Схема управления насосом по уровню воды. Устройство для управления водяным насосом — блок управления насосом

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.

• 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.

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.

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.

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.

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.

Если вы по финансовым соображениям или по каким-то другим не хотите приобретать готовое устройство управления насосом, то вам поможет набор "Мастер КИТ NF250", который позволяет собрать простое электронное устройство для поддержания в накопительном баке необходимого уровня воды.

Принцип работы "умного помощника" следующий. Когда уровень воды в душевом баке падает ниже определённого уровня "L", насос включается и начинает закачивать воду в ёмкость. Когда уровень воды достигает заданного уровня "Н", устройство отключает насос (рис. 1). Общий вид устройства показан на рис.2.

Рис. 1. Принцип работы устройства для управления дачным насосом.

Рис. 2. Общий вид устройства.

Рис. 3. Схема электрическая принципиальная.

Технические характеристики устройства
Напряжение питания, В - 12
Ток в режиме покоя, мА - 1
Ток в режиме срабатывания реле, мА Коммутируемая мощность, Вт - 1300
Размеры печатной платы, мм - 61x41
Схема электрическая принципиальная приведена на рис.3.

Принцип действия

Вода обладает электрической проводимостью. Пока в ёмкости нет воды, транзисторы Т1 и Т2 закрыты, на коллекторе транзистора Т1 присутствует высокое напряжение. Данное высокое напряжение, поступая через диод D1 на базу транзистора ТЗ, открывает его и транзистор Т4, что приводит к включению исполнительного реле, к силовым контактам которого подсоединён насос.

Насос начинает качать воду в ёмкость. Светодиод LED при этом включается, индицируя работу насоса. Когда уровень воды достигает датчика "L", транзистор Т1 открывается, напряжение на его коллекторе пропадает. Однако насос продолжает работать, потому что на базу транзистора ТЗ подается напряжение через резистор R8 и поддерживает ключ ТЗ-Т4 в открытом состоянии.

Когда уровень воды достигает датчика "Н", транзистор Т2 открывается и на базу транзистора ТЗ поступает низкий уровень. Ключ ТЗ-Т4 закрывается - реле выключается. Лишь когда уровень воды вновь опустится ниже уровня "L", реле включится опять.
Перечень элементов приведен в таблице.

Рис. 4. Внешний вид печатной платы со стороны деталей и со стороны токопроводящих дорожек.

Конструкция

Конструктивно устройство выполнено на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размерами 61x41 мм (рис. 4). В качестве датчиков "L" и "Н" можно использовать подручные материалы, например, медные водопроводные полдюймовые гайки, прочно прикреплённые к изолированным проводам.

Включение устройства

Подключите к плате провода датчиков и расположите их в экспериментальной ёмкости такой же высоты, как и используемый бак таким образом, чтобы соответствовали положения:
"COM" - на дне (если ёмкость - железная, то можно соединить этот провод с корпусом ёмкости);
"L" - на желаемом нижнем уровне воды (уровне включения насоса),
"Н" - на уровне отключения насоса.

Подключите устройство к источнику питания, соблюдая полярность. Сетевое напряжение и насос пока не подключайте. Включите питание. Должен загореться индикаторный светодиод и "щелкнуть" реле, подключив насос. Наливайте воду в емкость. Когда уровень воды достигнет датчика "Н", реле должно отключиться. Выливайте воду из емкости. Когда уровень воды опустится чуть ниже датчика "L", реле должно включиться.

Теперь можно окончательно смонтировать датчики на реальном объекте и, соблюдая осторожность, подключить к контактам схемы 220 В и насос.

Ю. САДИКОВ, Москва

Данное автоматическое устройство управления водяным насосом может оказать неоценимую помощь в контроле и поддержание заданного уровня воды в емкости находящейся, например, на даче или фермерском хозяйстве.

Так, при использовании в колодце погружного насоса для полива огорода нужно присматривать, чтобы уровень воды не ушел ниже глубины насоса. Иначе насос может перегреется и выйти из строя, работая в пустую (на холостом ходу). Избежать всевозможные неприятности в работе погружного насоса поможет нижеприведенная схема автоматического управления насосом.

Описание работы контроллера насоса

Схема достаточно проста и надежна. В ней реализована функция возможность выбора режима работы: ОТКАЧКА/ЗАКАЧКА.

Элементы схемы не имеют связи с самой емкостью, что позволяет избежать электро-химическую коррозию (в случае применения металлической емкости). Суть функционирования схемы заключается в способности воды проводить электрический ток. Вода, замыкая стержни датчика, замыкает электроцепь базы транзистора VT1. При этом активируется электромагнитное реле К1, которое своей контактной парой К1.1 включает/выключает (зависит от положения S2.1) электронасос.

В роли датчиков F1, F2 возможно применить металлические пластины из нержавеющей стали. Как вариант можно использовать не нужную нержавеющую бритву. Пластины необходимо закрепить на диэлектрик (оргстекло, текстолит) на расстоянии от 5 до 20 мм друг от друга.

При подачи питания и в случае если в емкости нет воды, электромагнитное реле К1 не активно, и его контактная пара К1.1 (нормально замкнутые) осуществляют подачу питания на насос до того момента, когда вода наполнит емкость (до датчика F1). При этом включится реле и контактной парой выключит насос.

Заново насос начнет качать воду, только в том случае, когда уровень воды станет ниже контакта датчика F2. Так работает автомат в режиме ЗАКАЧКА, определяемое положением переключателя S2. При переводе этого же переключателя в положение ОТКАЧКА, устройство можно применить для откачки воды, то есть насос будет отключаться, если уровень воды станет ниже датчика F2.

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.