Простейшая схема автоматического управления уровнем воды. Электросхема насосных станций Самодельная схема управления насосом

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.

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.

Большую емкость для воды на даче или приусадебном участке можно использовать для полива или водоснабжения дома. При ее наполнении нет необходимости постоянно забираться вверх по лестнице и целый день следить за уровнем — это вполне могут сделать электронные датчики.

• Продвинутые дачные и фермерские хозяйства, занимающиеся выращиванием плодоовощной продукции, в своей работе используют системы полива наподобие капельной. Для обеспечения автоматической работы поливочного оборудования конструкция требует наличия большой емкости для сбора и хранения воды. Ее заполнение обычно производят погружными водяными насосами в скважине, при этом требуется отслеживать уровень давления воды для насоса и ее количество в водосборном баке. В этом случае необходимо управлять работой насоса, то есть включать его при достижении определенного уровня воды в накопительной емкости и отключать в случае полного заполнения водяного бака. Эти функции можно реализовать с помощью поплавковых датчиков.

Рис. 1 Принцип действия поплавкового датчика уровня (ПДУ)

• Большой накопительный бак для воды может потребоваться и для водоснабжения дома, если дебит водозаборной емкости очень мал или производительность самого насоса не может обеспечить потребление воды, соответствующее необходимому уровню. В этом случае устройства контроля уровня жидкости для автоматической работы системы водоснабжения также необходимы.
• Систему контроля за уровнем жидкости можно использовать и при работе с устройствами, в которых отсутствует защита от сухого хода скважинного насоса, датчик давления воды или поплавковый выключатель при откачивании грунтовых вод из подвалов и помещений с уровнем ниже поверхности земли.

Все датчики уровня воды для управления насосом можно разделить на две большие группы: контактные и бесконтактные. Бесконтактные способы в основном используются в промышленном производстве и делятся на оптические, магнитные, емкостные, ультразвуковые и т.п. виды. Датчики устанавливаются на стенки водяных баков или непосредственно погружаются в контролируемые жидкости, электронные компоненты помещены в шкаф управления.

Рис. 2 Виды датчиков уровня

В быту наибольшее применение нашли недорогие контактные устройства поплавкового типа, отслеживающий элемент которых выполнен на герконах. В зависимости от расположения в емкости с водой подобные устройства делятся на две группы.

Вертикальные. В подобном устройстве в вертикальном штоке расположены герконовые элементы, а сам поплавок с кольцевым магнитом перемещается вдоль трубки и включает или отключает герконы.

Горизонтальные. Крепятся за верхний край сбоку стены резервуара, при наполнении емкости поплавок с магнитом поднимается на шарнирном рычаге и подходит к геркону. Устройство срабатывает и коммутирует электрическую цепь, помещенную в шкаф управления, она отключает питание электронасоса.

Рис. 3 Вертикальные и горизонтальные герконовые датчики

Устройство герконового переключателя

Основной исполнительный элемент герконового датчика — герконовый выключатель. Устройство представляет собой маленький стеклянный баллон, наполненный инертным газом или с откачанным воздухом. Газ или вакуум препятствуют образованию искр и окислению контактной группы. Внутри колбы находятся замкнутые контакты из ферромагнитного сплава прямоугольного сечения (пермаллоевая проволока) с золотым или серебряным напылением. При попадании в магнитный поток контакты герконового переключателя намагничиваются и отталкиваются друг от друга — происходит размыкание цепи, по которой течет электрический ток.

Рис. 4 Внешний вид герконовых переключателей

Самые распространенное виды герконовых выключателей действует на замыкание, то есть при намагничивании их контакты соединяются друг с другом и электрическая цепь замыкается. Герконовые переключатели могут иметь два вывода для замыкания размыкания цепи или три, если работают с переключением цепей электрического тока. Низковольтная схема, коммутирующая электропитание насоса, обычно помещается в шкаф управления.

Схема подключения герконового датчика уровня воды

Герконовые переключатели являются маломощными устройствами и неспособны коммутировать большие токи, поэтому они не могут быть использованы непосредственно для отключения и включения насоса. Обычно они задействованы в низковольтной схеме коммутации работы мощного реле насоса, помещенной в шкаф управления.

Рис. 5 Электрическая схема управления электронасосом с помощью герконового поплавкового датчика

На рисунке представлена простейшая схема с датчиком, реализующая управление дренажным насосом в зависимости от водного уровня при откачке, состоящая из двух герконов SV1 и SV2.

При достижении жидкостью верхнего уровня магнит с поплавком включает верхний геркон SV1 и на катушку реле P1 подается напряжение. Ее контакты замыкаются, происходит параллельное подключение к геркону и реле самозахватывается.

Функция самозахватывания не дает возможность отключиться питанию катушки реле при размыкании контактов включающей кнопки (в нашем случае это геркон SV1). Это происходит в том случае, если нагрузка реле и его катушка подключены в одну цепь.

Напряжение поступает на катушку мощного реле в цепи электропитания насоса, его контакты замыкаются и электронасос начинает работать. При падении уровня воды и достижении поплавка с магнитом нижнего геркона SV2 он включается и на катушку реле P1 с другой стороны также подается положительный потенциал, ток перестает течь и реле P1 отключается. Это вызывает отсутствие тока в катушке силового реле P2 и как следствие прекращение подачи напряжения питания на электронасос.

Рис. 6 Поплавковые вертикальные датчики уровня воды

Аналогичная схема управления насосом, помещенная в шкаф управления, может быть использована при отслеживании уровня в емкости с жидкостью, если герконы поменять местами, то есть SV2 будет находиться вверху и отключать насос, а SV1 в глубине бака с водой его включать.

Датчики уровня могут быть использованы в быту для автоматизации процесса при заполнении больших емкостей водой при помощи водяных электронасосов. Наиболее просты в установке и эксплуатации герконовые виды, выпускаемые промышленностью в виде вертикальных поплавков на штангах и горизонтальных конструкций.

В статье описывается простая и надежная схема управления электронасосом. Несмотря на предельную простоту схемы устройство может работать в двух режимах: водоподъем и дренаж.

На дачном участке или в фермерском хозяйстве без воды обойтись просто невозможно. В таких отдаленных местах централизованного водопровода, как правило, нет, поэтому способов добычи воды здесь не так уж и много. Это колодец, скважина или открытый водоем. Если на дачном участке есть электричество, то проблему водоснабжения лучше всего решить с помощью электронасоса.

При этом насос может работать либо в режиме наполнения емкости, либо в дренажном режиме - выкачивании воды из емкости, колодца или скважины. В первом случае возможен перелив через край емкости, а во втором случае, сухой ход насоса. Для любого насоса такой режим очень вреден тем, что без воды ухудшаются условия охлаждения, и мотор может выйти из строя. Поэтому, даже в таких простейших случаях, требуется схема управления насосом.

Для устройства дачного водоснабжения на некотором возвышении желательно установить емкость, в которую насосом будет подаваться вода. В нужные места участка и дома вода из емкости будет подаваться с помощью водопроводных труб. В летнее время будет обеспечен подогретой солнечными лучами водой, а после работы на участке можно будет принять душ.

Один из возможных вариантов схемы показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема управления садовым насосом.

Количество деталей схемы невелико, что позволяет собрать ее методом навесного монтажа просто на куске пластмассы или даже фанеры, без разработки печатной платы. Надежность работы ее очень велика, ведь при таком количестве деталей ломаться просто нечему.

Включение - выключение насоса производится нормально-замкнутым контактом реле K1.1. Переключателем S2 выбирается режим работы (Водоподъем - Дренаж). На схеме переключатель находится в положении «Водоподъем».

Уровень воды в резервуаре контролируется датчиками F1 и F2. Конструкция датчиков и самой схемы такова, что корпус резервуара ни с чем не соединен, поэтому электрохимическая коррозия резервуара полностью исключена. Более того, резервуар может быть выполнен из пластмассы или дерева, поэтому возможно применение даже обычной деревянной бочки.

Возможный вариант конструкции датчиков. Датчик для автоматического уравления наосом можно сделать из двух планок из изоляционного материала, который не смачивается водой. Это может быть оргстекло или фторопласт, а токопроводящие пластины желательно выполнить из нержавеющей стали. Очень подойдут для этих целей лезвия от безопасных бритв.

Еще один вариант датчика - просто три стержня диаметром около 4 - 6 мм, укрепленных на общем изолирующем основании: средний электрод подсоединен к базе транзистора, а два других, просто обрезаны на нужную длину, как на принципиальной схеме.

При включении питания выключателем S1, если уровень воды ниже датчика F1 катушка реле K1 обесточена, поэтому насос запустится через нормально-замкнутые контакты реле K1.1. Когда вода поднимется до датчика верхнего уровня F1, откроется транзистор VT1, который включит реле K1. Его нормально-замкнутые контакты K1.1 разомкнутся и насос остановится.

Одновременно с этим замкнутся контакты реле K1.2, которые подключат электрод нижнего уровня F2 к базе транзистора VT1. Поэтому при убывании уровня воды ниже датчика F1 отключения реле не происходит (напомним, что запуск насоса осуществляется при отпущенном реле K1), так как транзистор открыт током базы по цепочке R2, K1.2 F2 и реле K1 удерживается в включенном состоянии. Поэтому насос не запускается.

Когда уровень воды опустится ниже электрода F2, ток базы прервется, и транзистор VT1 закроется и выключит реле K1, нормально-замкнутые контакты которого запустят насос. Далее цикл повторится снова. Если переключатель S2 установить в правое по схеме положение, то насос будет работать в дренажном режиме. При этом следует учесть такое обстоятельство: если это насос погружного типа, во избежание сухого хода его заборная часть должна находиться ниже датчика нижнего уровня F2.

Несколько слов о деталях . Схема некритична к типам используемых деталей. В качестве трансформатора подойдет любой маломощный трансформатор, например от трехпрограммных вещательных приемников или от китайских адаптеров постоянного тока. При этом напряжение на конденсаторе C1 должно быть не менее 24 В.

Вместо диодов КД212А подойдут любые с выпрямленным током около 1 А и обратным напряжением не менее 100 В. транзистор VT1 можно заменить на КТ829 с любой буквой или на КТ972А. конденсатор C1 типа К50-35 или импортный.

Светодиод HL1 указывает на подключение устройства к сети. Его можно заменить любым светодиодом красного цвета свечения. В схеме используется реле типа ТКЕ52ПОД, которое можно заменить любым с катушкой на напряжение 24 В и с контактами, способными выдержать ток, потребляемый насосом.

Правильно собранное из исправных деталей устройство управления насосом в наладке, как правило, не нуждается. Но перед установкой его в резервуар лучше произвести проверку, что называется, на столе: вместо насоса временно подключить лампочку небольшой мощности, а работу электродов можно имитировать и в стакане с водой, а то и вовсе без воды.

Для этого надо включить схему при этом лампочка должна зажечься. Потом замкнуть электрод F2, - лампочка продолжает гореть. Не размыкая электрода F2, замкнуть электрод F1, и лампочка должна погаснуть.

После этого последовательно разомкнуть электроды F1 и F2, - лампочка погаснет только после размыкания последнего. Если все сработает именно так, то можно смело подключать насос и пользоваться собственной водокачкой.

Борис Аладышкин

Электросхема насосных станций состоит из электроаппаратов общего назначения и специализированных устройств, применяемые в цепях автоматического контроля и защиты. В электросхемах насосных станций широко применяются магнитные пускатели и автоматы, контакторы и электродвигатели насосов, устройства сигнализации, кнопки управления, устройства защиты от перенапряжений, прочая аппаратура.

К специализированным устройствам, помогающим реализовать систему автоматического управления насосной станции относятся:

1. Реле давления и контроля уровня жидкости (поплавковое реле);
2. Манометры и датчики;
3. Реле, контролирующие заполнение центробежных насосов.

Простейшая электросхема управления насосным агрегатом.

Рис.1 Схема управления электрическими агрегатами насосной станции.

Простейшая схема управления насосным агрегатом может предусматривать два режима работы электронасосов:

1. Автоматический режим;
2. Ручное управление.

Текущий режим управления выбирается ключом КУ.

Ручное управление:

1. Переключателем КУ выбирается ручной режим.
2. Для запуска насосного агрегата нужно замкнуть кнопку включения SBC и подать напряжение на магнитный пускатель КМ.
3. Магнитный пускатель включается и через контакты KM1 становится на самоудержание.
4. Силовые контакты пускателя подают напряжение к электродвигателю, насосный агрегат начинает работать.
5. Отключение насоса осуществляется кнопкой SBT.
Контроль за работой оборудования осуществляет оператор вручную.

Автоматическое управление

1. Переключателем КУ устанавливается в положение автоматического управления, контакт SB замкнут и шунтирует цепь самоудержания.
2. Контакт КК поплавкового реле разомкнут при малом уровне жидкости в емкости. Насос не работает.
3. Если уровень жидкости достигнет определенного уровня, контакт поплавкового реле замыкается, включается магнитный пускатель, насос начинает откачивать жидкость из бака.
4. При уменьшении уровня жидкости в баке контакты КК размыкаются, насос останавливается.

Защита электродвигателей

Для защиты электродвигателей от перегрузки и токов КЗ используется автоматический выключатель QF с комбинированным расцепителем. Защита электродвигателя от исчезновения напряжения (нулевая защита) осуществляется катушкой магнитного пускателя.
Электрохема управления двумя гидроагрегатами насосной станции.

Рис.2 Схема автоматического управления двумя насосами.

Схема управления двумя насосными агрегатами насосной станции позволяет организовать автоматическое управление насосной станцией без участия дежурного персонала. Электросхема насосной станции включает в себя 2 гидронасоса. Один насос работает в нормальном режиме. Второй насос находится в резерве и автоматически включается в работу, если первый не справляется с нагрузкой либо вышел из строя. Какой из насосов в данный момент работает в рабочем режиме, а какой — резервный, определяет переключатель режима откачки ПО:

1. первое положение переключателя - в рабочем режиме насос 1;
2. второе положение - в рабочем режиме насос 2.

Схема позволяет автоматически управлять электродвигателями гидроагрегатов, имеющих постоянно открытые выходные заглушки. Для определения уровня воды в емкости в схеме используется четырехуровневый электронный датчик уровня ДУ. Его контактами Э1, Э2, Э3, Э4 подаются команды управления на запуск и отключения двигателей системы водоснабжения.
Рассмотрим работу схемы в автоматическом режиме, при рабочем насосе 1 с двигателем М1. Переключатель ПО в 1 положении. Контакты 1, 3 переключателя отсечки замкнуты, но реле РУ1, РУ2 не срабатывают, так как их цепь разомкнута контактами Э2, Э3 датчика ДУ. Если уровень жидкости повышается до уровня датчика Э2, цепь катушки реле РУ1 замыкается. Реле срабатывает. Замыкается его контакт РУ1, которым подается напряжение к катушке магнитного пускателя. Магнитный пускатель своими контактами КМ1.1 подает питание к электродвигателю насоса М1. Запускается электронасос Н1 и начинает откачку.

В нормальном режиме уровень воды в емкости снижается, цепь контакта Э2 разрывается, однако двигатель продолжает работать. Он отключится только тогда, когда уровень воды упадет ниже контакта Э1. Это сделано для того, чтобы избежать частых циклов включение-выключение двигателя при небольшом колебании уровня жидкости возле уровня контакта Э2.
Если производительности насоса Н1 не хватает или он вышел из строя, уровень жидкости будет подниматься и замкнет контакты датчика Э3, которое подаст питание в цепь катушки реле РУ2. В результате будет подано напряжение на магнитный пускатель ПМ2, контакты которого обеспечат запуск электродвигателя М2 резервного агрегата. Резервный насос отключится при снижении уровня ниже контакта Э1.

Если уровень жидкости по какой-либо причине достигнет уровня максимально допустимого уровня, замкнется контакт Э4. Это вызовет срабатывание аварийного реле РА, которое оповестит персонал о ненормальном режиме. Контроль напряжения в схеме осуществляется с помощью реле РКН. Цепи сигнализации питаются от шин гарантированного питания. Лампа НL сигнализирует о наличии напряжения в цепях управления насосами. При необходимости, можно перевести насосы на ручное управление и управлять процессами включения и отключения вручную.

Схема управления задвижками насосной станции

Рассмотрим схему насосной задвижки, которая управляется через редуктор малогабаритным асинхронным электродвигателем. При поданном напряжении на схему начинает вполнакала светится зеленая лампа. Она сигнализирует о закрытом положении заглушки. Запуск насосного агрегата осуществляется реле уровня РУ. Один из контактов РУ дает команду на запуск электродвигателя М1 насосного агрегата, а второй - замыкает цепь катушки реле РП1, управляющей работой двигателя заглушки М2.

После пуска насоса и повышении давления в водопроводной системе до нормального уровня, замыкается контакт реле давления РД, включенный последовательно с контактном РУ в цепи катушки РП1. Реле РП1 подтягивается, замыкает нормально разомкнутый контакт и подает напряжение на контактор открытия задвижки КО. Контактор запускает электродвигатель М2 на открытие задвижки. Процесс открытия задвижки контролируется концевиком ВК2, а также ярко горящей красной лампой. После того, как задвижка полностью откроется, контакты ВК2 разомкнутся, отключится КО, двигатель управления задвижкой остановится. Красная лампа станет гореть вполнакала, а зеленая полностью погаснет. Аналогично работает схема закрытия задвижки. Для аварийного отключения схемы управления используется аварийный выключатель ВКА. При срабатывании выключателя гаснут обе сигнальные лампы.