|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Блок керування системою водопостачання. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Будинок, присадибне господарство, хобі Грунтуючись на власному досвіді, автор викладає основні принципи побудови індивідуальних накопичувальних систем водопостачання та описує розроблений ним блок управління такою системою, що відповідає, на його думку, вимогам щодо її надійності та безпеки експлуатації. Обійтися без води в сучасному заміському будинку, фермерському господарстві чи дачній ділянці просто неможливо. У віддалених місцях централізоване водопостачання недоцільно, а джерелом води служить свердловина, криниця або навіть відкрита водойма. Останній варіант вкрай небажаний через можливість забруднення водойми та поширення забруднювача по всій системі водопостачання. Можна брати воду з колодязя, але коли його немає, залишається лише пробурити свердловину. Чим далі територія від міста, тим частіше трапляються перебої з подачею електроенергії, тому переважають системи водопостачання з накопичувальним баком, запасу води в якому достатньо певний період часу. Найпростіші системи водопостачання, прикладом яких може бути [1], придатні до використання лише під наглядом. У продажу є насосні станції різної продуктивності, але ціни на станції з великим запасом води в накопичувальному баку вражають. Тому самостійне виготовлення системи водопостачання накопичувального типу дозволяє заощадити значну суму. Продумуючи конструкцію системи водопостачання, що містить джерело води, насос, труби підведення та розбирання води, накопичувальний бак для неї, знаючи місце встановлення системи та температурні умови, в яких вона має працювати, можна уявити можливі режими роботи, передбачати аварійні ситуації і, виходячи з цього , Визначити вимоги до системи в цілому та її блоку управління зокрема. Експлуатація системи водопостачання повинна бути безпечною, виготовлення, монтаж, обслуговування та керування – простими, а блок керування та датчики – надійними. Система має бути здатна безвідмовно працювати роками, а блок управління - виявляти аварійні ситуації, сигналізувати про них і не допускати їх розвитку. Найпростіші з усіх можливих систем керування водопостачанням ті, що оснащені електродними датчиками води та її рівня в накопичувальному баку. Їхнє виготовлення не вимагає великого обсягу слюсарних робіт. Електроди легко зняти для промивання бака та інших профілактичних робіт, після завершення яких легко встановити назад. Подібна конструкція описана в [2]. Однак відомо, що нержавіюча сталь електродів та накопичувального бака містить, крім заліза, легуючі добавки – нікель, марганець, хром та інші метали. Потрапляючи у питну воду, а з нею в організм, вони негативно впливають на здоров'я. Тому при виготовленні блоку управління, що працює з електродними датчиками рівня, не можна оминати біологічну безпеку. Потрібно мінімізувати електрохімічні процеси та електроліз води, що відбуваються на електродах. Для цього напруга, що додається до електродів, повинна бути низькою і подаватися короткочасними імпульсами. Починаючи з розробки системи водопостачання, слід враховувати особливості водяних насосів. За принципом дії їх можна віднести до двох основних типів: вібраційні та відцентрові. Вібраційні насоси, що інтенсивно працюють в свердловині, викликають пошкодження гумових або пластмасових водопровідних шлангів за рахунок їх тертя об обсадну трубу. Якщо через пошкоджений шланг вода перестане надходити в систему, насос працюватиме безперервно, поки не вийде з ладу, або не буде вимкнений автоматикою або людиною. У разі доводиться терміново усувати несправність, що особливо трудомістко і неприємно взимку. Можливе і погіршення якості води частинками шлангу, що протирається, особливо якщо він гумовий. Якщо алюмінієвий корпус насоса стосується сталевої труби обсадної, виникає контактна різниця потенціалів, що призводить до електрохімічної корозії сталі труби і алюмінію корпусу. Все може скінчитися проникненням води до обмотки насоса та її пошкодженням. Помічено, що використання насосу в алюмінієвому корпусі помітно погіршує смак води навіть за обсадних поліетиленових труб. А особливо це помітно при обсадних трубах із чорної або нержавіючої сталі. Якщо така вода використовується для пиття та приготування їжі, відбувається поступове отруєння організму розчиненими в ній алюмінієм, залізом та легуючими металами. Найкраще вирішення цієї проблеми - застосування пластмасової обсадної труби та відцентрового занурювального насоса в корпусі із пластмаси або нержавіючої сталі. Після заміни насоса з алюмінієвим корпусом на насос у корпусі з нержавіючої сталі покращення смаку води відчувається вже за добу. Тому занурювальні насоси, що застосовуються в системах питного водопостачання, не повинні мати корпусів та інших деталей, що стикаються з водою, з алюмінію або його сплавів з магнієм. Перша вимога до блоку управління системою водопостачання – підтримувати заданий рівень води у накопичувальному баку. Друга вимога - він не повинен допускати роботу насоса при зниженій або підвищеній більш ніж на 10% напрузі в електромережі живлення. Для керування насосом переважно використовувати електромагнітне реле або пускач із нормально розімкненими контактами. Це гарантує вимкнення насоса при типових несправностях блоку керування або відсутності напруги електромережі. Блок управління повинен обов'язково відключити насос при пошкодженні труб, що йдуть від насоса до накопичувального бака. Це запобіжить необмежену за часом роботу насоса, що супроводжується заливкою водою прилеглих будівель та території. Блок повинен вимикати насос, припиняючи заповнення накопичувального бака та при протіканнях трубопроводів розподілу води. Одночасно має бути перекрито подачу в них води з накопичувального бака. Для виконання цих вимог необхідно мати датчики потоку води, що надходить в бак, і датчики вологості в місцях можливих протікань. І, нарешті, блок управління не повинен допускати переливу води з накопичувального бака, тому необхідний датчик граничного рівня води в ньому. Практика роботи саморобної системи водопостачання в автоматичному режимі десятиліттями показує, що жодну з описаних вимог не можна вважати зайвою. Говорячи про досвід експлуатації блоків управління насосами, описаних у [3], слід сказати, що щорічно вони потребували чищення контактів. Блок управління насосом із герконами вимагав втручання раз на два-три роки. Пропонований до уваги читачів порівняно простий блок управління системою водопостачання накопичувального типу був сконструйований виходячи з перерахованих вище вимог. Схема цього блоку зображено на рис. 1. Простота та надійність його роботи забезпечена застосуванням як порогових елементів та електронних ключів мікросхем паралельних стабілізаторів напруги TL431ILP.
Живиться блок управління від мережі змінного струму напругою 230, включають його кнопковим вимикачем SB1. За допомогою трансформатора T1, діодного мосту VD1 і конденсатора C1, що згладжує, з вторинної змінної напруги 8,5 В отримана постійна напруга (12 В при номінальній напрузі в мережі). Воно надходить на вузол контролю напруги, зібраний мікросхемах DA1, DA2, DA4. Ідея цього вузла знайдена у [4]. Крім того, випрямлена напруга через контакти кнопки SB3 і нормально замкнуті контакти реле K1.3 надходить на вузол, зібраний на транзисторах VT2 і VT3 згідно з рекомендаціями, що є в [5]. Він генерує імпульси амплітудою 12, тривалість яких задана ємністю конденсатора C4 і опором резистора R15, а період прямування - ємністю того ж конденсатора і опором резистора R14. Імпульси живлять вузол, зібраний на мікросхемах DA3 та DA5, транзисторі VT1 та реле K1 та K2. До цього вузла підключені електроди датчиків рівня Е1-Е3 та потоку Е4, а також датчики вологості. Напруга між електродами датчиків Е1-Е4 і корпусом накопичувального бака - близько 12, причому воно імпульсне і прикладене до електродів тільки під час визначення рівня води в баку. Стан мікросхеми DA5 протягом імпульсу залежить від наявності та опору води між датчиком нижнього рівня (електродом Е2) та корпусом бака. Якщо води в накопичувальному баку немає або її рівень нижче електрода Е2, мікросхема DA5 відкривається (замикає ланцюг анод-катод) і включає реле K2. Контакти K2.1 та K2.2 подають напругу мережі на водяний насос M1. Контакти K2.3 замкнувшись, зупиняють генерацію імпульсів. Напруга на колекторі транзистора VT3 стає постійною (близько 12 В). Контакти K2.4 вимикають електрод Е2. Після наповнення бака та замикання водою електрода E1 (датчика верхнього рівня) та корпусу бака відбувається вимикання мікросхеми DA5 та реле K2. Насос M1 зупиняється, подача води в бак припиняється. Вузли, зібрані на мікросхемах DA1, DA2, DA4 та на мікросхемі DA3, транзисторі VT1 та реле K1, призначені для відключення насоса M1 в аварійних ситуаціях, сигналізації про це та утримання блоку управління в режимі "аварія". Індикаторами робочого та аварійного режимів служать відповідно світлодіоди HL1 та HL2. Насос вимикається, припиняючи подачу води в накопичувальний бак у наступних аварійних ситуаціях. По-перше, при виході напруги мережі живлення за межі допуску (±10% номінального значення). Для цього безперервно контролюється поточне значення нестабілізованої випрямленої напруги на конденсаторі C1, пропорційного напрузі в мережі. Мікросхема DA1 закривається, а DA2 відкривається, коли ця напруга нижче нижнього порогу, встановленого підстроювальним резистором R4. Мікросхема DA4 відкривається при перевищенні випрямленою напругою верхнього порогу, встановленого підстроювальним резистором R13. В обох випадках спрацьовує та самоблокується K1 – реле аварійного відключення та сигналізації про аварію. Другий аварійний режим виникає при несправності насоса або у разі, коли насос працює, але вода в бак не надходить через причину, наприклад, її відсутність у джерелі або пошкодження трубопроводу. Коли струмінь води, що надходить у бак, в якій знаходиться електрод Е4, електрично не з'єднує його з корпусом бака, відбувається зарядка конденсатора C2. Після досягнення напругою на конденсаторі порогової напруги мікросхеми DA3 вона відкривається. Спрацьовує реле аварії K1. Конденсатор C2 та резистори R7, R8 створюють затримку включення аварійного режиму. Вона необхідна, щоб при справній системі вода встигла після включення насоса заповнити трубу, що йде в бак, надійшла в бак і потрапила на електрод E4. Наступний аварійний режим виникає у разі пошкодження труб витрати води або загрози її переливу з бака. Визначається він за допомогою датчиків вологості та електрода граничного рівня Е3, а включається транзистором VT1, мікросхемою DA3 та реле K1. У будь-якому аварійному режимі контакти реле K1.3 відключають генератор імпульсів від напруги живлення 12, запобігаючи цим подачу напруги на насос. Одночасно контакти K1.4 блокують реле K1 у стані, а контакти K1.1 і K1.2 подають напругу на обмотку електромагнітного клапана Y1. При цьому нормально відкритий клапан Y1 закривається припиняючи подачу води з бака в трубу витрати. Відновити подачу води з накопичувального бака можна вимкненням та наступним (після усунення аварії) включенням блоку керування кнопковим вимикачем SB1, а перекрити подачу води з бака в робочому режимі – кнопковим вимикачем SB2. Замикання його контактів призведе до закривання електрогідроклапану Y1 та припинення подачі води в трубу витрати. Якщо блок керування на час усунення аварії не вимикався, то після її усунення можна натисканням кнопки SB3 зняти блокування і включити блок керування в роботу. Кнопковий вимикач SB4 дозволяє включити насос і подати воду в накопичувальний бак та при вимкненому блоці керування. Підбір елементів конструкції краще починати з комплекту реле та трансформатора живлення. Реле повинні мати чотири групи контактів. Плавкі вставки FU2 та FU3 вибирають згідно з інструкцією з експлуатації насоса. Автор застосував реле K1 – РЕК78/4 5 А 12 В DC МЕК, реле K2 – РЕК77/4 10 А 12 В DC МЕК. Їх параметри наведені у [6]. Обидва реле розміщені у корпусі блоку управління. Вони встановлені у призначені для них розетки РРМ77/4 та PPM78/4. Якщо зазначені реле знайти не вдалося, підбирають інші з робочою напругою котушок 12 В і чотирма групами контактів на перемикання. Контакти реле K2 повинні бути розраховані на комутацію струму, що перевищує пусковий струм двигуна насоса M1 або потроєний робочий струм. Знижувальний мережний трансформатор T1 повинен мати вторинну обмотку напругою 8,5 (без навантаження). Щоб воно не "просаджувалося" при спрацьовуванні реле K1 або K2, потужність трансформатора повинна бути в 15 ... 20 разів більше сумарної реле, що споживається котушками. Зазвичай 50...100 Вт достатньо. Застосовувати стабілізоване джерело напруги 12 не можна, оскільки за значенням цієї напруги блок управління контролює напругу в мережі. Допустимо використовувати реле з котушками на 24 В та трансформатор із вторинною напругою 17 В. При такій заміні оксидні конденсатори на 25 В потрібно замінити конденсаторами на 35 або 50 В. Методика налагодження блоку не змінюється. Якщо напруга на вторинній обмотці трансформатора помітно більше 8,5 або 17 В, між контактом 1 кнопки SB3 і контактом 10 реле K1 слід встановити додатковий інтегральний стабілізатор напруги 7812 або 7824 і живити його вихідною напругою 12 або 24 В генератор імпульсів. Транзистор ГТ402Г допускається замінити на ГТ403Б-ГТ403Д або іншим середнім потужністю транзистором структури pnp. Переважні германієві транзистори або кремнієві з малою напругою насичення іке. Транзистори КТ3102Е та КТ3107К замінюють подібними малопотужними транзисторами відповідної структури. Замість діодного мосту КВР206 підійдуть, наприклад, LT416, PBL405. Діоди 1N4148 можна замінити будь-якими іншими з допустимим прямим струмом не менше поточного через обмотки реле і зворотним напругою більше робочої напруги їх обмоток. Електрогідроклапан Y1, який встановлюють на патрубку відбору води з накопичувального бака, повинен бути нормально відкритим, спрацьовувати від змінної напруги 230 В і підходити за приєднувальним розміром до труб, що використовуються для відбору води. Якщо робочий струм котушок реле перевищує 0,1 А, інтегральні стабілізатори DA3 та DA5 слід замінити польовими транзисторами, наприклад BUZ11. При цьому методика налагодження блоку управління збережеться, але слід враховувати небезпеку статичної електрики для транзисторів польових. Електроди-датчики виготовляють із нержавіючого дроту діаметром 2...5 мм або зі смуги нержавіючої сталі товщиною 0,5...1 мм та шириною 6...10 мм. Можна, наприклад, використовувати сталеві несучі жили, витягнуті з багатожильних алюмінієвих дротів. Електроди зміцнюють на спільній пластині із водостійкого ізоляційного матеріалу. Підключати до них з'єднувальні дроти слід за межами бака через високу вологість у ньому. Електрод датчика потоку Е4 закріплюють так, щоб на нього потрапляв струмінь води, що надходить в бак. Електрод датчика граничного рівня Е3 розташовують нижче патрубка, що підводить воду, але обов'язково вище електрода датчика верхнього рівня Е1. Датчиками вологості є ділянки здвоєного мідного дроту, очищені від ізоляції на довжині 50 мм і розташовані з кроком 100...500 мм по довжині дроту. Цей провід прокладають так, щоб оголені ділянки розташовувалися в місцях, куди вода може стікати при переповненні бака або з нещільних стиків водопровідної арматури. Зібрати блок управління можна в будь-якому корпусі із ізоляційного матеріалу. Наприклад, у корпусі від несправного джерела безперебійного живлення, від якого можна використовувати трансформатор, якщо він залишився справним. У корпусі встановлюють контактну колодку XT 1 для підключення дротів, що йдуть до датчиків. Друкована плата, де знаходяться майже всі елементи блоку, зображена на рис. 2. Монтувати їх на плату краще поетапно з перевіркою та налагодженням кожного зібраного вузла. Починають роботу з випрямляча та вузла контролю напруги, далі монтують генератор імпульсів та перевіряють їх наявність. Потім збирають вузол управління насосом на мікросхемі DA5 та реле K2 та перевіряють його роботу. Останнім збирають вузол контролю аварійних ситуацій на транзисторі VT1 та мікросхемі DA3 та перевіряють його роботу. Після цього можна встановлювати в корпус вимикачі, контактну колодку, трансформатор, реле, плату та з'єднувати їх між собою. Щоб монтаж був безпомилковим, потрібна уважність.
Налагодження зібраного блоку управління починають із перевірки постійної напруги на конденсаторі C1 та наявності імпульсів на колекторі транзистора VT3. Досвідченим шляхом визначають тривалість зливу води з бака від електрода Е1 до електрода Е2. Потім встановлюють таку ж тривалість паузи між імпульсами, зменшуючи або збільшуючи ємність конденсатора C4 і опір резистора R14. Для зазначених на схемі номіналів тривалість імпульсу – близько 5 с, а паузи між імпульсами – 1 хв. Налагодження закінчують установкою верхнього та нижнього порогів у вузлі контролю напруги. Для цього зручно застосувати лабораторний регульований автотрансформатор (ЛАТР). Роботу виконують у такому порядку. Електрод датчика потоку Е4 з'єднують перемичкою із загальним проводом блоку (контактами 1 та 6 колодки XT1). Висновки контактів реле K2.4 також з'єднують перемичкою. Двигун підстроювального резистора R4 встановлюють у верхнє, а двигун підстроювального резистора R13 - в нижнє за схемою положення. За допомогою ЛАТР встановлюють подається на первинну обмотку трансформатора T1 напруга рівним 230 В. Не поспішаючи, знижують напругу на цій обмотці, встановлюючи його рівним 207 В. Двигун підстроювального резистора R4 повільно переміщають вниз (за схемою), поки не. Збільшують до 1 В напругу, що знімається з ЛАТР, і натисканням на кнопку SB230 скасовують режим "Аварія". Тепер за допомогою ЛАТР підвищують напругу до 3 В. Зробивши це, двигун підстроювального резистора R253 повільно переміщують вгору (за схемою), знову домагаючись спрацьовування реле K13. Вимкнувши живлення блоку, знімають перемичку, що з'єднує електрод Е1 із загальним дротом. Далі перевіряють роботу датчика потоку Е4. Для цього відключають насос і від'єднують електроди Е1 і Е2 від входу керуючого мікросхеми DA5. Через 20...40 з після включення блоку до мережі реле K1 має спрацювати. Потім блок вимикають, знімають перемичку з контактів К2.4 та підключають датчики Е1 та Е2. Після цього перевіряють роботу датчика вологості, прикладаючи вологу тканину до оголених ділянок його дротів. При облаштуванні системи водопостачання слід враховувати температурний фактор. Труби, що підводять воду від джерела, повинні бути прямими та мати постійний ухил 20...30 мм на метр довжини у бік джерела води. Це виключить замерзання води в трубах, оскільки після зупинки відцентрового насоса вона стіче через насос назад у джерело. Накопичувальний бак повинен бути встановлений вище за всіх споживачів у опалювальному приміщенні або на горищі (де теплоізольований разом з димарем). Блок керування системою водопостачання встановлюють у будь-якому зручному місці. Може виявитися корисною заміна світлодіода HL2 п'єзовипромінювачем звуку з вбудованим генератором, наприклад, КРЕ-842. У цьому випадку резистор R2 рекомендується замінити будь-яким вимикачем, щоб мати можливість вимкнути звуковий сигнал аварії. література
Автор: М. Муратов
Пастка для комах
01.05.2024 Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі
01.05.2024 Застигання сипких речовин
30.04.2024
▪ Тепловізійна камера для дронів ▪ Сокіл випускатиме техніку під маркою Akai ▪ ASUS Fonepad 7 (FE375CL) для Android 5.0 Lollipop
▪ розділ сайту Радіо - початківцям. Добірка статей ▪ стаття Динаміт. Історія винаходу та виробництва ▪ стаття Як росте бананове дерево? Детальна відповідь ▪ стаття Фахівець із методів розширення ринку збуту. Посадова інструкція ▪ стаття Універсальний пробник електрика. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page