Одним из самых важных элементов современной системы водоотведения является канализационный колодец, без которого не обходится ни одно предприятие. Колодцы также устанавливают жильцы домов в частном секторе, которые в последствии производят откачку фекальных стоков различными методами. На глубину погружают насос и по мере заполнения колодца производят откачку. Насосом управляет автоматическая система, оснащённая датчиками и элементами коммутации. Существует несколько разновидностей способов управления такими системами. Остановимся на одном из них: поплавковый метод — самый распространённый способ управления контролем уровня жидкости. Внутри поплавка расположены контакты, которые в зависимости от положения поплавка изменяют своё состояние. Погружают в колодец обычно три таких датчика. Датчик нижнего уровня, верхнего уровня и самый верхний — аварийный датчик. Практика показала, что работа таких датчиков не надёжна. Поплавки зависают в фекальной жиже, со временем перегибаются провода, окисляются и не срабатывают контакты, не смотря на то,что они выполнены герметично.
В этой статье речь пойдёт о том, как избавиться от трёх датчиков и установить один единственный электрод, который будет выполнять все нужные функции этих трёх датчиков. Суть разработки заключалась в том, чтобы этот датчик не нуждался в обслуживании, был надёжен в работе, не боялся коррозии, и не содержал активных элементов. После проб и экспериментов получился вот такой простой обычный изогнутый штырь:
К верхней части штыря приварено ушко, к которому с помощью болта подключен одножильный провод с двойной изоляцией. Толщина штыря выбрана 6..10 мм. На штырь надета силиконовая трубка соответствующего диаметра. Соединение надёжно изолировано с помощью термоусадочной трубки. Нижняя часть также загерметизирована термоусадочной трубкой. Голая часть штыря составляет 200…300 мм. Крепится штырь-датчик к стенке колодца с помощью хомутов из нержавейки с резиновыми вставками.
Рассмотрим структурную схему устройства:
Принцип работы штыревого электрода основан на измерении сопротивления между электродом и землёй. Пока нет жидкости, это сопротивление очень высокое и схема воспринимает это значение как отсутствие сигнала. При появлении жидкости, сопротивление резко снижается и на входе устройства появляется сигнал. Схема блока управления собрана на печатной плате с выходными реле, которые коммутируют магнитный пускатель насоса и аварийный маячок на крыше сооружения. Вся схема уложена в пластиковый ящик, на крышке которой размещены индикаторные лампы и кнопка активации насоса. Для индикации аварийных ситуаций используется пьезокерамический излучатель, который установлен непосредственно на плате устройства.
Рассмотрим электрическую принципиальную схему устройства:
При подаче питания схема принимает исходное состояние. Жидкости в колодце пока нет, поэтому сопротивление между электродом и общим проводом очень высокое. Входной конденсатор 10 мк заряжен через резистор 10 кОм и на нём присутствует напряжение равное источнику питания 24в. Через оптрон PC817 и индикаторный светодиод ток не течёт, поэтому схема находится в режиме ожидания. Как только жидкость достигла электрода, сопротивление между ним и общим проводом резко снижается, что приводит к разряду конденсатора и возрастанию тока через оптрон и индикаторный диод, который вспыхивает. Открывается транзистор оптрона и посылает на вход микросхемы PIC12F629 сигнал низкого уровня. Микроконтроллер обрабатывает данный сигнал и на его выводе выв. 6 появляется сигнал высокого уровня. Открывается транзистор, срабатывает реле и магнитный пускатель, включается насос, начинается откачка. Желтый светодиод на печатной плате начинает мигать, начинается отсчёт времени. На лицевой панели блока управления вспыхивает зелёная лампочка «работа». Продолжительность откачки настроена на 5 минут и изменяется программно. По истечении данного времени насос отключается, схема уходит в режим ожидания и насос включится только тогда, когда уровень жидкости снова достигнет электрода.
Разберём такую ситуацию, при которой забился трубопровод, или по какой-либо причине упала производительность насоса: жидкость достигла электрода, включился насос, но уровень так и не снижается. Микроконтроллер определяет такую ошибку и спустя 1 минуту выдаёт прерывистый тональный сигнал на пьезокерамический излучатель, а на транзистор сигнального реле — высокий уровень. Начинает мигать сирена, на пульте управления вспыхивает красная лампочка «авария». Сотрудники видят аварию и предотвращают её. После того, как авария будет устранена, уровень жидкости упадёт ниже электрода, схема перейдёт в нормальный режим работы.
Питание насоса осуществляется от сети переменного тока 380в, но если насос рассчитан на напряжение 220в, то необходимость в трёхфазной сети отпадает. Электронная схема питается от источника напряжением 24в, можно нестабилизированного — трансформатор, четыре диода и сглаживающий конденсатор. Для питания микросхемы служит стабилизатор 5в — 7805. Электродвигатель защищён от токовой перегрузки с помощью теплового реле, для защиты схемы управления от к.з. используется автоматический выключатель.
Печатная плата выполнена из фольгированного стеклотекстолита размерами 60х80 см:
Внешний вид печатной платы:
В углах просверлены отверстия, печатная плата установлена на шпильки с ограничительными гайками. Сверху закрыта оргстеклом.
Все компоненты размещены в пластиковой коробке подходящих размеров:
Провода пропущены в сквозные отверстия и подведены к соответствующим клеммам.
Внешний вид устройства:
В лицевой панели просверлены отверстия и установлены кнопки управления с лампочками.
Собранное устройство, после заливки прошивки начинает работать сразу и в налаживании не нуждается.
При работе соблюдайте меры электробезопасности!
И в заключении хотелось сказать, что данное устройство проработало уже более 2-ух лет и в обслуживании не нуждалось ни разу.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| D1 | МК PIC 8-бит | PIC12F629 | 1 | Микроконтроллер | ||
| V1 | Линейный регулятор | L7805AB | 1 | Стабилизатор | ||
| VT1 | Биполярный транзистор | КТ815А | 3 | N-P-N | ||
| R | Резистор | 10 кОм | 3 | 0, 25 Вт | ||
| R | Резистор | 2 кОм | 2 | 0, 25 Вт | ||
| R | Резистор | 47 кОм | 2 | 0 25 Вт | ||
| R | Резистор | 33 Ом | 1 | 0, 25 Вт | ||
| C | Конденсатор | 0.1 мк | 2 | 60 в | ||
| R | Резистор | 1 кОм | 1 | 0,25 Вт | ||
| С | Конденсатор | 470 мкф | 1 | 25 в | ||
| С | Конденсатор | 100 мкф | 1 | 16 в | ||
| С | Конденсатор | 10 мкф | 1 | 16 в | ||
| PC | Оптопара | PC817 | 1 | оптрон | ||
| Д | Выпрямительный диод | 1N4007 | 3 | диод | ||
| VD | Светодиод | 1 | Красный | |||
| VD | Светодиод | 1 | Желтый | |||
| G | Источник питания | 220/24в | 1 | |||
| Z | Пьезоизлучатель звуковой | 1 | 14 мм | |||
| K | Магнитный пускатель | катушка управления 220В АС 1НО LC1K | 1 | |||
| Лампа сигнальная ЛН-1081С | (Красный с сиреной =24В) | 1 | ||||
| Реле перегрузки тепловое | IEK DRT10-0009-0013 | 1 | ||||
| Реле 24VDC | 1-1393219-0 (PE014024) | 2 | 1 перключ | |||
| Клеммник винтовой | 3-контактный. 5мм. прямой | 3 | ||||