Схема управления насосом в автоматическом режиме. Автоматика для управления работой насоса. Техническая поддержка и сервисное обслуживание

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.

Насосные установки , используемые для нормализации подачи водоснабжения имеют определенный гарантийный срок, но, чтобы его продлить целесообразно использовать автоматическое управление водяным насосом. Такое оборудование представляет собой установку, предотвращающую поломку закачивающего прибора при недостаточном уровне воды в источнике.

Если насосная подстанция работает без соответствующего датчика, повышается риск выхода ее из строя, так как не предназначены для работы «в сухую». В условиях дефицита жидкости оборудование начинает портиться и перегорать. Если установить датчик уровня воды, можно предотвратить подобные неприятности. Эта статья посвящена решению вопроса выбора защитного устройства, его принципа работы и особенностей.

Подбор реле для защиты насосной станции от холостого хода и поддержания оптимального уровня воды в домашних условиях требует не меньшего внимания, чем . В первую очередь вы должны учесть характеристики собственной скважины, а также воспользоваться косвенными советами:

монтаж должен быть удобным и доступным. Поэтому не следует приобретать слишком массивные установки. Также они должны соответствовать характеристикам самого насоса;
идеально, если ваш датчик обладает упрощенной автоматической регулировкой. Другими словами, устройство имеет способность самостоятельно отключаться от сети, пока вода в скважине не придет к прежнему уровню;
следите за тем, чтобы защитное реле было хорошо гидроизолировано, так как попадание влаги на корпус выведет механизм из строя, если произойдет увеличение уровня жидкости;
уточните у продавца, насколько деталь для насоса долговечна и надежна. Не помешает узнать, как влияет частая пропажа уровня воды в скважине на работу защиты;
цена должна соответствовать оптимальным параметрам независимо от фирмы производителя. Варьироваться стоимость может из-за различного диапазона давления и общих технических характеристик.

Важно! Если вами был правильно сделан выбор и проведен монтаж, реле сможет самостоятельно остановить прибор без вреда для рабочего механизма насосного оборудования.

Рабочий механизм датчика. Как ведет себя конструкция во включенном виде?

Обычное реле холостого хода для насоса настроено на работу давления в диапазоне от 1 до 8 бар, при этом оно ориентируется по уровню жидкости. Внутренний механизм датчика представляет собой блок с настроенными пружинами, которые отвечают за двухсторонние пределы давления. Регулируются они специальными установленными гайками. Показатель давления контролирует мембранная пластина, при помощи которой пружина ослабляется при минимальном давлении и напрягается при достижении максимального значения.

Пружина датчика давления срабатывает при размыкании и смыкании контактов цепи. Если давление падает, происходит смыкание контактов, которое осуществляет датчик защиты и насос приходит в рабочее положение. В противоположном случае, насос отключается и не действует до тех пор, пока давление не нормализуется до оптимальных отметок.

Чтобы настроить правильную работу датчика понадобиться схема управления насосом. С целью точной настройки необходимо привести насосный агрегат в рабочее состояние - это позволит поднять давление воды в скважине. Регулировать работоспособность установки можно при помощи специально выведенных винтов под крышкой, которая защищает автоматику датчика.

Вы можете самостоятельно настроить пределы срабатывания защитного устройства. Для этого выполняем следующие действия последовательно.

Фиксируем максимальный и минимальный предел давления по уровню жидкости в емкости, при которых насос находится в рабочем состоянии. Обязательно снимите показания с манометра.
Отключаем насосную установку от электричества и разбираем защитный прибор.
Снимаем крышку корпуса и немного отпускаем гайку, удерживающую маленькую пружину.
Затем настраиваем минимальное давление: подтягиваем или отпускаем большую пружину также при помощи фиксирующей гайки.
Открываем кран с целью снизить давление в системе трубопровода. При этом не забывайте контролировать срабатывание насоса.
Обращаем внимание на показания манометра, если они оптимальны для вашего случая оставляем реле в таком состоянии, если нет - регулируем дальше.

Внимание! При настройке контролирующего датчика холостого хода вы должны учитывать возможности насосного агрегата. Например, если его заводское значение с потерями составляет порядка 3,5 бар, настраивать реле нужно на 3 бара. В противном случае есть вероятность перегрузки оборудования.

Несколько слов об автоматическом управлении насосом на воду

Устройства, основанные на схеме «автомат», могут пригодиться в домашних и фермерских условиях. Особенно важно наличие подобного оборудования в системах, где обязателен контроль уровня воды и ее давления.

Датчики, основанные на автоматической схеме управления, считаются полезными и не требующими постоянного наблюдения за оборудованием скважины, колодца или другого источника водоснабжения. Также подобные конструкции часто используются многофункционально.

Обратите внимание на схему автоматического управления насосом, она никак не связана с общим резервуаром, откуда поступает вода через насос.

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

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.