Контроллер водяного насоса своими руками

Микросхема К561ЛА7 и автоматика насосной станции на ней своими руками для частного дома

Владельцы индивидуальных строений возводят около своих жилищ колодцы или артезианские скважины, которые обеспечивают их водой.

Еще несколько десятков лет назад ее носили ведрами. Однако мы живем в то время, когда система автоматизации стала доступной для простого человека.

Она способна значительно облегчить тяжелый физический труд, высвободить время для продуктивной интеллектуальной деятельности.

В публикуемой статье подобраны советы домашнему мастеру по изготовлению простого автомата управления водяным насосом на основе доступной микросхемы К561ЛА7. Он хорошо справляется с водоснабжением частного дома. Его несложно изготовить своими руками. Излагаемый материал дополняется поясняющими картинками, схемами и видеороликом.

Микросхема К561ЛА7 в качестве основного элемента логики

Ее производство было широко налажено во времена СССР. Конструктивным исполнение стал пластмассовый корпус с двумя рядами четырнадцати выводов: по 7 штук с каждой стороны.

В основу работы логики управления микросхемы КМОП структуры заложены четыре одинаковых элемента с двумя входами, работающими по принципу «И-НЕ».

Как сделать автоматику насосной станции

В статье рассматривается вопрос, когда водоснабжение дома уже организовано, то есть имеется колодец с водой и в нем смонтирован электрический насос, способный создавать необходимый напор для водоподъема.

Нам остается спланировать схему его управления в автоматическом режиме и выполнить ее монтаж отдельным блоком. Для этого потребуется любой паяльник и небольшой комплект электронных деталей.

Основные принципы работы силовой части

Управление насосом может проводиться двумя способами:

Особенности подключения питания

Предлагаемый автомат предусматривает изготовление блока автоматики в виде отдельного корпуса, подключаемого в разрыв питания силовой цепи ручного режима.

Это означает, что обычный водяной насос, например, бюджетная модель «Ручеек», включается в работу после того, как вилка шнура его питания вставляется в розетку и на нее подается напряжение включением автоматического выключателя.

На блоке автоматики тоже делается шнур питания с вилкой и выходная розетка, от которой будет подаваться напряжение на насос. Это позволяет в любой момент перевести схему на работу в ручном режиме для того, чтобы выполнить профилактику или ремонт схемы управления.

Как контролируется уровень воды

Логическая часть микросхемы автоматики постоянно сканирует состояние датчиков. Они выполнены простыми металлическими электродами в виде стержней из проволоки со слоем изоляции для НП и ВП (внизу она снята), а для ОП — оголенный металл: нержавейка или алюминий. Их располагают на разных уровнях.

Нижнее положение воды в резервуаре оценивает датчик НП, а верхнее — ВП. Общий электрод ОП расположен так, что охватывает всю контролируемую область работы.

Подобное размещение позволяет микросхеме логики автомата определять наличие воды в резервуаре по прохождению токов, создаваемых приложенными потенциалами к электродам через жидкость. За счет этого судят об уровне:

• верхнем — когда токи протекают между НП-ОП и ВП-ОП;
• среднем — ток имеется только в цепи НП-ОП;
• нижнем — тока нет нигде.

Особенности крепления блока

Подобную схему я собрал соседу в гараж. У него там сделана яма для хранения овощей. Место расположения около горы оказалось не совсем удачным. Весной при таянии снега, летом и осенью в дождь вода способна затопить подвальное помещение и ему приходится ее откачивать.

Собранная схема автоматики значительно облегчила управление насосом. Она смонтирована в корпусе от старого электронного блока с возможностью установки на столе, стеллаже или стационарном креплении на стене. Хозяин просто поставил прибор на полку, расположенную на двухметровой высоте и подключил его в сеть.

Автоматика успешно работала два года. Затем хозяин случайно задел за корпус и уронил прибор на бетонный пол. Внутри блока произошло короткое замыкание, сгорел понижающий трансформатор и микросхема К561ЛА7.

Монтаж системы автоматики и ее крепление выполняйте надежно. Сразу исключайте возможность случайного падения и повреждения оборудования любыми способами. Обращайте внимание на защиту корпуса прибора по квалификации IP.

Электронная схема

Для ее реализации используется микросхема К561ЛА7. Под нее создаются цепи:

• питания;
• контроля уровней воды датчиками;
• светодиодной индикации;
• управления коммутационным аппаратом.

Схема питания

Обратим внимание на:

• трансформатор;
• диодный мост;
• стабилизатор напряжения.

Трансформатор

Для питания электроники потребуется понижающий трансформатор 220/10-15 вольт с током от 60 мА или выше. Его можно намотать самостоятельно по методике, расписанной мной в статье об электрическом паяльнике «Момент» или взять от старого лампового телевизора марки ТВК110Л. Также подобные модели не сложно купить через интернет в Китае или другой стране.

Диодный мост

Выбор КЦ405Е с допустимым током выпрямления 1000 мА в схеме приведен как пример. Вполне можно обойтись мостиком с уменьшенными номиналами или спаять диодную сборку из других доступных полупроводников с меньшей мощностью. Микросхема К561ЛА7 и подключенные к ней цепи управления не создают больших нагрузок.

Стабилизатор напряжения

Полупроводниковая сборка КРЕН8Б предназначена для стабилизации питания логической микросхемы на 12 вольт. Она выпускается в едином корпусе, широко применяется в радиоэлектронных устройствах.

Ее вполне можно заменить самодельным стабилизированным блоком питания на биполярных транзисторах, но особого смысла заниматься этим вопросом я не вижу.

Схема контроля уровня воды

Способ подключения

Соединение электродных датчиков с входами логической микросхемы осуществляется проводами. Для их прокладки удобно монтировать две цепи:

1. внутреннюю в корпусе блока автоматики;
2. внешнюю к электродам.

Чтобы их соединить на корпусе прибора устанавливают клеммник любой доступной конструкции. Во внешней цепи необходимо хорошо выполнить изоляцию проводов, защитить места пайки от попадания влаги и воздействия коррозии.

Откачивание воды из резервуара

Положение перемычки J1, выделенной на электронной схеме автоматики коричневым цветом, определяет логику откачивания насосной станции. Ставим ее в позицию 1-2.

Не стану полностью описывать работу электроники, а на возникающие вопросы отвечу в комментариях. Просто кратко укажу, что при уровне воды выше верхнего положения логика подает сигнал на откачку, а насос будет работать до тех пор, пока не уберет воду так, что осушит, разорвет цепь между нижним и общим датчиками.

Когда вода снова заполнит резервуар, дойдя до верхнего уровня, то насос автоматически повторит только что описанный цикл.

Закачивание воды внутрь резервуара

Перемычка J1 устанавливается в позицию 2-3. Насос работает на заполнение емкости от сухого состояния до верхнего уровня и прекращает закачку на нем. При осушении емкости цикл возобновляется.

Силовая схема подключения напорной и сливной магистрали насоса должна соответствовать выбранному режиму управления и положению перемычки J1 в блоке автоматики.

Схема светодиодной индикации

Светодиоды можно монтировать любые, однако выбранные с более ярким свечением будут заметнее.

Горение светодиода HL1 свидетельствует о подаче напряжения на насос, то есть о его включении, а HL2 — на схему питания всего блока.

Схема управления силовым выходным контактом

Оптопара U1 обеспечивает гальваническую развязку цепей управления, воды и симистора VS1, подающего питание 220 вольт на насос. Технические характеристики КУ208Г обеспечивают управление электродвигателями мощностью до двух киловатт, что обычно достаточно для бытовых целей.

Варианты изменения силового каскада

Для подключения более мощных электродвигателей потребуется применять симисторы, выдерживающие повышенные нагрузки.

Альтернативным решением схемы является отказ от симистора и применение реле или магнитного пускателя. С этой целью необходимо заменить транзисторный ключ VT1 более мощным. Например, допустимо собрать составной транзистор из двух: КТ315 + КТ815 или их аналогов. Для такого подключения используют схему Дарлингтона.

Она станет управлять обмоткой реле, подавать на нее напряжение.

Выходной контакт реле будет пропускать через себя ток нагрузки электродвигателя насоса. Чтобы увеличить его работоспособность рекомендуется все свободные контакты подключить параллельно, обеспечить их одновременное срабатывание.

При задействовании в схеме электроснабжения реле или пускателя необходимо уточнить мощность блока питания и характеристики понижающего трансформатора: возможно, его придется заменять усиленной моделью.

Стоит заметить, что собранная по любому из вариантов схема автоматики насоса работает сразу без необходимости сложной наладки. Главное условие: исключить ошибки при ее монтаже. Сборку блока автоматики допустимо выполнять навесным методом. Но лучше использовать печатную плату.

Для закрепления материала рекомендую посмотреть видеоролик владельца Vodjlei «Автоматика на насос Ручеек».

Напоминаю, что сейчас вам удобно задать вопрос в комментариях и поделиться этим материалом с друзьями в соц сетях.

Источник

Умное реле давления для насосной станции на PIC контроллере

Хочу представить вашему вниманию умное реле давления (уровня) для насосной станции на PIC контроллере.

Основные задачи — поддержание давления в заданном диапазоне.

Для реализации поставленной задачи, с которой справлялось простое механическое реле, выбрал наиболее продвинутый PIC котроллер в шестисотой серии — PIC16F690. Поскольку это то что подходяще для этой задачи было у меня в наличии.

Так и нагрузим его максимум, функции:

• защита насоса от сухого хода
• защита насоса от повторно кратковременного режима работы
• защита от длительной работы
• контроль целостности цепи сигнала с датчика
• счёт времени наработки часов

Вышло почти 2 килобайта. Учитывая то, что таблицы с текстом переместил на вторую страницу памяти контроллера, то на 2кб контроллера не хватило бы.

Для отображение текущего состояния, настроек и аварийных сообщений взят на вооружение LCD 16×2 hd44780.

Управление схемой двумя кнопка Up и Down двойного назначения. При кратковременном нажатии (зажигается первый сегмент на LCD) переход по меню или сброс аварии при её возникновении. Длительное удержание (более 2 сек.) в главном меню — регулирование яркости LCD, в остальных меню — конфигурация текущих настроек параметров.

Аналоговый сигнал с датчика подаётся на пин13 (АЦП 10bit от 0 до 5В) через делитель R1, R2. Рабочий диапазон устройства от 0,3 до 4,8В. Шкалированный диапазон датчика 0,5. 4,5В. В качестве опорного напряжения служит питание пик контроллера.

Управление нагрузкой исполняют два дискретных выхода пин10 и пин17 (выход до 15 мА). На выходе пин17, в отличие от пин10, при включении насоса в течении 2 сек выдаёт постоянный уровень сигнала, потом сменяется шимом (программным

330Гц) с коэффициентом заполнения 2/3 периода. Т.е. выход пин10 всегда на реле подаёт номинальное напряжение, а пин17 сперва номинальное для притягивания реле, а потом пониженное для удержания реле во включенном состоянии. Данный метод применил поскольку реле у меня

12В, а источник питания для реле =7В.

ШИМ управление подсветкой LCD пин5 активный низкий уровень и пин6 активный высокий уровень (выход до 15 мА, аппаратный ШИМ

1кГц). При нажатии кнопок активируется подсветка до номинальной яркости, при бездействии в течении 2 мин снижается до минимальной яркости. В режиме «Авария» яркость подсветки мигает.

При включении питания или сбросе схемы отображается напряжение питание пика. В симуляторе значение отображает точно, в реальной схеме нет, возможно внутреннее опорное напряжение у пика неточное.

1. Главное меню — отображает напряжения сигнала с датчика, расчётное давление в барах, состояние насоса (ON или OFF) и время его работы (mm:ss). Авто возврат в главное меню через 2 минуты при бездействии кнопок.

2. Далее идут меню настроек, все настройки сохраняются в энергонезависимой памяти:

2.1 Минимальное давление включения насоса, при давлении в системе ниже заданного насос включится. Диапазон регулировок — от значения параметра 2.6 до значения параметра 2.2.

2.2 Максимальное давление отключения насоса, при достижении давления в системе выше заданного насос отключится. Диапазон — от значения параметра 2.1 до 24,0 бар.

2.3 Максимальное время работы насоса (в минутах), при достижении данного значения насос отключится с переходом в аварию по превышению времени работы. От 2 до 240 минут.

2.4 Минимальное время работы насоса (в секундах), при штатном или аварийном отключении насоса с временем работы ниже заданного, и достижении подряд циклов таких отключений параметра 2.5 насос отключится с переходом в аварию по зацикливанию, кратковременной работы насоса (мало воздуха в системе). От 2 до 60 секунд.

2.5 Максимальное количество циклов кратковременной работы насоса, при достижении заданного значения, по условию параметра 2.4, насос отключится с переходом в аварию. От 2 до 240 циклов.

2.6 Минимальное давление сухого хода, при давлении в системе ниже заданного и по истечению времени работы насоса параметр 2.7, и если не будет наблюдаться динамика роста давления, то насос отключится с переходом в аварию, защита сухого хода. От 0,2 бар до значения параметра 2.1.

2.7 Максимальное время работы насоса до включения защиты сухого хода (в секундах), при достижении данного значения включается защита по параметру 2.6. От 2 до 60 секунд.

2.8 Сброс настроек на заводские (reset параметр 2.1-2.7 и подсветка LCD). Сброс при нажатии кнопки выполняется по переполнению WDT, в симуляторе (Proteus v7.6) WDT для этого пика работает некорректно, на порядок длительно у меня.

2.9 Настройка параметров датчика для расчётного давления согласно его спецификации, т.е. 0,5вольт = 0,0 бар(МПа), а для 4,5вольт задаём параметры по вашему датчику (по умолчанию 4,5В=12,0 бар.). Диапазон значений от 0,2 до 24,0 бар.

2.10 Время наработки часов насоса, счёт максимум до 25500 часов (hhhh:mm). Обнулить можно длительно удержав кнопку. Сохраняются в памяти только часы, при обесточивании минуты обнуляться.

Любая авария требует сброса для включения насоса в нормальную работу. Авария «неисправность датчика» возникает при выходе сигнала за пределы значения ниже 0,3В или выше 4,8В.

Для снижения вероятности возникновения возможной аварии по параметрам 2.3, 2.5, 2.7 задать максимальное значение; по параметрам 2.4, 2.6 задать минимальное значение.

Данная схема не критична к номиналам элементов, диоды D1 и D2 не ставил. Резистор R14 паял прямо на плате lcd. Запитал схему от зарядного для мобильного телефона, переделав его с 5 на 7 вольт.

Источник