F&F PZ-818
Недавно мне в руки попало ещё одно устройство от производителя «ЕвроАвтоматика ФиФ» — автомат контроля уровня жидкости PZ-818.
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.
Упаковка:
Комплектность — сам автомат контроля, три датчика (электрода) и руководство по эксплуатации:
Датчики конструктивно исполнены таким образом, чтобы успокаивать возможные колебания уровня жидкости:
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.
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 защиты IР20. Открыто устанавливать наш регулятор уровня нельзя, нужна установка только в электрощит.
Коммутационная износостойкость — >105 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 мм2. Больше и не надо. Оптимально — от 0,75 до 1,5 мм2 - Габариты (ШхВхГ), мм — 18×90×65. 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.
Мы видим два индикатора и три регулятора:
- Индикатор L (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.
- Индикатор R (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.
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:
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:
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:
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:
Из этой схемы всё ясно-понятно. Были бы ещё номера клемм! Но они указаны на обычных принципиальных схемах. Вот схема для контроля наполнения:
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):
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:
Верхние клеммы:
1, 3 — питание, 4, 6 — входы управления режимом работы. Видно, что клемм 2 и 5 нет, но номера приведены...
Нижние клеммы:
7, 8, 9 — выводы внутреннего реле, 10, 11, 12 — клеммы для подключения датчиков.
Чтобы посмотреть устройство, вскрываем корпус прибора.
Он на защелках, поэтому разбирается с помощью маленькой шлицевой отвертки.
Вот как выглядит передняя панель в разобранном виде:
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:
Видны усиленные дорожки от реле к клеммам.
Смотрим на нижнюю плату. Клеммы датчиков (слева):
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:
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:
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:
А теперь — обещанная
Инструкция (руководство по эксплуатации) на реле контроля уровня PZ-818
Руководство в виде файла PDF можно скачать на сайте производителя.
Источник: Александр/СамЭлектрик.ру
