Схема для автоматической откачки воды. Микросхема К561ЛА7 и автоматика насосной станции на ней своими руками для частного дома. Устройство управления «Высота»
Для автоматизации многих производственных процессов необходимо контролировать уровень воды в резервуаре, измерение проводится при помощи специального датчика, подающего сигнал, когда технологическая среда достигнет определенного уровня. Без уровнемеров невозможно обойтись и в быту, яркий пример этому – запорная арматура бачка унитаза или автоматика для отключения насоса скважины. Давайте рассмотрим различные виды датчиков уровня, их конструкцию и принцип работы. Эта информация будет полезной при выборе устройства под определенную задачу или изготовлении датчика своими руками.
Конструкция и принцип действия
Конструктивное исполнение измерительных устройств данного типа определяется следующими параметрами:
- Функциональностью, в зависимости от этого устройства принято делить на сигнализаторы и уровнемеры. Первые отслеживают конкретную точку заполнения резервуара (минимальную или максимальную), вторые осуществляют беспрерывный мониторинг уровня.
- Принципом действия, в его основу может быть положены: гидростатика, электропроводность, магнетизм, оптика, акустика и т.д. Собственно, это основной параметр, определяющий сферу применения.
- Методом измерения (контактный или бесконтактный).
Помимо этого, особенности конструкции определяет характер технологической среды. Одно дело — измерять высоту питьевой воды в баке, другое — проверять наполнение резервуаров для промышленных стоков. В последнем случае необходима соответствующая защита.
Виды датчиков уровня
В зависимости от принципа действия, сигнализаторы принято делить на следующие виды:
- поплавочного типа;
- использующие ультразвуковые волны;
- устройства с емкостным принципом определения уровня;
- электродные;
- радарного типа;
- работающие по гидростатическому принципу.
Поскольку эти типы наиболее распространены, рассмотрим каждый из них в отдельности.
Поплавковый
Это наиболее простой, но, тем не менее, действенный и надежный способ измерения жидкости в баке или другой емкости. С примером реализации можно ознакомиться на рисунке 2.
Рис. 2. Поплавковый датчик для управления насосом
Конструкция состоит из поплавка с магнитом и двух герконов, установленных в контрольных точках. Кратко опишем принцип действия:
- Емкость опустошается до критического минимума (А на рис. 2), при этом поплавок опускается до уровня, где расположен геркон 2, он включает реле, подающее питание на насос, закачивающий воду из скважины.
- Вода доходит до максимальной отметки, поплавок поднимается до места расположения геркона 1, он срабатывает и реле отключается, соответственно, двигатель насоса прекращает работать.
Такой герконовый сигнализатор сделать самостоятельно довольно просто, а его настройка сводится к установке уровней включения-выключения.
Заметим, что если правильно выбрать материал для поплавка, датчик уровня воды будет работать, даже при наличии слоя пены в резервуаре.
Ультразвуковой
Этот тип измерителей может использоваться как для жидкой, так и сухой среды, при этом у него может быть аналоговый или дискретный выход. То есть, датчик может ограничивать заполнение по достижению определенной точки или отслеживать его постоянно. Устройство включает в себя ультразвуковой излучатель, приемник и контроллер обработки сигнала. Принцип работы сигнализатора продемонстрирован на рисунке 3.
Рис. 3. Принцип работы ультразвукового датчика уровня
Работает система следующим образом:
- излучается ультразвуковой импульс;
- принимается отраженный сигнал;
- анализируется длительность затухания сигнала. Если бак полный, она будет короткой (А рис. 3), а по мере опустошения начнет увеличиваться (В рис. 3).
Ультразвуковой сигнализатор бесконтактный и беспроводной, поэтому он может использоваться даже в агрессивных и взрывоопасных средах. После первичной настройки, такой датчик не требует никакого специализированного обслуживания, а отсутствие подвижных частей существенно продлевает срок эксплуатации.
Электродный
Электродные (кондуктометрические) сигнализаторы позволяют контролировать один или несколько уровней электропроводящей среды (то есть, для измерения наполнения бака дистиллированной водой они не подходят). Пример использования устройства приведен на рисунке 4.
Рисунок 4. Измерение уровня жидкости кондуктометрическими датчиками
В приведенном примере задействован трехуровневый сигнализатор, в котором два электрода контролируют заполнение емкости, а третий является аварийным, для включения режима интенсивной откачки.
Емкостной
При помощи этих сигнализаторов можно определять максимальное заполнение емкости, причем, в качестве технологической среды могут выступать как жидкость, так и сыпучие вещества смешанного состава (см. рис. 5).
Рис. 5. Емкостной датчик уровня
Принцип работы сигнализатора такой же, как у конденсатора: проводится измерение емкости между пластинами чувствительного элемента. Когда она достигнет порогового значения, подается сигнал на контроллер. В некоторых случаях задействовано исполнение «сухой контакт», то есть уровнемер работает через стенку бака в изоляции от технологической среды.
Данные устройства могут функционировать в широком температурном диапазоне, на них не влияют электромагнитные поля, а срабатывание возможно на большом расстоянии. Такие характеристики существенно расширяют сферу применения вплоть до тяжелых условий эксплуатации.
Радарный
Этот вид сигнализаторов можно действительно назвать универсальным, поскольку он может работать с любой технологической средой, включая агрессивную и взрывоопасную, причем, давление и температура не будут влиять на показания. Пример работы устройства приведен на рисунке ниже.
Устройство излучает радиоволны в узком диапазоне (несколько гигагерц), приемник ловит отраженный сигнал и по времени его задержки определяет наполняемость емкости. На измеряющий датчик не влияет давление, температура или характер технологической среды. Запыленность также не отражается на показаниях, чего не скажешь о лазерных сигнализаторах. Также необходимо отметить высокую точность приборов данного типа, их погрешность составляет не более одного миллиметра.
Гидростатический
Эти сигнализаторы могут измерять как предельное, так и текущее заполнение резервуаров. Их принцип действия продемонстрирован на рисунке 7.
Рисунок 7. Измерение заполнения гиростатическим датчиком
Устройство построено по принципу измерения уровня давления, произведенного столбом жидкости. Приемлемая точность и небольшая стоимость сделали данный вид довольно популярным.
В рамках статьи мы не можем осмотреть все типы сигнализаторов, например, ротационно-флажковых, для определения сыпучих веществ (идет сигнал, когда лепесток вентилятора застрянет в сыпучей среде, предварительно вырыв приямок). Так же нет смысла рассматривать принцип действия радиоизотопных измерителей, тем более рекомендовать их для проверки уровня питьевой воды.
Как выбрать?
Выбор датчика уровня воды в резервуаре зависит от многих факторов, основные из них:
- Состав жидкости. В зависимости от содержания в воде посторонних примесей может меняться плотность и электропроводность раствора, что с большой вероятностью отразится на показаниях.
- Объем резервуара и материал, из которого он изготовлен.
- Функциональное назначение емкости для накопления жидкости.
- Необходимость контролировать минимальный и максимальный уровень, или требуется мониторинг текущего состояния.
- Допустимость интеграции в систему автоматизированного управления.
- Коммутационные возможности устройства.
Это далеко не полный список для выбора измерительных приборов данного типа. Естественно, что для бытового назначения можно существенно сократить критерии отбора, ограничив их объемом резервуара, типом срабатывания и схемой управления. Существенное сокращение требований делает возможным самостоятельное изготовление подобного устройства.
Делаем датчик уровня воды в резервуаре своими руками
Допустим, есть задача автоматизировать работу погружного насоса для водоснабжения дачи. Как правило, вода поступает в накопительную емкость, следовательно, нам необходимо сделать так, чтобы насос автоматически выключался при ее заполнении. Совсем не обязательно для этой цели покупать лазерный или радиолокационный сигнализатор уровня, собственно, никакой приобретать не нужно. Несложная задача требует простого решения, оно показано на рисунке 8.
Для решения задачи понадобится магнитный пускатель с катушкой на 220 вольт и два геркона: минимального уровня — на замыкание, максимального — на размыкание. Схема подключения насоса проста и, что немаловажно, безопасна. Принцип работы был описан выше, но повторим его:
- По мере набора воды поплавок с магнитом постепенно поднимается, пока не дойдет до геркона максимального уровня.
- Магнитное поле размыкает геркон, отключая катушку пускателя, что приводит к обесточиванию двигателя.
- По мере расхода воды, поплавок опускается, пока не достигнет минимальной отметки напротив нижнего геркона, его контакты замыкаются, и поступает напряжение на катушку пускателя, подающего напряжение на насос. Такой датчик уровня воды в резервуаре может работать десятилетиями, в отличие от электронной системы управления.
Зачастую бывает мало иметь только насос для откачки или пополнения воды, еще необходимо и управлять им, то есть включать и включать вовремя. Все бы ничего если подобные процессы у вас запланированы, а если нет, то как же быть? Скажем, у вас есть погреб, где вода прибывает… Или обратная ситуация. Есть бак, который должен быть всегда полный, готов для полива. В течение дня вода согревается, а вечером вы поливаете. Так вот, за тем и другим необходимо постоянно следить, а это все время, заботы, ваши труды. Но в наш век такие задачи уже решаются на раз-два, то есть можно автоматизировать процесс. В итоге, автоматика будет все выполнять за вас, накачивать или откачивать воду, а вам лишь останется очень редко следить за ней. Проверять ее работоспособность. Что же, моя статья как раз и будет посвящена такой теме как реализация схемы по откачки или накачке воды по уровню, далее расскажуоб этом более подробно и предметно.
Схема управления (отключения) насосом на откачку воды по уровню
Начну со схемы по откачке воды, то есть когда перед вами стоит задача откачивать воду до определенного уровня, а затем отключать насос, чтобы он не работал на холостом ходу. Взгляните на схему ниже.
Именно такая принципиальная электрическая схема способна обеспечить откачку воды, до заданного уровня. Давайте разберем принцип ее работы, что здесь и зачем.
Итак, представим что вода пополняет наш резервуар, не важно что это ваше помещение, погреб или бак… В итоге, когда вода доходит до верхнего геркона SV1, то на катушку управляющего реле Р1 подается напряжение. Его контакты замыкаются, и через них происходит параллельное подключение геркону. Таким образом реле самоподхватывается. Также включается и силовое реле Р2, которое коммутирует контакты насоса, то есть насос включается на откачку. Далее уровень воды начинает понижаться и доходит до геркона SV2, в этом случае замыкается он и подает положительный потенциал на обмотку катушки. В итоге, на катушке с двух сторон оказывается положительный потенциал, ток не идет, магнитное поле реле ослабевает - реле Р1 отключается. При отключении Р1 отключается и подача питания для реле Р2, то есть насос тоже перестает откачивать воду. В зависимости от мощности насоса, вы можете подобрать реле на необходимый вам ток.
Я ничего не сказал о резисторе 200 Ом. Он необходимо для того, чтобы в процессе включения геркона SV2 не произошло короткого замыкания с минусом, через контакты реле. Резистор лучше всего подобрать такой, чтобы он позволял уверенно срабатывать реле Р1, но был при этом максимально большого возможного потенциала. В моем случае это было 200 Ом. Еще одной особенность схемы является применение герконов. Их плюс при применении очевиден, они не контактируют с водой, а значит, на электрическую схему не будут влиять возможные изменения токов и потенциалов при различных жизненных ситуациях, будь то вода соленая или грязная… Схема будет работать всегда стабильно и «без осечек». Не требуется настройки схемы, все работает сразу, при правильном соединении.
Спустя 2 месяца...
Теперь о том, что было сделано пару месяцев спустя, исходя из требований к уменьшению потребления питания в режиме ожидания. То есть это уже вторая версия всего того, о чем я рассказали выше.
Сами понимаете, что согласно схемы выше будет включен постоянно блок питания на 12 вольт, который между прочим тоже потребляет не бесплатное электричество! А исходя из этого было принято решение сделать схему для срабатывания насоса для откачки или налива воды с током в режиме ожидания равным 0 мА. На самом деле реализовать это оказалось легко. Взгляните на схему ниже.
Первоначально в схеме все цепи разомкнуты, а значит она потребляет наши заявленные 0 мА, то есть ничего. Когда же замыкается верхний геркон, то напряжение через трансформатор и диодный мостик включает реле Р1. Таким образом реле коммутирует через свои контакты и резистор 36 Ом питание на блок питание и опять на саму себя же, то есть самоподхватывается. Насос включается. Далее, когда уровень воды доходит до низа и срабатывает реле Р2, то оно разрывает ту саму цепь самоподхватывания реле Р1, таким образом обесточивая всю схему и приводя его в режим ожидания. Резистор 36 Ом служит для того, чтобы во время включения верхнего геркона ограничить ток на насос, хотя бы немного. Тем самым снизив индукционный ток на герконе и продлив его жизнь. Когда же блок питания будет запитан уже через реле Р1, после его срабатывание, то такое сопротивление без проблем обеспечит напряжение для удержания реле, то есть будет не критично, а во вторых не будет греться, так как через него будет протекать незначительный ток. Это лишь ток от потерь в обмотке и ток на питание реле Р1. Поэтому требования к резистору не критичны, разве что взять его помощнее!
Осталось сказать о том, что в любой из этих схем могут использоваться не только геркон, но и просто концевые датчики.
Что же, теперь давайте разберем обратную ситуацию, когда необходимо воду наоборот закачивать в бак и отключать при высоком уровне в нем. То есть насос включается при низком уровне воды, а выключается при высоком.
"+" - простота сборки и не требует наладки. Не потребляет ток в режиме ожидания!
"-" - В системе имеется концевой датчик работающий с высоким напряжение, поэтому лучше его вынести за пределы воды
Схема управления (отключения) насосом на налив воды по уровню
Если вы охватите нашу статью всю бегло и разом своим взглядом, то заметите, что второй схемы мы просто напросто в статье я не привел, кроме той, что выше.
На самом деле, это само собой разумеющийся факт, ведь чем по сути отличается схема откачивания от схемы накачивания, разве что тем, что герконы расположены один снизу второй внизу. То есть если переставить местами герконы, или переподключить контакты к ним, то одна схема превратиться в другую.
Резюмирую, что для того чтобы переделать вышеприложенную схему в схему по накачке воды, поменяйте местами герконы. В итоге, насос будет включать от нижнего датчика – геркона SV1, а отключаться на верхнем уровне от геркона SV2.
Реализация установки герконов в качестве концевых датчиков для срабатывания насоса в зависимости от уровня воды
Кроме электрической схемы, вам необходимо будет сделать и конструкцию обеспечивающую замыкание герконов, в зависимости от уровня воды. Я со свой стороны могу предложить вам парочку вариантов, которые будут удовлетворять таким условиям. Взгляните на них ниже.
В первом случае реализована конструкция с использованием нити, троса. Во втором жесткая конструкция, когда магниты установлены на стержне, плавающем на поплавке. Описывать элементы каждой из конструкций особого смысла нет, здесь в принципе и так все предельно понятно.
Подключение насоса по схеме срабатывания в зависимости от уровня воды в баке – подводя итоги
Самое главное, это то, что данные схема очень проста, не требует наладки и повторить ее может практически любой, даже не имея опыта работы с электроникой. Второе, схема очень надежная и потребляет минимальную мощность в режиме ожидания (1 вариант) или вовсе ничего (2 вариант), так как все ее цепи разомкнуты. Это значит, что потребление будет ограничиваться лишь потерями тока в блоке питания (1 вариант) или того менее!
Видео о работе датчиков уровня для накачивания и откачивания воды
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.
Когда возникает необходимость контроля уровня жидкости, многие выполняют эту работу вручную, а ведь это крайне неэффективно, отнимает уйму времени и сил, а последствия недосмотра могут обойтись очень дорого: например, затопленная квартира или сгоревший насос. Этого можно легко избежать, используя поплавковые датчики уровня воды. Это простые по конструкции и принципу действия устройства, доступные по цене.
В домашних условиях датчики этого типа позволяют автоматизировать такие процессы, как:
- контроль уровня жидкости в расходном баке;
- откачка грунтовых вод из погреба;
- отключение насоса, когда уровень в колодце падает ниже допустимого, и некоторые другие.
Принцип действия поплавкового датчика
В жидкость помещается предмет, который в ней не тонет. Это может быть кусок дерева или пенопласта, полая герметичная сфера из пластмассы или металла и многое другое. При изменении уровня жидкости этот предмет будет подниматься или опускаться вместе с ней. Если поплавок соединить с исполнительным механизмом, то он будет выполнять функции датчика уровня воды в ёмкости.
Классификация оборудования
Поплавковые датчики могут самостоятельно осуществлять контроль над уровнем жидкости или подавать сигнал в схему контроля. По этому принципу их можно разделить на две большие группы: механические и электрические.
Механические устройства
К механическим относятся самые разнообразные поплавковые клапаны уровня воды в баке. Принцип их действия состоит в том, что поплавок соединён с рычагом, при изменении уровня жидкости поплавок перемещает вверх или вниз этот рычаг
, а он, в свою очередь, воздействует на клапан, который и перекрывает (открывает) подачу воды. Такие клапаны можно увидеть в сливных бачках унитазов. Их очень удобно использовать там, где нужно постоянно добавлять воду из центральной системы водоснабжения.
Механические датчики обладают рядом преимуществ:
- простота конструкции;
- компактность;
- безопасность;
- автономность - не требуют никаких источников электроэнергии;
- надёжность;
- дешевизна;
- лёгкость установки и настройки.
Но у этих датчиков есть один существенный недостаток: они могут контролировать только один (верхний) уровень, который зависит от места монтажа, и регулировать его, если и можно, то в очень небольших пределах. В продаже такой клапан может называться «кран поплавковый для ёмкостей».
Электрические датчики
Электрический датчик уровня жидкости (поплавковый), отличается от механического тем, что сам он воду не перекрывает. Поплавок, перемещаясь при изменении количества жидкости, воздействует на электрические контакты, которые включены в схему управления. На основании этих сигналов автоматическая система контроля принимает решение о необходимости тех или иных действий. В простейшем случае такой датчик имеет поплавок. Этот поплавок воздействует на контакт, через который происходит включение насоса.
В качестве контактов чаще всего применяют герконы . Геркон - это стеклянная герметичная колба с контактами внутри. Переключение этих контактов происходит под действием магнитного поля. Герконы имеют миниатюрные размеры и легко размещаются внутри тонкой трубки из немагнитного материала (пластик, алюминий). По трубке под действием жидкости свободно перемещается поплавок с магнитом, при приближении которого контакты срабатывают. Вся эта система устанавливается вертикально в резервуар . Меняя положение геркона внутри трубки, можно регулировать момент срабатывания автоматики.
Если нужно следить за верхним уровнем в резервуаре, то датчик устанавливают вверху. Как только уровень опустится ниже установленного, контакт замкнётся, насос включится. Вода начнёт прибавляться, и когда уровень воды дойдёт до верхнего предела, поплавок вернётся в исходное состояние, и насос отключится. Однако на практике такую схему применять нельзя. Дело в том, что датчик срабатывает при малейшем изменении уровня, вслед за этим включается насос, уровень поднимается, и насос отключается. Если расход воды из ёмкости меньше , чем подача, возникает ситуация, когда насос постоянно включается и отключается, при этом он быстро перегревается и выходит из строя.
Поэтому датчики уровня воды
для управления насосом работают иначе. В ёмкости располагают минимум два контакта. Один отвечает за верхний уровень, он отключает насос. Второй определяет положение нижнего уровня, при достижении которого насос включается. Таким образом, значительно сокращается число пусков, что обеспечивает надёжную работу всей системы. Если разница уровней небольшая, то удобно использовать трубку с двумя герконами внутри и один поплавок, который их коммутирует. При разнице больше метра применяют два отдельных датчика, установленных на требуемых высотах.
Несмотря на более сложную конструкцию и необходимость схемы управления, электрические поплавковые датчики позволяют полностью автоматизировать процесс управления уровнем жидкости.
Если через такие датчики подключить лампочки , то их можно использовать для визуального контроля количества жидкости в резервуаре.
Самодельный поплавковый выключатель
Если у вас есть время и желание, то простейший поплавковый датчик уровня воды можно сделать своими руками, и расходы на него будут минимальны.
Механическая система
Для того чтобы максимально упростить
конструкцию, в качестве запирающего устройства будем использовать шаровый клапан (кран). Хорошо подойдут самые маленькие клапаны (полудюймовые и меньше). Такой кран имеет ручку, которой он закрывается. Для переделки его в датчик необходимо удлинить эту ручку полоской металла. Полоска крепится к ручке через просверлённые в ней отверстия соответствующими винтами. Сечение этого рычага должно быть минимальным, но при этом он не должен изгибаться под действием поплавка. Длина его около 50 см. Поплавок крепится на конце этого рычага.
В качестве поплавка можно использовать двухлитровую пластиковую бутылку от газировки. Бутылка наполовину заполняется водой.
Проверить работу системы можно, не устанавливая её в резервуар. Для этого установите кран вертикально, а рычаг с поплавком поставьте в горизонтальное положение. Если все сделано правильно, то под действием массы воды в бутылки, рычаг начнёт двигаться вниз и займёт вертикальное положение, вместе с ним провернётся и ручка клапана. Теперь погрузите устройство в воду. Бутылка должна всплыть и повернуть ручку клапана.
Так как клапаны различаются размерами и усилием, которое нужно приложить для их переключения, возможно, нужно будет провести настройку системы. В случае если поплавок не может провернуть клапан, можно увеличить длину рычага или взять бутылку большего объёма .
Монтируем датчик в ёмкости на необходимом уровне в горизонтальном положении, при этом в вертикальном положении поплавка клапан должен быть открыт, а в горизонтальном - закрыт.
Датчик электрического типа
Для самостоятельного изготовления датчика этого типа, кроме обычного инструмента, понадобится:
Последовательность изготовления следующая:
При изменении уровня жидкости вместе с ней перемещается и поплавок, который действует на электрический контакт для контроля уровня воды в баке. Схема управления с таким датчиком может иметь вид, представленный на рисунке. Точки 1, 2, 3 — это точки подключения провода, который идёт от нашего датчика. Точка 2 — это общая точка.
Рассмотрим принцип действия самодельного устройства. Допустим, в момент включения резервуар пуст, поплавок находится в положении нижнего уровня (НУ), этот контакт замыкается и подаёт питание на реле (Р).
Реле срабатывает и замыкает контакты Р1 и Р2. Р1 — это контакт самоблокировки. Он нужен для того, чтобы реле не отключилось (насос продолжал работать), когда вода начнёт прибывать, и контакт НУ разомкнётся. Контакт Р2 подключает насос (Н) к источнику питания.
Когда уровень поднимется до верхнего значения, сработает геркон и разомкнёт свой контакт ВУ. Реле будет обесточено, оно разомкнёт свои контакты Р1 и Р2, и насос отключится.
С уменьшением количества воды в резервуаре поплавок начнёт опускаться, но пока он не займёт нижнее положение и не замкнёт контакт НУ, насос не включится. Когда это произойдёт, цикл работы повторится заново.
Вот так работает поплавковый выключатель контроля уровня воды .
В процессе эксплуатации необходимо периодически очищать трубу и поплавок от загрязнений. Герконы выдерживают огромное количество переключений, поэтому такой датчик прослужит долгие годы.
