Система управления насосами: принцип работы, комплектующие

Система контроля уровня воды

В этой статье мастер-самодельщик расскажет нам, как сделать систему мониторинга и управления уровнем воды в емкости. Это простая и надежная система.Её ключевые особенности следующие:

Мониторинг уровня воды в реальном времени. Автоматическое включение / выключение насоса. Аварийное выключение насоса. Инструменты и материалы: -Arduino Pro mini; -Ультразвуковой датчик HC-SR04; -Модуль MAX485; -ЖК-модуль i2c; -ЖК-дисплей 1602; — Микроконтроллер ATTINY45 / 85; -Регулятор напряжения LM7805; -NPN-транзистор (2n3904); -N-канальный МОП-транзистор IRFD024PBF; -Диод 1N4007; -5-контактный разъем; -4-контактный разъем; -2-контактный разъем; -Клеммы с 2 контактами (синие) — 2 шт; -Клемма с 2 контактами (зеленая); -Гнездо постоянного тока (- 2 шт -Аудио разъем (папа/мама) — 2 шт; -Резистор 1 кОм; -Резистор 10 кОм — 3 шт; -Конденсатор 100 нФ — 3 шт; -Конденсатор 100 мкФ; — Кнопка SMD,6×3.5mm; -DIP-переключатели (SPST 2) — 2 шт; -Кнопка включения; -Тумблер; -Реле 12 В постоянного тока; -Релейный контактор; -Блок питания постоянного тока 5 В (> 200 мА); -Блок питания постоянного тока 12 В (> 500 мА); -Коробки для корпуса подходящего размера; -Крепеж; -Паяльные принадлежности; -Отвертка; -Провода;

Прорежьте отверстия и горячим клеем закрепите датчик на месте.

Так же контроль ведется с помощью двух болтов в цепи, которых установлен транзистор. Микроконтроллер считывает данные с обоих этих датчиков и отправляет данные на Arduino, установленное в блоке контроллера.

Сначала мастер хотел отправить данные через радиочастотные модули HC-12. Но диапазон этих модулей не соответствует запросам. Мастер использовал преобразователь MAX485 TTL в RS485 и сделал небольшую переходную плату, чтобы установить ее вместо модулей HC-12. Схему и ссылку на плату можно скачать по этому адресу. Монтаж осуществляется следующим образом: HC-SR04 к главной цепи: Vcc — 5 В (CN1). trig — trigPin (CN1). echo — echoPin (CN1). Gnd — GND (CN1).

Болты М3 к главной цепи: Болт 1 — 5 В (CN1). Болт 2 — 100 (CN1).

Модуль MAX485 (TX): VCC — 5 В (разъем HC-12) А — 1/4-дюймовый аудиоразъем. B — 1/4-дюймовый аудиоразъем. GND — GND (разъем HC-12) R0 — RX (разъем HC-12) RE — VCC (MAX485) или 5V. DE — RE (сокращенно RE и DE). DI — TX (разъем HC-12).

Гнездо постоянного тока (разъем P1): Tip — 5V Sleeve — GND

Ссылка на принципиальную схему и конструкции печатной платы для передатчика и приемника находится здесь.

ЖК-модуль i2c напрямую припаивается к 1602 LCD. Перемычка подсветки на модуле i2c подключена к тумблеру для включения / выключения. Аварийная кнопка (большая) подключается к главной цепи через разъем P4. ЖК-модуль i2c к главной цепи (CN4): GND — CN4-1 (GND1). VCC — CN4-2 (5V). SCL — CN4-3 (А5). SDA — CN4-4(A4).

Соединения релейных контакторов:

A1 — 230 VAC1 (ноль). A2 — NO (контакт реле). S1 — 230 VAC1 (ноль). S2 — 230 VAC2 (фаза) L1 — Провод двигателя насоса 1 L2 — Провод двигателя насоса 2. Подключите контакт COM реле к 230 VAC2 (линия).

Источник

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Устройство и принцип действия станции

Схема и контроль

В комплектацию такого оборудования входят следующие приборы:

• Погружной насос;
• Аккумулятор;
• Устройства управления;
• Обратный клапан.

Устройство, отвечающее за подачу воды, состоит из напорной камеры с поршнем и резиновым клапаном. Создаваемые электромагнитным приводом колебания приводят в движение поршень. Он, совершая возвратно-поступательные движения осуществляет выталкивание жидкости из выходного патрубка.

Аккумулятор для станции управления вибрационным насосом заключен в стальной корпус. Внутри него находится мембрана из специальной резины. Поскольку устройству приходится работать при погружении в жидкость, то оно отличается хорошей гидроизоляцией. Пространство между стенками корпуса и мембраной заполнено воздухом, который закачивается под давлением. Для этого используется пневмоклапан. Основным назначением гидроаккумулятора является поддержание и плавная регулировка давления в трубопроводе.

Принцип действия всей станции управления погружным насосом в целом заключается в следующем. При открывании водопроводного крана жидкость поступает к потребителю из гидроаккумулятора. Это приводит к падению давления в системе и, следовательно, к включению насоса, которое контролирует электроконтактный манометр управления насосной станцией.

Смотрим видео, подробный алгоритм работы:

Как только потребление воды прекращается жидкость поступает в аккумулятор для пополнения запаса в нем. В это же время она подается и в трубопровод, приведя к повышению давления. Как только будет превышен пороговый уровень насос автоматически выключается.

Вариант автоматики по уровню воды

Для реализации такой схемы потребуется накопительный резервуар, ёмкость его должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить большой расход воды без включения насоса. Можно реализовать несколько схем автоматики управления насосом. Простейшей является поплавковая схема. Поплавок в этом случае плавает на поверхности воды и через механическую систему управляет контактами. При достижении уровня воды нижнего предела контакты замыкаются и включают насос. Когда уровень воды повышается, контакты размыкаются и насос останавливается.

Интересной и достаточно надёжной является реализации поплавковой схемы с помощью герконов, такую схему можно собрать своими руками в домашних условиях. Для изготовления автоматики управления насосом понадобится два геркона и один магнитный пускатель. Геркон — это электромеханическое устройство, состоящее из магнитоуправляемых контактов, которые находятся в вакуумной герметичной стеклянной колбе, благодаря чему при работе отсутствует искрение, что делает это устройство надёжным и долговечным. На поплавок крепится шток с закреплённым на нём магнитом.

Шток помещается в направляющую трубку, к боковой поверхности трубки на уровнях включения и выключения оборудования крепятся герконы. Нужно помнить, что конструкция не должна реагировать на действие магнита. Верхний геркон должен иметь нормально разомкнутые контакты, нижний — нормально замкнутые. При прохождении магнитом геркона у него срабатывают контакты и управляют катушкой магнитного пускателя. На входные силовые контакты пускателя подаётся напряжение, к ним подключается двигатель.

Более совершенной является схема со специальными датчиками уровня. Датчики устанавливаются в резервуаре и при контакте с водой подают сигнал на блок управления насосом. По аналогии с поплавковой схемой при достижении воды определённого уровня происходит включение или отключение двигателя.

1 Основное предназначение СУН

Оборудование, которое используется для отопления или охлаждения, водоснабжения, отведения воды, а так же тепловые насосы, испытывают потребность в оснащении автоматизированными и современными насосными системами. Они могут применяться для бытового и промышленного оборудования. Система управления насосами позволяет добиться получения экономической выгоды от ее внедрения, высокой надежности и эффективности при выполнении различных работ насосным оборудованием.

Управление удаленным скважинным насосом

Чтобы проводить регулировку нескольких насосов, которые в купе формируют группу, используют специальные системы. Такие системы называются станциями. Описываемые СУН, позволяют получить сложенную и безотказную работу, при помощи которых управляя оборудованием насосов, предназначенного для различных областей применения, можно выполнять управление насосом и контролировать основные параметры различных установок по их давлению.

1.1 Основные элементы конструкции СУН, их преимущества и основные функции

Элементы конструкции, которые влияют на управление работой насосом, входят в состав систем управления насосами.

К эти элементам относятся:

• реле контроля давления;
• несколько реле, которые регулируют запуск и всю работу насосного оборудования;
• преобразователь частоты. Таким преобразователем называется электронное устройство, которое способно изменять частоту;
• комплекты автоматизации;
• блоки, отвечающие за управление устройством;
• датчики сухого хода.

Все вместе и каждый по отдельности элемент системы положительно сказывается на ее работоспособности, которая способна работать без поломок. Блок управления автоматикой насоса (ящик управления) создавать и регулировать оптимальный режим работы. Датчик разрыва выполняет важные защитные функции и выступает в роли защитного узла. Чтобы не случился перегрев насоса существует датчик сухого хода.

К главным функциональным особенностям можно отнести:

• пуск или стоп у основного механизма насоса происходит автоматически;
• при неполадках основного насоса автоматически запускается резервный (дублирующий) насос;
• при необходимости сервисного обслуживания возможен кратковременный запуск в ручном режиме;
• есть возможность для переключения вводов питания;
• наличие защиты по давлению, от перегрева, короткого замыкания и сетевых и механических перегрузок;
• невозможность нарушения требуемых рабочих параметров.

Автоматическая система диспетчерского контроля за насосами

Как и все системы автоматического управления, контроля и работы, системы управления насосами имеют ряд преимуществ, к которым можно отнести:

1. Автоматическое управление водяным насосом.
2. Автоматическое определение степени перегрева (сухого хода).
3. Управления на расстоянии, т.е дистанционно.
4. Заметное снижение количества порывов трубопроводов водоснабжения.
5. Существование суточного или недельного графика, по которому происходит работа насосного оборудования без человеческого участия.
6. Наличие аварийной сигнализации.
7. Защита электрического двигателя.
8. Вывод на табло текущего процесса или состояния оборудования.
9. Нет протока.
10. При необходимости возможна смена между основными и дублирующими насосными установками.

Установка поверхностного электронасоса

Для установки поверхностного электронасоса, наружных станций требуется сделать и оборудовать скважину. В частных и загородных домах, на дачных участках рекомендуется делать кессон. Он бывает металлическим, пластиковым, бетонным. Такие конструкции отличаются между собой формой — круглые, квадратные или прямоугольные.

Экономичными вариантами считаются кессоны из пластика. Они имеют небольшой вес, легкие в обустройстве и монтаже. Но грунтовая вода может поднять материал наружу, поэтому произойдет разрушение конструкции. Для дачного дома можно купить бетонные кессоны, которые сделаны из отдельных колец. Этот материал пропускает воду, поэтому внутри конструкции будет влага.

Оптимальный вариант — использование металла, но он дорогостоящий, требует затрат при обустройстве и монтаже. Внутри кессона располагают водозаборное оборудование, гидравлический аккумулятор, насос. В поверхностных насосах глубина забора составляет не больше 9 м. Для подключения поверхностного оборудования нужна глубокая и большая яма.

Схема установки поверхностного электронасоса.

Повысить уровень давления воды в системе и защитить узлы сможет всасывающий патрубок. Его опускают на 1 м. После установки выполняют подключение, проверяют работоспособность оборудования и устраняют ошибки.

Как автоматизировать работу дренажного насоса ↑

Управление дренажным насосным оборудованием всегда осуществляется по изменению уровня жидкости. Есть несколько вариантов устройств, но все они функционируют путём подачи или отключения питания (цепь разрывается или замыкается). Рассмотрим самые распространённые решения для дренажных приборов.

Способы применения поплавковых выключателей

Универсальное устройство, которое позволяет управлять насосами, когда необходимо откачивать жидкость или наполнять резервуары. Поплавковый выключатель представляет собой небольшой герметичный бокс из пластика со стационарно подсоединённым трёх- или четырёхжильным кабелем длиной до 10 метров. Именно таким типом автоматики снабжены простые бытовые насосы, но «поплавок» можно купить и отдельно.

Устанавливают поплавковый выключатель погружением в перекачиваемую жидкость, его прикрепляют к стенке ёмкости или фиксируют на силовом кабеле насоса. Чтобы более точно выставить диапазон рабочего уровня, на провод выключателя надевается и фиксируется скользящий груз. Меняя длину кабеля между выключателем и огрузкой, устанавливают оптимальные моменты срабатывания поплавка.

По сути, поплавковый выключатель является одновременно датчиком уровня и коммутирующим устройством. Работает он очень просто. Внутри корпуса с положительной плавучестью по специальному каналу свободно движется металлический шарик. При поднятии/опускании поплавка под углом около 45 градусов шар уходит в крайнее положение и ударяет по клавише двухпозиционного микровыключателя, который, в свою очередь, запитывает цепь, либо разрывает её.

Схема устройства автоматики с тремя кондуктометрическими датчиками

Принцип работы такой системы управления основан на электропроводности перекачиваемых жидкостей. Электроды из нержавеющей стали погружают в воду. Один из них, контрольный, должен всегда находиться в воде, а другие, сигнальные, монтируют на своих уровнях. Между ними по рабочей среде постоянно передаются малые токи. Если вода достигает нижнего сигнального датчика, то между ним и контрольным электродом появляется прослойка из воздуха (который не проводит электричество), что сразу же улавливает управляющий блок. А когда вода поднимается до верхнего датчика, воздух, наоборот, вытесняется жидкостью, и сигнальная цепь замыкается.

Если поплавки могут работать как с пультом, так и самостоятельно, то такая автоматика обязательно комплектуется выносным блоком управления. Именно к нему поступают сигналы о состоянии слаботочных цепей внутри резервуара, а затем уже контролер отдаёт команду на срабатывание коммутирующего устройства (например, магнитного пускателя) для включения/выключения насоса. Кстати, многоэлектродные датчики могут управлять несколькими насосами, срабатывающими одновременно или поочерёдно, в том числе установленными в разных резервуарах.

В системе могут использоваться кондуктометрические датчики с несколькими электродами (для отслеживания большого количества уровней), но также возможны конфигурации, где функционирует только один электрод. Такая вариативность позволяет собрать автоматику для дренажного насоса своими руками, которая будет наиболее эффективной для конкретных условий. В любом случае кондуктометрические устройства управления надёжнее и намного точнее, чем системы контроля с поплавковыми выключателями.

Регулирующая автоматика для насоса – виды и описание

Система автоматики управления насосом – это совокупность различных элементов, призванных контролировать работу насоса. К этим элементам относится командное реле и силовая электрическая часть, которые, в большинстве случаев, реализуются в такие схемы управления режимами насосного оборудования:

• По давлению рабочей жидкости в общем трубопроводе – подобная схема регулировки водяной станции автоматики применяется в том случае, когда агрегат подает воду из подземной скважины в подготовленную емкость. После этого из емкостей вода подается далее посредством оборудования «второго подъема». Для подачи воды из колодца в дом автоматика с такой схемой оборудуется специальным датчиком с электродами. Некоторые насосы также могут оснащаться специальными поплавками – такая автоматика на воду считается менее эффективной и имеет небольшой рабочий ресурс. В любом случае в устройстве агрегата обязательно предусмотрен аварийный слив на случай, если резервуар переполняется. Насосы для повышения давления с автоматикой такого рода применяются в случаях, когда требуется обеспечить водой целые населенные пункты. Большим плюсом этой схемы является стабильность в работе насоса. В таких случаях постоянно присутствует гидравлика, а цикл перемещения воды полностью соответствует емкости резервуара;
• Контроль по уровню – в такой схеме реализуется принцип управления насосами при помощи команд, формирующих реле давления, установленное на трубопроводе. При установке автоматики на насос на реле настраиваются давление, включающее и отключающее насос. Такую схему реализуют в индивидуальных колодцах и скважинах для погружных насосов, работающих с мембранными баками. За счет баков сеть работает под постоянным давлением. Среди плюсов таких реле для погружных скважинных насосов следует выделить возможность монтажа в силовую цепь насоса и невысокую стоимость автоматики. К минусам относится невысокая точность и небольшие сроки эксплуатации при установке для вибрационных насосов.

При покупке реле для регулировки работы насоса следует учесть несколько важных факторов: давление, напряжение сети, функционал. Только определившись с этими показателями, удастся подобрать качественный надежный механизм.

Виды и особенности их эксплуатации

В зависимости от специфики применения отличается комплектация оборудования. На отечественном рынке такие установки делятся на следующие виды:

• ШУСН;
• ШУПН;
• ШУДН.

Первые – это шкафы или станции управления скважинными насосами Электон. Они используются с приборами мощностью от 0,75 до 30 кВт и способны работать в комплексе с 6 агрегатами. Получая данные от гидростатических датчиков станции регулируют уровень давления в системе водоснабжения.

Станции управления погружным насосом ЭЦН обеспечивают бесперебойную работу всех элементов системы. Осуществляя контроль за работой электродвигателя они тем самым защищают его от перегрузок и возникновения аварийных ситуаций.

Смотрим видео о моделях ШУН, его устройство и конструкция:

https://youtube.com/watch?v=LDqLY7YyIbY

ШУДН или системы управления дренажными насосами имеют достаточно широкую сферу применения. Они могут работать в комплексе с канализационными системами, оснащенными асинхронными двигателями, а также с различными типами агрегатов. Основное назначение таких станций управления фонтанной арматурой – это контроль за функционированием оборудования на основе сигналов, получаемых от датчиков.

Кроме перечисленных выше существуют и станции управления пожарными насосами. Их основная сфера применения – это системы пожаротушения. Оборудование этого класса управляется в ручном или автоматическом режимах. И переключиться с одного на другой можно используя тумблер на передней панели шкафа.

Функции автоматизированных систем на насосных станциях

 Автоматизация канализационных насосных станций поможет решать следующие задачи без участия человека:

1. Осуществление централизованного контроля над процессом водоотведения;

2. Регистрация и фиксация отклонений параметров насосных агрегатов и другого оборудования;

3. Распознавание и своевременное предупреждение аварийных ситуаций;

4. Оптимизация и автоматический подбор наилучшего режима работы;

5. Диагностика состояния оборудования.

Основные функции автоматизированных систем на КНС:

1. Своевременная подача сигнала на остановку и пуск основных и вспомогательных насосов;

2. Поочередное включение и выключение насосных агрегатов в заданной последовательности;

3. Нагнетание необходимого давления во всасывающем трубопроводе и впускном клапане насоса перед его запуском;

4. Возможность регулировать и устанавливать любой режим при запуске, работе или остановке насосного оборудования;

5. Отключения и перезапуск всей системы при аварийной ситуации;

6. Контроль и защита насосного оборудования от перегрева, перепадов напряжения и механических повреждений;

7. Передача сигналов о включении агрегатов и их выключении на центральный диспетчерский пульт;

8. Поддержание заданных параметров для рабочего режима — уровня стоков, напора во время вывода и др.;

9. Управление дренажными насосами;

10. Включение механических грабель и их отключение;

11. Поддержание определенной температуры в помещении станции;

12. Сигнализация в случае возникновения аварийной ситуации;

13. Вентиляция помещений и контроль температуры в помещениях.

Установка поверхностного электронасоса

Для установки поверхностного электронасоса, наружных станций требуется сделать и оборудовать скважину. В частных и загородных домах, на дачных участках рекомендуется делать кессон. Он бывает металлическим, пластиковым, бетонным. Такие конструкции отличаются между собой формой — круглые, квадратные или прямоугольные.

Экономичными вариантами считаются кессоны из пластика. Они имеют небольшой вес, легкие в обустройстве и монтаже. Но грунтовая вода может поднять материал наружу, поэтому произойдет разрушение конструкции. Для дачного дома можно купить бетонные кессоны, которые сделаны из отдельных колец. Этот материал пропускает воду, поэтому внутри конструкции будет влага.

Оптимальный вариант — использование металла, но он дорогостоящий, требует затрат при обустройстве и монтаже. Внутри кессона располагают водозаборное оборудование, гидравлический аккумулятор, насос. В поверхностных насосах глубина забора составляет не больше 9 м. Для подключения поверхностного оборудования нужна глубокая и большая яма.

Схема установки поверхностного электронасоса.

Повысить уровень давления воды в системе и защитить узлы сможет всасывающий патрубок. Его опускают на 1 м. После установки выполняют подключение, проверяют работоспособность оборудования и устраняют ошибки.

Преимущества и области применения

Не всегда есть возможность подключить свою дачу или загородный коттедж к центральному водоснабжению. Многим приходится приобретать водяные станции, чтобы добывать воду из скважины или колодца. Чтобы такие устройства работали бесперебойно, нужно подобрать систему управления насосами. Она будет поддерживать давление в трубопроводе и отвечать за старт и остановку насосного оборудования.

Перед началом эксплуатации системы управления насосами, стоит изучить теорию и ознакомится с рекомендациями специалистов

Она состоит из отдельных элементов. К ним относятся:

• Реле контроля давления;
• Несколько видов реле – регуляторов работы всего оборудования;
• Блоки управления;
• Комплекты автоматизации;
• Датчики сухого хода.

Каждый элемент влияет на работоспособность устройства в целом.

Безусловно, преимуществ здесь предостаточно. Автоматически определяется степень перегрева, устройство может работать дистанционно, защищает электрический двигатель от поломок. Многие модели оснащены аварийной сигнализацией.

Такое управление применяют в различных областях, связанных с водоснабжением и водоотведением.

В основном устройство используют:

• В горячем и холодном водоснабжении;
• При работе со скважинным глубинным насосом;
• При работе с дренажным и фекальным приборами;

Автоматическую систему применяют для работы с погружным оборудованием.

Что такое автоматика для скважины

Автоматическое управление помпой упрощает организацию автономного водопотребления. Без автоматических приборов приходится применять другие методы, установка которых требует больше труда и без такой функциональности.

Автоматические устройства обеспечивают:

1. Включение и отключение помпы в зависимости от степени наполнения жидкостью водопровода. Самые современные системы регулируют обороты электродвигателя.
2. Предупреждение гидроударов в магистрали.
3. Запас воды, необходимый, если пропало электричество или поломалось оборудование.
4. Защиту насоса от повреждений, если нет воды в скважине, то отключает электропитание.

Список деталей

• Транзистор можно применить любой из этих: КТ815А или Б. TIP29A. TIP61A. BD139. BD167. BD815.
• ГК1 – геркон нижнего уровня.
• ГК2 – геркон верхнего уровня.
• ГК3 – геркон аварийного уровня.
• D1 – любой красный светодиод.
• R1 – резистор 3Ком 0.25 ватт.
• R2 – резистор 300 Ом 0.125 ватт.
• К1 – любое реле на 12 вольт с двумя парами нормально разомкнутыми контактами.
• К2 – любое реле на 12 вольт с одной парой нормально разомкнутых контактов.
• В качестве источников сигнала для пополнения воды в ёмкость, я применил поплавковые герконовые контакты. На схеме обозначаются ГК1, ГК2 и ГК3. Китайского производства, но очень приличного качества. Ни одного плохого слова сказать не могу. В ёмкости, где они стоят, у меня происходит обработка воды озоном и за годы работы на них ни малейшего повреждения. Озон является крайне агрессивным химическим элементом и многие пластики он растворяет совершенно без остатка.

Теперь рассмотрим работу схемы в автоматическом режиме. При подаче питания на схему, срабатывает поплавок нижнего уровня ГК1 и через его контакт и резисторы R1и R2 подаётся питание на базу транзистора. Транзистор открывается и тем самым подаёт питание на катушку реле К1. Реле включается и своим контактом К1.1 блокирует ГК1 (нижний уровень), а контактом К1.2 подаёт питание на катушку реле К2, которое является исполнительным и включает своим контактом К2.1 исполнительный механизм. Исполнительным механизмом может быть насос для воды или электрический клапан, которые подают воду в ёмкость. Вода пополняется и когда превысит нижний уровень, выключится ГК1, тем самым подготавливая следующий цикл работы. Достигнув верхнего уровня, вода поднимет поплавок и включит ГК2 (верхний уровень) тем самым замыкая цепочку через R1, К1.1, ГК2. Питание на базу транзистора прервётся, и он закроется, выключив реле К1, которое своими контактами разомкнёт К1.1 и выключит реле К2. Реле, в свою очередь выключит исполнительный механизм. Схема подготовлена к новому циклу работы. ГК3 является поплавком аварийного уровня и служит страховкой, если вдруг не сработает поплавок верхнего уровня. Диод D1 является индикатором работы устройства в режиме наполнения воды. А теперь приступим к изготовлению этого очень полезного устройства.

Размещаем детали на плату.

Все детали размещаем на макетной плате, чтобы не делать печатную. При размещении деталей, нужно учитывать, чтобы паять как можно меньше перемычек. Нужно максимально использовать проводники самих элементов для монтажа.

Окончательный вид.

Схема управления уровнем воды запаяна.

Схема готова к испытаниям.

Подключаем к аккумулятору и имитируем срабатывание поплавков.

Всё работает нормально. Смотрите видео об испытаниях в работе этой системы.