Применение преобразователя частоты и регулятора напряжения в системах загородного водоснабжения

В этой статье рассматривается применение преобразователя частоты и регулятора напряжения для решения задачи управления системой загородного водоснабжения. Статья является продолжением статьи «Регулятор напряжения для плавного регулирования мощности на нагрузке» , в которой описано что такое «регулятор напряжения», рассмотрена конструкция, приведены схемы подключения.

В качестве объекта автоматизации был выбран дом в загородном коттеджном поселке, подсоединенный к центральному водоснабжению. Основным недостатком центральной системы водоснабжения в поселке является непостоянство давления воды, в очень широком диапазоне 0.5-1.8 атм., что само собой недостаточно для того, чтобы комфортно принять душ или для полива всего приусадебного участка одновременно.

Заказчиком было предложено модернизировать текущую систему водоснабжения, сделать эффективную систему регулирования выходного давления в коттедже и автоматизировать систему полива приусадебного участка. В качестве задания были выдвинуты следующие условия:

• уровень выходного давления в коттедже должен плавно регулироваться в диапазоне от 2.0 до 4.0 атм.;

• давление воды должно быть стабильным и не должно зависеть от расхода воды в коттедже и от уровня входного давления;

• должна быть предусмотрена защита от «сухого» хода насоса;

• система полива должна автоматически обеспечивать водой до 6 разбрызгивателей, распределенных по территории участка;

• система должна иметь возможность параметрирования и управления с переносного сенсорного пульта по радиоканалу;

• должна быть предусмотрена возможность удаленного мониторинга и управления через интернет;

• система должна обеспечивать энерго- и ресурсосбережение;

В общем, систему можно разделить на три части:

• систему водоснабжения и стабилизации уровня выходного давления;

• систему полива участка;

• систему мониторинга и управления, в том числе и удаленного .

Система водоснабжения и стабилизации выходного давления изображена на рисунке 1. В ней применен центробежный насос (5), увеличивающий давление на выходе системы (Pтек) при необходимом расходе воды и изменяющемся значении входного давления (Pвх). Система также состоит из вентиля, подводящего воду (1), аналогового датчика входного (2) и выходного (6) давления, обратного клапана (3), распределительной арматуры (4), гидроаккумулятора (8) и преобразователя частоты (ПЧ) (7), который делает возможной работу двигателя насоса с разной частотой вращения.

Рис. 1. Водоснабжение и регулирование давления (для увеличения нажмите на рисунок)

Сигналы, приходящие с датчиков входного и выходного давления, заводятся прямо в ПЧ через модуль аналогового ввода. Программное обеспечение для регулирования давления прошито в ПЧ, в общем случае, может функционировать без дополнительных периферийных устройств. Однако, в нашем случае, все частные объекты объединены в единую сеть с радиоуправляемым пультом с сенсорной панелью, для улучшения эффективности и удобства управления всей системой.

Система полива изображена на рисунке 2. Она специально разработана для российских условий эксплуатации, максимально проста и удобна. Система состоит из летнего водопровода (3), проложенного вдоль всего участка. Через электромагнитные соленоидные клапаны (4) вода по гибким шлангам, поступает к обычным переносным системам полива. Всего в системе применено 6 электромагнитных клапанов и гибких подводок. Для «зимнего» отключения служат вентили подвода воды (1) и слива (2). Электромагнитные клапаны управляются многоканальным интеллектуальным регулятором напряжения ( МИРН ) (5) от сети переменного тока.

Программное обеспечение и алгоритмы полива зашиты, непосредственно в МИРН и могут работать автономно. Как и в предыдущем случае, все системы объединены в единую сеть с пультом. Для вычисления уровня влажности почвы в системе применен аналоговый датчик влажности (6). Он подключен к МИРН через модуль аналогового входа и необходим для правильного определения продолжительности и объема воды, необходимых для полива участка.

Рис. 2. Система полива (для увеличения нажмите на рисунок)

Общая схема системы мониторинга и управления изображена на рисунке 3. На рисунке представлены все устройства, внедренные в систему управления: преобразователь частоты (ПЧ) (1), многоканальный интеллектуальный регулятор напряжения (МИРН) (2), микроконтроллер управления (МКУ) (3) и пульт дистанционного управления (4). ПЧ, МИРН и МКУ объединены в CAN-сеть.

Рис. 3. Система мониторинга и управления (для увеличения нажмите на рисунок)

МКУ служит для управления и раздачи заданий контроллерам, отвечающим за водоснабжение (в ПЧ) и полив (в МИРН), а также для ввода-вывода необходимой информации на пульт управления через беспроводную сеть WI-FI. Пульт дистанционного управления работает через WEB-интерфейс с управлнием по сети интернет и может быть перенесен в любое место. В качестве пульта дистанционного управления был применен обычный сенсорный планшетный компьютер с интегрированным модулем WI-FI.

Данная система была спроектирована и собрана специалистами «Stchc.ru» на основе оборудования, производимого фирмой «Конвир». Работоспособность и надежность были проверены при разных температурных и погодных условиях. Из-за того, что ПЧ и МИРН производятся в защищенном корпусе, они могут быть расположены вблизи от объектов управления. Это дополнительно помогло сэкономить на электропроводке, шкафах и монтаже. В том числе, система была испытана при управлении из Москвы удаленно через сеть интернет.

Особенно хочется отметить, что при реализации этой системы применены ресурсо- и энергосберегающие технологии. МКУ с модулем часов реального времени (ЧРВ) имеет режимы «дневной-ночной». Есть специальные режимы «нет хозяина» и «экономия воды».

Использование ПЧ для управления водным циркуляционным насосом позволило устранить броски тока при пуске двигателя и стабилизировать значение давления воды в загородном доме при разных показателях входных давлений и расходах воды. Данное решение позволило сэкономить 40% воды и 60% электроэнергии по сравнению с традиционным способом управления.

А здесь читайте про то, как сделать частотный преобразователь своими руками