Реле уровня воды схема подключения

Кроме электрических аппаратов общего применения (пускатели, промежуточные реле, переключатели и т. д.) при автоматизации насосных установок применяют специальные устройства контроля и управления, например, реле давления, реле контроля уровня, струйные реле и др.

Реле контроля уровня регулируют работу пускателей насоса и клапанов для управления уровнями жидкости. Такие устройства способны поддерживать установленный уровень воды в емкостях.

Современные реле контроля уровня жидкости — электронные устройства, чаще всего модульного исполнения, получающие сигналы от датчиков, обрабатывающие их по определенному алгоритму и комммутирующие подключенные к выходным контактам реле исполнительные элементы (электромагнитные клапаны, электродвигатели насосов).

Так как максимальный коммутируемый ток выходных цепей электронных реле контроля уровня обычно не превышает 10 А, то для коммутации мощных нагрузок необходимо ипользовать магнитные пускатели. В этом сучае реле уровня управляет катушкой пускателя, а пускатель своими силовыми контактами управляет исполнительными элементами насосной установки.

Электронные реле контроля уровня работают с электродными и поплавковми датчиками, манометрами, радиоактивными датчиками и т. д.

Электродный датчик уровня

Используется для того, чтобы контролировать уровень электропроводных жидкостей. Принцип работы: контроль сопротивления воды между однополюсными погруженными электродами, для чего применяется переменное напряжение.

Состоит из одного маленького электрода и двух длинных электродов, укрепленных в коробке зажимов. Один маленький электрод – это контакт верхнего уровня воды, а длинные – нижнего уровня воды. Соединение датчика с реле уровня и со схемой управления двигателем насоса выполняется проводами.

Если вода соприкасается с маленьким электродом, происходит выключение пускателя насоса. Когда уровень понижается до длинных электродов, насос включается.

Поплавковый датчик уровня

Используется для того, чтобы контролировать уровень воды в неагрессивных жидкостях. В открытую емкость погружается поплавок, который подвешивается на гибком тросе и уравновешивается грузом. На тросе закрепляются две переключающие опоры, с помощью которых при предельных уровнях воды в емкости коромысло контактного устройства поворачивается. Это коромысло замыкает контакты, которые включают или отключают электродвигатель насоса.

В случае с закрытой емкостью поплавок связывается своим рычагом с осью рычага. Ось с определенным уплотнителем пропускается в пространство через стенку корпуса, где находится контактная часть датчика. Через стенку емкости выполняется вывод проводов от контактов.

В большинстве случаев, подходящие датчики идут в комплете с реле уровня. Потребителю после приобретения такого набора необходимо только правильно все подключить и настроить.

Далее приведены устройства, отличающиеся высокой надежностью и отличными эксплуатационными параметрами.

Реле РКУ-1М – контролирует уровень жидкости и используется в автоматике регулирования наполнения и слива емкостей и в схемах защиты. Основные характеристики: максимальная коммутируемая мощность 3,5 Вт, питание 220В, число датчиков 3, один переключающий контакт, максимальное расстояние от датчика к реле 100 м.

Рис. 1. Реле РКУ-1М

Рис. 2. Схема подключения насоса к РКУ-1М

Реле уровня воды РОС-301 – контролирует три уровня электропроводных жидкостей по независимым трем каналам в одной или разных емкостях.

Рис. 3. Реле РОС-301

Реле одноуровневое уровня воды PZ-828 – обладает регулируемой чувствительностью, напряжение — 230В, максимальный ток выходных цепей — 16А. В устройстве используется переключающий контакт.

Рис. 4. Реле PZ-828

Рис. 5. Схемы подключения реле PZ-828 (напрямую к нагрузке и через магнитный пускатель)

Двухуровневое реле PZ-829 представляет собой автомат, имеющий регулируемую чувствительность. Данное электронное устройство пособно на двух уровнях контролировать наличие жидкости.

Трехуровневое реле PZ-830 – контролирует и поддерживает установленный уровень токопроводящей жидкости управляя электродвигателем насосной установки. Трехуровневый автомат способен на трех уровнях контролировать наличие жидкости, где третий уровень является аварийным.

Рис. 6. Схема подключения четырехуровневого реле уровня PZ-830

Четырехуровневое реле PZ-832 – контролирует и поддерживает уровень токопроводящих жидкостей в емкостях, водонапорных башнях, бассейнах и т. д. управляя электродвигателями насосов.

Реле уровня жидкости, оснащенное тремя датчиками EBR-1 – электронное модульное реле, обладающее максимальным расстоянием между датчиками в 100 метров. Его можно применять для общественных водоемов (управление наполнением и сливом емкости или колодца). К механизму подключаются датчики, поставляемые вместе с реле контроля уровня жидкости.

Основные характеристики: мощность 3,5 VA, три датчика, максимальная чувствительность 50 КОм, питание 230 V, рабочая температура -100С – +450С, защита IP20.

Реле уровня EBR-1

Реле, оснащенное шестью датчиками EBR-2 – специально разработанное модульное реле контроля, применяемое в колодцах и резервуарах. Также данное реле обладает множеством настроек, уведомлением о достижении минимального и максимального показателей уровня воды, датчики имеют высокую чувствительность к электропроводности жидкости.

В комплект входят шесть датчиков. Благодаря стоимости данное реле контроля является идеальным вариантом для современного контролирования уровня воды.

Большую емкость для воды на даче или приусадебном участке можно использовать для полива или водоснабжения дома. При ее наполнении нет необходимости постоянно забираться вверх по лестнице и целый день следить за уровнем — это вполне могут сделать электронные датчики.

Содержание

Область применения датчиков уровня воды

Продвинутые дачные и фермерские хозяйства, занимающиеся выращиванием плодоовощной продукции, в своей работе используют системы полива наподобие капельной. Для обеспечения автоматической работы поливочного оборудования конструкция требует наличия большой емкости для сбора и хранения воды. Ее заполнение обычно производят погружными водяными насосами в скважине, при этом требуется отслеживать уровень давления воды для насоса и ее количество в водосборном баке. В этом случае необходимо управлять работой насоса, то есть включать его при достижении определенного уровня воды в накопительной емкости и отключать в случае полного заполнения водяного бака. Эти функции можно реализовать с помощью поплавковых датчиков.

Рис. 1 Принцип действия поплавкового датчика уровня (ПДУ)

Большой накопительный бак для воды может потребоваться и для водоснабжения дома, если дебит водозаборной емкости очень мал или производительность самого насоса не может обеспечить потребление воды, соответствующее необходимому уровню. В этом случае устройства контроля уровня жидкости для автоматической работы системы водоснабжения также необходимы.
Систему контроля за уровнем жидкости можно использовать и при работе с устройствами, в которых отсутствует защита от сухого хода скважинного насоса, датчик давления воды или поплавковый выключатель при откачивании грунтовых вод из подвалов и помещений с уровнем ниже поверхности земли.

Виды датчиков уровня воды

Все датчики уровня воды для управления насосом можно разделить на две большие группы: контактные и бесконтактные. Бесконтактные способы в основном используются в промышленном производстве и делятся на оптические, магнитные, емкостные, ультразвуковые и т.п. виды. Датчики устанавливаются на стенки водяных баков или непосредственно погружаются в контролируемые жидкости, электронные компоненты помещены в шкаф управления.

Рис. 3 Вертикальные и горизонтальные герконовые датчики

Устройство герконового переключателя

Основной исполнительный элемент герконового датчика — герконовый выключатель. Устройство представляет собой маленький стеклянный баллон, наполненный инертным газом или с откачанным воздухом. Газ или вакуум препятствуют образованию искр и окислению контактной группы. Внутри колбы находятся замкнутые контакты из ферромагнитного сплава прямоугольного сечения (пермаллоевая проволока) с золотым или серебряным напылением. При попадании в магнитный поток контакты герконового переключателя намагничиваются и отталкиваются друг от друга — происходит размыкание цепи, по которой течет электрический ток.

Схема подключения герконового датчика уровня воды

Герконовые переключатели являются маломощными устройствами и неспособны коммутировать большие токи, поэтому они не могут быть использованы непосредственно для отключения и включения насоса. Обычно они задействованы в низковольтной схеме коммутации работы мощного реле насоса, помещенной в шкаф управления.

На рисунке представлена простейшая схема с датчиком, реализующая управление дренажным насосом в зависимости от водного уровня при откачке, состоящая из двух герконов SV1 и SV2.

При достижении жидкостью верхнего уровня магнит с поплавком включает верхний геркон SV1 и на катушку реле P1 подается напряжение. Ее контакты замыкаются, происходит параллельное подключение к геркону и реле самозахватывается.

Функция самозахватывания не дает возможность отключиться питанию катушки реле при размыкании контактов включающей кнопки (в нашем случае это геркон SV1). Это происходит в том случае, если нагрузка реле и его катушка подключены в одну цепь.

Напряжение поступает на катушку мощного реле в цепи электропитания насоса, его контакты замыкаются и электронасос начинает работать. При падении уровня воды и достижении поплавка с магнитом нижнего геркона SV2 он включается и на катушку реле P1 с другой стороны также подается положительный потенциал, ток перестает течь и реле P1 отключается. Это вызывает отсутствие тока в катушке силового реле P2 и как следствие прекращение подачи напряжения питания на электронасос.

Рис. 6 Поплавковые вертикальные датчики уровня воды

Аналогичная схема управления насосом, помещенная в шкаф управления, может быть использована при отслеживании уровня в емкости с жидкостью, если герконы поменять местами, то есть SV2 будет находиться вверху и отключать насос, а SV1 в глубине бака с водой его включать.

Датчики уровня могут быть использованы в быту для автоматизации процесса при заполнении больших емкостей водой при помощи водяных электронасосов. Наиболее просты в установке и эксплуатации герконовые виды, выпускаемые промышленностью в виде вертикальных поплавков на штангах и горизонтальных конструкций.

Контроллер уровня F&F PZ-818

Недавно мне в руки попало ещё одно устройство от производителя ЕвроАвтоматика ФиФ – Автомат контроля уровня жидкости PZ-818.

Друзья, если кому-то нужно это устройство – я могу бесплатно (ДАРОМ) выслать его тому, кто наиболее доходчиво расскажет в комментариях (к статье или в моей группе ВК), зачем оно ему нужно, и куда это устройство он будет ставить. Затем я свяжусь, и расскажу подробности. Это не халява, а деловое предложение.

Его можно назвать и контроллером, поскольку он контролирует уровень жидкости, и может её откачивать и закачивать в ёмкость по надобности.

Не будем забегать вперёд – как обычно, сначала я рассмотрю устройство F&F PZ-818 теоретически, расскажу о его функционале и устройстве, а затем, во второй части статьи – покажу, как мы на предприятии применили его на практике.

Автомат контроля уровня жидкости PZ-818. Внешний вид

Чтобы читатель сразу понял, о чем идет речь, предлагаю обратиться к фото в начале статьи. Вот ещё фото, которые я сделал при распаковке данного девайса.

Автомат контроля уровня F&F PZ-818

Комплектность – сам автомат контроля, три датчика (электрода) и руководство по эксплуатации:

Комплект автомата контроля уровня ФиФ

Датчики конструктивно исполнены таким образом, чтобы успокаивать возможные колебания уровня жидкости:

Устройство датчиков уровня

Фактически, это не датчики (датчик имеет на выходе какую-то информацию), это электроды или щупы.

Зачем нужен контроль уровня?

Никакая теория не обходится без терминологии, поэтому начнем с названий и определений.

Названия у нашего прибора могут такие:

Автомат контроля уровня,
Реле контроля уровня,
Реле уровня жидкости,
Контроллер уровня воды
Регулятор уровня жидкости

Даже производитель путается (видимо, недоработка маркетологов) – на сайте написано одно название, в инструкции – другое, на упаковке – третье.

Но главное – не название, а те функции, которое наше устройство выполняет. Если коротко, у него две основные функции – контроль наполнения и контроль опорожнения емкости с жидкостью. Всё остальное – лишь варианты. Иначе говоря, реле уровня срабатывает либо при пересечении некоего верхнего уровня, либо нижнего.

Эти два режима могут называться по разному. Контроль наполнения могут называть контролем верхнего уровня, а контроль опорожнения – режимом откачивания или дренажа.

Как работает контроль уровня?

Как я уже говорил, при пересечении установленного уровня (верхнего либо нижнего, зависит от режима работы) включается реле внутри устройства. То есть, фактически устройство контроля уровня является дискретным датчиком, сигнализирующем о том, что жидкостью был пересечён определенный уровень.

Определение реального уровня жидкости основано на кондуктометрическом принципе работы (на измерении проводимости). То есть, фактически используются операционные усилители, на один вход который подается опорное напряжение, на второй – напряжение, зависящее от сопротивления датчиков. Эти напряжения непрерывно сравниваются, и операционный усилитель, включенный по схеме компаратора, формирует на своем выходе дискретный сигнал (включено / выключено). Это очень упрощенно, в реле уровня ФиФ PZ-818 используется микроконтроллер, поэтому там не всё так просто.

Реле включает, как правило, насос, который работает на подачу воды (заполнение) либо на откачку (дренаж). Обычно для включения насоса применяется контактор, устройство плавного пуска или более сложная схема на основе преобразователя частоты.

Само собой, имеются множество тонкостей работы и настроек, о которых я буду говорить по ходу повествования.

А что там свежего в группе ВК СамЭлектрик.ру?

Подписывайся, и читай статью дальше:

Параметры автомата контроля уровня Евроавтоматика F&F PZ-818

Рассмотрим технические характеристики реле уровня, приведенные в инструкции по эксплуатации.

Инструкция будет приведена в конце статьи.

Напряжение питания, В – 50 – 264 АС/DС. Довольно широкий диапазон напряжения, это может быть полезным при питании в промышленных цепях управления напряжением 110 В.
Макс. коммутируемый ток, А – 8 АС1. Это ток для идеальной (активной) нагрузки, типа ТЭНа. Если подключать контактор или более мощное реле, выходной ток должен быть в 3-5 раз меньше, для сохранения коммутационной износостойкости (иначе – для сохранения ресурса работы).
Контакт: Тип – 1Р (1 переключающий). Выходное реле, используемое внутри нашего прибора, имеет один переключающий контакт, выводы которого подключены на три выходные клеммы.
Количество контролируемых уровней – 2. Это означает, что переключение (смена состояния внутреннего реле) может происходить на двух уровнях, в зависимости от положения двух соответствующих датчиков.
Напряжение питания датчика, не более, В – 6. Это говорит о безопасности. Важно, что датчики гальванически полностью развязаны от питающей сети. И можно спокойно их касаться и настраивать, когда устройство подключено к сети.
Ток потребления датчика, не более, мА – 2. Понятно, что ток датчика маленький. Не понятно, зачем этот параметр здесь? Ведь не для выбора сечения провода?
Регулировка времени задержки вкл/откл, с – 0,5 -10. Это важный параметр, который влияет на время реакции автомата уровня, а значит на частоту запуска насоса. От него зависит такой важный параметр, как гистерезис. Например, при почти нулевом гистерезисе, высокой производительности насоса и скорости подачи воды насос может включаться/выключаться по нескольку раз в минуту. Это нехорошо и вредно и для гидравлической системы, и для насоса, и для питающей сети. Если же увеличить параметр времени задержки, гистерезис по уровню может достигать нескольких десятков сантиметров, что может быть вполне приемлемым для некоторых применений.
Чувствительность по нижнему и верхнему уровням, регулируемая, кОм – 5-150. А этот параметр влияет на широту спектра применений данного автомата контроля уровня. Недаром в инструкции сказано – «Автоматы не используются для контроля дистиллированной воды, бензина, масла, керосина, этиленгликоля, сжиженного газа». Дело в том, что сопротивление этих жидкостей очень высоко (некоторые с натяжкой можно назвать изоляторами). И чувствительности нашего PZ-818 не хватит, чтобы применить, например, на котельной, где используется химически очищенная вода. Её сопротивление может достигать 500 кОм. Практически сопротивление очень зависит от того, какая часть электрода (датчика) погружена в жидкость. Бесспорно, что датчики, опущенные в воду на 1 мм и на 10 см, будут давать значительно различающиеся показания сопротивления.
Диапазон рабочих температур, °С – – 25 – +50. При отрицательной температуре я бы не рекомендовал использовать никакое оборудование.
Степень защитыIР20. Открыто устанавливать наш регулятор уровня нельзя, нужна установка только в электрощит.
Коммутационная износостойкость – >10 5 циклов. Как я писал выше, этот параметр сильно зависит от тока через контакты реле. Однако, даже если ток будет в 10 раз меньше максимального, при неправильной настройке задержки данный ресурс может закончиться через год!
Потребляемая мощность, Вт – 1. Пренебрежимо мало, по сравнению с потреблением всей системы контроля уровня.
Подключение – винтовые зажимы 2,5 мм 2 . Больше и не надо. Оптимально – от 0,75 до 1,5 мм 2
Габариты (ШхВхГ), мм – 18 х 90 х 65. Тип корпуса – 1S. Реле контроля уровня PZ-818 занимает место одного однополюсного автомата, что очень удобно при монтаже.

Автомат контроля уровня – органы управления

Рассмотрим переднюю панель прибора.

Панель управления реле контроля уровня

Мы видим два индикатора и три регулятора:

ИндикаторL (Level – Уровень) зеленого цвета включается тогда, когда уровень жидкости в норме. Для режима наполнения нормальный уровень – выше уровня датчика максимума, для режима дренажа – когда уровень ниже уровня датчика минимума.
ИндикаторR (Нагрузка) красного цвета говорит о том, что реле находится в активной фазе, и насос в данный момент включен. Когда идет время задержки, индикатор мигает.
Регулятор времени задержки. Чем больше выставить задержку, тем реже будет включаться насос, и изменения уровня могут быть значительными. Чем меньше установить задержку – тем точнее будет поддерживаться уровень, но тогда и насосу придётся потрудиться.
Регуляторы чувствительности верхнего и нижнего уровня. Служат для подстройки чувствительности в зависимости от проводимости жидкости. Также иногда этими регуляторами можно в небольших пределах (не более длины датчика) изменить уровни срабатывания.

При большом расстоянии между датчиками (большая по диаметру ёмкость) и малой электропроводности жидкости раздельная регулировка чувствительности позволяет оптимально настроить работу реле PZ-818. В реле уровня с одним регулятором чувствительности при работе в таких условиях трудно добиться стабильной работы.

Передняя панель регулятора и органы управления

Зеленый и красный индикаторы горят во время работы поочередно (а иногда и одновременно), поэтому в индикаторе питания необходимости нет.

Временные диаграммы работы в режимах наполнения и откачивания

В зависимости от выбранного режима работы, возможны две диаграммы.

Диаграмма при работе на наполнение емкости:

Диаграмма работы реле уровня в режиме наполнения

Кривая на диаграмме – уровень жидкости, Мах и Min – уровни, на которых установлены датчики. На графике К показана работа выходного реле (фактически, работа насоса). Графики R и К почти совпадают, за исключением индикации времени задержки. График L показывает достижение и потеря нужного уровня, и если не учитывать индикацию задержки, является инверсией графика R.

В режиме откачивания график будет таким:

Диаграмма работы в режиме дренажа (откачки)

Присмотревшись к обоим графикам, можно заметить, что они во многом схожи. И если бы не времена задержки (а без них никак!), можно было бы использовать один режим для всех применений, просто перекидывая клемму реле с нормально открытой на нормально закрытую. В автомате контроля уровня переход с режима на режим реализован по другому, об этом чуть ниже.

По времени задержки Тз у меня сомнение – во всех случаях оно должно быть одинаковым, хотя на графиках это не так. Что ж, при установке и исследовании на практике данного регулятора уровня уточним этот момент.

Схемы подключения реле контроля уровня PZ-818

Подбираемся к практической стороне вопроса.

Вот схема, приведенная на боковой стенке реле:

Схема реле на корпусе устройства

Как обычно, у меня несколько каверзных вопросов к тому, кто её рисовал:

Почему все клеммы хаотично разбросаны по схеме? Неужели нельзя было схематично изобразить корпус прибора и немного приблизиться к реальности?
Кто-нибудь объяснит мне, почему мощность резистора между клеммами 1 и 2 обозначена как 0,25 Вт, хотя в характеристиках указана потребляемая мощность прибора 1 Вт? Хотя, возможно, это не мощность – так схематично обозначена катушка условного реле. И куда дальше вниз уходят питающие провода?

Хватит придираться, рассмотрим объемную схему подключения:

Схема подключения реле уровня

Из этой схемы всё ясно-понятно. Были бы ещё номера клемм! Но они указаны на обычных принципиальных схемах. Вот схема для контроля наполнения:

Схема включения контроллера уровня для контроля процесса наполнения емкости

Распишу работу схемы.

Питание подается на клеммы 1 и 3. Причем, фазировка и полярность (если это будет постоянное напряжение) особой роли не играют. Но соблюдать их для порядка надо!

Клемма 7 – общая (входная) для внутреннего переключающего реле. Когда реле срабатывает (в данном случае – когда пришло время «наполнить бокалы»)), замыкается его нормально открытый контакт, и через клемму 9 фаза подается на катушку контактора. Контактор включается, и подает питание на насос.

К клеммам 10, 11, 12 подключены датчики соответственно минимального, максимального уровня, и датчик опорного уровня (общий). Их подключение хорошо показано на предыдущей схеме.

А вот схема для откачки (или дренажа, или опорожнения емкости):

Схема включения контроллера уровня для контроля процесса опустошения емкости

Найдите отличия! Оно всего одно – установлена перемычка между клеммами 4 и 6. Именно таким образом переключаются режимы заполнения / откачки. Необязательно для этого использовать перемычку – для оперативного переключения режимов может использоваться переключатель, контакт реле или даже выход контроллера.

Клеммы 2 и 5 не используются (их нет физически – зачем они тогда приведены на схеме?), а клемму 8 можно использовать для внешнего индикатора «Насос выключен».

Схемы с работой по одному уровню

В инструкции также приведены схемы наполнения и откачивания с работой по одному уровню. Там замкнуты входы датчиков Min и Max, а вместо трех датчиков используются два.

«Одноуровневая» схема наполнения работает «топорно» – чуть только датчик оголился – через время задержки включается насос, пока вода опять не коснется обоих датчиков.

Схема при работе на откачку та же, с установкой перемычки. Только датчики установлены около дна резервуара.

Конструкция и внутреннее устройство контроллера уровня F&F PZ-818

Вид лицевой панели управления я уже приводил, а вот вид сзади, со стороны крепления на ДИН-рейку:

Крепление корпуса на ДИН-рейку

Контакты реле контроля уровня сверху

1, 3 – питание, 4, 6 – входы управления режимом работы. Видно, что клемм 2 и 5 нет, но номера приведены…

Контакты реле контроля уровня снизу

7, 8, 9 – выводы внутреннего реле, 10, 11, 12 – клеммы для подключения датчиков.

Чтобы посмотреть устройство, вскрываем корпус прибора.

Внутреннее устройство реле контроля уровня

Он на защелках, поэтому разбирается с помощью маленькой шлицевой отвертки.

Вот как выглядит передняя панель в разобранном виде:

Реле уровня, вскрытая передняя панель

Видим три потенциометра по 100 кОм, и два прямоугольных светодиода (кстати, их тяжело засунуть обратно при сборке). Выходное реле имеет катушку на 12 В. Ток – до 8 А, как и было указано в характеристиках на PZ-818.

Эта же плата – со стороны пайки:

Внутренности автомата уровня – вид на силовые клеммы и пайку реле

Видны усиленные дорожки от реле к клеммам.

Смотрим на нижнюю плату. Клеммы датчиков (слева):

Клеммы для подключения датчиков уровня (щупов)

Сигнал, проходя входные делители, уходит на операционный усилитель, расположенный на главной плате. Кстати, изменив сопротивление этих резисторов, можно увеличить чувствительность устройства. Только неизвестно, что будет со стабильностью работы.

Теперь – цепи питания:

Схема питания, вид со стороны пайки

Справа – клеммы 1 и 3, далее гасящие цепи на RC-цепи, диодный мостик, и микросхема-преобразователь питания (конвертер с широким диапазоном входного напряжения) LNK306GN.

Далее – фототранзистор Cosmo KPC357NT, необходимый для гальванической развязки первичной и вторичной цепей питания.

Центральная плата, с двумя основными микросхемами

Вверху – операционный усилитель LM2902, на котором собран компаратор, работающий от датчиков. Внизу – контроллер PIC16F684, на котором работает программа автомата контроля уровня.

Вид с другой точки: