Автоматическая водокачка

В радиолюбительской литературе можно найти описания различных устройств для автоматизации работы насоса, откачивающего воду из подвала или накачивающего воду из колодца в резервуар. В них предусматривался контроль за уровнем воды лишь в одном месте - источнике или приемнике воды. Однако при ограниченном поступлении воды в колодец необходим автомат, контролирующий уровни сразу в двух местах. Он должен автоматизировать работу насоса для получения максимально возможного количества воды. Конечно, при этом необходимо следить за тем, чтобы приемный резервуар не переполнялся.

Схема автомата, обеспечивающего необходимый алгоритм работы насоса, приведена на рис. 1.

К контактам XI - Х5 подключены датчики уровня, опущенные в воду. Датчик, подключаемый к контакту XI, установлен в приемном резервуаре на 10 мм ниже его верхнего края, к контакту Х2 - на 100 мм ниже. Аналогично, датчик, подключенный к контакту Х4, находится у дна колодца примерно на 50 мм выше уровня заборных отверстий вибрационного насоса или клапана центробежного, датчик от контакта Х3 еще на 100 мм выше. Контакт Х5 подключен к корпусу приемного резервуара и к металлической трубе, по которой откачивается вода из колодца. Если датчики сухие, на соответствующие входы микросхемы DD1 через резисторы
R1 - R8 подается напряжение источника питания +9 В, если они находятся в воде, напряжение на входах микросхемы за счет проводимости воды близко к нулю. Рассмотрим работу автомата с момента включения в сеть. Пусть в колодце достаточно воды, а приемный резервуар пуст. В этом случае на входах 1 и 2 элемента DD1.1 высокий логический уровень, на входах 3 и 4 DD1.2 - низкий.
Эти элементы представляют собой мажоритарные клапаны [3], сигнал на выходе которых соответствует большинству сигналов на входах. Поэтому на выходе элемента DD1.1 будет высокий уровень, на выходе DD1.2 - низкий. На двух входах элемента DD2.2 - высокий уровень, поэтому на его выходе -низкий, на выходе DD2.3 - высокий, он открывает транзистор VT1. Включается тринисторный
оптрон U1, он замыкает между собой анод и управляющий электрод симистора VS1 через резистор R13. Симистор включается и подает напряжение на электродвигатель насоса Ml. Поскольку автор использовал трехфазный двигатель, напряжение на один из его выводов подается через фазосдвигающий конденсатор С8.
При включении автомата в сеть конденсатор С5 разряжен. Поскольку на выходе элемента DD2.2 низкий уровень, он через конденсатор С5 передается на вход элемента DD2.4 и на его выходе появляется высокий уровень, открывающий транзистор VT2. Включается оптрон U2, симистор VS2 подключает параллельно
С8 пусковой конденсатор С9, происходит быстрый запуск двигателя Ml. Напряжение на нижней по схеме обкладке повышается за счет тока через резистор R10. Примерно через 3 с оно поднимется до порога переключения элемента DD2.4 и на его выходе появится низкий уровень, пусковой конденсатор С9 отключится. Время выбрано с большим запасом, гарантирующим пуск. В то
же время оно недостаточно, чтобы двигатель перегрелся. Далее возможны два варианта работы. Предположим, что воды в колодце много и ее достаточно для наполнения приемного резервуара. Поэтому через некоторое время после пуска вода подойдет к датчику, подключенному к контакту Х2, на входе 2 элемента DD1.1 появится низкий уровень. Выходной сигнал этого элемента, однако, не изменится, поскольку на его входах 13 и 1 - высокий уровень. Когда же резервуар наполнится, низкий уровень появится
и на входе 1 DD1.1. Поскольку на двух входах этого элемента низкий уровень, такой же сигнал появится и на его выходе, двигатель Ml остановится. При отборе воды из резервуара вначале высокий уровень появится на входе 1 элемента DD1.1. Это не изменит его состояния, поскольку на его входах 13 и 2 низкий уровень. Лишь когда уровень воды станет ниже датчика, подключенного к контакту Х2, на двух входах этого элемента будет высокий уровень, который
включит двигатель насоса. Таким образом, элемент DD1.1 образует триггер, устанавливаемый в единичное состояние подачей на два его входа высокого уровня и в нулевое состояние подачей на них низкого. Гистерезис по уровню воды позволяет избежать слишком
частых включений двигателя. Аналогично управляется насос в случае, когда воды в колодце недостаточно для наполнения резервуара. Он выключается, когда уровень станет ниже уровня,
задаваемого датчиком, подключенным к контакту Х4, и включается, когда он станет выше датчика, подключенного к контакту ХЗ.
Резисторы R5 - R8 и конденсаторы С1 - С4 защищают входы микросхемы DD1 от статического электричества и помех, наводимых в проводах и датчиках. Резистор R9 ограничивает выходной ток элемента DD2.2 при перезарядке конденсатора
С5. Резисторы R11 и R12 определяют ток через светодиоды оптронов U1 и U2, резисторы R13 и R14 ограничивают ток через их динисторы и управляющие электроды симисторов VS1 и VS2 в момент включения. Резистор R16 служит для разрядки конденсатора С9 после его отключения от С8, а R15 ограничивает ток через симистор VS2 в момент его повторного включения, если С9 не успел полностью разрядиться. Источник питания устройства собран по простейшей схеме без стабилизации напряжения, поскольку микросхемы серии К561 допускают напряжение питания от 3 до 15В. Если в насосе установлен однофазный двигатель, не требующий на момент пуска подключения дополнительного конденсатора, или используется вибрационный насос, элементы, начиная с R9 и заканчивая R16, устанавливать не нужно.
Необходимо лишь помнить, что входы неиспользуемого элемента DD2.4 следует соединить с общим проводом или выводом 14 этой микросхемы. Устройство собрано в виде этажерки и накрыто колпаком, изготовленным из полиэтиленовой канистры от автомобильного масла. На нижней пластине из текстолита толщиной б мм установлены конденсаторы С8 и С9, к выводам
С9 подпаян резистор R16. Верхняя плата - печатная 80 х 180 мм из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. На ней размещены все остальные детали автомата. Чертеж фрагмента платы приведен на рис. 2.

 Плата рассчитана на установку резисторов МЛТ соответствующей мощности, конденсаторов КМ-6 (С1 - С4, С6), К50-16 (С5) и К50-35 (С7). В качестве С7 можно также установить К50-6 или К50-16, но расстояние между выводами у них 7,5 мм, это следует учесть при изготовлении печатной платы. Вместо транзисторов КТ315Г можно установить любые транзисторы структуры n-р-n малой или средней мощности, имеющие коэффициент передачи тока базы не менее 40 (при токе коллектора 30... 50 мА). Микросхему К561ЛП13 можно заменить на К561ИК1
[3], соединив ее управляющие входы (выводы 7 и 9) с общим проводом. Вместо диодных мостов можно использовать любые диоды на рабочий ток не менее 100 мА, для замены VD1 и VD2 годятся диоды с рабочим напряжением не менее 300 В. Тринисторные оптроны серии АОУ103 могут использоваться
с буквенными индексами Б и В, симисторы КУ208 - В и Г.
Трансформатор питания Т1 использован типа ТПП220, все вторичные обмотки которого соединены последовательно. Можно установить любой трансформатор, обеспечивающий на вторичной обмотке напряжение 7...9 В при токе до , мА, например практически от любого адаптера. Кстати, от адаптера можно использовать
конденсатор С7 и диоды для замены моста VD3. Резистор R16 - проволочный остеклованный, его сопротивление может быть
в пределах 20... 33 Ом. Емкость конденсаторов С8 и С9 указана для двигателя АОЛ22-43Ф мощностью 400 Вт, обмотки которого включены треугольником. При другой мощности их емкость должна быть пропорционально изменена. Конденсаторы С8 и С9 - металлобумажные МБГО, МБГТ, МБГП на напряжение не менее 400 В или МБГЧ, К42-19 на 250В. Датчики представляют собой плоские спирали с наружным диаметром примерно 25 мм, плотно свитые из оголенных концов медного или алюминиевого осветительного провода в двойной изоляции сечением 2 х 1,5 или 2 х 2,5 мм2. На рис. 3

приведен возможный вариант их установки. Здесь 1 - труба, 2 -вибрационный
насос или клапан центробежного, 3 - датчики-спирали, 4 - провод в изоляции.
Для уменьшения шунтирования датчиков по поверхности проводов 4 их длина в изоляции от места разделениядолжна быть не менее 200 мм.

Если поступление воды в колодец достаточно
большое, расстояние между датчиками можно существенно увеличить, что уменьшит частоту включения насоса.