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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Unidad de control para el sistema de suministro de agua. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Hogar, hogar, hobby Sobre la base de su propia experiencia, el autor describe los principios básicos de la construcción de sistemas individuales de suministro de agua de almacenamiento y describe la unidad de control desarrollada por él para dicho sistema, que, en su opinión, cumple con los requisitos de confiabilidad y seguridad de operación. Es simplemente imposible prescindir del agua en una casa de campo, una granja o una casa de verano modernas. En lugares remotos, el suministro de agua centralizado no es práctico, y un pozo, un pozo o incluso un depósito abierto sirven como fuente de agua. La última opción es altamente indeseable debido a la posibilidad de contaminar el depósito y esparcir el contaminante por todo el sistema de suministro de agua. Puedes sacar agua de un pozo, pero cuando no hay, solo queda perforar un pozo. Cuanto más lejos está el territorio de la ciudad, más a menudo hay cortes de energía, por lo tanto, son preferibles los sistemas de suministro de agua con un tanque de almacenamiento, cuyo suministro de agua es suficiente para un cierto período de tiempo. Los sistemas de suministro de agua más simples, como [1], son adecuados para su uso solo bajo supervisión. Hay estaciones de bombeo de varias capacidades a la venta, pero los precios de las estaciones con un gran suministro de agua en el tanque de almacenamiento son impresionantes. Por lo tanto, la autoproducción de un sistema de suministro de agua de tipo almacenamiento puede ahorrar una cantidad significativa de dinero. Pensando en el diseño de un sistema de suministro de agua que contiene una fuente de agua, una bomba, tuberías para suministrar y desmontar agua, un tanque de almacenamiento para ello, conociendo el sitio de instalación del sistema y las condiciones de temperatura en las que tendrá que trabajar, es es posible imaginar posibles modos de operación, anticipar emergencias y, en base a esto, determinar los requerimientos para el sistema en su conjunto y su unidad de control en particular. La operación del sistema de suministro de agua debe ser segura, la fabricación, instalación, mantenimiento y operación simples, y la unidad de control y los sensores confiables. El sistema debe poder funcionar sin problemas durante años, y la unidad de control debe poder detectar emergencias, señalarlas y prevenir su desarrollo. Los más simples de todos los sistemas de gestión de agua posibles son aquellos que están equipados con sensores de electrodos para la presencia de agua y su nivel en el tanque de almacenamiento. Su fabricación no requiere una gran cantidad de trabajo de cerrajería. Los electrodos son fáciles de quitar para el lavado del tanque y otros trabajos de mantenimiento, después de lo cual son fáciles de volver a instalar. Una construcción similar se describe en [2]. Sin embargo, se sabe que el acero inoxidable de los electrodos y del tanque de almacenamiento contiene, además de hierro, aditivos de aleación: níquel, manganeso, cromo y otros metales. Al entrar en el agua potable, y con ella en el cuerpo, afectan negativamente a la salud. Por lo tanto, al fabricar una unidad de control que funciona con sensores de nivel de electrodos, no se puede ignorar la seguridad biológica. Es necesario minimizar los procesos electroquímicos que ocurren en los electrodos y la electrólisis del agua. Para ello, el voltaje aplicado a los electrodos debe ser bajo y aplicado en pulsos cortos. Al comenzar a desarrollar un sistema de suministro de agua, se deben tener en cuenta las características de las bombas de agua. Según el principio de funcionamiento, se pueden clasificar en dos tipos principales: vibratorios y centrífugos. Las bombas vibratorias que trabajan intensamente en el pozo provocan daños en las mangueras de agua de goma o plástico debido a su fricción contra la carcasa. Si el agua deja de fluir hacia el sistema a través de una manguera dañada, la bomba funcionará continuamente hasta que falle o sea apagada por la automatización o por una persona. En tales casos, es necesario reparar urgentemente el mal funcionamiento, que es especialmente laborioso y desagradable en invierno. También es posible que la calidad del agua se vea empeorada por las partículas de una manguera que roza, especialmente si es de goma. Si la carcasa de aluminio de la bomba toca la carcasa de acero, se produce una diferencia de potencial de contacto que conduce a la corrosión electroquímica del acero de la carcasa y del aluminio de la carcasa. Todo puede terminar con la penetración de agua en el devanado de la bomba y su daño. Se ha observado que el uso de una bomba con carcasa de aluminio empeora notablemente el sabor del agua incluso con tuberías con carcasa de polietileno. Y esto se nota especialmente con los tubos de revestimiento hechos de acero negro o inoxidable. Si esa agua se usa para beber y cocinar, hay un envenenamiento gradual del cuerpo con aluminio, hierro y metales de aleación disueltos en ella. La mejor solución a este problema es el uso de una carcasa de plástico y una bomba sumergible centrífuga en una carcasa de plástico o acero inoxidable. Después de reemplazar la bomba con una carcasa de aluminio por una bomba con una carcasa de acero inoxidable, la mejora en el sabor del agua se siente en un día. Por lo tanto, las bombas sumergibles utilizadas en los sistemas de suministro de agua potable no deben tener carcasas y otras partes en contacto con el agua hechas de aluminio o sus aleaciones con magnesio. El primer requisito para la unidad de control del sistema de suministro de agua es mantener un nivel de agua predeterminado en el tanque de almacenamiento. El segundo requisito es que no debe permitir que la bomba funcione con un voltaje reducido o aumentado de más del 10% en la red eléctrica. Para controlar la bomba, es preferible utilizar un relé electromagnético o un arrancador con contactos normalmente abiertos. Esto asegura que la bomba se apague en caso de fallas típicas de la unidad de control o la ausencia de voltaje en la red eléctrica. La unidad de control debe necesariamente apagar la bomba si las tuberías que van desde la bomba hasta el tanque de almacenamiento están dañadas. Esto evitará que la bomba funcione indefinidamente, acompañada de la inundación de edificios y territorios cercanos. La unidad debe apagar la bomba, deteniendo el llenado del tanque de almacenamiento y en caso de fuga de las tuberías de distribución de agua. Al mismo tiempo, se debe cerrar el suministro de agua desde el tanque de almacenamiento. Para cumplir con estos requisitos, es necesario contar con sensores para el flujo de agua que ingresa al tanque y sensores de humedad en los lugares de posibles fugas. Y finalmente, la unidad de control no debe permitir que el agua se desborde del tanque de almacenamiento, por lo que se requiere un sensor de límite para el nivel de agua en el mismo. La práctica de operar un sistema de suministro de agua hecho en casa en modo automático durante décadas muestra que ninguno de los requisitos descritos puede considerarse superfluo. Hablando sobre la experiencia de operar las unidades de control de bombas descritas en [3], se debe decir que una vez al año necesitaban limpiar los contactos. La unidad de control de la bomba con interruptores de láminas requería una intervención cada dos o tres años. La unidad de control relativamente simple para el sistema de suministro de agua del tipo de almacenamiento, señalada a la atención de los lectores, fue diseñada en base a los requisitos enumerados anteriormente. El esquema de este bloque se muestra en la fig. 1. La simplicidad y confiabilidad de su operación está garantizada por el uso de microcircuitos de estabilizadores de voltaje paralelos TL431ILP como elementos de umbral y llaves electrónicas.
La centralita se alimenta con red de 230 V AC, se enciende con el pulsador SB1. Con la ayuda del transformador T1, el puente de diodos VD1 y el condensador de filtrado C1, se obtiene una tensión constante a partir de una tensión alterna secundaria de 8,5 V (12 V a tensión nominal de red). Ingresa a la unidad de control de voltaje, ensamblada en microcircuitos DA1, DA2, DA4. La idea de este nudo se encontró en [4]. Además, el voltaje rectificado a través de los contactos del botón SB3 y los contactos normalmente cerrados del relé K1.3 se suministra al nodo ensamblado en los transistores VT2 y VT3 de acuerdo con las recomendaciones disponibles en [5]. Genera pulsos con una amplitud de 12 V, cuya duración está determinada por la capacitancia del capacitor C4 y la resistencia de la resistencia R15, y el período de repetición, por la capacitancia del mismo capacitor y la resistencia de la resistencia R14 . Los pulsos alimentan el nodo ensamblado en los microcircuitos DA3 y DA5, el transistor VT1 y los relés K1 y K2. Los electrodos de los sensores de nivel E1-E3 y flujo E4, así como los sensores de humedad están conectados a este nodo. El voltaje entre los electrodos de los sensores E1-E4 y el cuerpo del tanque de almacenamiento es de aproximadamente 12 V, y se pulsa y se aplica a los electrodos solo durante la determinación del nivel de agua en el tanque. El estado del chip DA5 durante el pulso depende de la presencia y resistencia del agua entre el sensor de bajo nivel (electrodo E2) y el cuerpo del tanque. Si no hay agua en el tanque de almacenamiento o su nivel está por debajo del electrodo E2, el chip DA5 se abre (cierra su circuito de ánodo-cátodo) y enciende el relé K2. Los contactos K2.1 y K2.2 suministran tensión de red a la bomba de agua M1. Los contactos K2.3, una vez cerrados, detienen la generación de pulsos. El voltaje en el colector del transistor VT3 se vuelve constante (alrededor de 12 V). Los contactos K2.4 apagan el electrodo E2. Después de llenar el tanque y cerrar con agua el electrodo E1 (sensor de nivel superior) y el cuerpo del tanque, el chip DA5 y el relé K2 se apagan. La bomba M1 se detiene, el suministro de agua al tanque se detiene. Los nodos ensamblados en los microcircuitos DA1, DA2, DA4 y en el microcircuito DA3, el transistor VT1 y el relé K1 están diseñados para apagar la bomba M1 en situaciones de emergencia, señalarlo y mantener la unidad de control en el modo de "emergencia". Los LED HL1 y HL2 sirven como indicadores de los modos de operación y emergencia, respectivamente. La bomba se apaga, deteniendo el suministro de agua al tanque de almacenamiento, en las siguientes situaciones de emergencia. En primer lugar, cuando la tensión de red supera la tolerancia (± 10% del valor nominal). Para ello, se monitoriza continuamente el valor actual de la tensión rectificada no estabilizada en el condensador C1, que es proporcional a la tensión de la red. El chip DA1 se cierra y DA2 se abre cuando este voltaje está por debajo del umbral inferior establecido por la resistencia de sintonización R4. El chip DA4 se abre cuando el voltaje rectificado excede el umbral superior establecido por la resistencia de sintonización R13. En ambos casos, K1, un relé de parada de emergencia y alarma, se activa y se autobloquea. El segundo modo de emergencia ocurre cuando la bomba falla o cuando la bomba está funcionando, pero el agua no ingresa al tanque debido, por ejemplo, a su ausencia en la fuente o al daño de la tubería. Cuando el chorro de agua que ingresa al tanque, en el que se encuentra el electrodo E4, no lo conecta eléctricamente con el cuerpo del tanque, el capacitor C2 se carga. Cuando el voltaje en el capacitor alcanza el voltaje umbral del microcircuito DA3, se abre. El relé de alarma K1 está activado. El condensador C2 y las resistencias R7, R8 crean un retraso en el encendido del modo de emergencia. Es necesario para que, con un sistema en funcionamiento, el agua tenga tiempo de llenar la tubería que va al tanque después de encender la bomba, ingrese al tanque y llegue al electrodo E4. El siguiente modo de emergencia ocurre cuando las tuberías de flujo de agua están dañadas o existe la amenaza de que el agua se desborde del tanque. Se determina mediante sensores de humedad y el electrodo de límite E3, y se activa mediante el transistor VT1, el microcircuito DA3 y el relé K1. En cualquier modo de emergencia, los contactos del relé K1.3 desconectan el generador de impulsos de la tensión de alimentación de 12 V, evitando así que la bomba se encienda. Al mismo tiempo, los contactos K1.4 bloquean el relé K1 en el estado activado y los contactos K1.1 y K1.2 suministran voltaje a la bobina de la válvula solenoide Y1. En este caso, la válvula normalmente abierta Y1 se cierra, deteniendo el flujo de agua del tanque a la tubería de flujo. Puede restaurar el suministro de agua del tanque de almacenamiento apagando y luego (después de eliminar el accidente) encendiendo la unidad de control usando el interruptor de botón SB1, y bloquear el suministro de agua del tanque en modo operativo usando el interruptor de botón SB2. Cerrar sus contactos cerrará la válvula solenoide Y1 y detendrá el suministro de agua a la tubería de flujo. Si la unidad de control no se apagó durante la eliminación del accidente, luego de que se elimine, puede desbloquear la cerradura presionando el botón SB3 y poner la unidad de control en funcionamiento. El interruptor de botón SB4 le permite encender la bomba y suministrar agua al tanque de almacenamiento incluso cuando la unidad de control está apagada. Es mejor comenzar la selección de elementos estructurales con un conjunto de relés y un transformador de potencia. Los relés deben tener cuatro grupos de contactos. Los enlaces fusibles FU2 y FU3 se seleccionan de acuerdo con las instrucciones de funcionamiento de la bomba. El autor utilizó el relé K1 - REK78/4 5 A 12 V CC IEC, el relé K2 - REK77/4 10 A 12 V CC IEC. Sus parámetros se dan en [6]. Ambos relés se encuentran en la carcasa de la unidad de control. Se instalan en las tomas PPM77/4 y PPM78/4 previstas para ellos. Si no se pueden encontrar los relés indicados, se seleccionan otros con una tensión de funcionamiento de bobina de 12 V y cuatro grupos de contactos para conmutación. Los contactos de relé K2 deben ser capaces de conmutar una corriente mayor que la corriente de arranque del motor de la bomba M1 o tres veces su corriente de funcionamiento. El transformador de red reductor T1 debe tener un devanado secundario de 8,5 V (sin carga). Para que no se "hunda" cuando se activa el relé K1 o K2, la potencia del transformador debe ser 15 ... 20 veces mayor que el total consumido por las bobinas del relé. Por lo general, 50...100 W es suficiente. Es imposible utilizar una fuente de voltaje estabilizado de 12 V, ya que la unidad de control controla el voltaje en la red por el valor de este voltaje. Está permitido usar un relé con bobinas de 24 V y un transformador con un voltaje secundario de 17 V. Con tal reemplazo, los capacitores de óxido de 25 V deben reemplazarse con capacitores de 35 o 50 V. El método para configurar la unidad no cambiar. Si el voltaje en el devanado secundario del transformador es notablemente superior a 8,5 o 17 V, entonces entre el pin 1 del botón SB3 y el pin 10 del relé K1, debe instalar un regulador de voltaje integrado adicional 7812 o 7824 y alimentarlo con un Voltaje de salida del generador de pulsos de 12 o 24 V. El transistor GT402G se puede reemplazar con un GT403B-GT403D u otro transistor pnp de potencia media. Transistores preferidos de germanio o silicio con voltaje de baja saturación, por ejemplo. Los transistores KT3102E y KT3107K se reemplazan por transistores similares de baja potencia de la estructura correspondiente. En lugar del puente de diodos KVR206, por ejemplo, son adecuados LT416, PBL405. Los diodos 1N4148 se pueden reemplazar por cualquier otro con una corriente directa admisible no inferior a la corriente a través de los devanados del relé y una tensión inversa superior a la tensión de funcionamiento de sus devanados. La válvula electrohidráulica Y1, que se instala en la tubería de toma de agua del tanque de almacenamiento, debe estar normalmente abierta, operar desde una tensión alterna de 230 V y ajustar las dimensiones de conexión a las tuberías utilizadas para la extracción de agua. Si la corriente de funcionamiento de las bobinas del relé supera los 0,1 A, los estabilizadores integrales DA3 y DA5 deben reemplazarse con transistores de efecto de campo, por ejemplo, BUZ11. En este caso, se mantendrá el método para establecer la unidad de control, pero se debe tener en cuenta el peligro de la electricidad estática para los transistores de efecto de campo. Los electrodos del sensor están hechos de alambre inoxidable de 2...5 mm de diámetro o tira de acero inoxidable de 0,5...1 mm de espesor y 6...10 mm de ancho. Es posible, por ejemplo, utilizar cables portadores de acero extraídos de cables de aluminio trenzados. Los electrodos se fijan sobre una placa común de material aislante impermeable. Los cables de conexión deben conectarse a ellos fuera del tanque debido a la alta humedad que contiene. El electrodo del sensor de flujo E4 está fijo para que un chorro de agua que ingresa al tanque caiga sobre él. El electrodo del sensor de nivel límite E3 se encuentra debajo de la tubería de suministro de agua, pero siempre por encima del electrodo del sensor de nivel superior E1. Los sensores de humedad son secciones de un cable de cobre doble, sin aislamiento en una longitud de 50 mm y ubicadas en incrementos de 100 ... 500 mm a lo largo del cable. Este cable se coloca de modo que las áreas descubiertas se ubiquen en lugares donde el agua pueda drenar cuando el tanque se sobrellene o por juntas con fugas en los accesorios de plomería. Puede montar la unidad de control en cualquier caso hecha de material aislante. Por ejemplo, en una carcasa de una fuente de alimentación ininterrumpida defectuosa, desde la cual también se puede usar un transformador si permanece en servicio. Se instala un bloque de terminales XT 1 en la carcasa para conectar los cables que van a los sensores. La placa de circuito impreso, en la que se encuentran casi todos los elementos del bloque, se muestra en la Fig. 2. Es mejor montarlos en el tablero por etapas con la verificación y el ajuste de cada nodo ensamblado. Comienzan a trabajar con un rectificador y una unidad de control de voltaje, luego montan el generador de pulso y verifican su presencia. Luego ensamblan la unidad de control de la bomba en el chip DA5 y el relé K2 y verifican su funcionamiento. El último en ensamblar la unidad de control de emergencia en el transistor VT1 y el chip DA3 y verificar su funcionamiento. Después de eso, puede instalar interruptores, un bloque de terminales, un transformador, un relé, una placa en la caja y conectarlos entre sí. Para que la instalación esté libre de errores, se requiere cuidado.
El establecimiento de la unidad de control ensamblada comienza con la verificación del voltaje constante en el capacitor C1 y la presencia de pulsos en el colector del transistor VT3. Determine empíricamente la duración del drenaje de agua del tanque desde el electrodo E1 al electrodo E2. Luego establezca la misma duración de la pausa entre pulsos, reduciendo o aumentando la capacitancia del capacitor C4 y la resistencia de la resistencia R14. Para las clasificaciones indicadas en el diagrama, la duración del pulso es de aproximadamente 5 s y las pausas entre pulsos son de 1 min. El ajuste se completa configurando los umbrales superior e inferior en el nodo de control de tensión de red. Para ello, es conveniente utilizar un autotransformador ajustable de laboratorio (LATR). El trabajo se lleva a cabo en el siguiente orden. El electrodo del sensor de flujo E4 está conectado por un puente al cable común del bloque (pines 1 y 6 del bloque XT1). Las salidas de los contactos de relé K2.4 también están conectadas con un puente. El motor de la resistencia de sintonización R4 se establece en la parte superior y el motor de la resistencia de sintonización R13 se establece en la posición inferior de acuerdo con el diagrama. Con la ayuda de LATR, el voltaje suministrado al devanado primario del transformador T1 se establece en 230 V. Lentamente, el voltaje en este devanado se reduce, ajustándolo a 207 V. La resistencia de corte R4 se mueve lentamente hacia abajo (según el diagrama) hasta que el relé K1 opere. El voltaje tomado del LATR se aumenta a 230 V y, al presionar el botón SB3, se cancela el modo "Emergencia". Ahora, con la ayuda de LATR, el voltaje aumenta a 253 V. Una vez hecho esto, el motor de la resistencia de sintonización R13 se mueve lentamente hacia arriba (de acuerdo con el circuito), logrando nuevamente la operación del relé K1. Después de desconectar la alimentación de la unidad, retire el puente que conecta el electrodo E4 al cable común. A continuación, verifique el funcionamiento del sensor de flujo E4. Para hacer esto, apague la bomba y desconecte los electrodos E1 y E2 de la entrada de control del chip DA5. Después de 20...40 s después de que la unidad esté conectada a la red, el relé K1 debería funcionar. Luego se apaga la unidad, se retira el puente de los contactos K2.4 y se conectan los sensores E1 y E2. Después de eso, se verifica el funcionamiento del sensor de humedad aplicando un paño húmedo a las secciones desnudas de sus cables. Al organizar el sistema de suministro de agua, se debe tener en cuenta el factor de temperatura. Las tuberías que suministran agua desde la fuente deben ser rectas y tener una pendiente constante de 20 ... 30 mm por metro de longitud hacia la fuente de agua. Esto evitará que el agua se congele en las tuberías, porque después de que la bomba centrífuga se detenga, se drenará a través de la bomba de regreso a la fuente. El acumulador debe instalarse por encima de todos los consumidores en una habitación climatizada o en el ático (donde está aislado térmicamente junto con la chimenea). La unidad de control del sistema de suministro de agua se instala en cualquier lugar conveniente. Puede ser útil reemplazar el LED HL2 con un emisor de sonido piezoeléctrico con un generador incorporado, como el KRE-842. En este caso, se recomienda reemplazar la resistencia R2 por cualquier interruptor para poder apagar la señal de sonido de emergencia. Literatura
Autor: M. Muratov
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