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無線電子工学および電気工学の百科事典 給水システムの制御ユニット。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
著者は、自身の経験に基づいて、個別の貯水給水システムを構築する基本原理を概説し、そのようなシステム用に彼が開発した制御ユニットについて説明します。これは、彼の意見では、動作の信頼性と安全性の要件を満たしています。 現代のカントリーハウス、農場、または夏の別荘では、水なしには不可能です。 遠隔地では、集中給水は現実的ではなく、井戸、井戸、さらには開いた貯水池が水源として機能します。 後者の選択肢は、貯水池を汚染し、汚染物質が給水システム全体に広がる可能性があるため、非常に望ましくない。 井戸から水を汲むことはできますが、井戸がない場合は井戸を掘るしかありません。 都市から遠い地域ほど停電が頻繁に発生するため、一定期間に十分な水を供給できる貯蔵タンクを備えた給水システムが望ましいです。 [1] などの最も単純な給水システムは、監視下でのみ使用するのに適しています。 さまざまな容量のポンプ場が販売されていますが、貯蔵タンクに大量の水が供給されるポンプ場の価格は印象的です。 したがって、貯留式給水システムを自社生産することで大幅なコスト削減が可能となります。 水源、ポンプ、水を供給および分解するためのパイプ、その貯蔵タンクを含む給水システムの設計を検討し、システムの設置場所と動作する必要がある温度条件を把握します。考えられる動作モードを想像し、緊急事態を予測し、これに基づいてシステム全体、特にその制御ユニットの要件を決定することができます。 給水システムの操作は安全であり、製造、設置、メンテナンス、操作は簡単で、制御ユニットとセンサーは信頼性が高くなければなりません。 システムは何年にもわたって完璧に動作できなければならず、制御ユニットは緊急事態を検出し、信号を送り、その進行を阻止できなければなりません。 考えられるすべての水管理システムの中で最も単純なものは、水の存在と貯蔵タンク内の水位を検出する電極センサーを備えたシステムです。 それらの製造には、鍵屋の多大な労力は必要ありません。 電極はタンクのフラッシングやその他のメンテナンス作業のために簡単に取り外すことができ、その後は簡単に元に戻すことができます。 同様の構造が [2] に記載されています。 しかし、電極と貯蔵タンクのステンレス鋼には、鉄に加えて、ニッケル、マンガン、クロム、その他の金属などの合金添加剤が含まれていることが知られています。 飲料水に入り、体内に入ると健康に悪影響を及ぼします。 したがって、電極レベルセンサーと連動する制御ユニットを製造する場合、生物学的安全性を無視することはできません。 電極上で発生する電気化学プロセスと水の電気分解を最小限に抑える必要があります。 これを行うには、電極に印加する電圧を低く、短いパルスで印加する必要があります。 給水システムの開発を開始するときは、給水ポンプの機能を考慮する必要があります。 動作原理によれば、振動式と遠心式のXNUMXつの主なタイプに分類できます。 井戸内で振動ポンプが集中的に作動すると、ケーシングとの摩擦によりゴム製またはプラスチック製の給水ホースが損傷します。 ホースが損傷してシステムへの水の流入が停止した場合でも、ポンプは故障するか自動化または人によって停止されるまで作動し続けます。 このような場合、故障を早急に修正する必要がありますが、冬には特に手間がかかり不快です。 また、特にゴム製のホースの場合、擦れたホースの粒子によって水質が悪化する可能性があります。 ポンプのアルミニウムケーシングが鋼製ケーシングに接触すると、接触電位差が発生し、ケーシングの鋼材やケーシングのアルミニウムが電気化学的に腐食することがあります。 ポンプ巻線への水の侵入とその損傷ですべてが終わる可能性があります。 アルミニウムケーシング内のポンプを使用すると、たとえポリエチレンケーシングパイプであっても水の味が著しく悪化することが知られている。 これは、黒またはステンレス鋼で作られたケーシングパイプで特に顕著です。 このような水を飲料や料理に使用すると、アルミニウム、鉄、合金金属が溶けて徐々に身体が中毒になります。 この問題に対する最良の解決策は、プラスチックケーシングと、プラスチックまたはステンレス鋼ケーシング内の遠心水中ポンプを使用することです。 アルミニウムハウジングのポンプをステンレススチールハウジングのポンプに交換すると、XNUMX日で水の味の改善が感じられます。 したがって、飲料水供給システムに使用される水中ポンプは、水と接触するハウジングやその他の部品がアルミニウムまたはそのマグネシウムとの合金でできているべきではありません。 給水システム制御ユニットの最初の要件は、貯蔵タンク内の所定の水位を維持することです。 10 番目の要件は、主電源の XNUMX% を超える電圧の低下または増加でポンプを動作させてはいけないことです。 ポンプの制御には電磁リレーや常開接点のスターターを使用することが望ましいです。 これにより、制御ユニットの一般的な故障や主電源に電圧が供給されない場合に、ポンプが確実にオフになります。 ポンプから貯蔵タンクにつながるパイプが損傷した場合、制御ユニットは必ずポンプを停止する必要があります。 これにより、ポンプが無期限に稼働しなくなり、近隣の建物や領土が浸水することがなくなります。 配水パイプラインの漏れが発生した場合、ユニットはポンプを停止し、貯蔵タンクの充填を停止する必要があります。 同時に、貯蔵タンクからの給水を遮断する必要があります。 これらの要件を満たすためには、タンクに入る水の流れを検知するセンサーと、漏れの可能性がある場所に湿度センサーを設置する必要があります。 そして最後に、制御ユニットは水が貯蔵タンクから溢れないようにする必要があるため、貯蔵タンク内の水位を監視するリミットセンサーが必要です。 何十年にもわたって自家製給水システムを自動モードで運用してきた実績から、記載されている要件はどれも不必要なものではないことがわかります。 [3] で説明されているポンプ制御ユニットの操作経験について言えば、XNUMX 年に XNUMX 回接点を清掃する必要があると言うべきです。 リードスイッチを備えたポンプ制御ユニットは、XNUMX ～ XNUMX 年ごとに介入が必要でした。 読者の注目を集めた貯水式給水システム用の比較的シンプルな制御ユニットは、上記の要件に基づいて設計されました。 このブロックのスキームを図に示します。 1. 並列電圧安定化装置TL431ILPの超小型回路を閾値素子および電子キーとして使用することにより、その動作の単純さと信頼性が保証されます。
制御ユニットは 230 V AC 主電源から電力を供給され、SB1 押しボタン スイッチでオンになります。 変圧器 T1、ダイオード ブリッジ VD1、平滑コンデンサ C1 の助けにより、8,5 V (公称主電源電圧では 12 V) の二次交流電圧から定電圧が得られます。 それは、DA1、DA2、DA4マイクロ回路に組み立てられた電圧制御ユニットに入ります。 この結び目のアイデアは [4] で見つかりました。 さらに、ボタン SB3 の接点とリレー K1.3 の常閉接点を介した整流された電圧は、[2] で入手可能な推奨事項に従って、トランジスタ VT3 と VT5 で組み立てられたノードに供給されます。 振幅12 Vのパルスを生成します。パルスの持続時間はコンデンサC4の静電容量と抵抗R15の抵抗によって設定され、繰り返し周期は同じコンデンサの静電容量と抵抗R14の抵抗によって設定されます。 。 パルスは、DA3 および DA5 マイクロ回路上に組み立てられたノード、VT1 トランジスタ、および K1 および K2 リレーに供給されます。 レベル センサー E1 ～ E3 と流量 E4 の電極、および湿度センサーがこのノードに接続されています。 センサー E1 ～ E4 の電極と貯蔵タンクの本体間の電圧は約 12 V で、タンク内の水位の測定中にのみパルス化されて電極に印加されます。 パルス中の DA5 チップの状態は、低レベル センサー (電極 E2) とタンク本体の間の水の存在と抵抗によって決まります。 貯蔵タンク内に水がない場合、またはそのレベルが電極 E2 より低い場合、DA5 チップが開き (アノード - カソード回路が閉じ)、リレー K2 がオンになります。 接点 K2.1 および K2.2 は、ウォーター ポンプ M1 に主電源電圧を供給します。 接点 K2.3 が閉じると、パルスの生成が停止します。 トランジスタＶＴ３のコレクタ電圧は一定（約１２Ｖ）となる。 接点 K3 は電極 E12 をオフにします。 タンクが満水になり、電極 E1 (上部レベルセンサー) とタンク本体が水で密閉された後、DA5 チップと K2 リレーがオフになります。 ポンプM1が停止し、タンクへの給水が止まります。 DA1、DA2、DA4超小型回路とDA3超小型回路に組み立てられたノード、VT1トランジスタ、およびK1リレーは、緊急事態においてM1ポンプをオフにし、これを信号で知らせ、制御ユニットを「緊急」モードに保つように設計されています。 LED HL1 と HL2 は、それぞれ動作モードと緊急モードのインジケーターとして機能します。 次のような緊急事態が発生した場合、ポンプが停止し、貯留タンクへの給水が停止します。 まず、主電源電圧が許容範囲 (公称値の ± 10%) を超えた場合です。 これを行うために、ネットワーク内の電圧に比例する、コンデンサ C1 の不安定な整流電圧の電流値が継続的に監視されます。 この電圧が調整抵抗器 R1 によって設定された下限しきい値を下回ると、チップ DA2 が閉じ、DA4 が開きます。 DA4 チップは、整流された電圧が調整抵抗 R13 によって設定された上限閾値を超えると開きます。 どちらの場合も、緊急シャットダウンおよび警報リレーである K1 が作動し、セルフロックされます。 4 番目の緊急モードは、ポンプが故障した場合、またはポンプは動作しているが、水源に水がない場合やパイプラインが損傷しているなどの理由で水がタンクに入らない場合に発生します。 電極 E2 が配置されているタンクに流入する水のジェットが電極 E3 をタンク本体に電気的に接続しない場合、コンデンサ C1 が充電されます。 コンデンサの電圧が DA2 マイクロ回路のしきい値電圧に達すると、コンデンサが開きます。 警報リレー K7 が作動します。 コンデンサ C8 と抵抗 R4、RXNUMX により、緊急モードをオンにする際に遅延が生じます。 稼働中のシステムでは、ポンプをオンにした後、水がタンクに行くパイプを満たし、タンクに入り、EXNUMX電極に到達する時間が必要です。 次の緊急モードは、水流パイプが損傷した場合、またはタンクから水が溢れる恐れがある場合に発生します。 これは湿度センサーと E3 制限電極を使用して決定され、VT1 トランジスタ、DA3 マイクロ回路、および K1 リレーによってオンになります。 緊急モードでは、リレー接点 K1.3 がパルス発生器を 12 V 電源電圧から切り離し、ポンプへの通電を防ぎます。 同時に、接点K1.4はリレーK1を作動状態に遮断し、接点K1.1とK1.2はソレノイドバルブY1のコイルに電圧を供給します。 この場合、常開弁Ｙ１が閉じ、タンクから流通管への水の流れが止まる。 SB1 押しボタンスイッチを使用して、制御ユニットの電源をオフにしてから (事故を解消した後) オンにすると、貯蔵タンクからの給水を再開できます。また、SB2 押しボタンスイッチを使用して、動作モードでタンクからの給水を遮断できます。 接点を閉じると Y1 電磁弁が閉じ、流管への給水が停止します。 事故の解消中にコントロールユニットの電源がオフになっていない場合は、事故が解消された後、SB3 ボタンを押してロックを解除し、コントロールユニットを動作させることができます。 SB4ボタンスイッチにより、制御装置の電源がOFFの場合でもポンプをONにし、貯水タンクに給水することができます。 リレーと電源トランスのセットから構造要素の選択を始めることをお勧めします。 リレーには 2 つの接点グループが必要です。 ヒュージブルリンク FU3 および FUXNUMX は、ポンプの操作説明書に従って選択されます。 著者はリレー K1 - REK78/4 5 A 12 V DC IEC、リレー K2 - REK77/4 10 A 12 V DC IEC を使用しました。 それらのパラメータは [6] に示されています。 どちらのリレーもコントロール ユニットのハウジング内にあります。 これらは、それら専用の PPM77/4 および PPM78/4 ソケットにインストールされます。 指定されたリレーが見つからない場合は、コイル動作電圧 12 V とスイッチング用の 2 つの接点グループを備えた他のリレーが選択されます。 リレー接点 K1 は、ポンプ モーター MXNUMX の始動電流または動作電流の XNUMX 倍を超える電流をスイッチングできなければなりません。 降圧主電源変圧器 T1 の二次巻線は 8,5 V (無負荷) である必要があります。 リレー K1 または K2 が作動したときに「シンク」しないように、変圧器の電力はリレー コイルによって消費される合計の 15 ～ 20 倍でなければなりません。 通常は 50 ～ 100 W で十分です。 制御ユニットはネットワーク内の電圧をこの電圧の値によって制御するため、12 V の安定化電圧源を使用することは不可能です。 24 V のコイルを備えたリレーと 17 V の二次電圧を備えた変圧器を使用することは許可されていますが、そのような交換の場合、25 V の酸化コンデンサを 35 または 50 V のコンデンサに置き換える必要があります。変化。 変圧器の二次巻線の電圧が 8,5 または 17 V より著しく高い場合は、SB1 ボタンのピン 3 とリレー K10 のピン 1 の間に、追加の統合電圧レギュレータ 7812 または 7824 を取り付け、それに電力を供給する必要があります。 12 または 24 V パルス発生器の出力電圧。 GT402G トランジスタは、GT403B-GT403D または他の中出力 PNP トランジスタに置き換えることができます。 飽和電圧の低いゲルマニウムまたはシリコン トランジスタが推奨されます。 トランジスタ KT3102E および KT3107K は、対応する構造の同様の低電力トランジスタに置き換えられます。 KVR206 ダイオード ブリッジの代わりに、たとえば LT416、PBL405 が適しています。 ダイオード 1N4148 は、リレー巻線を流れる電流以上の許容順電流と巻線の動作電圧より大きい逆電圧を備えた他のダイオードで置き換えることができます。 電気油圧式バルブ Y1 は貯蔵タンクからの取水パイプに取り付けられており、通常は開いており、交流 230 V で動作し、取水に使用するパイプの接続寸法と一致している必要があります。 リレー コイルの動作電流が 0,1 A を超える場合は、内蔵スタビライザ DA3 および DA5 を電界効果トランジスタ (BUZ11 など) に置き換える必要があります。 この場合、制御ユニットを確立する方法は残りますが、電界効果トランジスタの静電気の危険性を考慮する必要があります。 センサー電極は、直径 2 ～ 5 mm のステンレス ワイヤ、または厚さ 0,5 ～ 1 mm、幅 6 ～ 10 mm のステンレス鋼ストリップでできています。 例えば、アルミニウムより線から引き出されたスチールキャリアワイヤを使用することが可能である。 電極は防水絶縁材の共通プレートに固定されています。 タンク内は湿度が高いため、接続ワイヤはタンクの外で接続する必要があります。 流量センサー E4 の電極は、タンクに入る水の噴流がその上に当たるように固定されています。 限界レベルセンサー E3 の電極は給水管の下にありますが、常に上部レベルセンサー E1 の電極の上にあります。 湿度センサーは二重銅線の一部であり、長さ 50 mm にわたって絶縁体が剥がされ、線の長さに沿って 100 ～ 500 mm の増分で配置されます。 このワイヤーは、タンクが満水になった場合や配管継手の漏れやすい接合部から水が排出される可能性がある場所に裸の領域が配置されるように配置されます。 制御ユニットは絶縁材料で作られたどのケースでも組み立てることができます。 たとえば、故障した無停電電源装置の筐体内で、使用可能な状態であれば変圧器も使用できます。 端子台 XT 1 はハウジングに取り付けられており、センサーにつながるワイヤーを接続します。 ブロックのほぼすべての要素が配置されているプリント基板を図に示します。 2. 組み立てた各ノードの検証と調整を行いながら、段階的にボードに実装するのが良いでしょう。 彼らは整流器と電圧制御ユニットで作業を開始し、次にパルス発生器を取り付けてそれらの存在を確認します。 次に、DA5 チップ上のポンプ制御ユニットと K2 リレーを組み立て、その動作を確認します。 最後に、トランジスタ VT1 と DA3 チップ上の緊急制御ユニットを組み立て、その動作を確認します。 あとはケースにスイッチ、端子台、トランス、リレー、基板などを取り付けて接続していきます。 インストールをエラーなく行うためには、注意が必要です。
組み立てられた制御ユニットの確立は、コンデンサC1の定電圧とトランジスタVT3のコレクタのパルスの存在をチェックすることから始まります。 タンクから電極 E1 から電極 E2 まで水が排出される時間を経験的に決定します。 次に、パルス間の休止時間を同じ長さに設定し、コンデンサ C4 の静電容量と抵抗 R14 の抵抗を増減します。 図に示されている定格では、パルス持続時間は約 5 秒、パルス間の休止時間は 1 分です。 調整は、主電源電圧制御ノードの上限と下限のしきい値を設定することで完了します。 これを行うには、研究室用調整可能単巻変圧器 (LATR) を使用すると便利です。 作業は以下の順序で行われます。 流量センサー E4 の電極は、ジャンパーによってブロックの共通配線 (ブロック XT1 のピン 6 と 1) に接続されています。 リレー接点 K2.4 の出力もジャンパーに接続されています。 図ではチューニング抵抗 R4 のエンジンが上側、チューニング抵抗 R13 のエンジンが下側に設定されています。 LATR の助けを借りて、変圧器 T1 の一次巻線に供給される電圧は 230 V に設定されます。この巻線の電圧はゆっくりと低下し、207 V に設定されます。トリミング抵抗 R4 はゆっくりと下げられます (リレーK1が動作するまでは図）。 LATR から取得される電圧は 230 V に上昇し、SB3 ボタンを押すと「緊急」モードが解除されます。 ここで、LATR の助けを借りて、電圧が 253 V に増加します。これが完了すると、調整抵抗器 R13 のエンジンが (回路に従って) ゆっくりと上昇し、再びリレー K1 が動作します。 ユニットの電源をオフにした後、E4 電極とコモン線を接続しているジャンパーを取り外します。 次に流量センサーE4の動作を確認します。 これを行うには、ポンプをオフにし、電極 E1 と E2 を DA5 チップの制御入力から切り離します。 ユニットがネットワークに接続されてから 20 ～ 40 秒後に、リレー K1 が動作するはずです。 次に、ユニットの電源がオフになり、ジャンパが接点 K2.4 から外され、センサー E1 と E2 が接続されます。 その後、湿った布をワイヤーの裸部分に当てて、湿度センサーの動作をチェックします。 給水システムを配置するときは、温度要因を考慮する必要があります。 水源から水を供給するパイプは真っ直ぐで、水源に向かって長さ 20 メートルあたり 30 ～ XNUMX mm の一定の勾配を持たなければなりません。 これにより、遠心ポンプが停止した後、水はポンプを通って水源に戻るため、パイプ内で水が凍結するのを防ぎます。 貯蔵タンクは、暖房のある部屋または屋根裏部屋（煙突とともに断熱されている場所）のすべての消費者の頭上に設置する必要があります。 給水システムの制御ユニットは使いやすい場所に設置されます。 HL2 LED を、KRE-842 などのジェネレーターを内蔵したピエゾ サウンド エミッターに置き換えると便利な場合があります。 この場合、緊急音声信号をオフにできるように、抵抗器 R2 を任意のスイッチに置き換えることをお勧めします。 文学
著者: M. ムラトフ
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