.Relejna statička karakteristika pojačavača sa histerezisom se postiže pozitivnom

povratnom spregom preko ovih otpora. (slika 6.2).

16

Slika 6.2- Relejna statička karakteristika pojačavača sa histerezisom

Histerezis služi da pri vrednosti napona U1=U1p pojačavač ne prelazi čas u jedno čas u

drugo stanje,i da se relej ne bi čas uključivao,čas isključivao.

17

7.Zaključak

Signalizacijom se dolazi do informacije koje su značajne kako za praćenje

proizvodog procesa,tako i za otklanjanje uzroka raznih poremećaja u cilju zaštite od

havarije.

Za signalizaciju određene vrednosti temperature najčešće se primenjuju sledeće fizičke

pojave: promena dimenzija čvrstih tela,promene zapremine tečnosti pri konstantnom

pritisku,promena pritiska u tečnostima i gasovima pri konstantoj zapremini,sa

promenom temperature i sl.Prema tome signalizatori temperature se dele na:

signalizatore temperature na principu promene dimenzija čvrstih tela,na termostate sa

bimetalom,na termostate sa živom i na termostate na principu promene pritiska u

tečnostima i gasovima.

Signalizatori na principu promene dimenzija čvrstih tela za signalizaciju koriste razliku

između temperaturnim koeficijentima promene dužine dva metala.

Termostati sa bimetalom,za signalizaciju određene vrednosti temperature,koriste

svojstvo bimetala da se sa porastom temperature savija na stranu metala sa manjim

temperaturnim koeficijentom širenja.

Pošto živa ima relativno veliki temperaturni koeficijent promene zapremine,termostat

sa živom se koristi za signalizaciju određene vrednosti temperature.

Termostati na principu promene pritiska u tečnostima i gasovima,pri konstantnoj

zapremini koriste svojstvo Burdonove cevi,da pri povišenom pritisku Burdonova cev

savija,kako bi signalizirali graničnu vrednost temperature.Kod signalizatora

temperature signalizacija se aktivira kada temperature dostigne graničnu vrednost.

Za signalizaciju pritiska u tečnostima i gasovima se primenjuju isti fizički principi

kao za kontinualna merenja,samo što su signalizatori pritiska jednostavnije

konstrukcije. Oni se dele na:signalizatore sa membranom,i signalizatore sa

Burdonovim cevom.

Kod signalizatora sa memranom signalizacija se aktivira delovanjem određene

vrednosti spoljašnjeg pritiska na membranu.

Signalizator sa Burdonovim cevom radi na osnovu fizičke pojave da se porastom

pritiska Burdonova cev savija.

Signalizatori nivoa signaliziraju minimalni i maksimalni nivo primenjujući pretvaranje

promena nivoa u mehanički pomeraj ili korišćenjem električne provodnosti tečnosti.Prema

tome se oni dele na: signalizatore sa plovkom i na elektronske signalizatore nivoa.

18

Signalizatori protoka rade tako što pretvaraju protok u razliku pritisaka.Signalizacija se

aktivira kada razlika pritisaka dostigne graničnu vrednost.

Elektronski signalizator određene vrednosti struje može da se primeni kao univerzalni

signalizator za signalizaciju kritičnih vrednosti bilo koje procesne veličine,jer je

normalizovani strujni signal univerzalni strujni signal za svaku procesnu veličinu.Ovi

signalizatori su u elektronici poznati kao komparatori napona.Kod ovog signalizatora

imamo dva moguća slučaja:

1.kada je napon Up veći od napona U1,tada je U1 na pozitivnom potencijalu,tranzistor ne

provodi i relej RL se neće aktivirati.

2.kada je napon Up manji ili jednak naponu U1 on je na negativnom potencijalu,tranzistor će

provesti struju i aktiviraće relej RL.

Kod univerzalnog signalizatora je histerzis potreban da ne pri vrednosti napona U1=Up

pojačavač stalno prelazio iz jednog stabilnog stanja u drugi,i zbog toga relej čas

uključivao,čas isključivao.

Signalizatori igraju veoma veliku ulogu u praćenju i nadzoru tehnoloških procesa.

19

Literatura

1.Dušica Hadži-Pešić: Elementi automatizacije za II i III razred elektrotehničke

škole.

2.http://www.znanje.org.

3.http://www.bgb.org.yu.

20