Устройство контроля и управления насосом

Полезная модель относится к области насосного оборудования и предназначено для поддержания давления в системах автоматического водоснабжения. Предложено устройство контроля и управления насосом с калибруемыми порогами давления для автоматического регулирования давления в системах водоснабжения, содержащее: ндикатор потока, датчик давления, управляемый электронный силовой ключ, выполненный с возможностью замыкания и размыкания цепи питания упомянутого насоса, индикатор давления, выполненный с возможностью отображения величины давления, измеренной посредством датчика давления, органы ручного управления, средства управления, подключенные к упомянутому индикатору потока, датчику давления, управляемому ключу, и органам управления, и выполненные с возможностью измерения давления посредством датчика давления, определения наличия потока воды посредством индикатора потока, записи значений максимального и минимального пороговых давлений (Pmin и Pmax) при активации упомянутых органов управления, непрерывного поддержания давления воды в диапазоне между Pmin и Pmax посредством активации или деактивации упомянутого управляемого ключа, в котором упомянутые средства управления выполнены таким образом, что во время уставки Pmin и Pmax поддерживают упомянутый насос включенным посредством активации упомянутого управляемого ключа, а запись уставок в память осуществляют в следующем порядке: вначале Ртах, затем - Pmin. Технический результат - благодаря уставке максимального и минимального порогового давления при работающем насосе, таким образом, что уставку максимального порогового давления осуществляют в отсутствие отбора воды, - автоматическая система обеспечивает точность регулирования давления 0,5 бар без коррекции нелинейности датчиков давления и без введения поправочных коэффициентов, учитывающих характеристику напор-производительность.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Полезная модель относится к области насосного оборудования и предназначено для поддержания давления в системах автоматического водоснабжения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известны различные устройства для автоматического регулирования напора воды в системах водоснабжения, содержащие электрический ключ, датчик давления, датчик потока, насос, трубопровод и гидроаккумулятор. Посредством управления цепью питания насоса его производительность во время отбора воды (при открытых вентилях) варьируют таким образом, чтобы напор оставался на максимально близком к Pmax уровне. Включение насоса осуществляют при падении давления ниже порогового значения Pmin. На точность регулирования отрицательно влияет нелинейность характеристики напор-производительность (зависит от параметров насоса, трубопроводной системы и гидроаккумулятора), нелинейность датчика давления (зависит от конструкции и принципа работы датчика) и явления гидравлического гистерезиса (обусловлены механическим гистерезисом чувствительного элемента датчика давления). Влияние указанных факторов устраняют благодаря использованию датчиков с линейными характеристиками и малым гистерезисом, либо введением поправок.

Известно устройство SIRIO ENTRY 230 для автоматического регулирования давления в системе водоснабжения, содержащее датчик потока и датчик давления и средства управления, выполненные с возможностью изменения частоты входного тока насоса таким образом, чтобы скорость вращения вала насоса соответствовала требуемой производительности для поддержания давления Ртах на постоянном уровне (открыто используется ГК «Водная техника», Москва; Entry-230-Instr-Rus.pdf); средства управления выполнены с возможностью защиты по сухому ходу.

Недостаток известного устройства, препятствующий достижению нижеупомянутого технического результата, состоит в том, что при уставке Pmax и Pmin не учитываются нелинейные характеристики напор-производительность, а для улучшения точности регулирования используют сложный нелинейный датчик давления и поправочный коэффициент (с пропорциональной интегральной и дифференциальной составляющей сигнала датчика давления), подбираемый опытным путем. Ошибки в выборе поправочного коэффициента снижают точность поддержания Ртах и приводят к возникновению пульсации, шума, перегреву электрических схем.

РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Задача настоящей полезной модели состоит в создании автоматического регулятора давления для систем водоснабжения с калибруемыми порогами давления, обеспечивающего аварийную защиту и поддержание давления в узком диапазоне, и не требующего коррекции нелинейности датчика давления или введения поправок, учитывающих характеристику напор-производительность.

Технический результат, который достигается при использовании устройства состоит в том, что благодаря уставке максимального и минимального порогового давления при работающем насосе, таким образом, что уставку максимального порогового давления осуществляют в отсутствие отбора воды, автоматическая система обеспечивает точность регулирования давления 0,5 бар без коррекции нелинейности датчиков давления и без введения поправочных коэффициентов, учитывающих характеристику напор-производительность.

Вышеуказанная задача решена благодаря тому, что устройство контроля и управления насосом с калибруемыми порогами давления для автоматического регулирования давления в системах водоснабжения, включающее:

индикатор потока (ИП);

датчик давления (ДД);

управляемый электронный силовой ключ (УК), выполненный с возможностью замыкания и размыкания цепи питания упомянутого насоса;

индикатор давления (ИД), выполненный с возможностью отображения величины давления, измеренной посредством ДД;

органы ручного управления (ОУ);

средства управления (СУ), подключенные к упомянутым ИП, ДД, УК, и ОУ выполненные с возможностью

измерения давления посредством ДД,

определения наличия потока воды посредством ИП,

записи значений максимального и минимального пороговых давлений (Pmin и Pmax) при активации ОУ,

непрерывного поддержания давления воды в диапазоне между Pmin и Pmax посредством активации или деактивации УК, в котором

СУ выполнены таким образом, что во время уставки Pmin и Pmax поддерживают упомянутый насос включенным посредством активации УК, а запись уставок в память осуществляют в следующем порядке: вначале Ртах, затем - Pmin.

Для предотвращения работы насоса в отсутствие воды СУ выполнено с возможностью деактивации УК с предварительно заданной задержкой t, если поток воды становится меньше предварительно заданного значения и давление меньше Pmin.

В частной форме выполнения устройства t составляет 20÷50 секунд, предпочтительно - 30 секунд.

В предпочтительной форме выполнения СУ выполнены с возможностью принудительной активации УК посредством ОУ.

В качестве ОУ для управления и установки пороговых значений могут быть использованы кнопки, переключатели, сенсорный экран и другие элементы ручного управления.

Для получения обратной связи при работе с устройством, оно может дополнительно содержать средства индикации (СИ), подключенные к СУ и выполненные с возможностью отображения режима работы.

В качестве ДД может быть использовано любое известное устройство, обеспечивающее преобразование механического воздействия (давления) в электрический сигнал и его преобразование для отображения (например, посредством механического указательного устройства) и последующей обработки. Для изготовления ДД могут применяться резистивные, емкостные, или индукционные чувствительные элементы или пьезоэлементы. ДД служит для измерения давления - основного регулируемого параметра в системе водоснабжения.

ИП может быть выполнен на основе крыльчатки, установленной внутри трубы с возможностью вращения, при этом одна из лопастей крыльчатки снабжена магнитом, а на стенке трубы снаружи установлен магниторезистивный элемент. Чувствительный элемент ИП может быть выполнен на основе пары из обратного клапана с магнитом и магниторезистивного элемента, либо чувствительный элемент ИП может быть выполнен на основе терморезистора, установленного с возможностью теплообмена с омывающим потоком воды.

УК служит для включения и выключения насоса. В качестве УК может быть исплоьзован любой электронный прибор, обеспечивающий замыкание и размыкание цепи питания насоса, на основе электромеханического реле, либо на основе полупроводниковых приборов, в частности - на основе симистора.

Средства индикации (СИ) предназначены для извещения пользователя о текущем режиме и о ходе выполнения операций при установке пороговых значений давления. СИ содержат средства воспроизведения звука или световой излучатель.

В одной из предпочтительных форм выполнения устройства, упомянутое Pmin составляет 2,0÷5,6 бар.

В другой предпочтительной форме выполнения устройства разность Pmax и Pmin составляет, самое большее 0,6 бар.

Вышеуказанный технический результат также проявляется при использовании вышеописанного устройства в системе водоснабжения, содержащей насос.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фигуре 1 показан график гистерезиса типичного датчика давления. Верхняя кривая - характеристика датчика давления при повышении давления. Нижняя кривая -характеристика датчика давления при понижении давления. Umax - электрический сигнал (Вольты), считываемый с датчика давления при максимальном давлении Pmax. Umin - электрический сигнал (Вольты), считываемый с датчика давлеия при понижении давления до Pmin.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ

Устройство контроля и управления насосом с калибруемыми порогами давления для автоматического регулирования давления в системах водоснабжения содержит индикатор потока (ИП); датчик давления (ДД), управляемый электронный силовой ключ (УК), выполненный с возможностью замыкания и размыкания цепи питания упомянутого насоса; индикатор давления (ИД), выполненный с возможностью отображения величины давления, измеренной посредством ИП; органы ручного управления (ОУ), средства управления (СУ), подключенные к упомянутым ИП, ДД, УК, и ОУ выполненные с возможностью измерения давления посредством ДД, измерения потока воды посредством ИП, записи значений максимального и минимального пороговых давлений (Pmin и Pmax) при активации ОУ, непрерывного поддержания давления воды в диапазоне между Pmin и Ртах посредством активации или деактивации УК, в котором СУ выполнены таким образом, что во время уставки Pmin и Ртах поддерживают упомянутый насос включенным посредством активации УК, а запись уставок в память осуществляют в следующем порядке: вначале Ртах, затем - Pmin.

В одной из конкретных форм выполнения в качестве ИП используют датчик на основе лопастной турбины, установленной в просвете трубопровода, лопасти которой снабжены двумя магнитами, и геркона, неподвижно установленного на внешней поверхности трубопровода. При замыкании и размыкании контактов геркона в контроллер поступает соответствующиий сигнал о наличии или отсутствии потока. В качестве УК используют трехквандрантный симмистор, снабженный радиатором для теплоотвода. В качестве СИ используют два светодиода (предпочтительно - с разным цветом излучения). ОУ представляют собой кнопки. В качестве ИД могут использовать цифровой жидкокристаллический индикатор, либо ИД совмещен с ДД и представляет собой стрелочный манометр.

В зависимости от сигналов ИП и ДД устройство может работать в четырех режимах: в режиме накачки, в дежурном режиме, в аварийном режиме и в режиме калибровки.

СУ переходят в режим накачки при падении давления ниже Pmin и наличии сигнала потока от ИП. В этом режиме УК активирован, насос включен. СУ переходят в дежурный режим, когда давление превышает Ртах при наличии сигнала потока от ИП. В этом режиме УК деактивирован, насос выключен. СУ переходят в аварийный режим с задержкой 30 секунд при текущем давлении меньше Pmin и отсутствии сигнала потока (это происходит в случае прекращения подачи воды). В этом режиме насос выключен. СУ может быть выведена из аварийного режима посредством воздействия на ОУ. Пользователь переводит СУ в режим калибровки посредством ОУ. В этом режиме пользователь устанавливает пороговые значения давления Pmax и Pmin, при этом минимальное значение разности Pmax и Pmin составляет 0,5 бар.

Светодиоды обеспечивают индикацию режимов. Режиму накачки может соответствовать равномерное мигание первого светодиода; дежурному режиму - непрерывное горение первого светодиода; при пусках после аварийного режима - первый и второй светодиод могут мигать, в паузах между аварийными пусками - может мигать только второй светодиод, в аварийном режиме второй светодиод модет гореть непрерывно.

Режим калибровки может быть активирован одновременным нажатием первой и второй кнопки в течение 5 секунд. Далее при закрытых кранах системы водоснабжения нажимают первую кнопку. При этом СУ обеспечивают включение насоса посредством УК. Давление нагнетается в систему до величины Pmax, величина давления отображается посредством ИД. Пользователь нажимает вторую кнопку для установки Pmax. Мигание второго светодиода подтверждает запоминание порогового значения. После этого краны открывают и дожидаются снижения давления до Pmin. Повторным нажатием второй кнопки устанавливают Pmin. Мигание второго светодиода свидетельствует о запоминании Pmin. Далее вторую кнопку удерживают в нажатом состоянии 5 секунд. Это приводит к переходу в рабочий режим. Уставку пороговых значений давления осуществляют при неработающем насосе, поскольку погрешность, обусловленная скоростным напором составляет менее 0,1 бар при скорости потока бытовых насосов менее 5 м/с.

Погрешность, обусловленная гистерезисом датчика давления, устранена благодаря тому, что уставка порогов осуществляется в следующей последовательности:

1) повышение давления до Pmax и запоминание этого порога;

2) понижение давления до Pmin и запоминание этого порога.

С учетом фиг.1, где показана кривая гистерезиса типичного датчика давления (верхняя кривая - характеристика датчика давления при повышении давления; нижняя кривая - характеристика датчика давления при понижении давления) будет понятно, что уставка Pmax в фазе повышении давления и Pmin в фазе понижения давления нивелирует эффект гистерезиса.

Таким образом, без использования сложных поправочных функций и датчиков сложной конструкции исключено влияние погрешности, обусловленной нелинейностью характеристики напор-производительность и нелинейностью датчика давления, повышена точность регулирования давления.

1. Устройство контроля и управления насосом с калибруемыми порогами давления для автоматического регулирования давления в системах водоснабжения, содержащее: индикатор потока, датчик давления, управляемый электронный силовой ключ, выполненный с возможностью замыкания и размыкания цепи питания упомянутого насоса, индикатор давления, выполненный с возможностью отображения величины давления, измеренной посредством датчика давления, органы ручного управления, средства управления, подключенные к упомянутому индикатору потока, датчику давления, управляемому ключу и органам управления, и выполненные с возможностью измерения давления посредством датчика давления, определения наличия потока воды посредством индикатора потока, записи значений максимального и минимального пороговых давлений Pmin и Pmax при активации упомянутых органов управления, непрерывного поддержания давления воды в диапазоне между Pmin и Pmax посредством активации или деактивации упомянутого управляемого ключа, в котором упомянутые средства управления выполнены таким образом, что во время уставки Pmin и Pmax поддерживают упомянутый насос включенным посредством активации упомянутого управляемого ключа, а запись уставок в память осуществляют в следующем порядке: вначале Pmax, затем - Pmin.

2. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что упомянутые средства управления выполнены с возможностью деактивации упомянутого управляемого ключа с предварительно заданной задержкой t, если поток воды меньше предварительно заданного значения и давление меньше Pmin.

3. Устройство по п.2, характеризующееся тем, что t составляет 20÷50 с, предпочтительно 30 с.

4. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что упомянутые средства управления выполнены с возможностью принудительной активации упомянутого управляемого ключа посредством упомянутых органов управления.

5. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что дополнительно содержит средства индикации, подключенные к упомянутым средствам управления и выполненные с возможностью отображения режима работы.

6. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что чувствительный элемент упомянутого датчика давления выполнен на основе резистивных, емкостных или индукционных чувствительных элементов.

7. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что упомянутый индикатор потока выполнен на основе крыльчатки, установленной внутри трубы с возможностью вращения, при этом одна из лопастей крыльчатки снабжена магнитом, а на стенке трубы снаружи установлен магниторезистивный элемент.

8. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что чувствительный элемент упомянутого индикатора потока выполнен на основе пары из обратного клапана с магнитом и магниторезистивного элемента.

9. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что чувствительный элемент упомянутого индикатора потока выполнен на основе терморезистора, установленного с возможностью теплообмена с омывающим потоком воды.

10. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что упомянутый управляемый ключ выполнен на основе симистора.

11. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что упомянутые средства индикации содержат средства воспроизведения звука или световой излучатель.

12. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что Pmin составляет 2,0÷5,6 бар.

13. Устройство по п.1, характеризующееся тем, что разность Pmax и Pmin составляет самое большее 0,6 бар.

14. Система водоснабжения, содержащая устройство по любому из пп.1-13 и насос.