Автоматика управления внутридомовой системой водоснабжения

Следующая тема — водопровод. Хорошо, если есть централизован­ный городской водопровод с нормальным давлением. Но иногда во­допровода нет вообще, либо есть, но напор очень слабый.

1,5 м. Можно сделать кнопку в доме, которая будет включать насос. Но это не совсем удобно, к тому же при значительной протяженно­сти водопровода вода будет поступать в кран с некоторой задерж­кой. А если этот водопровод предполагается использовать и для подпитки системы водяного отопления на основе современного газового котла с автоматикой, то и вообще неприемлемо.

Получается, что нужна индивидуальная водонапорная башня. В ма­газинах хозяйственных товаров продаются большие пластмассовые ем­кости для воды. Нужно выбрать емкость объемом не менее 200 л и уста­новить ее на чердаке дома, выше всех точек водоразбора. В эту емкость можно накачивать воду с помощью насоса и уже из нее подавать в сан­узел, кухню и систему отопления, расположенные на первом этаже.

Теперь потребуется автоматика для поддержания уровня воды в этой емкости. Вот тут и приходит на помощь электроника. Здесь не­обходимо сразу заняться тем, чтобы вода в баке не имела гальвани­ческой связи с электросетью. Это важно, потому и надо сделать схе­му так, чтобы она была развязана от электросети как по питанию, так

и по способу включения насоса.

Схема (рис. 3.10) может работать как в автоматическом, так и в руч­ном режиме. Для автоматического режима переключатель S1 нуж­но установить в соответствующее положение. Ручной режим имеет

два положения — включено и выключено. Соответственно включа­ется или выключается насос. Система датчиков изготовлена из трех шампуров из нержавеющей стали. Два шампура оставлены полной длины, а третий существенно укорочен, так, чтобы он едва доста­вал до нижней кромки верхнего отверстия пластмассового бака, ко­торый напоминает большую банку. На схеме длинные датчики обо­

значены Е1 и Е2, а укороченный — Е3.

Принцип работы — реагирование на электропроводность воды. Допустим, бак пуст. Это значит, что все датчики не контактируют с во­дой (уровень воды ниже нижних концов Е1 и Е2). Через резистор R2 на входы инвертора D1.3 поступает напряжение, на выходе послед­него — логический ноль. Через резистор R1 поступает напряжение на один из входов элемента D 1.1. На элементах D1.1 и D1.2 построен RS-триггер, поэтому наличие единицы на выводе J D1.1 вызывает пе­реключение триггера в состояние логической единицы на выходе эле­мента D1.2. Транзистор VT1 открывается, и, если S1 находится в по­ложении «автоматически», реле К1 подключает насос к электросети.

Насос работает, и бак постепенно наполняется. Сначала воды каса­

ются датчики Е1 и Е2. Сопротивление воды между ними становится

меньше сопротивления резистора R1, и напряжение на выводе 1 D1.1 снижается до уровня логического ноля. Но триггер D1.1 —D1.2 состо­яния не изменяет, поэтому насос продолжает работать до тех пор, по­ка воды не коснется датчик Е3. В этот момент сопротивление между входами инвертора D1.3 и общим минусом становится значительно меньше сопротивления R2, и напряжение на входах D1.3 снижается до уровня логического ноля.

Питается схема от трансформатора Т1. Это трансформатор от се­тевого источника питания игровой приставки «Денди» или анало­гичной. Источник питания на выходе моста VD3—VD6 выдает постоянное напряжение 10 В, которое снижается до 9,5 В при вклю­чении реле. Конструируя датчик, нужно контакты и точку подачи в него воды расположить так, чтобы вода, поступающая в бак из шланга или трубы, не текла по контактам датчика. Сами контакты обязательно должны быть сделаны именно из нержавейки.

Реле К1 типа КУЦ-1 — это реле от системы ДУ отечественного те­левизора 80—90-х годов. Реле пластмассовое с высокоомной обмоткой на 12 В, уверенно срабатывает уже при напряжении 8 В. Есть две замы­кающие контактные группы. Вполне можно подобрать другое реле, на­пример из популярных сейчас серий BS, ВТ или WJ. Можно использо­вать реле для автомобильных сигнализаций, но если обмотка реле потребляет значительный ток, может потребоваться замена ключево­го транзистора типа КТ503А чем-нибудь более мощным, например со­ставным транзистором из КТ3102 и КТ815 или полевым типа КП501.

Ток на электронасос можно подавать и через оптосимисторную схему. А вот через высоковольтные полевые транзисторы или непо­средственно управляемые от схемы симисторы или тиристоры нель­зя, так как необходимо обеспечить гальваническую развязку сети от схемы. Другими словами, это возможно только на реле или опто­паре. Трансформатор питания можно заменить любым с током вторичной обмотки не ниже 100 мА и переменным напряжением 8—12 В. Вполне подойдет трансформатор ТВК от старого лампово­го телевизора или китайский трансформатор от портативной сете­вой аппаратуры. Также можно выбрать подходящий трансформа­тор серии HR или других серий. Налаживание схемы обычно не требуется. Может потребоваться увеличение сопротивлений рези-

ПОЛЕЗНЫЕ САМОДЕЛКИ

306 I—• •--------------------------------------------------------------------------------------------------------

сторов R1 и R2, но только в том случае, если вода с очень малым со­держанием солей и поэтому обладает низкой электропроводностью, что бывает очень редко.

При отсутствии микросхемы К561ЛЕ5 схему можно сделать на микросхеме К561ЛА7, но это потребует внесения некоторых изме­нений, связанных с тем, что RS-триггер на микросхеме К561ЛА7 пе­реключается логическими нолями, а не логическими единицами. Схема автомата на К561ЛА7 показана на рис. 3.11.

Отличия в работе схемы состоят в следующем. Когда бак пуст, все датчики не имеют контакта с водой, при этом через резистор R1 на вхо­ды инвертора01.3 поступает напряжение логической единицы. На его выходе образуется логический ноль, который переключает триггер Dl.l—D1.2 в состояние с логической единицей на выходе D1.2. Тран­зистор VT1 открывается, и реле включает насос. При заполнении бака уровень воды поднимается и датчики Е1 и Е2 погружаются в воду. На входах инвертора D1.3 устанавливается логический ноль, а на его вы­ходе — единица. Это никак не влияет на триггер (так как он переклю­чается нолями), и насос продолжает работать. При заполнении бака погружается датчик Е3. На выводе 1 D1.1 напряжение опускается до логического ноля, и триггер Dl.l—D1.2 переключается в состояние, при котором на выходе элемента D1.2 логический ноль. Транзистор VT1 закрывается и посредством реле выключает насос. В остальном все точно так же, как и в предыдущей схеме (см. рис. 3.10). Фактически разница лишь в подключении датчиков.

Рис. 3.11. Схема автомата для поддержания уровня воды в емкости на микросхеме К561ЛА7

Теперь о том случае, когда водопровод формально вроде есть, но напор слабый и присутствует только ночью. Здесь, конечно, тоже можно вырыть колодец или пробурить скважину, но есть и еще один выход — установить в подвале дома емкость для воды, которую на­бирать из этого водопровода (можно использовать поплавок с кла­паном от унитаза), а затем воду из этой емкости подавать с помо­щью погружного насоса в аналогичную емкость на чердаке. Схема в целом (рис. 3.12) будет аналогична двум предыдущим, но потре­буется еще один датчик, который будет следить за наличием воды

в емкости, расположенной в подвале, чтобы не допускать сухой ра­боты погружного насоса.

ница. Диод VD7 закрыт, и дополнительный датчик никак не влияет на работу триггера. Если же расположенный в подвале бак пуст, то датчики Е4 и Е5 не погружены в воду, сопротивление между ними

очень велико и на входы инвертора D1.4 через резистор R5 посту­пает напряжение, соответствующее уровню логической единицы. На выходе элемента D1.4 теперь логический ноль. Диод VD7 откры­вается и шунтирует датчик Е3. Напряжение на входах инвертора D1.3 снижается до уровня логического ноля, а на выходе этого эле­мента устанавливается логическая единица. Эта единица поступа­ет на вывод 6 D 1.2 и принудительно устанавливает логический ноль на выходе элемента D1.2. Транзистор VT1 закрывается, и реле К1 выключает насос. Пока бак, расположенный в подвале, пуст, триг­гер будет удерживаться в таком состоянии независимо от состоя-

Рис. 3.12. Схема автомата для забора воды из водопровода со слабым давлением

ния датчиков El—Е3. А при заполнении бака, расположенного в подвале, триггер сразу же установится в состояние, соответству­ющее уровню воды в баке, расположенном на чердаке.

Конструкция датчиков Е4—Е5 точно такая же, как Е1 —Е3. Распола­гая их в крышке бака, нужно сделать так, чтобы вода, поступающая от водопровода, не текла по этим датчикам. Для включения и выключе­ния воды, поступающей во второй бак, можно тоже сделать электрон­ную схему, которая будет управлять электроклапаном, выключающим водопровод. Но такие электроклапаны не часто встречаются в прода­же, поэтому простейший и весьма надежный вариант — механический, а именно рычажный клапан с поплавком от унитаза.

Применение напорного насоса для увеличения слабого напора водопровода не всегда возможно, поскольку для его работы требу­ется как минимум наличие воды в водопроводе. В противном слу­чае напорный насос станет качать воздух из водопроводных систем соседей. Поэтому более эффективной представляется система с до­полнительным баком, расположенным низко, и погружным насо­сом, перекачивающим воду в бак, расположенный высоко.

Водопроводную или канализационную трубу не всегда удается проложить достаточно глубоко, ниже уровня промерзания почвы (для Подмосковья, например, это ни много ни мало 1,5 м). Поэтому, чтобы исключить замерзание воды в трубе, приходится применять различные средства утепления и подогрева труб в зимнее время. Од­ной только теплоизоляции (утепления обертыванием стекловатой или специальными утеплителями для труб) недостаточно, и требу­ется дополнительно еще и подогрев трубы. Существует несколько способов подогрева, но проще всего это сделать с помощью так на­зываемых греющих саморегулирующихся электрических кабелей. Такой кабель представляет собой два параллельно идущих медных проводника, между которыми по всей длине находится полупровод­никовый нагреватель. Ток идет поперек кабеля, от одного провод­ника к другому. Это позволяет отрезать куски любой длины, не на­рушая работоспособности кабеля.

Кабель прокладывается по трубе и крепится к ней специальными хомутами (или просто приматывается изолентой). Кабель включают в электросеть, и он нагревается, но система саморегулирования не да­ет нагреваться свыше 40°С. Когда холодно, сопротивление кабеля уменьшается, а проходящий ток увеличивается, соответственно, уве­личивается потребляемая мощность и количество выделяемой тепло-

ты. При потеплении сопротивление увеличивается, ток снижается, потребляемая мощность также снижается. Это очень удобно, так как исключается перегрев, а главное — нет необходимости в терморегу­ляторе. Однако при положительной температуре все равно полного выключения кабеля не происходит и во время оттепели греющий ка­бель потребляет излишнюю электроэнергию. Поэтому желательно подавать ток на греющий кабель через термовыключатель, отключа­ющий ток при температуре окружающей среды выше 0°С. Принци­пиальная схема термовыключателя показана на рис. 3.13.

Датчиком является полупроводниковый терморезистор RT1 но­минальным сопротивлением 22 КОм (сопротивление при темпера­туре 20°С). Терморезистор с переменным резистором R1 образует делитель напряжения, поступающего на вход триггера Шмитта на элементах D1.1 и D1.2. Триггер Шмитта исключает пульсации схе­мы при температуре, незначительно колеблющейся у порогового значения. А пороговым значением здесь нужно выбрать 0 °С или не­большую отрицательную величину (не ниже -5°С); все зависит от интенсивности пользования водопроводом и качества теплоизоля­ции трубы. При снижении температуры сопротивление полупровод­никового терморезистора увеличивается, а при повышении умень­шается. Резистор R1 нужно отрегулировать таким образом, чтобы при температуре ниже порогового значения триггер Шмитта пере­ключался в состояние логической единицы, а при температуре вы­ше порогового значения — в состояние логического ноля. Если дат­чик настроен правильно, то при понижении температуры до 0 °С на

, R2 Э60К R5360k

I и т • •....... ♦ •.. г

R1 '■ _ |С2_ 1

■ СЗ

ІООмгкХЮВ

Э60к: ~ ~ ІС5 —

Т сі *¹ ~ Т⁰'^{1 11}

0.1 ' • • 14 —

01 VD2

Kb6inrb^1N414e ' • ■

1--------------------------------------------- If^l------- С

: I ¹ I Л 1/СЛ

R1 1к С41000мкХ1в

" ’....................... * ♦ 10 В ] VD3-VD6

^10bAin4ocm

‘"III •

ІК1

КУЦ-1

t

і гг

• t

1 І

220 В

"* Вьіклі

К насосу

| VT1 КТ503А

I £2 Бак для воды на чердаке

V07 1N4140

Г D1 2

D1.3 А -і"

*

выходе элемента D1.4 установится логическая единица. Это приве­дет к открыванию транзистора VT1. Ток через него поступит на гре­ющий кабель. Здесь использован выходной каскад на мощном вы­соковольтном полевом транзисторе типа BUZ90, который может работать с нагрузкой мощностью до 250 Вт без радиатора.

Греющий кабель имеет максимальную мощность 16 или 40 Вт/м. В первом случае схема без изменений может управлять кабелем дли­ной до 15 м, во втором — до 6. Если кабель длиннее и его мощность больше, то транзистор VT1 нужно поставить на радиатор, а диоды VD4—VD7 выбрать мощнее.

При повышении температуры сопротивление терморезистора RT1 понижается, соответственно, напряжение тоже понижается. Как только температура превышает пороговое значение, триггер Шмитта переключается в нулевое состояние. На выходе инвертора D1.4 устанавливается логический ноль, и транзистор VT1 закрыва­ется. Терморезистор можно использовать любой с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления (ТКС). Номиналь­ное сопротивление может отличаться от указанного на схеме в не­сколько раз, но не должно быть ниже 5 КОм.

Налаживают схему как обычный термостат. Нужен стакан с водой, термометр, холодильник. Подстройкой резистора R1 устанавливают пороговую температуру, а подбором сопротивления резистора R2 — необходимый гистерезис (ширину порога между температурой вклю­чения и выключения). Конструктивно терморезистор устанавливают не на трубе, а во дворе, чтобы он реагировал не на температуру тру­бы, а на температуру воздуха за пределами дома (с задачей термоста­та справляется саморегулирующийся греющий кабель).