CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана

Поплавковые датчики уровня ОВЕН ПДУ разных модификаций

С этого поста я начну постепенно писать посты про разные датчики физических величин. Оказалось, что написать пост про датчики уровня проще всего: там самые простые рисунки, ахахаха! Ради этих постов я приехал в ОВЕН, плотно потусил с ребятами, и составил кучу конспектов, инфу из которых буду использовать в постах!

Эти датчики я использовал (или буду использовать) в своих проектах и хочу, чтобы у меня на блоге были посты со сборной информацией для тех, кто начинает заниматься промавтоматикой или думает о том, какой бы датчик подобрать для домашней автоматизации (которой я и занимаюсь).

Контроль уровня жидкостей нужен много где. Это и пищевая промышленность, и всякие химические производства, и наши бытовые нужды: разные дренажные колодцы, септики, колодцы и скважины для чистой воды, системы водоочистки, водоподготовки и так далее.

Сразу же замечу, что это я сам так с лёгкой руки обозвал всё «Датчиками». На самом деле надо различать устройства, которые ИЗМЕРЯЮТ что-то, и устройства, которые СИГНАЛИЗИРУЮТ что-то. Например, «Датчики» газа, про которые я рассказывал в этом посте, как раз-таки являются сигнализаторами, потому что не измеряют точный результат концентрации газа, а выдают лишь сигнал «Концентрация газа превысила заданный порог, авария!». Этот же принцип чаще всего подходит и для датчиков уровня: большинство из них являются сигнализаторами, которые показывают то, что уровень достиг заданной отметки (бак наполнился, бак опустел, бак заполнен на половину и так далее).

А вот настоящими датчиками (уровнемерами) уровня будут являться более дорогие устройства, которые будут измерять реальный уровень, например измеряя давление столба жидкости в баке или высоту поверхности воды, на которой плавает поплавок.

1. Про виды датчиков и сигнализаторов уровня и то, где их можно и где нельзя применять.

В этом разделе я соберу разную техническую информацию, чтобы она была в одном месте, а не размазывалась по всему посту, так как она относится почти ко всем видам и типам датчиков и сигнализаторов. Будем пробегаться по терминологии и сферам применения датчиков.

Сначала ещё раз разберёмся с терминологией.

Сигнализатор (датчик) уровня — это самое простое и недорогое устройство, задача которого показать, что уровень жидкости дошёл до той отметки (высоты), где установлен датчик. Мы сами должны заботиться о том, чтобы выбрать способ установки (сбоку или сверху) и нужную отметку уровня (высоту установки) сигнализатора уровня.

Платой за низкую стоимость таких датчиков будет то, что просто так поменять высоту установки датчика будет нельзя: придётся или сверлить новое отверстие в баке или заказывать датчик с другой отметкой уровня (о способах установки датчиков я напишу чуть ниже).

Технически сигнализаторы уровня могут использовать системы из поплавков (поплавок всплыл, переключил контакты) или электродов (жидкость попала на электроды, и их сопротивление изменилось) для определения отметки уровня.

При помощи сигнализаторов уровня можно легко определить граничные значения уровня: «Полный», «Пустой», «Середина» и так далее. В некоторых случаях, если знать размеры бака, можно высчитать объём жидкости в литрах, но чаще всего такой приём не используется, так как он не даст точных измерений.

Уровнемер (измеритель) уровня — это более сложное устройство, которое я ещё ни разу не использовал в своих проектах. Вот оно-то как раз и позволяет измерить количество жидкости в баке в условных единицах (литрах, кубометрах или в чём-то ещё, что удобно для автоматики). Это необходимо для тех случаев, когда жидкость в баке используется как элемент технологии производства или сырьё, и надо знать, сколько её осталось и заказать ещё, например.

Технически уровнемер можно сделать при помощи множества контактов, которые переключает плавающий поплавок или же измеряя давление столба жидкости на мембрану. Эти решения сложные и поэтому дорогие. Поэтому если вы хотите сделать простую автоматику в коттедже вида «Колодец заполнился, надо откачать» — не путайте терминологию! ;)

По способу работы и устройству все датчики можно поделить на две большие группы:

• Поплавковые. Как я уже говорил, их работа основана на том, что на поверхности жидкости будет плавать поплавок, который, дойдя до нужного уровня, переключит контакты. В качестве контактов чаще всего используются герконы — специальные герметичные контакты, запаянные в стеклянную колбу. Они реагируют на магнитное поле, создаваемое магнитом, который установлен в поплавке. Поплавок движется по стержню, в котором и находится геркон (или герконы).
• Кондуктометрические. Работа этих датчиков основана на том, что в жидкость погружаются электроды, через которые пропускается маленький ток. Когда жидкость доходит до электродов, их сопротивление меняется, и датчик срабатывает.

И вот тут начинаются хитрости, которые связаны с разными промышленными приколами. Мем про них такой: все датчики ОВЕН делаются из нержавеющей стали 12Х18Н10Т/AISI316L, которую можно безопасно использовать в пищевом производстве. Но при этом в пищевом производстве поплавковые датчики уровня использовать НЕЛЬЗЯ. Несмотря на то, что они из пищевой нержавейки. Почему?

А потому, что в пищевом производстве есть жёсткое требование: все элементы внутри бака должны легко промываться от остатков продукта. В поплавковых датчиках есть вероятность того, что продукт останется в пазах между поплавком и стержнем, по которому поплавок движется и… Из-за такой, казалось бы совсем незначимой, фигни может скиснуть или сгнить несколько тонн молочка или вина в баке! Кондуктометрические датчики, которые представляют собой стальные стержни-электроды, легко промываются от остатков продукта, и поэтому использовать можно только их подвиды. Вот так-то!

Зато поплавковые датчики уровня выручают, когда нужно работать со слегка вязкими непроводящими жидкостями — например, с маслами. А для сточных вод (по-простому — какашек в канализации) есть специальные датчики ОВЕН ПСУ-1 (про них я расскажу в этом посте). Они при наполнении колодца всплывают по всем канонам инетовских мемов про бурление говен (или урановых ломов в ртути) и тем самым сигнализируют о том, что нужный уровень достигнут!

По способу подключения датчики можно разделить на три типа:

• Вывод кабеля. Это был самый дешёвый вариант: из датчика просто выходит кусок кабеля (длина определяется при заказе датчика), который вы сами по месту должны подключить к вашей системе через соединительную коробку или напрямую (если длина достаточна для этого).
  Минус этого варианта в том, что при замене датчика надо будет отключать его кабель от оборудования, а кабель от нового датчика проводить и подключать заново. При установке датчика надо заранее предусмотреть такую ситуацию и быть к ней готовым.
  Сейчас на такой вариант подключения датчиков ОВЕН умышленно поднимает цены, так как он считается архивным и устаревшим. Следует использовать датчики с разъёмом стандарта DIN 43650A. Но их надо и крепить другим способом, о чём я скажу ниже.
• Клеммная колодка. Этот способ удобен тем, что не требует использования дополнительных соединительных коробок и возни с кабелем от датчика, как в предыдущем пункте. Мы берём наш кабель (обычно это МКШ/МКЭШ) и прокладываем его от щита автоматики до места установки датчика. А потом подключаем этот кабель напрямую на клеммную колодку датчиков без коробок и другой фигни. Этот способ удобен даже при замене датчика: достаточно отключить кабель от старого датчика и подключить его к новому. А если вы умница и промаркировали жилы кабеля — то проблем совсем не будет.
• Четырёхконтактный разъём стандарта DIN 43650A. Это самый крутой способ подключения, так как здесь используется специальный квадратный разъём на 3 контакта + заземление (как на датчиках давления, про которые я рассказал в этом посте). Такие разъёмы обожают использовать в промышленности в том числе и для подключения электромагнитных клапанов, так что я напомню свой старый пост про такие клапаны. Для новых датчиков ОВЕН рекомендует использовать этот тип подключения (такие датчики стоят дешевле).
  Кабель от щита автоматики прокладывается и подключается сразу в такой разъём, а он крепится на датчик, обеспечивая степень защиты иногда даже до IP65-IP67. Конкретно у ОВЕНа такой разъём можно купить отдельно, если он для чего-то вам понадобится. Вот ссылка на товар на сайте ОВЕНа (они делают его в своём брендовом цвете, вау).
  Недостаток у этого разъёма только один: может не хватить контактов =) Зато куча достоинств: разъём стандартный, и разъёмы разных производителей совместимы друг с другом. Его легко подключать и отключать, на базе запасного разъёма можно сделать тестовый шнур для проверки датчиков, да и нет возни с кабелем и соединительной коробкой.

По способу монтажа есть такие варианты:

• Гайкой за стержень датчика, по которому движется поплавок. Это опять же самый простой и дешёвый способ монтажа датчика. Условно, если вам надо отслеживать наполнение бака на даче — берите такие датчики. Здесь стержень датчика имеет резьбу с гайкой и опорную площадку. Стержень пропускается изнутри в отверстие в резервуаре (баке) и затягивается гайкой снаружи. Герметичность соединения зависит от того, сколько прокладок вы сюда подложите, хех, и она низкая. У ОВЕНа есть модели таких датчиков с вертикальной установкой (в верхнюю часть бака) или с Г-образной установкой (в боковую часть бака).
• Трубная резьба типа G. Это более надёжный способ крепления и обслуживания датчика, так как он вкручивается в специальную бобышку (кусок трубы с внутренней резьбой), которая приваривается в верхней части резервуара (бака). Такое соединение можно как следует уплотнить и сделать герметичным. Этот способ имеет средний ценовой диапазон и более удобен в монтаже. ОВЕН выпускает датчики с резьбой на G1″ или G2″.
• Специальное фланцевое крепление CLAMP. Датчик монтируется на специальный диск со скошенными углами. Этот диск через прокладку прикладывается к базовой части, и всё это стягивается хомутом. Зажим выдерживает давление до 10 bar и температуру до 100 градусов. Это самый топ для удобного монтажа и обслуживания датчика: в бак вваривается базовая часть зажима CLAMP — и всё! Нужен датчик — ставь датчик. Не нужен — ставь заглушку! Я покажу такие крепления, потому что мне они понравились, и я их пофоткал!
• Держатели электродов. Это применимо для кондуктометрических датчиков: электроды вставляются в держатели, а держатели крепятся в резервуар через отверстия в боковых стенках или в верхней крышке. Про это я поговорю в соответствующем разделе этого поста.

В общем, датчиков море. На мой вкус и под мои проекты самые часто используемые датчики будут, скорее всего, поплавковые — для отслеживания наполнения баков, переполнения резервуаров, и для сточных вод — для септиков, дренажных колодцев и прочих подобных штук, которые находятся на улице и из которых периодически надо откачивать воду.

2. Поплавковые датчики уровня ОВЕН ПДУ.

Начинаю я с самых понятных и интересных мне датчиков — ОВЕН ПДУ — Поплавковых Датчиков Уровня (ссылка на сайт ОВЕН). Большей частью они являются сигнализаторами уровня, то есть показывают то, что какой-то нужный нам уровень достигнут. Эти датчики применяются чаще всего для аварийной сигнализации и защиты дорогостоящего оборудования: переполнение резервуара (надо откачать), опустошение резервуара (защита насоса от работы без воды — сухого хода). В этих случаях информация о точном количестве жидкости не важна — важно только то, что достигнут нужный её уровень.

У ОВЕНа есть модели ПДУ-И и ПДУ-RS, которые стоят дофига, но позволяют измерять высоту жидкости в резервуаре (шаг измерения 5 или 10 мм), которую можно пересчитать в количество (зная площадь резервуара и высоту водяного столба). Технически это такой же поплавковый датчик, в котором установлено много-много герконов стоит по всей его высоте (от 250 до 4000 мм), а данные с них отдаются через токовый выход 4..20 мА (пост про аналоговыве сигналы) или по интерфейсу RS-485.

Применяются такие датчики (измерители) на автозаправках (отслеживать уровень топлива в резервуарах), пожарных машинах (уровень воды или пенообразователя) и, по словам ребят из ОВЕНа, даже на КАМАЗах для отслеживания уровня соляры в баках =) Эти датчики я не рассматриваю, но рассказываю о том, что они есть и их можно использовать.

Простые поплавковые датчики (сигнализаторы) уровня имеют такие особенности (общие для всех про нержавейку я уже упомянул выше):

• Внутри стоят герконы. ОВЕН доработал конструкцию так, чтобы герконы и кабель были единой монолитной сборкой со степенью защиты IP68 и не повреждались.
• Нормальное надёжное напряжение для работы герконов (и всех датчиков) — это +24V DC с малыми токами (датчик должен коммутировать слабенькие промежуточные реле типа ABB CR-P/CR-S или вход ПЛК, а не катушки контакторов). Если соблюдать это правило — то геркон в датчике будет работать вечно. А если не соблюдать — то геркон залипнет и сдохнет.
• Поплавок датчика может быть цилиндрическим с диаметром 28 мм или шарообразным с диаметром 52 мм. Цилиндрический поплавок компактный, но есть риск того, что вязкие жидкости типа масел будут плохо с него стекать. В этом случае рекомендуют использовать шарообразный поплавок.
• Длина стержня датчика должна быть кратна 50 мм и может быть до 3000 мм. То есть минимальный уровень, который датчик может отследить — это 50 мм от верхней части резервуара. Обычно в промке это никого не волнует, так как резурвуары проектируются под нужный тип датчика. Например, берётся датчик с резьбой G1″ и вкручивается в трубу, которая выступает над резервуаром вверх, благодаря чему можно поднять датчик и отслеживать уровень не на 50 мм, а, например, на 10 мм от верха резервуара.
• Количество уровней, которые отслеживает датчик, может быть Один, Два или Три. За счёт этого один такой датчик позволяет контролировать сразу несколько уровней в резервуаре («пустой», «половина», «полный»), но имеет ограничения на шаг расстояний между уровнями. Пожалуйста проверьте эти ограничения на сайте ОВЕНа перед заказом.
• Контакты у датчиков могут быть нормально разомкнутые или нормально замкнутые (ниже я дам пояснительные рисунки).
• Крепления могут быть таких типов (не для всех вариантов датчиков):
  • Стержень с гайкой вертикально
  • Стержень с гайкой Г-образно
  • Резьбовое крепление
  • Крепление типа CLAMP

Плюсы поплавковых датчиков ПДУ в том, что они недорогие, работают в непроводящих жидкостях (в отличие от кондуктометрических), невосприимчивы к пене и вечны, если соблюдать режимы работы геркона по напряжению и току.

Минусы датчиков в том, что их нельзя использовать в пищевой промышленности (почему — сказал выше) и нельзя использовать в сильно вязких жидкостях, особенно если они имеют всякие вкрапления и грязь: эта грязь может попасть между поплавком и стержнем и заклинить датчик.

При заказе датчиков я сильно тупил с тем, относительно чего понимать нормально разомкнутый и нормально замкнутый контакт датчика. Когда разобрался — то нарисовал для себя и других понятные рисунки.

Нормально замкнутый датчик замкнут тогда, когда уровень не достигнут. Если поплавок опущен (жидкость ниже уровня) — контакты замкнуты. Если же поплавок всплыл (жидкость на уровне или выше уровня) — контакты разомкнуты.

Схема работы нормально замкнутого датчика уровня ПДУ (при достижении заданного уровня контакты размыкаются)

Датчики с таким типом контакта удобны, когда надо защитить резервуар или бак от аварийного переполнения: пока резервуар не наполнен, контакт датчика замкнут и разрешает работу насоса или другой автоматики. А как только нужный уровень достигнут — контакты датчика размыкаются, и насос или автоматика отключаются.

У нормально разомкнутого датчика контакт работает так: пока уровень не достигнут (поплавок опущен, жидкость ниже уровня), контакт разомкнут. А как только поплавок всплыл (жидкость на или выше уровня), контакт замыкается.

Схема работы нормально разомкнутого датчика уровня ПДУ (при достижении заданного уровня контакты замыкаются)

Такие датчики можно использовать для слива резервуаров и баков: как только бак заполнится, датчик замкнёт контакты и запустит насос, который будет откачивать воду.

Для одного из заказчиков мы купили нормально замкнутый датчик уровня модели ОВЕН ПДУ-3.1.100.К/1 — с шарообразным поплавком, креплением гайкой и выводом кабеля в 1 метр. При помощи тестера я покажу, как он работает.

Поплавок опущен — контакт датчика замкнут:

Нормально замкнутый датчик уровня ОВЕН ПДУ: поплавок опущен, контакты замкнуты

Поплавок поднят — контакт датчика разомкнут.

Нормально замкнутый датчик уровня ОВЕН ПДУ: поплавок поднят, контакты разомкнуты

Задача этого датчика — защищать бак с водой от переполнения. Он будет работать именно так, как я описал в примере выше: отключать работу автоматики при достижении верхнего уровня в баке.

А для поста я докупил ещё немного датчиков, которые представлены на фотке ниже:

Различные варианты поплавков и способов крепления датчиков уровня ОВЕН ПДУ: датчики с одним уровнем

Сверху вниз их модели такие:

• ОВЕН ПДУ-2.1.100.К/1 Поплавковый датчик уровня (шток, вертикальный монтаж, цилиндр, 100 мм, 1xН.З., кабель 1 м)
• ОВЕН ПДУ-2Н.1.100..G1 Поплавковый датчик уровня (резьба G1, вертикальный монтаж, цилиндр, 100 мм, 1xН.О.)
• ОВЕН ПДУ-3.1.100.К/1 Поплавковый датчик уровня (шток, вертикальный монтаж, шар, 100 мм, 1xН.З., кабель 1 м)

А вот так выглядят датчики на несколько уровней с разными типам креплений: стержень с гайкой, зажим типа CLAMP с разъёмом стандарта DIN 43650A.

Различные варианты поплавков и способов крепления датчиков уровня ОВЕН ПДУ: датчики с несколькими уровнями

Как я говорил выше, мне понравился зажим типа CLAMP. Давайте я расскажу про него чуток подробнее.

Датчик ОВЕН ПДУ с двумя уставками и креплением типа CLAMP

Этот зажим состоит из основной части, которая приваривается к корпусу резервуара или бака, хомута, прокладки и крышки или ответной части датчика.

Устройство крепления типа CLAMP: основание, прокладка и крышка

Идея зажима типа CLAMP в том, чтобы один раз вварить основную часть в корпус и больше её не трогать, а вставлять в неё нужные ответные части или крышки, если надо закрыть отверстия. Размеры зажимов типа CLAMP стандартны и имеют определёные диаметры, которые совместимы с разными производителями.

Для примера я нашёл картинку лабораторного шкафа, где через такие зажимы в него вставляются разные датчики или измерительные провода. Одно ненужное отверстие закрыто заглушкой (правый нижний угол фотки).

Пример крепления типа CLAMP в лабораторной установке (фотография из инета)

Вблизи использование такого зажима выглядит так: укладываем прокладку в паз основания и поверх неё прикладываем крышку или датчик:

Устройство крепления типа CLAMP: установка крышки на основание

Дальше прикладываем хомут, который остаётся сильно стянуть. Так как на частях зажима сделаны скосы (фаски), то когда мы будем затягивать хомут, части зажима будут сильно прижиматься друг другу, обеспечивая его герметичность.

Устройство крепления типа CLAMP: крепление крышки (или датчика) при помощи хомута

Вставляем датчик в наше основание (и представляем, что мы опускаем его в бак):

Установка датчика в зажим типа CLAMP

Дальше надеваем хомут, который остаётся только затянуть.

Датчик установлен в зажим типа CLAMP

Такой способ крепления стоит дорого, потому что всё это — пищевая нержавейка высокого качества, которую надо ещё и к резервуару или баку правильно приварить (а не присрать электродной сваркой). Поэтому, по моему мнению, такой способ крепления датчиков в быту применять нет смысла.

А теперь давайте поглядим на поплавки датчиков вблизи. На шарообразном можно увидеть отражение меня с фотиком, если приглядеться, ахахаха!

Виды поплавков датчиков ПДУ: цилиндрический и овальный

Поплавки свариваются из двух половинок. Они полые внутри и полностью герметичны (иначе они не смогли бы плавать).

Напоминаю, что шарообразный предназначен для более вязких сред, а цилиндрический — для обычной воды, и он значительно компактнее.

Примерный диаметр овального поплавка - 45 мм (большой)

Когда я слушал пояснения от ребят из ОВЕНа про эти поплавки, то я жутко тупил про то, как он устроен. Так что дома я снял такой поплавок и поисследовал его.

Внутреннее устройство поплавка датчиков ПДУ

Кстати, несмотря на то, что поплавок фиксируется на некоторых моделях датчиков кольцами, схитрить и изменить уставку уровня датчика, передвинув поплавок, не получится: герконы же внутри стержня всё равно останутся на прежнем месте.

Внутри поплавка тоже всё герметично:

Поплавок датчиков ПДУ герметичен внутри (видна трубчатая вставка)

И… я не мог не побаловаться! Да, он плавает!

Балуемся с поплавком в воде =)

Вот при таком положении датчик не срабатывает (уровень не достигнут):

Имитация низкого уровня жидкости: поплавок не дошёл до нужного уровня

А при таком — срабатывает (уровень достигнут): поплавок упёрся в верхний ограничитель.

Имитация высокого уровня жидкости: поплавок всплыл, датчик сработал

Собственно, про поплавковые датчики уровня — всё. А чего вы думали? Они простые, и применять их проще простого: выбрал нужную модель датчика, установил, подключил — и пользуйся!

3. Подвесные сигнализаторы уровня для сточных вод ОВЕН ПСУ-1.

Погружной сигнализатор уровня сточных вод ОВЕН ПСУ-1

А теперь переходим к бурлениям говен! Да! Да! Эти датчики — именно для них! И модель их — ОВЕН ПСУ (Подвесной Сигнализатор Уровня; вот ссылка на сайт ОВЕНа). За форму корпуса я прозвал их клизмами =)

Ну, по моим приколам вы уже поняли, что их следует использовать там, где поплавковые датчики залипнут и засрутся, а кондуктометрические — сгниют (или же их просто нельзя будет установить). Чаще всего это и правда канализация и сточные воды, особенностью которых является то, что отходы там биологически активные и ещё и с вязкими вкраплениями, которые могут забиться в поплавок или даже между электродами кондуктометрических датчиков.

Поэтому и конструкция и даже аксессуары для монтажа подвесных сигнализаторов уровня тут совсем другие. Датчики ПСУ-1 имеют вот такие вот характеристики и особенности:

• Монтируется непосредственно на кабеле, который из него выходит. Кабель датчика рассчитан на такой монтаж и выдерживает вес датчика. Отслеживание уровня происходит по тому, плавает ли датчик или свободно висит на кабеле.
  Если в колодце будет несколько датчиков, то их следует разнести по колодцу так, чтобы их кабели не перепутались между собой.
• Тяжёлые, так как от них требуется хорошо тонуть в вязкой среде;
• Корпус сделан из полипропилена, который стоек к различной химии и электролитам. Толщина стенок корпуса в новых датчиках (примерно с 2020 года выпуска) увеличена, так как их умудрялись бить при транспортировке.
• Датчик имеет сразу заделанный на заводе трёхжильный кабель сечением 1 кв.мм из неопрена, который тоже химически стоек. Длина кабеля — фиксированная и составляет на выбор 5, 10 или 20 метров.
• Степень защиты датчика — IP68.
• Рабочая температура от 0 до +70 градусов.
• Датчик имеет один переключающий контакт, рассчитанный на 10А AC 230V. Если датчик плавает (в говнах), то замкнут один контакт, а если висит на кабеле — то другой.

Поставляется такой датчик в коробке, обложенный пенопластовыми штучками, чтобы его не разбили. Это радость для кошечек: можно вдоволь пошуршать!

Упаковка погружного сигнализатора уровня сточных вод ОВЕН ПСУ-1 с защитой от ударов

Так как датчик должен подвешиваться в колодце за кабель, то ОВЕН предлагает два аксессуара для монтажа этого датчика: монтажные коробки КК-01 и КК-02 и анкерный зажим ЗП-1.

Аксессуары для монтажа ОВЕН ПСУ-1 и других датчиков: монтажная коробка и анкерный зажим

Предполагается что кабель датчика будет пропущен через анкерный зажим (который его расклинивает и тем самым удерживает) и подключен к кабелю, идущему к щиту автоматики, через монтажную коробку.

Сама монтажная коробка у ОВЕНа универсальная и расчитана как и на датчики ПСУ, так и на специальные датчики уровня жидкости, которые измеряют разницу давлений столба воды и атмосферы (от датчика выводится специальная трубка).

Поэтому эта монтажная коробка не герметичная и имеет небольшое отверстие для сообщения с атмосферой (его видно на нижнем фото около кабельного сальника, справа).

Внутренний клеммник монтажной коробки для сигнализатора ОВЕН ПСУ-1

А теперь давайте разбираться с тем, как работает контакт этого датчика и то, как его применить. Дело в том, что схемы на сайте ОВЕНа очень упоротые и, когда заказчик притащил мне аж восемь таких датчиков (по два для каждого дренажного колодца), то я долго тупил на схему ОВЕНа. И в итоге нарисовал свою. Пусть она будет более полезна и понятна!

Итак, наш датчик может плавать или висеть. Положение контактов показано на рисунке ниже:

Схема подключения контактов кабеля сигнализатора ОВЕН ПСУ-1

• Коричневый провод — общий;
• Чёрный замкнут, если датчик плавает;
• Синий замкнут, если датчик висит.

И это первая упоротость: в Европейских стандартах три фазы в кабеле обозначают как Коричневый, Чёрный, Серый. Вот разработчики ОВЕНа и решили общий контакт кабеля сделать Коричневым. Я считаю, что это неудобно, потому что после этого чёртов синий, который является цветом нуля, начинает путать: мне хочется его сделать общим, так как он отличается по логическому назначению от остальных.

В общем, мнемоническое запоминание тут только всё запутает. Нужно просто запомнить или использовать мой рисунок. Ой! ОВЕН! Только ничего не меняйте, потому что я не хочу перерисовывать свои рисунки и схемы! =)

Так как мы работаем с говнами со сточными водами, то задач у нас может возникнуть две: опорожнять что-то (дренажный колодец) или наполнять что-то (резервуар на фекальной перекачке, например). Давайте разберёмся с тем, что нам для этого надо и с тем, как надо подключать датчики.

Для опорожнения или наполнения нам понадобится всего два датчика: Верхний и Нижний. Они позволят отследить три состояния, условно:

• Верхний плавает, Нижний плавает — заполнено целиком;
• Верхний висит, Нижний плавает — заполнено наполовину;
• Верхний висит, Нижний висит — пусто.

Шаги срабатывания сигнализаторов уровня ОВЕН ПСУ-1: верхний уровень (слева), средний уровень (посередине), нижний уровень (справа)

И… вы не поверите! Схемы опорожнения и наполнения можно сделать даже без помощи ПЛК и автоматики! Только на реле! Собственно, это и было нарисовано на сайте ОВЕНа, но так чертовски криво, что было ни хера не понятно. А, когда я разобрался, оказалось очень просто.

Всё, что нам нужно — это использовать стандартную схему реле (или контактора) с самоблокировкой, про которую я писал вот в этом посте больше 10 лет назад. Оказалось, что некоторый народ, который иногда пишет мне на мыло с тупыми вопросами, этой схемы не знает ни фига.

Вот эта схема в чистом виде, и она применяется везде, где есть кнопки «Пуск» и «Стоп»:

Схема самоблокировки для реле

Элементы схемы здесь имеют вот какое обозначение:

• SB1 — нормально замкнутая кнопка «Стоп». Если её нажать — она разрывает цепь.
• SB2 — нормально разомкнутая кнопка «Пуск». Если её нажать — она замыкает цепь.
• K1 — реле или контактор с катушкой на 230V (для простого примера).
• K1.1 — одна контактная группа реле или контактора. Она может быть рассчитана на маленький ток, и она замыкается тогда, когда на реле K1 подаётся напряжение.
• K1.2 и K1.3 — силовые контакты, которые включают нагрузку.

Все контакты показаны в таком положении, когда напряжение выключено. Работает схема вот так: пока не нажата кнопка «Стоп» (SB1) — цепь питания замкнута. Если нажать кнопку «Пуск» (SB2), то на катушку реле или контактора придёт напряжение, и он включится. Этот кусок схемы работает как обычный звонок: нажали кнопку SB2 — включился. Отпустили — выключился. Вместо звонка у нас подключена катушка реле или контактора K1.

Что будет, когда реле или контактор включится? Замкнутся контакты K1.1, K1.2, K1.3. А теперь — фокус: контакты K1.1 подключены у нас параллельно кнопке «Пуск». Поэтому как только реле или контактор включится, он через эти контакты сам себе будет всегда подавать питание до тех пор, пока это питание не выключится извне (по аварии, автоматом в щите) или пока не будет нажата кнопка «Стоп» (SB1), которая питание и разомкнёт. В этот момент реле или контактор отключатся, контакты K1.1 разомкнутся и не будут подавать питание на катушку.

Эта схема имеет важную особенность: кнопка «Стоп» всегда главнее. Поэтому в её цепь (последовательно) часто включают разные другие контакты безопасности, например датчик закрытия люка, двери, опускания каких-нибудь защитных шторок на станке и так далее. Ещё при пропадании питания она сама отключится, а потом, когда питание снова появится, не включится. Это важно для тех случаев, когда при включении схемы кого-то может намотать или замесить. Я писал про это в посте про разные правила безопасности.

Ну, а теперь вернёмся к нашим датчикам. Если хорошо разобраться в схеме самоблокировки реле или контактора, то дальше остаётся сделать вот что. Вместо кнопки «Стоп» подключить тот датчик уровня, по которому надо останавливать наш процесс (опорожнения или наполнения), а вместо кнопки «Пуск» — датчик, по которому процесс надо запускать:

• Для опорожнения «Стоп» — это Нижний датчик (пока плавает — замкнут, опустился — разомкнут), «Пуск» — это Верхний датчик (пока плавает — замкнут, опустился — разомкнут).
• Для наполнения «Стоп» — это Верхний датчик (пока висит — замкнут, стал плавать — разомкнут), «Пуск» — это Нижний датчик (пока висит — замкнут, стал плавать — разомкнут).

А теперь рисуем понятные (кроме всратых проектантодизайнеров, которые отметились в этом посте) схемы:

Схемы подключения датчика ОВЕН ПСУ-1 для наполнения слива или наполнения ёмкости

Я дорисовал туда сразу же и кнопки ручного управления. Проговорим работу схем:

Опорожнение (слив): пока Нижний датчик плавает — колодец не пустой, и можно работать. У Нижнего датчика будут замкнуты Коричневый и Чёрный контакты. Они разрешают подавать напряжение дальше по схеме по аналогии с кнопкой «Стоп».

Верхний датчик висит в воздухе и ждёт, когда колодец будет наполняться. Как только Верхний датчик всплывёт — у него замкнутся Коричневый и Чёрный контакты. Это будет аналогично нажатию кнопки «Пуск», которая включит наш контактор и насос. Контактор своим контактом K1.1 встанет на самоблокировку.

Насос будет откачивать воду, и её уровень будет падать. В какой-то момент Верхний датчик повиснет и его Коричневый и Чёрный контакты разомкнутся. Но наш контактор всё ещё работает, потому что находится на самоблокировке. И насос продолжает качать.

Когда насос откачает всю воду так, что Нижний датчик тоже повиснет, его Коричневый и Синий контакты тоже разомкнутся. Это будет аналогично нажатию на кнопку «Стоп»: цепь питания катушки контактора выключится, и насос отключится.

В любой момент при помощи ручных кнопок можно запустить или остановить процесс. При этом если колодец уже пустой — то ничего не включится, так как Нижний датчик будет висеть и тем самым разомкнёт всю цепь управления. А если колодец наполовину полон — то нажатие на ручную кнопку «Пуск» включит насос, который сам выключится тогда, когда колодец опустеет.

Наполнение (тут все датчики и контакты меняются местами): пока Верхний датчик висит — колодец не полон, и его можно наполнять. У Верхнего датчика будут замкнуты Коричневый и Синий контакты.

Нижний датчик плавает и ждёт, когда колодец полностью опустошится. Когда это произойдёт, то датчик повиснет, и у него замкнутся Коричневый и Синий контакты, которые будут аналогичны нажатию кнопки «Пуск». Наш контактор включит насос и через контакты K1.1 встанет на самоблокировку.

Постепенно, когда колодец будет наполняться, Нижний датчик всплывёт, и его Коричневый и Синий контакты разомкнутся. Но за счёт контактов K1.1 наш контактор будет продолжать работать на самоблокировке.

Когда колодец заполнится настолько, что Верхний датчик будет плавать, то его Коричневый и Синий контакты тоже разомкнутся, как и у Нижнего датчика. Это будет аналогично нажатию кнопки «Стоп»: цепь питания катушки контактора разорвётся, и насос выключится.

И, аналогично прошлой схеме, здесь тоже есть кнопки ручного управления.

В общем, всё упорото, но если разобраться — то просто. Я собрал щит для коттеджа Химочек, где у него есть четыре дренажных колодца. Вот на каждый колодец по два датчика и пошло! =)

Щит для коттеджа с сигнализаторами уровня ОВЕН ПСУ-1 (монтаж и тестирование)

Так как у нас там планировался СПК и шкаф автоматики, то я сделал так: запитал датчики от +24V DC, развязал их через промежуточные реле и подал сигналы с этих реле на входы модулей IO, чтобы СПК в будущем мог рисовать условное заполнение колодцев, типа 0%, 50%, 100%.

Сама схема управления каждым насосом осталась аппаратной (вторые контактные группы реле работают как кнопки «Пуск»-«Стоп»), а благодаря двухцветным лампочкам и компактным кнопкам серии ABB E210 (большой пост про неё — аналогов до сих пор нет) всё управление получилось изящным и компактным.

Щит для коттеджа с сигнализаторами уровня ОВЕН ПСУ-1 (кнопки управления дренажными насосами)

В архивах у меня осталось снятое видео, где можно посмотреть на то, как работают датчики ПСУ-1. Самое смешное, что на видео я ляпнул про «Я не буду долго тянуть и выложу его быстро». Ахахаха! Видео — 2020 года, а щас 2023й! =)

4. Кондуктометрические датчики уровня на основе электродов.

Электроды для кондуктометрических датчиков уровня

С этими датчиками я вообще ни разу не сталкивался, но расспросил про них всё у ребят из ОВЕНа. Так что этот раздел поста будет более абстрактным и без конкретики. Используйте его для информации вида «А ещё можно так и так».

Принцип работы таких датчиков основан на измерении проводимости жидкостей между электродами (на них подаётся небольшое переменное напряжение). Когда жидкость попадает на электроды, их сопротивление меняется, и автоматика понимает, что жидкость дошла до заданного уровня. То есть, это снова сигнализаторы, а не измерители уровня. Померить количество (объём) жидкости такие датчики не в состоянии.

Давайте соберём в одно место все характеристики таких датчиков:

• Они самые дешёвые, так как электроды — это просто куски проволоки. Правда, я буду честен: к этим электродам нужен ещё и блок, который преобразует сигналы от них в релейные выходы типа «Сухой контакт».
• Электроды сделаны из пищевой нержавейки.
• С электродов хорошо стекают разные жидкости, и поэтому такие датчики можно использовать в пищевой промышленности: они хорошо моются, и части жидкостей в них не застрянут.
• Электроды выпускаются с длинами 0,5, 1 и 1,95 метра. При использовании адаптеров можно накрутить одни электроды на другие и нарастить их длиной до 10 метров. Чтобы электроды не замыкали между собой и не болтались, между ними вставляются пластиковые фиксаторы.
• Если резервуар проводящий (из металла), то в качестве одного из электродов можно использовать его.
• Максимальное число электродов для закрытого монтажа — три штуки (два уровня, если один из них общий, и три уровня, если общий — бак).
• Пластиковые держатели электродов выдерживают максимальную температуру до 90 градусов), а одиночные держатели с фторопластровыми изоляторами — до 240 градусов и давление до 25 бар.
• Кабели к электродам подключаются напрямую или же через разъёмы стандарта DIN 43650A, что более удобно.
• Для того, чтобы всё работало, можно использовать специальные ОВЕНские блоки САУ и БКК, которые подают питание на электроды и имеют обычные выходные реле. Если же вам нужна простая автоматика на базе программируемых реле ОВЕН ПР (тэг про все посты про них), то у ОВЕНа есть реле ПР200-x8 на 4 электрода (ссылка на сайт ОВЕНа), которое специально создано для измерения электропроводности и к которому можно сразу подключать электроды кондуктометрических датчиков и чем-нибудь управлять. Для особых заморочек есть готовые кондуктометрические сборки с выходом 4..20 мА или релейными.

Плюсы кондуктометрических датчиков в том, что они очень дёшевы на больших длинах. В поплавковом датчике вы будете платить за поплавок, стержень, всякие крепления — а тут только за держатель электродов и сами электроды. Также электроды можно подрезать на нужную длину самостоятельно, подкорректировав отметку уровня для контоля (в поплавковых придётся подгонять резервуар под датчик). Ну и, как уже было много раз сказано, кондуктометрические датчики имеют пищевой сертификат.

Минусы этих датчиков в том, что они работают только с жидкостями, которые проводят ток. Какое-нибудь молоко, йогурт, вино, воду ими померить можно, а вот непроводящее масло (трансформаторное, например) — фигушки. Ну и если жидкость будет вязкой или иметь какие-то частицы — то всё это будет плохо стекать с электродов (или вообще застрянет), и датчики будут показывать фиг что, а не уровень.

Ещё к минусам я бы отнёс то, что электроды обязательно надо подключать к какому-то контроллеру уровня, который является электронным устройством и занимает место в щите. С герконовыми выходами поплавковых и подвесных датчиков проще: их сразу можно пихать в цепи управления.

Мои фотографии — годичной давности, и с тех пор ОВЕН и дальше совершенствует свои датчики. Принципы работы кондуктометрических датчиков уровней не изменились, так что фотографии актуальности не потеряли.

Самые простые варианты — это пластиковый держатель трёх электродов с резьбой, который вкручивается в верхнюю часть резервуара. Кабель к электродам подключается через винтовые зажимы.

Держатель электродов кондуктометрических датчиков уровня

Сами электроы вкручиваются в резьбовые отверстия держателя и фиксируются контргайками. Конструкция простая до жути: это просто железки, но надёжные.

Второй вариант электродов предназначен для более тяжёлых условий эксплуатации (с фторопластовым держателем для повышенных температур). Здесь каждый электрод имеет корпус из нержавейки с резьбой, которую можно уплотнить прокладкой, чтобы она держала большое давление.

Боковой электрод для кондуктометрического определения уровня (устаналивается сбоку резервуара)

Если свести все принципы монтажа кондуктометрических датчиков в один рисунок, то получится вот что:

Варианты установки кондуктометрических датчиков: сверху или сбоку ёмкости (резервуара)

В любом случае монтажа один из электродов должен быть общим для всех других (я показал его на рисунке синим цветом).

Для того, чтобы преобразовать сопротивление датчиков в понятные сигналы и пощёлкать релюшками, ОВЕН выпускает сигнализаторы уровня САУ-М6 (ссылка на сайт ОВЕНа) и БКК-1 (ссылка на сайт ОВЕНа).

Сигнализаторы уровня для кондуктометрических датчиков ОВЕН САУ и БКК

БКК можно установить на DIN-рейку, и он поддерживает до 5 электродов (4 уровня), а САУ чаще всего имеет настенный монтаж и поддерживает до 4 электродов (три уровня). Оба этих устройства имеют выходы типа «Сухой Контакт» (реле), благодаря чему можно собирать такие же схемы управления насосами через реле и контакторы, как для других датчиков. Или отдавать эту информацию в ПЛК.

Решения на базе САУ используются в районных ЦТП для контроля за уровнем воды в расширительном баке системы городского отопления. Вот мой пост с кратким рассказом про разные ЦТП, куда я забегал, пользуясь своими связями.

Для продвинутых случаев ОВЕН сделал готовый контроллер уровня КУ1411 (ссылка на сайт ОВЕНа) с выходами типа «Реле» или 4..20 мА.

Кондуктометрический датчик уровня ОВЕН КУ1411 (фото с сайта ОВЕНа)

Задумка в том, чтобы подключать такой контроллер уровня к системе управления напрямую, где выход 4..20 мА будет имитировать датчик, по которому система управления будет что-то регулировать без промежуточных контроллеров и систем.

На этом я заканчиваю свой пост, и буду готовить фотки и рисунки для других постов про датчики!

Проекту исполнилось 15 лет! Поддержать проект материально, проспонсировать проекты Автора или сделать ему подарок можно на этой странице: "Донаты и Спонсорство, Список Желаний".