Автоматический регулятор уровня фекальных стоков на одном электроде

Одним из самых важных элементов современной системы водоотведения является канализационный колодец, без которого не обходится ни одно предприятие. Колодцы также устанавливают жильцы домов в частном секторе, которые в последствии производят откачку фекальных стоков различными методами. На глубину погружают насос и по мере заполнения колодца производят откачку. Насосом управляет автоматическая система, оснащённая датчиками и элементами коммутации. Существует несколько разновидностей способов управления такими системами. Остановимся на одном из них: поплавковый метод - самый распространённый способ управления контролем уровня жидкости. Внутри поплавка расположены контакты, которые в зависимости от положения поплавка изменяют своё состояние. Погружают в колодец обычно три таких датчика. Датчик нижнего уровня, верхнего уровня и самый верхний - аварийный датчик. Практика показала, что работа таких датчиков не надёжна. Поплавки зависают в фекальной жиже, со временем перегибаются провода, окисляются и не срабатывают контакты, не смотря на то,что они выполнены герметично.

В этой статье речь пойдёт о том, как избавиться от трёх датчиков и установить один единственный электрод, который будет выполнять все нужные функции этих трёх датчиков. Суть разработки заключалась в том, чтобы этот датчик не нуждался в обслуживании, был надёжен в работе, не боялся коррозии, и не содержал активных элементов. После проб и экспериментов получился вот такой простой обычный изогнутый штырь: 

К верхней части штыря приварено ушко, к которому с помощью болта подключен одножильный провод с двойной изоляцией. Толщина штыря выбрана 6..10 мм. На штырь надета силиконовая трубка соответствующего диаметра. Соединение надёжно изолировано с помощью термоусадочной трубки. Нижняя часть также загерметизирована термоусадочной трубкой. Голая часть штыря составляет 200...300 мм.  Крепится штырь-датчик к стенке колодца с помощью хомутов из нержавейки с резиновыми вставками. 

Рассмотрим структурную схему устройства:

Принцип работы штыревого электрода основан на измерении сопротивления между электродом и землёй. Пока нет жидкости, это сопротивление очень высокое и схема воспринимает это значение как отсутствие сигнала. При появлении жидкости, сопротивление резко снижается и на входе устройства появляется сигнал. Схема блока управления собрана на печатной плате с выходными реле, которые коммутируют магнитный пускатель насоса и аварийный маячок на крыше сооружения. Вся схема уложена в пластиковый ящик, на крышке которой размещены индикаторные лампы и кнопка активации насоса. Для индикации аварийных ситуаций используется пьезокерамический излучатель, который установлен непосредственно на плате устройства.

Рассмотрим электрическую принципиальную схему устройства:

При подаче питания схема принимает исходное состояние. Жидкости в колодце пока нет, поэтому сопротивление между электродом и общим проводом очень высокое. Входной конденсатор 10 мк заряжен через резистор 10 кОм и на нём присутствует напряжение равное источнику питания 24в. Через оптрон PC817 и индикаторный светодиод ток не течёт, поэтому схема находится в режиме ожидания. Как только жидкость достигла электрода, сопротивление между ним и общим проводом резко снижается, что приводит к разряду конденсатора и возрастанию тока через оптрон и индикаторный диод, который вспыхивает. Открывается транзистор оптрона и посылает на вход микросхемы PIC12F629 сигнал низкого уровня. Микроконтроллер обрабатывает данный сигнал и на его выводе выв. 6 появляется сигнал высокого уровня. Открывается транзистор, срабатывает реле и магнитный пускатель, включается насос, начинается откачка. Желтый светодиод на печатной плате начинает мигать, начинается отсчёт времени. На лицевой панели блока управления вспыхивает зелёная лампочка "работа". Продолжительность откачки настроена на 5 минут и изменяется программно. По истечении данного времени насос отключается, схема уходит в режим ожидания и насос включится только тогда, когда уровень жидкости снова достигнет электрода.

Разберём такую ситуацию, при которой забился трубопровод, или по какой-либо причине упала производительность насоса: жидкость достигла электрода, включился насос, но уровень так и не снижается. Микроконтроллер определяет такую ошибку и спустя 1 минуту выдаёт прерывистый тональный сигнал на пьезокерамический излучатель, а на транзистор сигнального реле - высокий уровень. Начинает мигать сирена, на пульте управления вспыхивает красная лампочка "авария". Сотрудники видят аварию и предотвращают её. После того, как авария будет устранена, уровень жидкости упадёт ниже электрода, схема перейдёт в нормальный режим работы.

Питание насоса осуществляется от сети переменного тока 380в, но если насос рассчитан на напряжение 220в, то необходимость в трёхфазной сети отпадает. Электронная схема питается от источника напряжением 24в, можно нестабилизированного - трансформатор, четыре диода и сглаживающий конденсатор. Для питания микросхемы служит стабилизатор 5в - 7805. Электродвигатель защищён от токовой перегрузки с помощью теплового реле, для защиты схемы управления от к.з. используется автоматический выключатель.

Печатная плата выполнена из фольгированного стеклотекстолита размерами 60х80 см:

Внешний вид печатной платы:

В углах просверлены отверстия, печатная плата установлена на шпильки с ограничительными гайками. Сверху закрыта оргстеклом.

Все компоненты размещены в пластиковой коробке подходящих размеров:

Провода пропущены в сквозные отверстия и подведены к соответствующим клеммам.

Внешний вид устройства:

В лицевой панели просверлены отверстия и установлены кнопки управления с лампочками.

Собранное устройство, после заливки прошивки начинает работать сразу и в налаживании не нуждается.

При работе соблюдайте меры электробезопасности!

И в заключении хотелось сказать, что данное устройство проработало уже более 2-ух лет и в обслуживании не нуждалось ни разу.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Микроконтроллер
• PIC