Устройство для автоматического управления электронасосным агрегатом по уровню и давлению воды в водонапорной башне
Полезная модель относится к водоподъемным башенным установкам с погружными насосными агрегатами. Устройство автоматического управления электронасосным агрегатом содержит автоматический выключатель, магнитный пускатель, понижающий трансформатор, блок питания, датчики верхнего и нижнего уровней воды, датчик «сухого хода», три инвертора, схему совпадения «И», двухпозиционный датчик давления (электроконтактный манометр), JK-триггер, два усилителя, реле защиты, реле управления. Первичная обмотка понижающего трансформатора началом подключена к выходу автоматического выключателя. Блок питания подключен к одной из вторичных обмоток понижающего трансформатора и обеспечивает электропитание реле, усилителей и логических элементов. Датчики верхнего, нижнего уровней воды и «сухого хода» соединены одним концом с заземленным началом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора. Контакт стрелки датчика давления соединен с концом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора. Третий инвертор последовательно подключен к выходу дополнительной схемы совпадения. Вход К триггера соединен с датчиком верхнего уровня, контактом верхнего уровня электроконтактного манометра и с первым входом схемы совпадения И. Вход J триггера соединен с контактом нижнего уровня электроконтактного манометра, со вторым входом схемы совпадения и с выходом второго инвертора. Выход Q триггера соединен со входом второго усилителя. Катушка реле защиты подключена к выходу первого усилителя. Катушка реле управления подключена к выходу второго усилителя через размыкающий контакт реле защиты.
Обеспечивается расширение функциональных возможностей устройства за счет применения управления электронасосным агрегатом как по уровню, так и по давлению воды в водонапорной башне. 1 илл., 2 табл.
Полезная модель относится к водоподъемным башенным установкам с забором воды из подземных водоисточников скважинного типа, которые оборудованы погружными насосными агрегатами.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, - расширение функциональных возможностей устройства управления электронасосным агрегатом. Известна схема управления насосным агрегатом с водонапорной башней (Патент на изобретение RU 2447236 С2, Е03В 11/16, F04D 15/00, 10.04.2012, Бюл. 
10 Устройство для автоматического управления электронасосным агрегатом), которая с целью автоматизации водоснабжения оборудована двухпозиционными датчиками уровня. Тем самым обеспечивается возможность автоматического включения-отключения насосного агрегата по уровням воды в водонапорной башне. Однако надежность средств управления насосными агрегатами с датчиками уровня недостаточна, что объясняется восприимчивостью электродных датчиков и соединительных проводов к воздействию условий окружающей среды. В зимний период возможны обрывы проводов, соединяющих датчики с элементами схемы управления, а также вмерзание и обрыв датчиков внутри водонапорной башни в сильные морозы при малом разборе воды в ночное время. В весенне-летний период возможны воздействия атмосферного грозового электричества на провода, соединяющие датчики уровня со схемой управления, что может приводить к выходу из строя элементов схемы управления.
Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей устройства для автоматического управления электронасосным агрегатом за счет применения дополнительной схемы управления скважинным электронасосом по давлению воды в водонапорной башне.
Поставленная цель достигается тем, что в схему устройства для автоматического управления электронасосным агрегатом (Патент на изобретение RU 2447236 С2, Е03В 11/16, F04D 15/00, 10.04.2012, Бюл. 10 Устройство для автоматического управления электронасосным агрегатом) введен электроконтактный манометр с тремя контактами: подвижным контактом, механически связанным со стрелкой манометра, соединенным с концом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора, контактами верхнего и нижнего уровней, которые через выпрямительные диоды и элементы ограничения напряжения сигнала подключены к входу JK-триггера, причем вход К триггера соединен с контактом верхнего уровня электроконтактного манометра, а вход J триггера соединен с контактом нижнего уровня электроконтактного манометра, а выход триггера Q соединен с входом второго усилителя реле управления.
На фигуре представлена электрическая схема устройства для автоматического управления электронасосным агрегатом по уровню и давлению воды в водонапорной башне.
Устройство содержит автоматический выключатель 1, вход которого подключен к трехфазной электрической сети, магнитный пускатель 2, подключающий электронасос через автоматический выключатель к сети, реле защиты 3, катушка которого подключена к выходу первого усилителя 4, понижающий трансформатор 5, первичная обмотка которого началом подключена к выходу автоматического выключателя, конец этой обмотки заземлен, блок питания 6, который подключен к одной из вторичных обмоток понижающего трансформатора 5. Датчики верхнего 7, нижнего 8 уровней воды и датчик «сухого хода» 9. Одним концом эти датчики соединены с заземленным началом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора. Элементы согласования сигналов (10, 11, 12, 13) каждого из датчиков выполнены на дискретных радиоэлементах и обеспечивают согласование сигналов, поступающих от датчиков на логические элементы ИМ типа ТТЛ (например, К155). Эти связи выполнены определенным образом. Устройство содержит JK-триггер 14 и три инвертора (15, 16, 17). Датчик верхнего уровня 7 (ВУ) через элементы согласования сигналов соединен с входом К JK-триггера 14, датчик нижнего уровня 8 (НУ) через элементы согласования сигналов соединен с инвертором 15. Выход этого инвертора соединен с входом J этого триггера. Датчик «сухой ход» 9 через свои элементы согласования сигналов соединен с входом инвертора 16. Контакты элементов согласования сигналов каждого из датчиков (10, 11) соединены с концом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора 5. а вторые контакты элементов согласования сигналов датчиков соединены соответственно с вторыми контактами датчиков (12, 13).
Выход инвертора 16 подключен к первому входу усилителя 4, выход инвертора 17 подключен ко второму входу усилителя 4. Вход инвертора 17 подключен к выходу схемы совпадения «И» 18, первый вход которой соединен с входом J JK-триггера, а второй вход - с входом К JK-триггера.
Устройство содержит электроконтактный манометр 28 с тремя контактами. Подвижный контакт «Общ», механически связанный со стрелкой электроконтактного манометра, соединен с концом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора 5, контакт верхнего уровня «В» через выпрямительный диод 29 и элементы ограничения напряжения сигнала 31, 32 подключен ко входу К JK-триггера, а контакт нижнего уровня «Н» через выпрямительный диод 30 и элементы ограничения напряжения сигнала 33, 34 подключен ко входу J JK-триггера.
Устройство содержит второй усилитель (19) и вторе реле (20). Выход Q JK-триггера соединен с входом усилителя 19. Катушка реле управления 20 через последовательно соединенные контакты тумблера выбора режима 21 (А-М) и контакт 22 (НЗ) реле защиты подключена к выходу второго усилителя 19. Катушка пускателя 2 последовательно соединена с замыкающим (НО) контактом 23 реле управления 20 и подключена параллельно первичной обмотке понижающего трансформатора 5. Силовые контакты 24 пускателя 2 введены в силовую цепь электронасоса 25. Тумблер 26 используется в режиме наладки и соединен с тумблером 21.
Устройство для автоматического управления электронасосным агрегатом по уровню и по давлению воды в водонапорной башне работает следующим образом.
Устройство включается в работу автоматическим выключателем 1, подающим напряжение трехфазной сети 380 В на силовые контакты 24 магнитного пускателя 2 управляющего работой погружного насоса 25. Если в водонапорной башне нет воды, но уровень воды в скважине выше электрода датчика сухого хода 9 (который при нормальном режиме работы всегда погружен в воду), то на входе К (верхний уровень) триггера 14 сигнал отсутствует (логический нуль), а на входе J (нижний уровень) он равен логической единице; в этом случае на выходе Q JK-триггера сигнал будет равен логической единице (Димитрова М.И., Пунугиев В.П. 33 схемы на триггерах; Пер. с болг. Л: Энерго-атомиздат. Ленингр. отд-ие, 1990, с.26-28). Этот сигнал подается на усилитель 19, усиливается и вызывает срабатывание электромагнитного реле 20, включающего своим контактом 23 магнитный пускатель 2. Электронасос 25 включается и, по мере заполнения водонапорной башни, датчик нижнего уровня 8 будет погружаться в воду.
Соответственно на входе J (нижний уровень) сигнал исчезнет и станет равным логическому нулю, то есть одновременно на обоих входах J и К (верхний уровень) напряжение низкого уровня. А поскольку в этом случае состояние JK-триггера сохраняется, то и далее будет происходить заполнение водонапорной башни водой до момента достижения верхнего уровня. При замыкании электродов датчика 7 на входе К триггера 14 появится сигнал логической единицы, а на выходе Q при этом произойдет смена логической единицы на сигнал логического нуля, что приведет к отключению электронасоса. При снижении уровня воды, в процессе ее разбора, ниже датчика 7 на входе К - «0» лог., а ниже датчика 8 на входе J - «1» лог., триггер 14 при этом изменит свое состояние и на выходе Q появится сигнал логической единицы, что приведет к включению электронасоса, как это было описано выше.
В случае аварийного режима, т.е. когда происходит обрыв провода от датчика нижнего уровня, независимо от повышения уровня воды в башне на вход J триггера 14 поступает ложный сигнал логической единицы (то есть уровень воды ниже датчика 8).
По достижении верхнего уровня воды в башне, когда замыкаются электроды датчика 7, на входе К триггера 14 появляется сигнал логической единицы. JK-триггер в этом случае изменит свое состояние. На выходе Q появится сигнал логического нуля и в результате электронасос 25 отключится. При этом с входов J и К триггера на каждый вход элемента 18 «И» будут поступать сигналы логической единицы. В итоге на выходе элемента 18 «И» включится светодиод, сигнализирующий об обрыве провода датчика нижнего уровня, а на выходе инвертора 17 сигнал логической единицы усиливается элементом 4 и включает реле 3, которое самоблокируется своим замыкающимся контактом 27, а размыкающимся контактом 22 размыкает цепь управления реле 20 включением электронасоса и тем самым предотвращает дальнейшее развитие аварийного режима, связанного с последствиями при обрыве провода от датчика нижнего уровня, как это происходит в устройстве, являющимся прототипом предлагаемого.
Состояние JK-триггера в зависимости от сигналов, поступающих от датчиков уровня воды согласно описания приведенного выше, отражено в таблице 1.
После восстановления целостности провода в месте обрыва JK-триггер и вся схема управления в целом будут функционировать в нормальном режиме согласно заложенному алгоритму.
Для расширения функциональных возможностей управления электронасосным агрегатом в устройство для автоматического управления (Патент на изобретение RU 2447236 С2, Е03В 11/16, F04D 15/00, 10.04.2012, Бюл. 10 Устройство для автоматического управления электронасосным агрегатом) введена схема управления скважинным насосом по давлению воды в водонапорной башне, работающая от сигналов с контактов манометра ЭКМ.
Схема работает следующим образом. При отсутствии воды в башне контакт нижнего уровня «Н» манометра замкнут с контактом «Общ» и сигнал поступает на вход J JK-триггера. На входе К JK-триггера сигнал отсутствует, при этом на выходе Q JK-триггера появится сигнал логической единицы. Этот сигнал поступает на усилитель 19, усиливается и вызывает срабатывание электромагнитного реле 20, которое своим контактом 23 включает магнитный пускатель 2. Электронасос 25 включится и вода будет заполнять башню. По мере заполнения башни будет соответственно с уровнем воды в ней расти давление. При достижении воды в башне уровня, соответствующего уставке «Н» электроконтактного манометра, контакты «Общ» и «Н» разомкнутся и сигнал логической единицы исчезнет с контакта «Н». Соответственно на входе J JK-триггера сигнал исчезнет и станет равным логическому нулю, т.е. одновременно на обоих входах J и К JK-триггера напряжение отсутствует. При этом JK-триггер (Димитрова М.И., Пунугиев В.П. 33 схемы на триггерах; Пер. с болг. Л: Энерго-атомиздат. Ленингр. отд-ие, 1990, с.26-28) остается включенным. Наполнение башни водой будет продолжаться до момента достижения давления, соответствующего уставке «В» электроконтактного манометра и произойдет замыкание контактов «Общ» и «В» электроконтактного манометра. На входе К JK-триггера 14 появится сигнал логической единицы, а на выходе Q при этом произойдет смена логической единицы на сигнал логического нуля, что приведет к отключению электронасоса. При разборе воды на входах J и К JK-триггера сигнал отсутствует и электронасос отключен. При дальнейшем разборе воды давление в башне падает и при достижении нижнего уровня произойдет подача сигнала на входе J JK-триггера и цикл работы насоса будет повторяться.
Состояние JK-триггера в зависимости от положения контактов электроконтактного манометра отражено в таблице 2.
Защита насосного агрегата от коротких замыканий в обмотках электродвигателя и в питающих его проводах осуществляется автоматом 1, электромагнитная уставка по току которого выше значения пускового тока электродвигателя насоса.
Если в процессе работы насосного агрегата уровень воды в скважине станет ниже электрода датчика 9 (датчик «сухого хода») электродвигатель необходимо отключить, так как без охлаждения движущейся водой его статорная обмотка перегреется и выйдет из строя. Чтобы этого перегрева не произошло, предусмотрена защита от «сухого хода». При размыкании электродов датчика 9 на инвертор 16 поступает сигнал логического нуля и включит светодиод, а с инвертора на усилитель 4 поступит сигнал логической единицы. При этом включается реле защиты 3, которое своими контактами 27 самоблокируется, а контактами 22 размыкает цепь реле 20, которое в свою очередь контактами 23, включенными последовательно с катушкой магнитного пускателя 2, отключает электронасос 25 контактами 24 магнитного пускателя 2.
Устройство для автоматического управления электронасосным агрегатом по уровню и давлению воды в водонапорной башне, содержащее автоматический выключатель, вход которого подключен к трехфазной электрической сети, магнитный пускатель, подключающий электронасос через автоматический выключатель к сети, понижающий трансформатор, первичная обмотка которого началом подключена к выходу автоматического выключателя, конец этой обмотки заземлен, блок питания, подключенный к одной из вторичных обмоток понижающего трансформатора и обеспечивающий электропитание реле, усилителей и логических элементов, три инвертора, датчики верхнего, нижнего уровней воды и «сухого хода», соединенные одним концом с заземленным началом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора, элементы согласования сигналов каждого из датчиков, общий контакт которых соединен с концом этой вторичной обмотки понижающего трансформатора, а вторые контакты элементов согласования сигналов датчиков соединены соответственно с вторыми контактами датчиков, датчик «сухого хода» через свой элемент согласования сигнала подключен к входу первого инвертора, а выход этого инвертора подключен к первому входу усилителя реле защиты, датчик нижнего уровня через его элемент согласования сигнала датчика соединен с входом второго инвертора, схему совпадения «И» с последовательно подключенным к выходу схемы совпадения третьим инвертором, причем выход этого инвертора подключен ко второму входу первого усилителя реле защиты, и JK-триггер, причем вход К триггера соединен с датчиком верхнего уровня через его элемент согласования сигнала датчика и с первым входом схемы совпадения, а вход J триггера соединен со вторым входом схемы совпадения и с выходом второго инвертора, а выход триггера Q соединен с входом второго усилителя реле управления, два усилителя, реле защиты, катушка которого подключена к выходу первого усилителя, реле управления, катушка которого через последовательно соединенные контакты тумблера для наладки и размыкающий контакт реле защиты подключена к выходу второго усилителя, а замыкающие контакты реле управления, последовательно соединенные с катушкой магнитного пускателя, подключены параллельно первичной обмотке понижающего трансформатора, отличающееся тем, что в него введен электроконтактный манометр с тремя контактами: подвижным контактом, механически связанным со стрелкой манометра, соединенным с концом другой вторичной обмотки понижающего трансформатора, контактами верхнего и нижнего уровней, которые через выпрямительные диоды и элементы ограничения напряжения сигнала подключены ко входу JK-триггера, причем вход К триггера соединен с контактом верхнего уровня электроконтактного манометра, а вход J триггера соединен с контактом нижнего уровня электроконтактного манометра.
