Большую емкость для воды на даче или приусадебном участке можно использовать для полива или водоснабжения дома. При ее наполнении нет необходимости постоянно забираться вверх по лестнице и целый день следить за уровнем — это вполне могут сделать электронные датчики.
- Продвинутые дачные и фермерские хозяйства, занимающиеся выращиванием плодоовощной продукции, в своей работе используют системы полива наподобие капельной. Для обеспечения автоматической работы поливочного оборудования конструкция требует наличия большой емкости для сбора и хранения воды. Ее заполнение обычно производят погружными водяными насосами в скважине, при этом требуется отслеживать уровень давления воды для насоса и ее количество в водосборном баке. В этом случае необходимо управлять работой насоса, то есть включать его при достижении определенного уровня воды в накопительной емкости и отключать в случае полного заполнения водяного бака. Эти функции можно реализовать с помощью поплавковых датчиков.
- Большой накопительный бак для воды может потребоваться и для водоснабжения дома, если дебит водозаборной емкости очень мал или производительность самого насоса не может обеспечить потребление воды, соответствующее необходимому уровню. В этом случае устройства контроля уровня жидкости для автоматической работы системы водоснабжения также необходимы.
- Систему контроля за уровнем жидкости можно использовать и при работе с устройствами, в которых отсутствует защита от сухого хода скважинного насоса, датчик давления воды или поплавковый выключатель при откачивании грунтовых вод из подвалов и помещений с уровнем ниже поверхности земли.
Все датчики уровня воды для управления насосом можно разделить на две большие группы: контактные и бесконтактные. Бесконтактные способы в основном используются в промышленном производстве и делятся на оптические, магнитные, емкостные, ультразвуковые и т.п. виды. Датчики устанавливаются на стенки водяных баков или непосредственно погружаются в контролируемые жидкости, электронные компоненты помещены в шкаф управления.
Рис. 2 Виды датчиков уровня
В быту наибольшее применение нашли недорогие контактные устройства поплавкового типа, отслеживающий элемент которых выполнен на герконах. В зависимости от расположения в емкости с водой подобные устройства делятся на две группы.
Вертикальные. В подобном устройстве в вертикальном штоке расположены герконовые элементы, а сам поплавок с кольцевым магнитом перемещается вдоль трубки и включает или отключает герконы.
Горизонтальные. Крепятся за верхний край сбоку стены резервуара, при наполнении емкости поплавок с магнитом поднимается на шарнирном рычаге и подходит к геркону. Устройство срабатывает и коммутирует электрическую цепь, помещенную в шкаф управления, она отключает питание электронасоса.
Рис. 3 Вертикальные и горизонтальные герконовые датчики
Устройство герконового переключателя
Основной исполнительный элемент герконового датчика — герконовый выключатель. Устройство представляет собой маленький стеклянный баллон, наполненный инертным газом или с откачанным воздухом. Газ или вакуум препятствуют образованию искр и окислению контактной группы. Внутри колбы находятся замкнутые контакты из ферромагнитного сплава прямоугольного сечения (пермаллоевая проволока) с золотым или серебряным напылением. При попадании в магнитный поток контакты герконового переключателя намагничиваются и отталкиваются друг от друга — происходит размыкание цепи, по которой течет электрический ток.
Рис. 4 Внешний вид герконовых переключателей
Самые распространенное виды герконовых выключателей действует на замыкание, то есть при намагничивании их контакты соединяются друг с другом и электрическая цепь замыкается. Герконовые переключатели могут иметь два вывода для замыкания размыкания цепи или три, если работают с переключением цепей электрического тока. Низковольтная схема, коммутирующая электропитание насоса, обычно помещается в шкаф управления.
Схема подключения герконового датчика уровня воды
Герконовые переключатели являются маломощными устройствами и неспособны коммутировать большие токи, поэтому они не могут быть использованы непосредственно для отключения и включения насоса. Обычно они задействованы в низковольтной схеме коммутации работы мощного реле насоса, помещенной в шкаф управления.
Рис. 5 Электрическая схема управления электронасосом с помощью герконового поплавкового датчика
На рисунке представлена простейшая схема с датчиком, реализующая управление дренажным насосом в зависимости от водного уровня при откачке, состоящая из двух герконов SV1 и SV2.
При достижении жидкостью верхнего уровня магнит с поплавком включает верхний геркон SV1 и на катушку реле P1 подается напряжение. Ее контакты замыкаются, происходит параллельное подключение к геркону и реле самозахватывается.
Функция самозахватывания не дает возможность отключиться питанию катушки реле при размыкании контактов включающей кнопки (в нашем случае это геркон SV1). Это происходит в том случае, если нагрузка реле и его катушка подключены в одну цепь.
Напряжение поступает на катушку мощного реле в цепи электропитания насоса, его контакты замыкаются и электронасос начинает работать. При падении уровня воды и достижении поплавка с магнитом нижнего геркона SV2 он включается и на катушку реле P1 с другой стороны также подается положительный потенциал, ток перестает течь и реле P1 отключается. Это вызывает отсутствие тока в катушке силового реле P2 и как следствие прекращение подачи напряжения питания на электронасос.
Рис. 6 Поплавковые вертикальные датчики уровня воды
Аналогичная схема управления насосом, помещенная в шкаф управления, может быть использована при отслеживании уровня в емкости с жидкостью, если герконы поменять местами, то есть SV2 будет находиться вверху и отключать насос, а SV1 в глубине бака с водой его включать.
Датчики уровня могут быть использованы в быту для автоматизации процесса при заполнении больших емкостей водой при помощи водяных электронасосов. Наиболее просты в установке и эксплуатации герконовые виды, выпускаемые промышленностью в виде вертикальных поплавков на штангах и горизонтальных конструкций.
Управление оборудованием в зависимости от уровня жидкости, получило огромное распространение и весьма востребовано, как в повседневной бытовой деятельности, так и в промышленности.
Вот основные примеры применения автоматики управления в зависимости от уровня жидкости:
- Наполнение и опорожнение бассейнов
- Защита от протечек и затопления
- Автоматическая откачка воды из подвалов, шахт, колодцев, котлованов и пр.
- Откачка канализационных стоков
- Наполнение накопительных емкостей
- Защита насосов от работы без воды
- Регулирование рабочего уровня в малодебитных скважинах и колодцах
- Защита нагревательных приборов от работы без воды
Устройства контроля уровня имеют разный принцип работы, но в конечном итоге их назначение сводится к одному свойству - разрывать или замыкать электрическую цепь в зависимости от уровня жидкости.
Трехфазные насосы возможно подключить только используя магнитный пускатель.
Устройства управления могут быть механическими или электронными.
Стоимость механических устройств, как правило ниже, но там где требуется максимальная точность и (или) надежность срабатывания, предпочтительно использование электронных устройств регулирования уровня.
Такие устройства используют кондуктометрический метод определения наличия жидкости.
Метод основан на электрической проводимости большинства жидкостей. Электроды из нержавеющей стали опускаются в воду на необходимый уровень по которому определяется алгоритм работы насоса.
В случае использования непроводящих ток жидкостей (бензин, солярка, растворители и пр.), обычно используются приборы использующие оптические датчики.
Рассмотрим подробнее основные устройства, позволяющее отслеживать уровень жидкости и управлять оборудованием. Хочется отметить, что в качестве примеров будем рассматривать управление насосным оборудованием, но это могут быть не только насосы, а и электроклапаны, ТЭНы, компрессоры и прочее электроуправляемое оборудование.
Рассмотрим подробнее:
Электрический поплавковый выключатель
Электрический поплавковый выключатель применяется, как для управления насосами на откачивание, так и для наполнения.
Принцип работы:
В корпусе поплавка находится металлический шар, перемещающийся по каналу. В крайнем положении шар воздействует на электрический выключатель, включая или отключая его. Положение шара зависит от положения поплавка.
Когда поплавок всплывает, шар перемещается в одно крайнее положения, при опускании поплавка вниз, шар перемещается в противоположное положение.
К поплавку подходит герметично смонтированный электрический кабель. В зависимости от его подключения к переключателю поплавка, выключатель может иметь три исполнения: работа на опорожнение, работа на наполнение и универсальный вариант, который в зависимости от электрического подключения может работать, как на наполнение, так и на опорожнение. Такие выключатели имеют дополнительный провод.
Как правило, поплавковые выключатели оснащены грузом, который крепится на электрическом кабеле и может по нему перемещаться. Путем перемещения груза по кабелю и регулируя глубину погружения груза, можно настроить поплавковый выключатель на определенный уровень включения и отключения.
Надежность срабатывания поплавкового выключателя - низкая и средняя, зависит от модели и производителя.
Точность управление уровнем - низкая.
Для объектов, где требуется высокая надежность срабатывания автоматики или точное управления уровнем, данный вид автоматики не рекомендуется.
Чаще всего, поплавковый выключатель, выходит из строя по причине прогорания контактов переключателя поплавка. Чтобы избежать этого, следует подключать поплавковый выключатель к насосу через магнитный пускатель или устройство с аналогичными функциями.
Напряжение коммутации – 220…240 В ~ 50Гц.
Максимальный рабочий / пусковой ток - 10А / 18А.
Максимальная глубина погружения – не более 0,7м.
Диапазон температуры воды – (+1 … +40) °С.
Класс защиты изделия – IP 68
Кондуктометрический метод управления
Существует значительно более надежный метод контроля и управления за уровнем жидкости - это кондуктометрический метод. Подходит, правда, только для токопроводящих жидкостей, но подавляющее большинство задач касается регулирования уровня воды, которая отлично проводит ток.
Принцип основан на том, что в жидкость погружаются электроды, между которыми протекает малый ток с небольшим напряжением. Специальный контроллер, таким образом с абсолютной точностью отслеживает уровень жидкости. Метод обладает высокой надежность, точностью регулирования и более гибки режим, т.к. можно произвольно выставить уровни.
Приведем пример: существует скважина с низким дебитом, соответственно скважинный насос требуется защитить от работы без воды максимально надежно и обеспечить его комфортную работу. Только кондуктометрическим способом мы можем обеспечить правильный режим эксплуатации насоса и высокую надежность срабатывания.
Мы можем задать режим, при котором насос будет отключаться при недопустимом уровне жидкости, а включаться только при полном восстановлении уровня воды в скважине. Это позволит не только защитить насос, но и обеспечить редкий запуск насоса. В противном случае его ресурс сильно сократится, т.к. небольшой подъем воды включит насос, который в считанные секунды эту воду выкачает и вновь отключится. И так короткими циклами. Это и некомфортно и быстро выведет насос из строя.
Контроллер - универсальное коммутирующее изделие, которому можно найти массу применений и расширить функционал. Например, вы хотите знать о аварийной ситуации - подключаем модульный зуммер или лампу, которая будет сигнализировать о неисправности. Подключив краны с сервоприводом, легко построить систему защиты от протечки воды. И многое другое.
В качестве электродов для кондуктометрической системы подойдет любой токопроводящий металлический предмет. Но так, как многие материалы окисляются и ржавеют, то рекомендуется в качестве электродов использовать элементы из латуни и нержавеющей стали.
Предлагаемые заводские электроды можно посмотреть
В качестве общего (нижнего) электрода, так же можно использовать корпус контролируемой емкости, если она металлическая. При автоматизации погружного насоса в качестве общего электрода может выступать корпус самого насоса, тогда просто подключаем клемму общего электрода на контакт земли кабеля насоса.
Электронный блок управления насосом по уровню HRH-5
HRH-5 - самое продвинутое, на данный момент, решение по управлению оборудованием в зависимости от уровня жидкости.
Блок HRH-5 способен управлять, как насосами на опорожнение, так и насосами, работающими на наполнение накопительной емкости. Так же широко применяется для защиты насосов и нагревательных элементов от работы без воды.
Блок использует кондуктометрический метод определения наличия жидкости. Его конструкция, делает этот блок абсолютно универсальным и приспособленным для любых, управляемых по уровню жидкости, систем управления оборудованием.
Блок HRH-5 имеет модульную конструкцию с монтажом в распределительный шкаф на DIN рейку.
HRH-5 управляет оборудованием через трехполюсное реле. К данному реле можно подключить однофазный насос с потребляемым током до 8А и мощностью до 1700 Вт. В то же время, для обеспечения высокого срока эксплуатации, рекомендуется подключать насосы через магнитный пускатель. Так же через магнитный пускатель подключаются трехфазные насосы и однофазные насосы большей мощности.
Принцип работы блока HRH-5 основан на электрической проводимости большинства видов жидкостей (вода, молоко и пр.). В жидкость помещаются электроды (не входят в комплект поставки) из нержавеющей стали. Электрический ток, имеющий низкое напряжение (3,5 В), протекает между электродами через жидкость и управляет коммутацией блока. HRH-5 - уникальна тем, что контрольный ток, протекающий через электроды имеет частоту всего 10 Гц, что обеспечивает сохранность электродов от окисления. Для ограничения нежелательных коммутаций выходных контактов волнением уровня жидкости можно настроить задержку реакции выхода 0.5 - 10 с. HRH-5 позволяет осуществлять коммутацию по двухэлектродной и трехэлектродной схеме. Двухэлектродная схема позволяет ограничить нижний или верхний уровень воды, трехэлектродная схема способна задавать диапазон уровня работы. Например, если использовать блок для защиты скважинного насоса от работы без воды. При двухэлектродной схеме, насос выключится, как только верхний электрод окажется без воды и обратно включится, как только вода поднимется до него. Эта схема применима для скважин с малой вероятностью недостатка воды. Если же скважина малодебитная, то подключение по двухэлектродной схеме приведет к очень частным включениям насоса, что быстро выведет его из строя. В такой ситуации лучше применить трехэлектродную схему, в которой задается диапазон минимального и максимального уровня. Т.е. насос включится только тогда, когда вода дойдет до верхнего электрода максимального уровня, а выключится, после того, как вода опустится до промежуточного электрода минимального уровня. Таким образом, значительно сокращается количество пусков насоса.
В случае работы с погружным насосом, который имеет металлический корпус, клемму COM можно запитать на провод заземления.
Рабочие характеристики
– 3 электрода переключения (MIN-D, MAX-H и COM-C)
– регулируемая чувствительность: 5 - 100kOhm
– установка в положении: опорожнение и наполнение с защитой от ошибочного срабатывания
– 1 выходной перекидной контакт
– задержка от случайного срабатывания 0,5 - 10 с
3,5 V 10 Hz - напряжение на электродах
Коммутируемая мощность реле - 8А
– Степень защиты IP40 (если установлено в корпусе и/или на электрощите с IP40); IP20 - на зажимах.
Настройку чувствительности, как правило, доводят до 6-8kΩ. Для менее проводящих жидкостей, как дождевая вода, чувствительность может быть увеличена до 100 кОм.
Функция опорожнения с использованием 3 электродов:
Когда жидкость достигает MAX электрода, выходное реле срабатывает и включается насос.
Когда жидкость доходит до MIN электрода,выходное реле срабатывает и отключает насос.
Функция опорожнения с использованием 3 электродов:
Когда жидкость достигает MAX электрода, выходное реле срабатывает и включается насос.
Когда жидкость доходит до MIN электрода,выходное реле срабатывает и отключает насос.
Подключение однофазного насоса с магнитным пускателем
Для данной схемы необходимо перемкнуть перемычкой клеммы D и H
Функция опорожнения с использованием 2 электродов:
Подключение трехфазного насоса с магнитным пускателем
Для данной схемы необходимо перемкнуть перемычкой клеммы D и H.
Когда вода доходит до MAX электрода, выходное реле срабатывает и включается насос опорожнения.
Когда жидкость находится ниже уровня MAX электрода, выходное реле срабатывает и отключает
Функция опорожнения с использованием 2 электродов:
Подключение однофазного насоса - прямое подключение для маломощных насосов
Аналогичным образом вышеуказанные схемы применяются для защиты погружных насосов от работы без воды.
Вот несколько примеров:
Когда жидкость достигает MAX электрода, выходное реле срабатывает и включается насос.
Когда жидкость доходит до MIN электрода,выходное реле срабатывает и отключает насос.
Функция защиты от работы без воды с использованием 2 электродов:
Подключение однофазного насоса с магнитным пускателем.
Ля данной схемы необходимо перемкнуть перемычкой клеммы H и D.
Когда вода доходит до MAX электрода, выходное реле срабатывает и включается насос опорожнения.
Когда жидкость находится ниже уровня MAX электрода, выходное реле срабатывает и отключает
Функция защиты от работы без воды с использованием 3 электродов:
Используется для источников с низким дебитом.
Когда жидкость достигает MAX электрода, выходное реле срабатывает и включается насос.
Когда жидкость доходит до MIN электрода, выходное реле срабатывает и отключает насос.
Функция защиты от работы без воды с использованием 3 электродов:
Подключение однофазного насоса - прямое подключение для маломощных насосов
Используется для источников с низким дебитом.
Когда вода доходит до MIN электрода, выходное реле срабатывает и включается насос опорожнения.
Когда жидкость находится ниже уровня MIN электрода, выходное реле срабатывает и отключает
Подключение однофазного насоса с магнитным пускателем.
Функция наполнения емкости с использованием 3 электродов:
Подключение однофазного насоса - прямое подключение для маломощных насосов
Когда жидкость доходит до MIN электрода, выходное реле, включает насос.
Когда жидкость доходит до электрода MAX, насос останавливается.
Функция наполнения емкости с использованием 3 электродов:
Подключение трехфазного насоса с магнитным пускателем.
Когда жидкость доходит до MIN электрода, выходное реле, включает насос.
Когда жидкость доходит до электрода MAX, насос останавливается.
Подключение однофазного насоса - прямое подключение для маломощных насосов
Функция наполнения емкости с использованием 2 электродов:
Подключение однофазного насоса с магнитным пускателем.
Когда вода доходит до электрода MAX, насос выключается.
Когда жидкость не касается (уровень ниже) электрода MAX, насос включается.
Функция наполнения емкости с использованием 2 электродов:
Подключение трехфазного насоса с магнитным пускателем.
Когда вода доходит до электрода MAX, насос выключается.
Когда жидкость не касается (уровень ниже) электрода MAX, насос включается.
Выше были представлены наиболее популярные схемы, использующие блок HRH-5.
Но его применение далеко не исчерпывается приведенными примерами.
Комбинируя электроды, полярность реле и их количество, можно найти еще множество примеров применения данному устройству.
Напоследок, хочется привести еще одну схему. Данная схема популярна при водоснабжении из источника имеющего малый дебит.
В таких случаях необходимо защитить насос от работы без воды, минимизировать количество пусков насоса и обеспечить наполнение накопительной емкости, которая обеспечивает бесперебойное снабжение водой потребителей.
Как уже говорилось ранее, контроллер уровня имеет много примеров применения, помимо насосного оборудования. Так, это может быть: управление ТЭН, электроклапанами и прочими устройствами.
Приведем пару, наиболее популярных решений.
В данном примере контроллер используется для дублирующего аварийного управления заполнением накопительной емкости , т.к. запорный поплавковый клапан - удобное решение, но рано или поздно такой клапан выходит из строя. Контроллер, в случае переполнения закроет магистраль и включит звуковую сигнализацию. До исправления неисправности, система будет автоматически поддерживать уровень воды в емкости.
Данная схема аналогична предыдущей, но здесь система выполняет роль защиты помещения от аварийной протечки .
Электронный комплекс управления насосом по уровню HRH-4
Вышеописанный контроллер HRH-5 является наиболее универсальным, точным и надежным способом контроля за уровнем воды. В нем заложены все новейшие разработки в этой области.
Так, контролеер не боится пониженного напряжения т.к. имеет универсальное питание от 24 В до 230 В. Частота контрольного тока снижена до 10 Гц, что препятствует возникновению электрической коррозии электродов. Высокая надежность изготовления обеспечивается качеством от известного производителя.
Рабочее реле контроллера не может обеспечить универсальную коммутацию, поэтому любое мощное оборудование подключается через контактор (магнитный пускатель), который и выполняет коммутацию оборудования по управляющей команде контроллера. Такая схема является наиболее предпочтительной, т.к. не нагружает реле контроллера, что обеспечивает ему высокий ресурс, а контактор специально предназначен для частой коммутации мощных устройств. Трехфазное оборудование возможно подключить только через контактор.
Для удобства пользователя ELKO разработала готовый комплекс в сборе HRH-4.
В этом комплексе установлен вышеописанный контроллер HRH-5 и контактор. Все это закоммутировано и выведенно на клеммы для удобства подключения. Элементы установлены на DIN рейку в корпусе с защитой IP55, что позволяет устанавливать его на улице, подвале, колодце, резервуаре и пр.
Остается только подать напряжение питания, подключить электроды и насос.
Все функции контроллера сохраняются. Возможно использовать, как для контроля за откачкой, так и за наполнением емкости. Подключение однофазных и трехфазных насосов и пр.
Напряжение питания, гальв.изолирован. (AC 50-60 Гц), В AC/DC 230 V AC/DC 24 V
Мощность, VA 7
Допуск напряжения питания -15 %; +10 %
Чувствительность (вход. cопротивл.), кОм 5 - 100
Число контактов, коммутир. 4
Номинальный ток, А 25
Механическая жизненность 3x106
Рабочая температура, °C -20 ... +55
Рабочее положение произвольное
Защита всего комплекса контроля уровня IP 55
Размер, мм 160 x 135 x 83
Вес, кг 0,834
Максимальная мощность подключаемого оборудования:
ТЭН - 16 кВт
Насосы 1-фазные - 2,2 кВт
Насосы 3-фазные - 4 кВт
Схемы подключения аналогичны схемам с HRH-5. Но для понятности следует привести пару примеров.
Пример использования для защиты скважинного однофазного насоса от работы без воды и контроля уровня при низком дебите.
В качестве общего электрода используется корпус насоса с подключением через заземление.
Пример подключения трехфазного насоса
Электронный блок управления насосом по уровню СКЛ 6
Блок СКЛ-6, аналогичен блоку HRH-5 и так же использует кондуктометрический метод определения наличия жидкости.
Блок СКЛ-6 способен управлять, как насосами на опорожнение, так и насосами, работающими на наполнение накопительной емкости.
Высочайшая надежность и точность управления по уровню, позволяет применять данное устройство не только в бытовых целях, но и в промышленности, для управления устройствами, требующих высокой надежности срабатывания.
Блок СКЛ-6 имеет модульную конструкцию с монтажом в распределительный шкаф на DIN рейку.
Конструктивно, блок состоит из двух независимых устройств регулирования уровня и может применяться, как для управления двумя насосами, так и для управления одним насосом по сигналу из двух емкостей или источников.
СКЛ-6 управляет оборудованием через два трехполюсных реле.
Реле рассчитано на малую мощность, поэтому насосы подключаются к нему исключительно через магнитный пускатель.
Принцип работы блока СКЛ-6 основан на электрической проводимости большинства видов жидкостей (вода, молоко и пр.). В жидкость помещаются электроды (не входят в комплект поставки) из нержавеющей стали. Электрический ток, имеющий низкое напряжение (10 В), протекает между электродами через жидкость и управляет коммутацией блока.
Во всех схемах, нижний электрод COM опускается как можно ниже. Если корпус емкости металлический, то вместо электрода клемму COM можно запитать на корпус емкости.
Примеры применения:
Установка уровня работы для погружного насоса в малодебитном источнике с одновременным регулированием уровня в накопительном баке.
Поддержание уровня воды в бассейне с наполнением в случае недостатка воды и откачиванием при излишке.
Включение резервного насоса при откачивании стоков, в случае, когда основной насос не справляется.
Другие схожие схемы
Рабочие характеристики
Напряжение питания - ~ 220В, 50-60 Гц
Принцип определения наличия воды - кондуктометрический
Гальваническая развязка датчиков - через трансформатор с электрической прочностью изоляции 6 кВ
Количество независимых каналов - 2
Количество датчиков каждого канала - 2
Максимальный ток нагрузки встроенных реле - 5 А
Выходной управляющий сигнал - переключающийся контакт
Примеры:
Вариант предыдущей схемы водоснабжения из источника, имеющего низкий дебит, но уже с применением блока СКЛ-6, который заменил два блока HRH-5.
Поддержание уровня воды в бассейне.
В данном случае, если уровень воды ниже определенного уровня, включается подающий насос (если вода подается из магистрального трубопровода, то насос можно заменить электромагнитным клапаном) и бассейн пополняется водой. Если уровень воды недопустимо повышается, включается откачивающий насос.
Как уже говорилось выше, данный блок можно использовать и для управления парой дренажных насосов. Схематически, рассматривать данный пример не будем, т.к. для этой цели предпочтительно применение приборов, которые будут рассмотрены далее.
Блок СКЛ-12 по принципу работы и устройству аналогичен выше рассмотренным блокам, работающим по принципу электрической проводимости жидкости.
Основное отличие данного блока заключается в его узкой специализации.
Блок СКЛ-12 предназначен для управление насосами откачки стоков из канализационных, дождевых и прочих колодцев, котлованов, водосборных приямков и прочих емкостей.
СКЛ-12 управляет двумя насосами - основным и резервным. Как правило, данная схема применяется в местах, где недопустимо переполнение колодцев.
При работе опрашиваются три датчика уровня и, в зависимости от ситуации, включаются один или два насоса. При этом, при повышении уровня жидкости, порядок их включения меняется - первым включается то один, то другой насос. Это приводит к более равномерному их износу и экономии ресурса.
Т.е. если при первом заполнении бака сначала включится первый насос, а затем второй, то при следующем заполнении, первым включится второй насос, а только затем – первый.
Датчики уровней устанавливаются в соответствующих местах в накопительном баке или приямке.
Общий провод либо присоединяется к корпусу бака (если он металлический), либо устанавливается ниже нижнего датчика.
Насосы подключаются к сети через нормально разомкнутые контакты соответствующих реле.
После включения прибор сразу готов к работе и, в зависимости от состояния датчиков, включает/выключает соответствующие насосы.
Прибор снабжен системой контроля исправности датчика первого уровня. Если система обнаруживает, что датчики второго и/или третьего уровня погружены в воду, а первого – нет, то отключаются оба реле и индикаторы второго и третьего уровней, а индикатор первого уровня начинает мигать.
Насосные установки , используемые для нормализации подачи водоснабжения имеют определенный гарантийный срок, но, чтобы его продлить целесообразно использовать автоматическое управление водяным насосом. Такое оборудование представляет собой установку, предотвращающую поломку закачивающего прибора при недостаточном уровне воды в источнике.
Если насосная подстанция работает без соответствующего датчика, повышается риск выхода ее из строя, так как не предназначены для работы «в сухую». В условиях дефицита жидкости оборудование начинает портиться и перегорать. Если установить датчик уровня воды, можно предотвратить подобные неприятности. Эта статья посвящена решению вопроса выбора защитного устройства, его принципа работы и особенностей.
Подбор реле для защиты насосной станции от холостого хода и поддержания оптимального уровня воды в домашних условиях требует не меньшего внимания, чем . В первую очередь вы должны учесть характеристики собственной скважины, а также воспользоваться косвенными советами:
- монтаж должен быть удобным и доступным. Поэтому не следует приобретать слишком массивные установки. Также они должны соответствовать характеристикам самого насоса;
- идеально, если ваш датчик обладает упрощенной автоматической регулировкой. Другими словами, устройство имеет способность самостоятельно отключаться от сети, пока вода в скважине не придет к прежнему уровню;
- следите за тем, чтобы защитное реле было хорошо гидроизолировано, так как попадание влаги на корпус выведет механизм из строя, если произойдет увеличение уровня жидкости;
- уточните у продавца, насколько деталь для насоса долговечна и надежна. Не помешает узнать, как влияет частая пропажа уровня воды в скважине на работу защиты;
- цена должна соответствовать оптимальным параметрам независимо от фирмы производителя. Варьироваться стоимость может из-за различного диапазона давления и общих технических характеристик.
Важно! Если вами был правильно сделан выбор и проведен монтаж, реле сможет самостоятельно остановить прибор без вреда для рабочего механизма насосного оборудования.
Рабочий механизм датчика. Как ведет себя конструкция во включенном виде?
Обычное реле холостого хода для насоса настроено на работу давления в диапазоне от 1 до 8 бар, при этом оно ориентируется по уровню жидкости. Внутренний механизм датчика представляет собой блок с настроенными пружинами, которые отвечают за двухсторонние пределы давления. Регулируются они специальными установленными гайками. Показатель давления контролирует мембранная пластина, при помощи которой пружина ослабляется при минимальном давлении и напрягается при достижении максимального значения.
Пружина датчика давления срабатывает при размыкании и смыкании контактов цепи. Если давление падает, происходит смыкание контактов, которое осуществляет датчик защиты и насос приходит в рабочее положение. В противоположном случае, насос отключается и не действует до тех пор, пока давление не нормализуется до оптимальных отметок.
Чтобы настроить правильную работу датчика понадобиться схема управления насосом. С целью точной настройки необходимо привести насосный агрегат в рабочее состояние - это позволит поднять давление воды в скважине. Регулировать работоспособность установки можно при помощи специально выведенных винтов под крышкой, которая защищает автоматику датчика.
Вы можете самостоятельно настроить пределы срабатывания защитного устройства. Для этого выполняем следующие действия последовательно.
- Фиксируем максимальный и минимальный предел давления по уровню жидкости в емкости, при которых насос находится в рабочем состоянии. Обязательно снимите показания с манометра.
- Отключаем насосную установку от электричества и разбираем защитный прибор.
- Снимаем крышку корпуса и немного отпускаем гайку, удерживающую маленькую пружину.
- Затем настраиваем минимальное давление: подтягиваем или отпускаем большую пружину также при помощи фиксирующей гайки.
- Открываем кран с целью снизить давление в системе трубопровода. При этом не забывайте контролировать срабатывание насоса.
- Обращаем внимание на показания манометра, если они оптимальны для вашего случая оставляем реле в таком состоянии, если нет - регулируем дальше.
Внимание! При настройке контролирующего датчика холостого хода вы должны учитывать возможности насосного агрегата. Например, если его заводское значение с потерями составляет порядка 3,5 бар, настраивать реле нужно на 3 бара. В противном случае есть вероятность перегрузки оборудования.
Несколько слов об автоматическом управлении насосом на воду
Устройства, основанные на схеме «автомат», могут пригодиться в домашних и фермерских условиях. Особенно важно наличие подобного оборудования в системах, где обязателен контроль уровня воды и ее давления.
Датчики, основанные на автоматической схеме управления, считаются полезными и не требующими постоянного наблюдения за оборудованием скважины, колодца или другого источника водоснабжения. Также подобные конструкции часто используются многофункционально.
Обратите внимание на схему автоматического управления насосом, она никак не связана с общим резервуаром, откуда поступает вода через насос.
Владельцы индивидуальных строений возводят около своих жилищ колодцы или артезианские скважины, которые обеспечивают их водой.
Еще несколько десятков лет назад ее носили ведрами. Однако мы живем в то время, когда система автоматизации стала доступной для простого человека.
Она способна значительно облегчить тяжелый физический труд, высвободить время для продуктивной интеллектуальной деятельности.
В публикуемой статье подобраны советы домашнему мастеру по изготовлению простого автомата управления водяным насосом на основе доступной микросхемы К561ЛА7. Он хорошо справляется с водоснабжением частного дома. Его несложно изготовить своими руками. Излагаемый материал дополняется поясняющими картинками, схемами и видеороликом.
Микросхема К561ЛА7 в качестве основного элемента логики
Ее производство было широко налажено во времена СССР. Конструктивным исполнение стал пластмассовый корпус с двумя рядами четырнадцати выводов: по 7 штук с каждой стороны.
В основу работы логики управления микросхемы КМОП структуры заложены четыре одинаковых элемента с двумя входами, работающими по принципу «И-НЕ».
Как сделать автоматику насосной станции
В статье рассматривается вопрос, когда водоснабжение дома уже организовано, то есть имеется колодец с водой и в нем смонтирован электрический насос, способный создавать необходимый напор для водоподъема.
Нам остается спланировать схему его управления в автоматическом режиме и выполнить ее монтаж отдельным блоком. Для этого потребуется и небольшой комплект электронных деталей.
Основные принципы работы силовой части
Управление насосом может проводиться двумя способами:
- в ручном режиме;
- автоматически.
Особенности подключения питания
Предлагаемый автомат предусматривает изготовление блока автоматики в виде отдельного корпуса, подключаемого в разрыв питания силовой цепи ручного режима.
Это означает, что обычный водяной насос, например, бюджетная модель «Ручеек», включается в работу после того, как вилка шнура его питания вставляется в розетку и на нее подается напряжение включением .
На блоке автоматики тоже делается шнур питания с вилкой и выходная розетка, от которой будет подаваться напряжение на насос. Это позволяет в любой момент перевести схему на работу в ручном режиме для того, чтобы выполнить профилактику или ремонт схемы управления.
Как контролируется уровень воды
Логическая часть микросхемы автоматики постоянно сканирует состояние датчиков. Они выполнены простыми металлическими электродами в виде стержней из проволоки со слоем изоляции для НП и ВП (внизу она снята), а для ОП - оголенный металл: нержавейка или алюминий. Их располагают на разных уровнях.
Нижнее положение воды в резервуаре оценивает датчик НП, а верхнее - ВП. Общий электрод ОП расположен так, что охватывает всю контролируемую область работы.
Подобное размещение позволяет микросхеме логики автомата определять наличие воды в резервуаре по прохождению токов, создаваемых приложенными потенциалами к электродам через жидкость. За счет этого судят об уровне:
- верхнем - когда токи протекают между НП-ОП и ВП-ОП;
- среднем - ток имеется только в цепи НП-ОП;
- нижнем - тока нет нигде.
Особенности крепления блока
Подобную схему я собрал соседу в гараж. У него там сделана яма для хранения овощей. Место расположения около горы оказалось не совсем удачным. Весной при таянии снега, летом и осенью в дождь вода способна затопить подвальное помещение и ему приходится ее откачивать.
Собранная схема автоматики значительно облегчила управление насосом. Она смонтирована в корпусе от старого электронного блока с возможностью установки на столе, стеллаже или стационарном креплении на стене. Хозяин просто поставил прибор на полку, расположенную на двухметровой высоте и подключил его в сеть.
Автоматика успешно работала два года. Затем хозяин случайно задел за корпус и уронил прибор на бетонный пол. Внутри блока произошло короткое замыкание, сгорел понижающий трансформатор и микросхема К561ЛА7.
Монтаж системы автоматики и ее крепление выполняйте надежно. Сразу исключайте возможность случайного падения и повреждения оборудования любыми способами. Обращайте внимание на .
Электронная схема
Для ее реализации используется микросхема К561ЛА7. Под нее создаются цепи:
- питания;
- контроля уровней воды датчиками;
- светодиодной индикации;
- управления коммутационным аппаратом.
Схема питания
Обратим внимание на:
- трансформатор;
- диодный мост;
- стабилизатор напряжения.
Трансформатор
Для питания электроники потребуется понижающий трансформатор 220/10-15 вольт с током от 60 мА или выше. Его можно намотать самостоятельно по методике, расписанной мной » или взять от старого лампового телевизора марки ТВК110Л. Также подобные модели не сложно купить через интернет в Китае или другой стране.
Диодный мост
Выбор КЦ405Е с допустимым током выпрямления 1000 мА в схеме приведен как пример. Вполне можно обойтись мостиком с уменьшенными номиналами или спаять диодную сборку из других доступных полупроводников с меньшей мощностью. Микросхема К561ЛА7 и подключенные к ней цепи управления не создают больших нагрузок.
Стабилизатор напряжения
Полупроводниковая сборка КРЕН8Б предназначена для стабилизации питания логической микросхемы на 12 вольт. Она выпускается в едином корпусе, широко применяется в радиоэлектронных устройствах.
Ее вполне можно заменить самодельным стабилизированным блоком питания на биполярных транзисторах, но особого смысла заниматься этим вопросом я не вижу.
Схема контроля уровня воды
Способ подключения
Соединение электродных датчиков с входами логической микросхемы осуществляется проводами. Для их прокладки удобно монтировать две цепи:
- внутреннюю в корпусе блока автоматики;
- внешнюю к электродам.
Чтобы их соединить на корпусе прибора устанавливают клеммник любой доступной конструкции. Во внешней цепи необходимо хорошо выполнить изоляцию проводов, защитить места пайки от попадания влаги и воздействия коррозии.
Откачивание воды из резервуара
Положение перемычки J1, выделенной на электронной схеме автоматики коричневым цветом, определяет логику откачивания насосной станции. Ставим ее в позицию 1-2.
Не стану полностью описывать работу электроники, а на возникающие вопросы отвечу в комментариях. Просто кратко укажу, что при уровне воды выше верхнего положения логика подает сигнал на откачку, а насос будет работать до тех пор, пока не уберет воду так, что осушит, разорвет цепь между нижним и общим датчиками.
Когда вода снова заполнит резервуар, дойдя до верхнего уровня, то насос автоматически повторит только что описанный цикл.
Закачивание воды внутрь резервуара
Перемычка J1 устанавливается в позицию 2-3. Насос работает на заполнение емкости от сухого состояния до верхнего уровня и прекращает закачку на нем. При осушении емкости цикл возобновляется.
Силовая схема подключения напорной и сливной магистрали насоса должна соответствовать выбранному режиму управления и положению перемычки J1 в блоке автоматики.
Схема светодиодной индикации
Светодиоды можно монтировать любые, однако выбранные с более ярким свечением будут заметнее.
Горение светодиода HL1 свидетельствует о подаче напряжения на насос, то есть о его включении, а HL2 - на схему питания всего блока.
Схема управления силовым выходным контактом
Оптопара U1 обеспечивает гальваническую развязку цепей управления, воды и симистора VS1, подающего питание 220 вольт на насос. Технические характеристики КУ208Г обеспечивают управление электродвигателями мощностью до двух киловатт, что обычно достаточно для бытовых целей.
Варианты изменения силового каскада
Для подключения более мощных электродвигателей потребуется применять симисторы, выдерживающие повышенные нагрузки.
Альтернативным решением схемы является отказ от симистора и применение реле или магнитного пускателя. С этой целью необходимо заменить транзисторный ключ VT1 более мощным. Например, допустимо собрать составной транзистор из двух: КТ315 + КТ815 или их аналогов. Для такого подключения используют схему Дарлингтона.
Она станет управлять обмоткой реле, подавать на нее напряжение.
Выходной контакт реле будет пропускать через себя ток нагрузки электродвигателя насоса. Чтобы увеличить его работоспособность рекомендуется все свободные контакты подключить параллельно, обеспечить их одновременное срабатывание.
При задействовании в схеме электроснабжения реле или пускателя необходимо уточнить мощность блока питания и характеристики понижающего трансформатора: возможно, его придется заменять усиленной моделью.
Стоит заметить, что собранная по любому из вариантов схема автоматики насоса работает сразу без необходимости сложной наладки. Главное условие: исключить ошибки при ее монтаже. Сборку блока автоматики допустимо выполнять навесным методом. Но лучше использовать печатную плату.
В статье описывается простая и надежная схема управления электронасосом. Несмотря на предельную простоту схемы устройство может работать в двух режимах: водоподъем и дренаж.
На дачном участке или в фермерском хозяйстве без воды обойтись просто невозможно. В таких отдаленных местах централизованного водопровода, как правило, нет, поэтому способов добычи воды здесь не так уж и много. Это колодец, скважина или открытый водоем. Если на дачном участке есть электричество, то проблему водоснабжения лучше всего решить с помощью электронасоса.
При этом насос может работать либо в режиме наполнения емкости, либо в дренажном режиме - выкачивании воды из емкости, колодца или скважины. В первом случае возможен перелив через край емкости, а во втором случае, сухой ход насоса. Для любого насоса такой режим очень вреден тем, что без воды ухудшаются условия охлаждения, и мотор может выйти из строя. Поэтому, даже в таких простейших случаях, требуется схема управления насосом.
Для устройства дачного водоснабжения на некотором возвышении желательно установить емкость, в которую насосом будет подаваться вода. В нужные места участка и дома вода из емкости будет подаваться с помощью водопроводных труб. В летнее время будет обеспечен подогретой солнечными лучами водой, а после работы на участке можно будет принять душ.
Один из возможных вариантов схемы показан на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема управления садовым насосом.
Количество деталей схемы невелико, что позволяет собрать ее методом навесного монтажа просто на куске пластмассы или даже фанеры, без разработки печатной платы. Надежность работы ее очень велика, ведь при таком количестве деталей ломаться просто нечему.
Включение - выключение насоса производится нормально-замкнутым контактом реле K1.1. Переключателем S2 выбирается режим работы (Водоподъем - Дренаж). На схеме переключатель находится в положении «Водоподъем».
Уровень воды в резервуаре контролируется датчиками F1 и F2. Конструкция датчиков и самой схемы такова, что корпус резервуара ни с чем не соединен, поэтому электрохимическая коррозия резервуара полностью исключена. Более того, резервуар может быть выполнен из пластмассы или дерева, поэтому возможно применение даже обычной деревянной бочки.
Возможный вариант конструкции датчиков. Датчик для автоматического уравления наосом можно сделать из двух планок из изоляционного материала, который не смачивается водой. Это может быть оргстекло или фторопласт, а токопроводящие пластины желательно выполнить из нержавеющей стали. Очень подойдут для этих целей лезвия от безопасных бритв.
Еще один вариант датчика - просто три стержня диаметром около 4 - 6 мм, укрепленных на общем изолирующем основании: средний электрод подсоединен к базе транзистора, а два других, просто обрезаны на нужную длину, как на принципиальной схеме.
При включении питания выключателем S1, если уровень воды ниже датчика F1 катушка реле K1 обесточена, поэтому насос запустится через нормально-замкнутые контакты реле K1.1. Когда вода поднимется до датчика верхнего уровня F1, откроется транзистор VT1, который включит реле K1. Его нормально-замкнутые контакты K1.1 разомкнутся и насос остановится.
Одновременно с этим замкнутся контакты реле K1.2, которые подключат электрод нижнего уровня F2 к базе транзистора VT1. Поэтому при убывании уровня воды ниже датчика F1 отключения реле не происходит (напомним, что запуск насоса осуществляется при отпущенном реле K1), так как транзистор открыт током базы по цепочке R2, K1.2 F2 и реле K1 удерживается в включенном состоянии. Поэтому насос не запускается.
Когда уровень воды опустится ниже электрода F2, ток базы прервется, и транзистор VT1 закроется и выключит реле K1, нормально-замкнутые контакты которого запустят насос. Далее цикл повторится снова. Если переключатель S2 установить в правое по схеме положение, то насос будет работать в дренажном режиме. При этом следует учесть такое обстоятельство: если это насос погружного типа, во избежание сухого хода его заборная часть должна находиться ниже датчика нижнего уровня F2.
Несколько слов о деталях . Схема некритична к типам используемых деталей. В качестве трансформатора подойдет любой маломощный трансформатор, например от трехпрограммных вещательных приемников или от китайских адаптеров постоянного тока. При этом напряжение на конденсаторе C1 должно быть не менее 24 В.
Вместо диодов КД212А подойдут любые с выпрямленным током около 1 А и обратным напряжением не менее 100 В. транзистор VT1 можно заменить на КТ829 с любой буквой или на КТ972А. конденсатор C1 типа К50-35 или импортный.
Светодиод HL1 указывает на подключение устройства к сети. Его можно заменить любым светодиодом красного цвета свечения. В схеме используется реле типа ТКЕ52ПОД, которое можно заменить любым с катушкой на напряжение 24 В и с контактами, способными выдержать ток, потребляемый насосом.
Правильно собранное из исправных деталей устройство управления насосом в наладке, как правило, не нуждается. Но перед установкой его в резервуар лучше произвести проверку, что называется, на столе: вместо насоса временно подключить лампочку небольшой мощности, а работу электродов можно имитировать и в стакане с водой, а то и вовсе без воды.
Для этого надо включить схему при этом лампочка должна зажечься. Потом замкнуть электрод F2, - лампочка продолжает гореть. Не размыкая электрода F2, замкнуть электрод F1, и лампочка должна погаснуть.
После этого последовательно разомкнуть электроды F1 и F2, - лампочка погаснет только после размыкания последнего. Если все сработает именно так, то можно смело подключать насос и пользоваться собственной водокачкой.
Борис Аладышкин
