供水系统的控制单元。方案、说明

供水系统的控制单元。无线电电子电气工程百科全书

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作者根据自己的经验，概述了建设个体蓄水供水系统的基本原理，并介绍了他为该系统开发的控制单元，他认为该控制单元满足其可靠性和运行安全性的要求。

在现代乡村别墅、农场或避暑别墅中，没有水是根本不可能的。在偏远地区，集中供水是不切实际的，只能一口井、一口水井甚至露天水库作为水源。后一种选择是非常不可取的，因为可能会污染水库并将污染物扩散到整个供水系统。你可以从井里取水，但当没有水时，剩下的就是打井了。

距离城市越远的地区，停电的情况就越频繁，因此最好选择带有储水箱的供水系统，该系统可以在一定时间内提供足够的水。最简单的供水系统，例如[1]，仅适合在监督下使用。

各种容量的泵站可供出售，但储水箱中有大量供水的泵站的价格令人印象深刻。因此，自行制造储水式供水系统可以让您节省大量资金。

考虑供水系统的设计，包括水源、泵、供水和拆水管道、储水箱，了解系统的安装地点和工作温度条件，可以想象可能的操作模式，预测紧急情况，并在此基础上确定整个系统及其控制单元的要求。

供水系统的运行必须安全，制造、安装、维护和操作简单，控制单元和传感器可靠。该系统必须能够完美地工作多年，并且控制单元必须能够检测紧急情况、发出信号并防止其发展。

所有可能的供水控制系统中最简单的是那些配备电极传感器的系统，用于检测储罐中水的存在及其水位。它们的生产不需要大量的金属制品。电极易于拆卸以进行清洗罐和其他维护工作，然后可以轻松安装回去。 [2] 中描述了类似的结构。

然而，众所周知，电极和储罐的不锈钢除了铁之外还含有合金添加剂——镍、锰、铬和其他金属。当它们进入饮用水并进入体内时，会对健康产生负面影响。因此，在制造与电极液位传感器配合使用的控制单元时，生物安全性不容忽视。有必要尽量减少电极上发生的电化学过程和水的电解。为此，施加到电极的电压必须很低并且以短脉冲施加。

当开始开发供水系统时，您应该考虑水泵的特性。根据工作原理，可分为振动式和离心式两种主要类型。井中剧烈运行的振动泵由于与套管的摩擦而导致橡胶或塑料水管损坏。如果水停止通过损坏的软管流入系统，泵将持续工作，直到出现故障或自动关闭或由人关闭。在这种情况下，你必须紧急解决这个问题，这在冬天尤其费力且不愉快。

摩擦软管的颗粒也可能会导致水质恶化，尤其是橡胶软管。如果铝泵壳与钢壳接触，会产生接触电位差，导致钢管和铝壳发生电化学腐蚀。这可能会导致水渗入泵绕组并损坏它。

人们注意到，即使使用聚乙烯套管，在铝外壳中使用泵也会明显恶化水的味道。这对于由黑色或不锈钢制成的套管尤其明显。如果用这样的水来饮用和做饭，身体会逐渐被其中溶解的铝、铁和合金金属中毒。解决这个问题的最佳方案是使用塑料外壳和塑料或不锈钢外壳中的离心潜水泵。

将铝壳泵更换为不锈钢壳泵后，XNUMX小时内即可感受到水味的改善。因此，饮用水供应系统中使用的潜水泵不应有由铝或其镁合金制成的外壳或其他与水接触的部件。

对供水系统控制单元的首要要求是维持储水箱中给定的水位。第二个要求是泵不应在主电源电压降低或升高超过 10% 的情况下运行。为了控制泵，最好使用电磁继电器或具有常开触点的启动器。这可确保在控制单元发生典型故障或电网电压不足时关闭泵。

如果从泵通向储罐的管道损坏，控制单元必须关闭泵。这将防止泵无限制运行，并导致附近建筑物和区域被水淹没。当配水管道发生泄漏时，机组必须关闭水泵、停止向储水箱注水。同时，必须切断储水箱向他们的供水。为了满足这些要求，需要在可能泄漏的地方安装进入水箱的水流量传感器和湿度传感器。最后，控制单元不能让水从储水箱溢出，因此需要一个水位限制传感器。

几十年来以自动模式操作自制供水系统的实践表明，所描述的要求都不能被认为是多余的。谈到操作[3]中描述的泵控制单元的经验，应该说他们每年需要清洁一次触点。带有簧片开关的泵控制单元需要每两到三年进行一次干预。

读者所关注的相对简单的蓄水式供水系统控制单元就是根据上述要求而设计的。该块的框图如图所示。 1、采用TL431ILP并联稳压微电路作为阈值元件和电子钥匙，保证了其操作的简单性和可靠性。

米。 1、蓄水式供水系统控制单元图（点击放大）

控制单元由 230 V 交流电源电压供电，并使用 SB1 按钮开关打开。使用变压器T1、二极管电桥VD1和平滑电容器C1，从8,5V的次级交流电压（额定网络电压为12V）获得恒定电压。它连接到组装在微电路 DA1、DA2、DA4 上的电压控制单元。这个节点的想法可以在[4]中找到。

此外，根据[3]中的建议，通过按钮SB1.3的触点和继电器K2的常闭触点将整流电压提供给晶体管VT3和VT5上组装的节点。它生成幅度为 12 V 的脉冲，其持续时间由电容器 C4 的电容和电阻器 R15 的电阻设置，重复周期由同一电容器的电容和电阻器 R14 的电阻设置。

脉冲馈送到组装在 DA3 和 DA5 微电路、VT1 晶体管以及 K1 和 K2 继电器上的节点。液位传感器E1-E3和流量E4的电极以及湿度传感器连接到该节点。传感器E1-E4的电极和储罐本体之间的电压约为12V，并且仅在确定储罐中的水位时才脉冲施加到电极。

脉冲期间 DA5 芯片的状态取决于下液位传感器（电极 E2）和罐体之间的水的存在和电阻。如果储水箱内无水或水位低于电极E2，则DA5微电路打开（闭合其阳极-阴极电路）并接通继电器K2。触点 K2.1 和 K2.2 为水泵 M1 提供电源电压。触点 K2.3 闭合时，停止产生脉冲。晶体管VT3集电极电压变为恒定（约12V）。触点 K2.4 断开电极 E2。

当水箱注满水且电极E1（上液位传感器）和水箱体被水封闭后，DA5芯片和K2继电器断开。泵 M1 停止，水箱供水停止。

组装在微电路 DA1、DA2、DA4 以及微电路 DA3、晶体管 VT1 和继电器 K1 上的单元设计用于在紧急情况下关闭泵 M1，发出信号并使控制单元保持在“紧急”模式。 LED HL1 和 HL2 分别用作操作模式和紧急模式的指示灯。在以下紧急情况下，泵关闭，停止向储水箱供水。

首先，当电源电压超出容差限制（标称值的±10%）时。为此，需要连续监控电容器 C1 上与网络电压成比例的不稳定整流电压的当前值。当该电压低于微调电阻器 R1 设置的下阈值时，芯片 DA2 关闭，DA4 开启。当整流电压超过微调电阻 R4 设置的上限时，DA13 芯片打开。在这两种情况下，K1（紧急关闭和报警继电器）都会被激活并自锁。

第二种紧急模式发生在泵发生故障或泵正在运行但由于例如水源不存在或管道损坏而导致水不流入水箱的情况。当进入电极E4所在的水箱的水流未将其与水箱主体电连接时，电容器C2被充电。当电容上的电压达到DA3芯片的阈值电压时，它打开。报警继电器 K1 被激活。电容器C2和电阻器R7、R8在打开紧急模式时产生延迟。这是必要的，以便如果系统正常工作，在打开泵后，水将有时间充满进入水箱的管道，进入水箱并到达电极E4。

当水流管道损坏或水箱有水溢出威胁时，会出现下一种紧急模式。它由湿度传感器和E3限位电极确定，并由VT1晶体管、DA3微电路和K1继电器导通。

在任何紧急模式下，继电器触点 K1.3 将脉冲发生器与 12 V 电源电压断开，从而阻止向泵供电。同时，触点K1.4闭锁继电器K1处于动作状态，并且触点K1.1和K1.2向电磁阀Y1的绕组供电。在这种情况下，常开阀Y1关闭，停止水从水箱流入流管。

您可以通过关闭然后（消除事故后）使用按钮开关SB1打开控制单元，并在运行模式下使用按钮关闭水箱的供水来恢复储水箱的供水。开关SB2。闭合其触点将关闭电液阀Y1并停止水流入流管。

如果在排除事故过程中控制单元没有关闭，那么在排除事故后，可以通过按SB3按钮解除锁定并使控制单元投入运行。即使控制单元关闭，SB4 按钮开关也允许您打开泵并向储水箱供水。

结构元件的选择最好从一组继电器和一个电源变压器开始。继电器必须有四组触点。熔断器 FU2 和 FU3 根据泵操作说明进行选择。

笔者使用继电器K1 - REK78/4 5 A 12 V DC IEC，继电器K2 - REK77/4 10 A 12 V DC IEC。它们的参数在[6]中给出。两个继电器均位于控制单元外壳内。它们安装在专用的 PPM77/4 和 PPM78/4 插座中。如果找不到指定的继电器，则选择其他线圈工作电压为12V、四组触点进行切换的继电器。继电器触点 K2 的额定切换电流必须大于 M1 泵电机的启动电流或其三倍工作电流。

降压网络变压器T1必须有一个电压为8,5V（空载）的次级绕组。为了防止继电器 K1 或 K2 激活时出现“下垂”，变压器的功率必须比继电器线圈消耗的总功率大 15...20 倍。通常 50...100 W 就足够了。不可能使用稳定的 12 V 电压源，因为控制单元根据该电压值来控制网络中的电压。

允许使用带有 24 V 线圈的继电器和次级电压为 17 V 的变压器。进行此类替换时，必须将 25 V 氧化物电容器替换为 35 或 50 V 电容器。设置该单元的方法不适用改变。如果变压器次级绕组上的电压明显高于 8,5 或 17 V，则在 SB1 按钮的引脚 3 和继电器 K10 的引脚 1 之间，应安装一个额外的集成电压调节器 7812 或 7824，并为其供电12或24 V脉冲发生器的输出电压。

GT402G晶体管可以替换为GT403B-GT403D或其他具有pnp结构的中等功率晶体管。优选低饱和电压的锗晶体管或硅晶体管。晶体管KT3102E和KT3107K被替换为具有适当结构的类似低功率晶体管。例如，可以使用 LT206、PBL416 代替 KVR405 二极管电桥。二极管1N4148可以用任何其他二极管代替，其允许的正向电流不小于通过继电器绕组的电流，并且反向电压大于其绕组的工作电压。

安装在储罐取水管道上的电液阀 Y1 必须常开，工作电压为 230 V，且连接尺寸与取水管道相匹配。

如果继电器线圈的工作电流超过0,1A，则应将集成稳定器DA3和DA5更换为场效应晶体管，例如BUZ11。在这种情况下，设置控制单元的方法将保持不变，但应考虑场效应晶体管的静电危险。

传感器电极由直径为 2...5 mm 的不锈钢丝或厚度为 0,5...1 mm、宽度为 6...10 mm 的不锈钢带制成。例如，您可以使用从绞合铝线中提取的钢承重芯。电极安装在由防水绝缘材料制成的公共板上。由于罐内湿度较高，连接线应在罐外连接。流量传感器E4的电极被固定，使得进入水箱的水射流落在其上。限位传感器E3的电极位于供水管下方，但始终位于上位传感器E1的电极上方。

湿度传感器是双铜线的一部分，在 50 mm 的长度上剥去绝缘层，并沿线的长度以 100 ... 500 mm 的增量放置。铺设这些电线的目的是使裸露区域位于水箱装满时或管道配件漏水时可以排水的地方。

控制单元可以组装在任何由绝缘材料制成的外壳中。例如，在来自有故障的不间断电源的外壳中，如果变压器仍然可用，也可以使用其中的变压器。接线盒 XT 1 安装在外壳中，用于连接通往传感器的电线。

几乎所有模块元件都位于其上的印刷电路板如图 2 所示。 5. 最好分阶段将它们安装在板上，检查和调整每个组装的单元。他们开始使用整流器和电压控制单元，然后安装脉冲发生器并检查它们的存在。然后他们将泵控制单元组装在DA2芯片和继电器K1上并检查其运行情况。最后组装晶体管VT3和微电路DAXNUMX上的紧急控制单元并检查其工作情况。之后，您可以将开关、接触块、变压器、继电器、电路板安装到外壳中并将它们相互连接。需要小心确保安装无误。

供水控制单元
米。 2.印刷电路板和块元件

组装控制单元的建立首先检查电容器C1上的恒定电压以及晶体管VT3集电极上是否存在脉冲。通过实验确定从电极E1到电极E2从水箱排水的持续时间。然后通过减小或增大电容器 C4 的电容和电阻器 R14 的电阻来设置脉冲之间相同的暂停持续时间。对于图中所示的值，脉冲持续时间约为5秒，脉冲之间的暂停为1分钟。

通过在市电电压控制节点设置上下阈值来完成调整。为此，可以方便地使用实验室可调自耦变压器 (LATR)。工作按以下顺序进行。流量传感器 E4 的电极通过跳线连接到模块的公共线（模块 XT1 的引脚 6 和 1）。继电器K2.4的触针也通过跳线连接。根据图示，调谐电阻R4的引擎设置在顶部位置，调谐电阻R13的引擎设置在底部位置。在 LATR 的帮助下，提供给变压器 T1 初级绕组的电压设置为 230 V。慢慢地，该绕组上的电压降低，将其设置为 207 V。微调电阻器 R4 缓慢向下移动（根据图中）直到继电器K1动作。从 LATR 获取的电压增加至 230 V，按下 SB3 按钮即可取消“紧急”模式。现在，在LATR的帮助下，电压升至253V。完成此操作后，调谐电阻R13的引擎缓慢向上移动（根据电路），再次实现继电器K1操作。关闭设备电源后，拆下连接 E4 电极和公共线的跳线。

接下来，检查 E4 流量传感器的运行情况。为此，请关闭泵并将电极 E1 和 E2 与 DA5 芯片的控制输入断开。设备连接到网络后 20...40 秒，继电器 K1 应运行。然后关闭设备，将跳线从触点 K2.4 上取下，并连接传感器 E1 和 E2。此后，用湿布擦拭湿度传感器电线的暴露区域，检查湿度传感器的运行情况。

在布置供水系统时，应考虑温度因素。从水源供水的管道必须是直的，并且朝向水源的方向具有每米长度 20...30 毫米的恒定坡度。这将防止水在管道中结冰，因为离心泵停止后，水会通过泵流回水源。储罐必须安装在加热房间或阁楼（与烟囱一起隔热）所有消费者上方。

供水系统控制单元安装在任何方便的地方。用带有内置发生器的压电声音发射器（例如 KPE-2）替换 HL842 LED 可能会很有用。在这种情况下，建议将电阻R2替换为任意开关，以便能够关闭报警声音信号。

文学

Subbotin A. 花园电动泵控制单元。 - 广播，1984 年，第 1 期，第 30 页31、XNUMX。
卡林斯基 A. 电动泵的自动控制：周六：“帮助业余无线电爱好者”，卷。 103，p。 3-10。 - M.：DOSAAF，1989 年。
Muratov M. 单个房屋的供水自动化。 - 广播，2005 年，第 11 期，第 36 页37、XNUMX。
Schreiber G. 300 电源电路。 - M.：DMK，2000。
Goroshkov B.I. 无线电电子设备。 - M.：无线电和通信，1984 年。
模块化系列的中间继电器。 - 网址：elec.ru/files/2010/11/19/Tehnicheskoe-description-rele-promezhutochnyh.pdf。

作者：M.穆拉托夫

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