Устройство контроля и управления наполнением водой или неагрессивными жидкостями резервуаров Российский патент 2025 года по МПК G05D9/12 G01F23/00 

Область техники

Изобретение относится к устройствам для контроля уровня жидкости и применяется в схемах релейной защиты и автоматики управления сливом и наполнением колодцев или резервуаров.

Уровень техники

Из уровня техники известно реле контроля уровня РКУ-1М, размещенное в пластмассовом корпусе, в нижней части которого размещены контактные зажимы для подключения 3-х датчиков - общего (Т1), датчика минимального (Т2) и максимального (Т3) уровней, а также цепи питания, в верхней - контакты для подключения нагрузки, на передней панели находятся 2 светодиода, а само реле работает на кондуктометрическом принципе - т.е. на измерении проводимости жидкости между датчиками (см. https://rele.ru/catalog/rele-kontrolya-i-zashhityi.-rele-ukazatelnyie/rele-indikatornyie-rele-kontrolya-razlichnyix-velichin/rku-1m.html?ysclid=m2qb9gy2qu898925828).

Недостатками данного изделия являются: питание устройства только от сети 220 В, также в виду этого опасность использования во влажных помещениях; отсутствие интуитивно понятного графического и индикаторного обозначений состояния устройства; отсутствие системы контроля аварийных ситуаций, невозможность управления периферийными агрегатами системы водоснабжения.

Из уровня техники также известно реле уровня жидкости, включающее в себя электрический блок, блок обнаружения уровня воды, блок обработки сигнала и блок управления выходом, электрический блок соответственно соединен с блоком обнаружения уровня воды, блоком обработки сигнала, блоком управления выходом, обеспечивает рабочее питание для блока обнаружения уровня воды, блока обработки сигнала и блока управления выходом, выход блока обнаружения уровня воды соединен с входом блока управления выходом с входом блока обработки сигнала соответственно, и выход блока обработки сигнала и вход блока управления выходом соединены для действия блока управления выходом, блок обнаружения уровня воды включает в себя оптоэлектронную муфту, вход оптоэлектронной муфты соединен с блоком обработки сигнала и блоком управления выходом соответственно, и выход оптоэлектронной муфты соединен с электродом высокого уровня воды и электродом уровня воды в скважине в водяном резервуаре для управления электродом высокого уровня воды и электродом уровня воды в скважине на разрыв-замыкание, электрод низкого уровня воды в водяном резервуаре соединен с электрическим блоком (см. CN 205787925, 07.12.2016).

Недостатками данного патента являются: питание устройства только от сети 220 В, также в виду этого опасность использования во влажных помещениях; отсутствие интуитивно понятного графического и индикаторного обозначений состояния устройства; отсутствие системы контроля аварийных ситуаций, невозможность управления периферийными агрегатами системы водоснабжения.

Раскрытие изобретения

Техническими результатами заявленного изобретения являются автоматическое наполнение резервуаров, контроль протечек и перелива, автоматическое управление исполнительными механизмами, низкое энергопотребление и возможность использования коммутируемых механизмов, работающих как на переменном, так и на постоянном напряжении.

Вышеуказанный технический результат достигается устройством контроля и управления наполнением водой или неагрессивными жидкостями резервуаров, состоящим из двух плат PCB (printed circuit board), первой - платы питания, коммутации нагрузки, подключения датчиков и модулей и выхода сигналов управления и второй - платы управления и индикации, при этом между собой платы соединяются проводным разъемным шлейфом и расположены в пластмассовом корпусе, с возможностью подключения модулей для контроля наличия воды в резервуарах, откуда происходит забор воды с целью обезопасить насос от сухого хода, а также взаимодействия с насосами скважин, наружным резервуаром, внутренним резервуаром, датчиком протечки, модулем управления кранами и клапанами с электромеханическим приводом, краном и клапаном трехходовым с электромеханическим приводом, краном и клапаном протечки с электромеханическим приводом, твердотельным реле насоса давления, твердотельным реле насоса скважины.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена типовая схема водоснабжения, например, частного дома, коттеджа.

На фиг. 2 представлен внешний вид УКН.

На фиг. 3 представлена блок-схема функциональная УКН с модулями.

На фиг. 4 представлена схема электрическая блока контроля уровней жидкости УКН.

На фиг. 5 представлена схема электрическая Модуля №1 УКН.

На фиг. 6 представлена схема электрическая Модуля №2 УКН.

На фиг. 7 представлен внешний вид УКН в разобранном виде.

На фиг. 8 представлен вид УКН смонтированного в щите ЩРН.

На фиг. 9 представлен вид УКН внутри щита ЩРН.

На фиг. 10 представлен внешний вид (размер) модуля №1 УКН.

Осуществление изобретения

Устройство контроля и управления наполнением водой или неагрессивными жидкостями резервуаров (далее - УКН) состоит из 1 - модуль №1, 2 - модуль (№2), 3 - насос скважины (забор воды, вариант с контролем уровня воды в скважине с помощью модуля), 4 - резервуар наружный («Улица»), 5 - резервуар внутренний (основной, «Дом»), 6 - УКН, 7 - датчик протечки, 8 - модуль (№3) управления кранами с электромеханическим приводом, 9 - кран с электромеханическим приводом трехходовой, 10 - кран с электромеханическим приводом протечки, 11 - насос скважины (забор воды, вариант без контроля уровня воды в скважине, либо с задержкой по времени), 12 - твердотельное реле насоса давления, 13 - твердотельное реле насоса скважины (дополнительный выход, дублирующий).

УКН предназначено для автоматического и/или ручного наполнения (или осушения) резервуаров жидкостью и контролем перелива резервуаров, протечек жидкости из резервуаров и системы водоснабжения, контроля наличия жидкости при заборе её из источника - скважины, колодца, водоёма, резервуара и пр. УКН может реализовать различные варианты схем водоснабжения, в зависимости от заданных условий.

УКН производит поддержание заданного уровня жидкости в резервуарах при её использовании, а также прекращение работы соответствующих агрегатов, подающих жидкость в систему водоснабжения при нештатных ситуациях, вызванных переливом резервуаров, протечками непосредственно системы водоснабжения, отсутствием жидкости в источнике её забора (с целью защиты агрегата от сухого хода), а также соответствующей световой и звуковой сигнализацией аварийных ситуаций.

УКН состоит из основного блока и подключаемых к нему модулей и силовых реле управления агрегатами. Основной блок состоит из двух плат PCB (printed circuit board), соединенных между собой проводным шлейфом. Первая плата представляет собой панель управления устройством, с нанесёнными на неё графическими изображениями устройств и агрегатов водоснабжения, а также соответствующей световой индикацией и звуковым оповещателем, кнопками управления, переключателями и схемой управления. Вторая плата содержит в себе силовой блок управления агрегатами, блок питания устройством, клеммы подключения сигнальных цепей для модулей, схему управления, световую индикацию.

УКН содержит в составе модули различного назначения: модуль №1 - контроль наличия жидкости в скважине (колодце и пр.); модуль №2 - контроль наполнением/откачкой жидкости внешнего резервуара; модуль №3 - управление кранами водоснабжения с электромеханическим приводами; а также датчик протечки жидкости (плата с контактными площадками).

Модуль №1 может быть использован как самостоятельное устройство для контроля наполнения резервуара жидкостью, для чего он дополнен разъемом внешнего питания (с дублирующим выходом через него управляющего сигнала) и входом для датчика перелива (протечки). Модуль №2 может быть использован в качестве самостоятельного устройства как для контроля наполнения резервуара жидкостью, так и для контроля осушения - откачки вновь поступающей жидкости в резервуар (водоём, бассейн, дренаж и пр.), для чего он оснащён соответствующим переключателем режима работы.

Заявленное основное УКН 6 состоит из двух плат: первая - плата питания, коммутации нагрузки, подключения датчиков и модулей и выхода сигналов управления; вторая - плата (панель) управления и индикации. Между собой платы соединяются проводным разъемным шлейфом.

Подключаемый модуль 1 состоит из панели управления с расположенными на ней кнопками, световыми индикаторами, разъемом питания USB, контактами для подключения датчиков, контактами выхода сигнала управления, знако-графическим изображением резервуара и насоса.

Подключаемый модуль 2 состоит из панели управления с расположенными на ней кнопками, световыми индикаторами, контактами для подключения датчиков, контактами выхода сигнала управления, контактами для сигналов управления от УКН 6, знако-графическим изображением резервуара и насоса. УКН 6 разработано в минималистичном форм-факторе, не требующем корпуса (кожуха и пр.) для установки непосредственно в распределительный щит. Модули также разработаны в минималистичном форм-факторе на основе плат PCB (printed circuit board), с возможностью крепления на любое подходящее место с помощью двустороннего скотча.

Также УКН 6 взаимодействует с насосами скважины 3, 11, наружным резервуаром 4, внутренним резервуаром 5, датчиком протечки 7, модулем управления кранами с электромеханическим приводом 8, краном трехходовым (с электромеханическим приводом) 9, краном протечки (с электромеханическим приводом) 10, твердотельным реле насоса давления 12, твердотельным реле насоса скважины 13.

Принцип работы заявленного УКН следующий.

Устанавливаются предварительные настройки заявленного устройства: выбор питания: от сети 220 В или от источника питания (зарядное для телефона и пр.) 5В; выбор работы - в летний период или в зимний; выбор при включении - либо «пуск» либо «стоп»; выбор коммутации силовой нагрузки (насос или др.): при коммутации от сети 220 В от реле, от симистора, от симистора + реле, от внешнего твердотельного реле; при коммутации нагрузки постоянным напряжением - от реле; выбор способа контроля воды в скважине (колодце и пр.) - принудительно включен, включен с задержкой по времени, включен с использованием дополнительного модуля 1. Алгоритм работы: при подаче питания на панели управления загораются индикаторы «пуск» («стоп»), индикатор трехходового крана и индикатор «Дом» или «Улица», происходит переключение водопроводной магистрали на внутренний (основной) резервуар посредством трехходового крана с электроприводом. По прошествии 30-50 сек индикация работы трехходового крана гаснет и загорается индикация «Насос» - срабатывает коммутация и подключает силовую нагрузку (насос и пр.) в сеть. Вода (жидкость) начинает поступать в резервуар. При достижении водой уровня нижнего датчика загорается соответствующий индикатор на панели управления, далее при достижении уровня верхнего датчика, с задержкой около 10-20 сек загорается индикатор верхнего уровня, и устройство коммутации отключает силовую нагрузку. При падении уровня воды (при расходовании/сливе воды из резервуара) ниже верхнего датчика гаснет соответствующий индикатор. В таком состоянии возможно ручное включение насоса нажатием кнопки «Долить» - насос включается и, при достижении верхнего датчика, отключается. При падении уровня жидкости ниже нижнего датчика насос включается автоматически, и устройство заполняет резервуар до верхнего датчика. При протечке жидкости и попадании её на датчик затопления и/или срабатывании датчика перелива резервуара устройство переходит в режим «стоп» - отключается вся силовая нагрузка и выходы сигналов управления на плате питания, загораются соответствующие индикаторы аварии на плате управления, звучит звуковой сигнал. Последующий запуск устройства возможен после устранения причины протечки/перелива, сброса аварии кнопкой «сброс» и переводом устройства в режим работы кнопкой «пуск». Кнопка «пуск/стоп» имеет функцию «анти паника» - т.е. при многократном нажатии устройство переходит в режим «стоп» и только после паузы около 2-5 сек при последующем нажатии на кнопку переводит устройство в режим работы - «пуск».

При работе с наружным (дополнительным) резервуаром на дополнительный резервуар устанавливается наружный модуль 2 и подключается к плате коммутации устройства 6 любым изолированным проводом. Переключатель «Лето/зима» на плате управления при переводе в режим «лето» подает питание на наружный модуль и на модуле загорается красный индикатор режима «стоп». При нажатии на панели управления кнопки «Дом/улица» срабатывает трехходовой кран и загорается соответствующий индикатор крана на панели (6) (переключение подачи воды (жидкости) на магистраль наружного резервуара), загорается индикатор «Улица» (индикатор «Дом» гаснет). Далее устройство работает в автоматическом режиме. В устройстве есть два режима управления заполнением наружного резервуара - «авто» и «ручное», которые устанавливаются соответствующим переключателем на панели управления. В режиме «Авто» по окончании заполнения наружного резервуара устройство переключается на режим «Дом» и наружный модуль переключается в режим «стоп» (горит красный индикатор). В режиме работы «ручное» дальнейшая работа устройства будет только с наружным резервуаром, перевод устройства в режим «Дом» возможен только при нажатии кнопки «Дом/улица».

Модуль 1 предназначен как для подключения к устройству 6, так и для автономной работы. При работе совместно с устройством 6, модуль контролирует наличие воды (жидкости) в скважине, колодце, водоёме и в других резервуарах, откуда происходит забор воды (жидкости) с целью обезопасить насос (помпу и пр.) от сухого хода, т.е. выхода из строя в результате работы без воды. При наличии воды модуль даёт сигнал разрешения устройству 6 для работы, при отсутствии воды - сигнал не поступает, устройство 6 не включает силовую нагрузку (насос и пр.). Для автономной работы модуля его следует подключить к питанию 5В через разъём USB либо от отдельного источника питания 5В к соответствующим контактам. Подключить датчики уровня, перелива и/или протечки. К контактам выхода сигнала управления подключается твердотельное реле, либо любое другое устройство коммутации силовой нагрузки с входом 5В и током потребления не более 250 мА.

Алгоритм работы: при подаче питания на модуль 1 на его панели загорается зелёный индикатор питания и, при разомкнутых датчиках уровня, модуль сразу начинает работу - включает коммутацию (насос). Вода начинает поступать в резервуар. При достижении водой уровня нижнего датчика загорается соответствующий индикатор на панели модуля, далее при достижении уровня верхнего датчика, с задержкой около 10-20 сек загорается индикатор верхнего уровня, и устройство коммутации отключает силовую нагрузку. При падении уровня воды (при расходовании/сливе воды из резервуара) ниже верхнего датчика гаснет соответствующий индикатор. В таком состоянии возможно ручное включение насоса нажатием кнопки «Долить» - насос включается и, при достижении верхнего датчика, отключается. При падении уровня жидкости ниже нижнего датчика насос включается автоматически, и устройство заполняет резервуар до верхнего датчика. При протечке жидкости и попадании её на датчик затопления и/или срабатывании датчика перелива резервуара модуль отключает силовую нагрузку, загорается индикатор «Авария». Последующая работа модуля возможна после устранения причины протечки/перелива и сброса аварии кнопкой «сброс».

Работа модуля 2. Модуль предназначен как для подключения к устройству 6, так и для самостоятельной работы. Модуль имеет два режима работы - заполнение резервуара и откачка/осушение резервуара (дренажных резервуаров, колодца, бассейна, водоема и пр.). При работе совместно с устройством 6, модуль контролирует заполнение водой (жидкостью) дополнительного резервуара.

Алгоритм работы: питание на модуль подаётся от устройства 6 (переключением на режим «Лето»), индикатор питания модуля загорается красным цветом. При нажатии на панели управления устройства 6 кнопки «Дом/улица» либо кнопки «Работа» на самом модуле 2, происходит переключение водопроводной магистрали на внешний (дополнительный) резервуар посредством трехходового крана - на панели устройства 6 загорается соответствующий индикатор, индикатор «дом» гаснет, индикатор «Улица загорается». На модуле 2 индикатор питания переключается с красного на зелёный - модуль начинает работу - дает команду устройству 6 и устройство включает коммутацию (насос). Вода начинает поступать в дополнительный резервуар. При достижении водой уровня нижнего датчика, на панели модуля загорается соответствующий индикатор, далее при достижении уровня верхнего датчика, с задержкой около 10-20 сек загорается индикатор верхнего уровня, и модуль даёт команду устройству 6 отключить силовую нагрузку (насос и пр.). При падении уровня воды (при расходовании/сливе воды из резервуара) ниже верхнего датчика гаснет соответствующий индикатор. В таком состоянии возможно ручное включение насоса нажатием на модуле кнопки «Долить» - команда дана - насос включается и, при достижении верхнего датчика, отключается. При падении уровня жидкости ниже нижнего датчика модуль даёт команду на устройство 6 - насос включается и заполняет резервуар до верхнего датчика.

Самостоятельная работа модуля 2 в режиме наполнения резервуара.

Для самостоятельной работы модуля его следует подключить к питанию от отдельного источника питания 5В и соединить контакты модуля между собой согласно инструкции. Подключить датчики уровня. К контактам выхода сигнала управления подключается твердотельное реле, либо любое другое устройство коммутации силовой нагрузки с входом 5В и током потребления не более 250 мА.

Алгоритм работы: при подаче питания на модуль 2 на его панели загорается зелёный индикатор питания и, при разомкнутых датчиках уровня, модуль сразу начинает работу - включает коммутацию (насос). Вода начинает поступать в резервуар. При достижении водой уровня нижнего датчика загорается соответствующий индикатор на панели модуля, далее при достижении уровня верхнего датчика, с задержкой около 10-20 сек загорается индикатор верхнего уровня, и устройство коммутации отключает силовую нагрузку. При падении уровня воды (при расходовании/сливе воды из резервуара) ниже верхнего датчика гаснет соответствующий индикатор. В таком состоянии возможно ручное включение насоса нажатием кнопки «Долить» - насос включается и, при достижении верхнего датчика, отключается. При падении уровня жидкости ниже нижнего датчика насос включается автоматически и устройство заполняет резервуар до верхнего датчика.

Самостоятельная работа модуля 2 в режиме откачки/осушения резервуара.

Для самостоятельной работы модуля его следует подключить от отдельного источника питания 5В и соединить контакты модуля между собой согласно инструкции. Переключить переключатель на модуле 2 (отсоединить перемычку - см. схему). Подключить датчики уровня согласно схеме. К контактам выхода сигнала управления подключается твердотельное реле либо любое другое устройство коммутации силовой нагрузки с входом 5В и током потребления не более 250 мА.

Алгоритм работы: при подаче питания на модуль 2 на его панели загорается зелёный индикатор питания, индикаторы нижнего и верхнего уровней и, при замкнутых датчиках уровня, модуль сразу начинает работу - включает коммутацию (насос, помпа и пр.). Начинается откачка воды из резервуара (бассейна и пр.). При падении уровня верхнего датчика гаснет соответствующий индикатор на панели модуля, далее при падении уровня ниже нижнего датчика гаснет индикатор нижнего уровня и устройство коммутации отключает силовую нагрузку. При повышении уровня воды (при наполнении резервуара) выше верхнего датчика модуль включает силовую нагрузку и процесс повторяется.

Модуль управления кранами с электромеханическими приводами 8 предназначен для независимого управления двумя кранами, работающими от управляющего сигнала 220 В. Модуль подключается к устройству 6 и управляется сигналом 5В. Также может быть использован с другими устройствами, имеющими аналогичные сигналы управления.

Основные части электрической схемы заявленного устройства выполнены на логических элементах - инвертирующих триггерах Шмидта. Применяются непосредственно микросхемы CD40106, 74HC14 и их аналоги, содержащие в своём составе инвертирующие триггеры. Также в устройстве триггеры Шмидта могут быть собраны на транзисторах. Также реализация устройства может быть осуществлена на микроконтроллере.

Описание схемотехники и логики работы УКН

Позиция №1. При разомкнутых контактах SW1-SW3 и подаче питания в схему на логических элементах U устанавливаются следующие состояния: вход U1 - положительный потенциал (далее «+») через резистор R1, выход U1 - отрицательный потенциал (далее «-»), вход U2 - «-» через резистор R2, выход U2 - «+», вход U3 - «+» через резистор R4, выход U3 - «-», вход U4 - «-» через резистор R5, выход U4 - «+», вход U5 - «+» через резистор R3, выход U5 - «-», контакт выхода сигнала управления - «-».

Позиция №2. При замыкании SW2 (датчик нижнего уровня жидкости) состояния входа и выхода элемента U3 инвертируются, загорается индикатор нижнего уровня жидкости D3, но на входе U4 удерживается «-» через цепь: диод D4 и выход U5, т.к. положительный потенциал «+» с выхода U3 гасится на резисторе R5.

Позиция №3. При замыкании SW1 (датчик верхнего уровня жидкости) состояния входа и выхода элемента U1 инвертируются, положительный потенциал «+» поступает на резистор R2 и начинает заряжать конденсатор С1. Цепь R2-С1 служит для временной задержки для гарантированного наполнения и удержания уровня жидкости на датчике SW1 и свечения индикатора D1 (датчика верхнего уровня жидкости). При достижении уровня заряда конденсатора С1 до порога включения входа элемента U2 происходит переключение выхода U2 с «+» на «-», загорается индикатор D1, далее через диод D2 отрицательный потенциал «-» гасит положительный потенциал «+» поступающий с резистора R3, поступает на вход U5. Далее «+» с выхода U5 через диод D4 поступает на вход U4, инвертируя состояние его входа и выхода. С выхода U4 «-» через диод D5 поступает на вход U5 и происходит самоблокировка цепи U4 - D5 - U5 - D4, в следствие чего на контакте выхода сигнала управления будет находиться положительный потенциал «+» независимо от состояния датчика SW1.

Позиция №4. При расходовании жидкости и понижении уровня контакт SW1 размыкается, на входе U1 через резистор R1 устанавливается «+», на выходе U1 устанавливается «-» и через резистор R5 разряжает конденсатор С1 - далее состояние входа и выхода U2 инвертируется, индикатор D1 гаснет, диод D2 закрывается. Цепь U4 - D5 - U5 - D4 остаётся в прежнем состоянии, удерживая на контакте выхода сигнала управления «+».

Позиция №5. При дальнейшем падении уровня жидкости и размыкании контакта SW2 происходит инвертирование состояний входов и выходов элементов U3 и U4, диод D5 закрывается и положительный потенциал «+» через резистор R3 поступает на вход U5 и переключает его выход на «-», который через диод D4 поступает на вход элемента U4, тем самым блокируя его. Таким образом, состояние схемы вернулось к первоначальному (Позиция №1).

Работа функции «Долить»: при состоянии устройства в позиции №4 и замыкании контакта SW5 (кнопка «Долить») положительный потенциал, поступающий на вход U4 через резистор R5, гасится, и на выходе U4 устанавливается «+», диод D5 закрывается, и положительный потенциал с резистора R3 поступает на вход U5, инвертирует его выход и переводит схему в конец Позиции №2.

Эта схемотехника является ключевой как в УКН, так в модуле №1 и в модуле №2. Подобный принцип логики управления сигналами применён и в остальных узлах схемы УКН.

Описание схемотехники и логики работы Модуля №1 УКН

Для более наглядного понимания принципа работы модуля в схему добавлено исполнительное реле К1 коммутации электрической нагрузки (например, насоса).

Позиция №1. При разомкнутых контактах SW1-SW5 и подаче питания в схему на логических элементах U устанавливаются следующие состояния: вход U1 - положительный потенциал (далее «+») через резистор R1, выход U1 - отрицательный потенциал (далее «-»), вход U2 - «-», выход U2 - «+», вход U3 - «+» через резистор R4, выход U3 - «-», вход U4 - «-», выход U4 - «+», вход U5 - «+» через резистор R6, выход U5 - «-», вход U6 - «-», выход U6 - «+», затвор (управляющий вход) транзистора Q1 - «+» через резистор R8 (транзистор открыт), реле К1 включено.

Позиция №2. При замыкании SW4 (датчик нижнего уровня жидкости) состояния входа и выхода элемента U5 инвертируются, загорается индикатор нижнего уровня жидкости D4, но на входе U6 удерживается «-» через цепь: диод D5 и сток/исток Q1, т.к. положительный потенциал «+» гасится на резисторе R7.

Позиция №3. При замыкании SW3 (датчик верхнего уровня жидкости) состояния входа и выхода элемента U3 инвертируются, положительный потенциал «+» поступает на резистор R5 и начинает заряжать конденсатор С1. Цепь R5-С1 служит для временной задержки для гарантированного наполнения и удержания уровня жидкости на датчике SW3 и свечения индикатора D2 (датчика верхнего уровня жидкости). При достижении уровня заряда конденсатора С1 до порога включения входа элемента U4 происходит переключение выхода U4 с «+» на «-», загорается индикатор D2, далее через диод D3 отрицательный потенциал «-» гасит положительный потенциал «+» поступающий с резистора R8, далее поступает на затвор транзистора Q1 и закрывает его, тем самым обесточивая реле К1, на диоде D5 пропадает «-» (диод закрывается) и через резистор R7 положительный потенциал «+» поступает на вход U6, выход которого инвертируется с «+» на «-» и через диод D6 поступает на затвор Q1, тем самым дублируя запирание транзистора Q1.

Позиция №4. При расходовании жидкости и понижении уровня контакт SW3 размыкается, на входе U3 через резистор R4 устанавливается «+», на выходе U3 устанавливается «-» и через резистор R5 разряжает конденсатор С1 - далее состояние входа и выхода U4 инвертируется, индикатор D2 гаснет, диод D3 закрывается.

Позиция №5. При дальнейшем падении уровня жидкости и размыкании контакта SW4 происходит инвертирование состояний входов и выходов элементов U5 и U6, диод D6 закрывается и положительный потенциал «+» через резистор R8 открывает транзистор Q1 и включает реле К1, отрицательный потенциал «-» через диод D5 поступает на вход элемента U6, тем самым блокируя его. Таким образом, состояние схемы вернулось к первоначальному (Позиция №1).

Работа функции «Долить»: при состоянии устройства в позиции №4 и замыкании контакта SW5 (кнопка «Долить») положительный потенциал, поступающий на вход U6 через резистор R7 гасится и на выходе U6 устанавливается «+», диод D6 закрывается и на затвор транзистора Q1 через резистор R8 поступает «+», транзистор открывается и включает реле К1. Схема переходит в конец Позиции №2.

Работа датчика протечки (и/или перелива) SW1: при замыкании контакта SW1 состояние входов и выходов элементов U1 и U2 (см. Позиция №1) инвертируются, загорается индикатор «Авария» D1 и на выходе U2 устанавливается «-» и через резистор R2 поступает на вход U1, тем самым блокируя вход U1, далее через резистор R8 «-» поступает на затвор транзистора Q1 и закрывает его (если он был открыт), реле К1 отключается (если оно было включено). Это состояние элементов U1 и U2 неизменно и будет запирать транзистор Q1 при любых состояниях контактов SW1, SW3, SW4, SW5. Перевод устройства в рабочее состояние возможен нажатием кнопки «Сброс аварии» - контакт SW2. При замыкании контакта SW2 положительный потенциал, поступающий через резистор R3 на вход U2, гасится, и на выходе U2 устанавливается «+». Далее «+» через резистор R2 поступает на вход U1 и инвертирует состояние его входа и выхода, индикатор D1 гаснет, также «+» поступает на резистор R8, обеспечивая дальнейшую работу транзистора Q1 в штатном режиме.

Описание схемотехники и логики работы Модуля №2 УКН

Для более наглядного понимания принципа работы модуля в схему добавлено исполнительное реле К1 коммутации электрической нагрузки (например, насоса).

Позиция №1. При разомкнутых контактах SW1-SW3, замкнутом переключателе SW4 и подаче питания в схему на логических элементах U устанавливаются следующие состояния: вход U1 - положительный потенциал (далее «+») через резистор R1, выход U1 - отрицательный потенциал (далее «-»), вход U2 - «-», выход U2 - «+», вход U3 - «+» через резистор R4, выход U3 - «-», вход U4 - «-», выход U4 - «+», вход U5 - «+» через резистор R3, выход U5 - «-», затвор (управляющий вход) транзистора Q1 - «+» через резистор R7 (транзистор открыт), реле К1 включено.

Позиция №2. При замыкании SW2 (датчик нижнего уровня жидкости) состояния входа и выхода элемента U3 инвертируются, загорается индикатор нижнего уровня жидкости D3, но на входе U4 удерживается «-» через цепь: диод D4 и выход U5, т.к. положительный потенциал «+» гасится на резисторе R5.

Позиция №3. При замыкании SW1 (датчик верхнего уровня жидкости) состояния входа и выхода элемента U1 инвертируются, положительный потенциал «+» поступает на резистор R2 и начинает заряжать конденсатор С1. Цепь R2-С1 служит для временной задержки для гарантированного наполнения и удержания уровня жидкости на датчике SW1 и свечения индикатора D1 (датчика верхнего уровня жидкости). При достижении уровня заряда конденсатора С1 до порога включения входа элемента U2 происходит переключение выхода U2 с «+» на «-», загорается индикатор D1, далее через диод D2 отрицательный потенциал «-» гасит положительный потенциал «+» поступающий с резистора R3, далее через замкнутый контакт SW4 поступает на затвор транзистора Q1, который закрывается и обесточивает реле К1. Далее «-» с диода D2 поступает на U5, с выхода U5 «+» через диод D4 поступает на вход U4 инвертируя состояние его входа и выхода. С выхода U4 «-» через диод D5 поступает на SW4 и вход U5 и происходит самоблокировка цепи U4 - D5 - U5 - D4, в следствие чего транзистор Q1 будет находиться в запертом положении независимо от состояния датчика SW1.

Позиция №4. При расходовании жидкости и понижении уровня контакт SW1 размыкается, на входе U1 через резистор R1 устанавливается «+», на выходе U1 устанавливается «-» и через резистор R5 разряжает конденсатор С1 - далее состояние входа и выхода U2 инвертируется, индикатор D1 гаснет, диод D2 закрывается.

Позиция №5. При дальнейшем падении уровня жидкости и размыкании контакта SW2 происходит инвертирование состояний входов и выходов элементов U3 и U4, диод D5 закрывается, и положительный потенциал «+» через резистор R3 открывает транзистор Q1 и включает реле К1, отрицательный потенциал «-» через диод D4 поступает на вход элемента U4, тем самым блокируя его. Таким образом, состояние схемы вернулось к первоначальному (Позиция №1).

Работа схемы в режиме осушения (откачки) резервуара

Для перевода модуля в режим осушения следует перевести переключатель SW4 в разомкнутое положение, тем самым инвертируя логику работы транзистора Q1. В этом случае управляющий сигнал поступает с выхода U5 через резистор R6. Теперь транзистор Q1 будет включать реле К1, когда жидкость наполнит резервуар до датчика SW1, а отключать, когда уровень понизится ниже датчика SW2.

Изобретение относится к устройствам для контроля уровня жидкости и применяется в схемах релейной защиты и автоматики управления сливом и наполнением колодцев или резервуаров. Устройство контроля и управления наполнением водой или неагрессивными жидкостями резервуаров состоит из двух плат PCB (printed circuit board), первой - платы питания, коммутации нагрузки, подключения датчиков и модулей и выхода сигналов управления и второй - платы управления и индикации, при этом между собой платы соединяются проводным разъемным шлейфом и расположены в пластмассовом корпусе, с возможностью подключения модулей для контроля наличия воды в резервуарах, а также взаимодействия с насосами скважин, наружным резервуаром, внутренним резервуаром, датчиком протечки, модулем управления кранами и клапанами с электромеханическим приводом, краном и клапаном трехходовым с электромеханическим приводом, краном и клапаном протечки с электромеханическим приводом, твердотельным реле насоса давления, твердотельным реле насоса скважины. Технический результат - автоматическое наполнение резервуаров, контроль протечек и перелива, автоматическое управление исполнительными механизмами, низкое энергопотребление и возможность использования коммутируемых механизмов, работающих как на переменном, так и на постоянном напряжении. 10 ил.

Устройство контроля и управления наполнением водой или неагрессивными жидкостями резервуаров, отличающееся тем, что состоит из двух плат PCB (printed circuit board), первой – платы питания, коммутации нагрузки, подключения датчиков и модулей и выхода сигналов управления и второй – платы управления и индикации, при этом между собой платы соединяются проводным разъемным шлейфом и расположены в пластмассовом корпусе, с возможностью подключения модулей для контроля наличия воды в резервуарах, откуда происходит забор воды с целью обезопасить насос от сухого хода, а также взаимодействия с насосами скважин, наружным резервуаром, внутренним резервуаром, датчиком протечки, модулем управления кранами и клапанами с электромеханическим приводом, краном и клапаном трехходовым с электромеханическим приводом, краном и клапаном протечки с электромеханическим приводом, твердотельным реле насоса давления, твердотельным реле насоса скважины.