ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
Исследования устройств управления электродвигателями насосов
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследование алгоритмов дискретного управления электродвигателями насосов на базе устройств фирмы ОВЕН.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
Лабораторный стенд предназначен для:
- изучения функциональных возможностей устройства ОВЕН САУ - М2 для управления электродвигателем погружного насоса;
- изучения функциональных возможностей устройства ОВЕН САУ - МП и алгоритмов управления электродвигателями насосов, работающих совместно на одну водяную магистраль.
ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ОВЕН САУ - М2
Устройство ОВЕН САУ - М2 применяется в системах автоматического поддержания уровня жидкости в резервуарах, накопительных емкостях, отстойниках, а также в системах автоматического осушения. Этот прибор обладает следующими функциональными возможностями, обеспечивающими:
- автоматическое заполнение резервуара до заданного уровня;
- автоматическое осушение резервуара до заданного уровня;
- защиту погружного насоса от «сухого» хода;
- подключение различных типов датчиков уровня (кондуктометрических, поплавковых).
Устройство ОВЕН САУ - М2 может работать с различными по электропроводности жидкостями: водопроводной и загрязненной водой, молоком и пищевыми продуктами (слабокислотными, щелочными) и т.п.
Основные технические характеристики устройства приведены в табл. 5.1.
Устройство ОВЕН САУ - М2 предназначено для эксплуатации в следующих условиях окружающей среды:
− температура окружающей среды +1… +50°С;
− относительная влажность, не более 80% (при 35°С);
− атмосферное давление 86...106,7 кПа.
Таблица 5.1
Технические характеристики устройства ОВЕН САУ - М2
Наименование |
Значение |
Номинальное напряжение и частота питания |
220 В, 50 Гц |
Допустимые отклонения напряжения питания |
- 15% . . . + 10% |
Потребляемая мощность, не более |
3 ВА |
Количество подключаемых датчиков уровня |
Два трехэлектродных |
Тип датчиков уровня |
Кондуктометрический |
Напряжение на электродах датчика уровня |
Не более 12 В пост. тока |
Количество встроенных выходных реле |
1 |
Максимальный коммутируемый ток контактами реле |
8 А при 220 В и cos φ≥0,4 |
Тип корпуса |
Н – настенный |
Габариты корпуса |
130х105х65 мм |
Степень защиты корпуса |
IP 44 |
Устройство выпускается в корпусе настенного крепления типа Н. Соединение ОВЕН САУ - М2 с датчиками уровня и электроприводом насоса производится при помощи 11-ти контактного клеммника, расположенного под верхней крышкой устройства.
На лицевой панели расположены три светодиодных индикатора, постоянная засветка которых означает:
− «СЕТЬ» – наличие питания на устройстве;
− «НАСОС» – включение электропривода насоса;
− «БЛОКИРОВКА» – блокирование работы насоса при осушении датчика уровня жидкости в скважине.
На лицевой панели расположена ручка потенциометра («КАЧЕСТВО ВОДЫ») – регулятора чувствительности. Служит для первоначальной настройки прибора в зависимости от электропроводности жидкости.
Функциональная схема устройства приведена на рис. 5.1.
Ко входам устройства ОВЕН САУ - М2 подключаются два трехэлектродных кондуктометрических датчика:
− датчик уровня жидкости в баке (заполняемой емкости);
− датчик уровня жидкости в скважине (емкости, предназначенной для отбора жидкости).
Принцип действия устройства ОВЕН САУ - М2 основан на использовании токопроводящих свойств жидкости. При соприкосновении жидкости с соответствующими электродами датчика уровня на вход прибора поступают электрические сигналы. Устройство обрабатывает их по заданному алгоритму и формируют команды управления исполнительным электромагнитным реле, подающим питание на электропривод насоса.
Автоматическое заполнение резервуара. Когда уровень жидкости в резервуаре (баке) доходит до нижней отметки, на которой установлен длинный электрод датчика бака, резервуар автоматически заполняется до верхнего уровня, на котором установлен короткий электрод датчика бака.
Рис. 5.1. Функциональная схема устройства ОВЕН САУ - М2
Автоматическое осушение резервуара. При осушении резервуара ко входу устройства подключается только один датчик – уровня жидкости в скважине (емкости, предназначенной для отбора жидкости). Реле «НАСОС» выключается при осушении длинного электрода (т.е. электрода нижнего уровня) датчика.
Настройка устройства на электропроводность жидкости. Устройство ОВЕН САУ - М2 имеет регулятор чувствительности, позволяющий изменять уровень опорных сигналов компараторов. Вращением ручки регулятора на лицевой панели устройство настраивается для работы с различными по электропроводности жидкостями.
Защита погружного насоса от «сухого» хода. При осушении длинного электрода (т.е. электрода нижнего уровня) датчика скважины реле «НАСОС» выключается, что приводит к блокировке работы насоса. На лицевой панели устройства при этом включается светодиод «блокировка».
Пример временной диаграммы работы устройства ОВЕН САУ - М2 в режиме заполнения резервуара приведен на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Пример временной диаграммы работы устройства ОВЕН САУ - М2 в режиме заполнения резервуара
При монтаже устройства ОВЕН САУ - М2 необходимо:
- Установить датчики уровня жидкости в баке и скважине таким образом, чтобы электроды не касались металлических стенок. Концы двух длинных электродов каждого датчика соответствуют при этом нижним уровням воды в баке и скважине, а концы коротких электродов – верхним уровням.
- Регулирование уровней производится изменением общей высоты установки датчика и перемещением концов электродов относительно друг друга. Допускается механическое укорачивание электродов.
- Допускается работа устройства без датчика уровня воды в скважине. При этом необходимо установить перемычки между контактами 4 и 5, а также 5 и 6 контактами клеммника устройства.
- Допускается также работа устройства без датчика бака (например, при осушении какого либо резервуара). В этом случае датчик уровня бака должен быть отключен от клеммника устройства, либо осушен.
Схемы подключения устройства ОВЕН САУ - М2 приведены на рис. 5.3 и 5.4.
Рис. 5.3. Подключение устройства ОВЕН САУ - М2 для заполнения резервуара от погружного насоса и с защитой от «сухого хода» (в отсутствие необходимости защиты от «сухого хода» на клеммы 4,5,6 ставится перемычка)
Рис. 5.4. Подключение устройства ОВЕН САУ - М2 при использовании насоса для осушения резервуара
Настройка устройства овен сау - м2
Перед подачей напряжения питания на устройство следует установить ручку потенциометра «КАЧЕСТВО ВОДЫ» в среднее положение и проконтролировать заполнение скважины водой до верхнего уровня (затопление длинных и короткого электродов датчика уровня скважины). Датчик уровня бака при этом должен быть осушен.
Подать на устройство питание (220 В 50 Гц). При этом на приборе должен засветиться индикатор «СЕТЬ». Вращая ручку потенциометра «КАЧЕСТВО ВОДЫ» – установить ее в такое положение, при котором включение насоса (засветка индикатора «НАСОС») происходит только при осушении длинных электродов датчиков бака, а выключение его – при затоплении длинных и короткого электродов.
После выполнения указанных действий устройство готово к работе.
Техническое обслуживание должно выполняться не реже одного раза в 6 месяцев и включать следующие операции:
− очистку корпуса устройства, а также его клеммников от пыли, грязи и посторонних предметов;
− проверку качества крепления корпуса на месте его установки;
− проверку надежности подключения внешних связей к клеммникам.
Кроме того, следует регулярно производить осмотр кондуктометрических датчиков уровня и при необходимости осуществлять очистку рабочих частей их электродов от налета, оказывающего изолирующее действие. Периодичность осмотра зависит от состава рабочей жидкости и содержания в ней нерастворимых примесей.
Овен сау - мп
Устройство ОВЕН САУ - МП предназначено для создания систем автоматизации технологических процессов, связанных с контролем и поддержанием заданного уровня жидких или сыпучих веществ в различного рода резервуарах, емкостях, контейнерах и т.п.
Контроль уровня осуществляется при помощи четырех подключаемых ко входам устройства датчиков, которые устанавливаются в резервуаре на заданных по условиям технологического процесса отметках. Для визуального контроля за срабатыванием датчиков на лицевой панели предусмотрены четыре светодиодных индикатора, засветка каждого из которых сигнализирует о срабатывании соответствующего датчика.
При применении соответствующего алгоритма устройство может быть применено для управления группой подающих насосов в системах горячего и холодного водоснабжения.
В качестве входных датчиков могут быть применены:
– кондуктометрические (контролирующие степень электропроводности среды) зонды;
– активные датчики с выходными ключами n–p–n типа;
– механические контактные устройства;
– датчики наличия давления типа ДЭМ.
Основные технические характеристики устройства приведены в табл. 5.2.
Таблица 5.2
Технические характеристики устройства овен сау - мп
Наименование |
Значение |
Номинальное напряжение и частота питания |
220 В, 50 Гц |
Допустимые отклонения напряжения питания |
- 15% . . . + 10% |
Потребляемая мощность, не более |
4 ВА |
Количество входов |
4 |
Напряжение источника питания датчиков |
12 ± 1,2 В (50 мА макс.) |
Количество встроенных выходных реле |
3 |
Максимальный коммутируемый ток контактами реле |
8 А при 220 В и cos φ≥0,4 |
Максимальное допустимое напряжение на входе |
Не более 5 В пост. тока |
Габариты корпуса |
130х105х65 мм |
Степень защиты корпуса |
IP 44 |
Устройство ОВЕН САУ - МП предназначено для эксплуатации в следующих условиях окружающей среды:
– закрытые взрывобезопасные помещения без агрессивных паров и газов;
− температура окружающей среды +5… +50°С;
− относительная влажность, не более 80% (при 35°С);
− атмосферное давление 86...106,7 кПа.
Устройство выпускается в корпусе настенного крепления типа Н или щитового крепления типа Щ1. Соединение ОВЕН САУ - М2 с датчиками уровня и электроприводом насоса производится при помощи 28-ти контактного клеммника, расположенного под верхней крышкой прибора.
На лицевой панели расположены три светодиодных индикатора, постоянная засветка которых означает:
− «СЕТЬ» – наличие питания на приборе;
− «НАСОС» – включение электропривода насоса;
− «БЛОКИРОВКА» – блокирование работы насоса при осушении датчика уровня жидкости в скважине.
На лицевой панели прибора расположена ручка потенциометра («КАЧЕСТВО ВОДЫ») – регулятора чувствительности. Служит для первоначальной настройки прибора в зависимости от электропроводности жидкости.
Функциональная схема устройства приведена на рис. 5.5.
В состав устройства ОВЕН САУ – МП входят:
– входы подключения датчиков уровня Д1, Д2, Д3, Д4;
– входные устройства с перемычками ВУ1, ВУ2, ВУ3, ВУ4, предназначенные для приема сигналов датчиков,
– компараторы входных сигналов К1, К2, К3, К4, предназначенные для сравнения величин принятых сигналов с заданными значениями опорных сигналов Uоп1, Uоп2, Uоп3, Uоп4 и выдачи на блок программируемой логики соответствующего логического уровня (0 или 1);
Рис. 5.5. Функциональная схема устройства ОВЕН САУ – МП
– блок программируемой логики, предназначенный для формирования сигналов управления выходными реле по принятым от входных устройств сигналам в соответствии с записанным в его энергонезависимой памяти алгоритмом, а также для приема и копирования алгоритма из другого устройства ОВЕН САУ – МП или компьютера;
– выходные электромагнитные реле K1, K2, K3, предназначенные для управления исполнительными механизмами;
– светодиодные индикаторы, служащие для отображения информации о состоянии датчиков 1, 2, 3, 4, выходных реле K1, K2, K3 и световые индикаторы о режимах работы устройства.
Устройство ОВЕН САУ – МП имеет четыре входа, к каждому из которых могут быть подключены:
– кондуктометрические зонды;
– позисторы, термисторы или другие резистивные датчики температуры;
– датчики, имеющие на выходе (транзисторный ключ n–p–n)типа, «сухой контакт» (кнопка, переключатель и т.п.), аналоговый сигнал в виде тока 0...20 , 4...20 или 0...5 мА или напряжения 0...5 В).
Схема одного из четырех входных устройств показана на рис. 5.6.
Рис. 5.6. Схема одной входной цепи устройства ОВЕН САУ – МП
Каждое входное устройство имеет набор из трех перемычек, которые должны быть удалены или определенным образом установлены в зависимости от типа подключенного к этому входу датчика. Перемычки находятся на задней плате, рядом с входным клеммником устройства.
Для выдачи логических сигналов на блок программируемой логики каждое входное устройство содержит компаратор, который сравнивает напряжение сигнала, поступающего на его вход (Uвх) с напряжением опорного источника (Uоп) и при выполнении условия Uвх < Uоп переключается в противоположное состояние. Изменение входного сигнала, обеспечивающее выполнение условия Uвх < Uоп, происходит при срабатывании соответствующего датчика.
В приборе предусмотрена ступенчатая (256 уровней в диапазоне 0–5 В) регулировка напряжения Uоп, позволяющая изменять чувствительность компараторов. Это необходимо для настройки входов на работу с различными по степени электропроводности жидкостями или для установки пороговой величины тока при использовании датчиков с нормирующими преобразователями на выходе. Настройка напряжения Uоп производится для каждого входа в отдельности. К выходам компараторов подключены светодиоды, сигнализирующие о срабатывании соответствующих датчиков.
Кондуктометрические зонды применяются для контроля уровня жидкостей, обладающих электрической проводимостью. К таким жидкостям относятся растворы кислот и щелочей, расплавленные металлы, вода и водные растворы солей, пищевые продукты, молоко и т.п. Кондуктометрические зонды в простейшем случае представляют собой изолированные друг от друга металлические электроды, выполненные из коррозиестойкого материала. Один из электродов является общим для всей схемы контроля. Он устанавливается в резервуаре так, чтобы рабочая часть электрода находилась в постоянном контакте с жидкостью во всем диапазоне контроля (от нижнего уровня до верхнего включительно). Этот электрод может быть подключен к контакту «общий» любого из четырех входов прибора, поскольку они гальванически связаны между собой. Остальные электроды являются сигнальными. Они располагаются на соответствующих своему назначению уровнях и подключаются к сигнальным входам устройства.
Примеры установки кондуктометрических зондов на объектах представлены на рис. 5.7.
Рис. 5.7. Установка кондуктометрических зондов устройства ОВЕН САУ – МП
По мере заполнения резервуара электроды соприкасаются с жидкостью, происходит замыкание электрических цепей между общим и соответствующими сигнальными входами прибора, фиксируемое входными устройствами как достижение заданных уровней. Схема подключения кондуктометрического зонда к устройству приведена на рис. 5.8.
Для повышения чувствительности и долговечности кондуктометрических зондов необходимо перевести соответствующие входы устройства в режим питания датчиков переменным напряжением. Для этого необходимо удалить перемычку «1» соответствующего входного устройства. При подключении датчика любого другого типа перемычка «1» должна быть установлена.
Для изменения чувствительности входа в зависимости от электропроводности контролируемой жидкости устанавливается одна из перемычек «2» или «3». Для контроля обычной водопроводной воды и других жидкостей, обладающих относительно низким сопротивлением, устанавливается перемычка «2», для жидкостей, обладающих высоким сопротивлением – перемычка «3».
К прибору также могут быть подключены датчики, выходным сигналом которых является замыкающие механические контакты. При срабатывании датчика (через его выходные контакты) происходит замыкание электрической цепи между общей точкой схемы и соответствующим сигнальным входом, что и фиксируется прибором. Такие датчики (типа ДЭМ) могут применяться для контроля работоспособности насосов в системах водоснабжения, а также для контроля уровня различных по физико-химическому составу жидкостей, в устройствах поплавкового типа.
Рис. 5.8. Схема подключения кондуктометрического зонда (с расположением перемычек) к устройству ОВЕН САУ – МП
Вместо датчиков этого типа к входам прибора могут быть подключены кнопочные пульты или тумблеры, для запуска, остановки или изменения хода выполнения процесса.
Схема подключения датчиков с механическими контактами на выходе – S приведена на рис. 5.9. Для работы с датчиками этого типа на соответствующем входном устройстве должны быть установлены перемычки «1» и «2».
Рис. 5.9. Схема подключения датчиков с механическими контактами на выходе