Измерение и контроль уровня в водонапорной башне
Водонапорная башня — сооружение в системе водоснабжения для регулирования напора и расхода воды в водопроводной сети, создания её запаса и выравнивания графика работы насосных станций.
Водонапорная башня состоит из бака (резервуара) для воды, обычно цилиндрической формы, и опорной конструкции (ствола). Регулирующая роль водонапорной башни заключается в том, что в часы уменьшения водопотребления избыток воды, подаваемой насосной станцией, накапливается в водонапорной башне и расходуется из неё в часы увеличенного водопотребления. Высота водонапорной башни (расстояние от поверхности земли до низа бака) обычно не превышает 25 м, в редких случаях — 30 м; ёмкость бака — от нескольких десятков м³ (для малых водопроводов) до нескольких тысяч м³ (в больших городских и промышленных водопроводах). Опорные конструкции выполняются в основном из стали, железобетона, иногда из кирпича, баки — преимущественно из железобетона и стали. Водонапорные башни оборудуют трубами для подачи и отвода воды, переливными устройствами для предотвращения переполнения бака, а также системой замера уровня воды ( уровнемеры и сигнализаторы уровня) с телепередачей сигналов в диспетчерский пункт. Одной из наиболее распространённых систем водонапорных башен является «Башня Рожновского». Для непрерывного контроля и измерения уровня воды в водонапорной башне, можно применять следующие уровнемеры. Уровнемеры будут непрерывно контролировать уровень воды и с помощью выходного сигнала 4-20 мА передавать его на контроллер АСУТП или на любой вторичный прибор, на котором будет отображаться уровень воды в режиме реального времени. Для отображения данной информации можно использовать щитовой индикатор или видеографический регистратор.
- Диапазон измерения до 23 метров
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Точность измерения от ± 3 мм
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Диапазон измерения до 25 метров
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Точность измерения от ± 10 мм
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Диапазон измерения до 24 метров
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Точность измерения от ± 5 мм
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Диапазон измерения до 20 метров
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Точность измерения от ± 10 мм
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Диапазон измерения до 40 МПа
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Точность измерения от ± 10 мм
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Диапазон измерения до 200 метров
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Точность измерения от ± 10 мм
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Диапазон измерения до 15 метров
- Аналоговый выходной сигнал 4-20 мА
- Точность измерения от ± 1 мм
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
Для сигнализации о переполнении или опустошении в водонапорной башне, можно использовать следующие сигнализаторы уровня. Сигнализатор уровня при достижении определенной точки срабатывания, будет замыкать или размыкать реле, которое будет заведено на механизм, который будет отключать или включать подачу воды, или предупреждать звуковым сигналом.
- Длина кабеля до 20 метров
- Сигнализация о переполнении или опустошении емкости по средством реле
- Температура измеряемой среды до 50 С
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Длина контактной части до 3 метров
- Сигнализация о переполнении или опустошении емкости по средством реле
- Температура измеряемой среды до 150 С
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Длина контактной части до 3 метров
- Сигнализация о переполнении или опустошении емкости по средством реле
- Температура измеряемой среды до 250 С
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Длина контактной части до 10 метров
- Сигнализация о переполнении или опустошении емкости по средством реле
- Температура измеряемой среды до 235 С
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Длина контактной части до 3 метров
- Сигнализация о переполнении или опустошении емкости по средством реле
- Температура измеряемой среды до 130 С
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
- Длина контактной части до 3 метров
- Сигнализация о переполнении или опустошении емкости по средством реле
- Температура измеряемой среды до 200 С
На картинке ниже приведены основные технические характеристики датчика уровня и его внешний вид.
Управление уровнем воды в водонапорной башне Рожновского
Локализованные процессы, связанные с контролем уровня, наполнением и опорожнением резервуаров имеют широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства. Они формируют потребность в малых, недорогих и самодостаточных автоматизированных системах управления.
Одним из таких процессов является наполнение и расходование воды в водонапорной башне.
Наиболее часто можно встретить водонапорные башни системы Рожновского, выполненные по типовому проекту. Башни Рожновского вместимостью 15, 25, 50м 3 обеспечивают водоснабжение небольших поселений, заводов и фабрик, железнодорожных станций, животноводческих и птицеводческих комплексов, МТС и др.
Удачная конструкция Рожновского 30-х годов прошлого столетия, по сей день служащая верой и правдой, включает переливную трубу, как элемент минимальной автоматизации, предотвращающий переполнение башни. При визуальном контроле за переливом все же невозможно избежать потерь артезианской воды и, соответственно, энергии, затраченной на ее подъем.
Современные средства автоматизации позволяют контролировать уровень воды в башне и производить своевременное включение и выключение насосов, обеспечивая их безопасную работу, энергосбережение и т.д. Но, нередко, как бы это парадоксально ни было, пользователь, оборудовавший водонапорную башню современными средствами автоматизации, продолжает уповать на переливную трубу, как окончательное средство от переполнения. Очевидно, проблема заключается в отказе автоматизированных систем, в основном, приборов контроля уровня. Последствие от бездействия системы контроля уровня, включая и саму переливную трубу, иногда можно увидеть зимой в виде огромной наледи, свисающей с водонапорной башни.
Имея достаточно широкое рыночное предложение приборов контроля уровня, встает вопрос о правильном выборе датчика уровня.
Пожалуй, сразу можно отклонить датчики, устанавливаемые путем врезки в стенку резервуара из-за наледи, которая образуется зимой на внутренних стенках опоры и танка, толщина которой может достигать 30см и служить естественным теплоизолятором в необогреваемой башне Рожновского. Это емкостные датчики, вторые по списку.
Следом – пятые по списку кондуктивные датчики. При понижении температуры проводимость воды сильно снижается, а при появлении легкого обледенения на металлическом щупе кондуктивного датчика, его чувствительность сводится к нулю, т.к. лед является диэлектриком.
Особо нужно отнестись к датчикам, которые устанавливаются сверху: на крыше или под крышей башни. Для их установки необходимо провести наверх кабель, приняв меры по исключению обрыва из-за обледенения, порывов ветра, механических и других воздействий. При соблюдении всех условий нормально могут функционировать четвертые по списку бесконтактные ультразвуковые уровнемеры жидкости, но только те из них, которые гарантируют стабильность при температурах ниже 0С. Ультразвуковые датчики среди прочих, здесь упомянутых, отличаются высокой стоимостью.
Емкостные датчики, врезаемые в крышу танка. Для контроля верхнего и нижнего уровня потребуется два датчика с соблюдением правил по прокладке кабеля наверх. Датчики имеют длинные зонды; для контроля нижнего уровня потребуется зонд, соответствующий высоте танка. Стоимость данного решения довольно высока, приближается, а то может и превысить стоимость ультразвукового метода.
Из поплавковых датчиков работоспособен всплывающий тип, но обмерзает и он, особенно, датчик верхнего уровня, когда поплавок свободен при пониженной воде.
Гидростатические уровнемеры позволяют контролировать уровень в водонапорной башне путем измерения давления водяного столба. Гидростатические врезные уровнемеры выгодно отличаются от всех, рассмотренных выше способов тем, что они устанавливаются внизу водонапорной башни или в колодце с водопроводной арматурой, не требуя прокладки сигнального кабеля, как для сигнализаторов, устанавливаемых сверху. Для измерения давления датчик может быть присоединен, например, к спускной трубе. Благодаря простому монтажу, надежности измерений и невысокой стоимости, гидростатические врезные уровнемеры являются лучшим решением для контроля уровня воды в башне Рожновского.
Гидростатический врезной уровнемер вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный приложенному давлению. С целью последующего управления необходимо определить два пороговых значения электрического сигнала, соответствующих нижнему и верхнему уровням воды в водонапорной башне. Для этой задачи идеально подходит решение, включающее гидростатический врезной уровнемер и реле контроля тока, например UNICONT PKK-312 или барграфы с программируемым релейным выходом KN1000B.
Уровнемеры такого типа также используются для непрерывного измерения давления среды. Основные же задачи, решаемые при помощи данных уровнемеров: Оценка уровня жидкостей в больших стационарных резервуарах-хранилищах.
Реле контроля тока UNICONT PKK-312 предназначено для преобразования входного сигнала 4…20мА в выходной сигнал реле.
Прибор представляет собой интеллектуальное реле для задач контроля уровня и управления насосом. С помощью функции «обучения» (Teach-In) возможно «запомнить» два значения уровня в токовом диапазоне 4…20мА, а также, назначить один из запрограммированных режимов для управления выходным релейным контактом. Для включения и выключения насоса на заполнение по двухуровневой логике предусмотрен режим Switching Difference.
Ниже приведена диаграмма, иллюстрирующая процесс включения и выключения реле по двум пороговым значениям.
IВУ – значение тока для верхнего уровня.
IНУ – значение тока для нижнего уровня.
Схема подключения врезного гидростатического уровнемера к реле контроля тока UNICONT PKK-312-1:
Простейшая водонапорная башня. Схема электрическая принципиальная
Не так давно мой друг советовался со мной по вопросу схемы для автоматического контроля уровня воды.
Задача стояла следующая.
В детском оздоровительном лагере, где он работает электриком встала задача починить старую водонапорную башню. При этом имелась сама башня, насос, готовый датчик контроля воды и блок управления в котором были оборваны провода и непонятно было, куда их подключать.
1. Датчик уровня воды, выполненный в виде трехжильного электрического кабеля с проводами разной длины.
2. Блок управления, состоящий из блока питания, выпрямителя и одного реле с парой нормально замкнутых и парой нормально разомкнутых контактов.
Когда он меня озадачил, я сразу же полез в интернет, ведь найти такую простую схему и не напрягать мозги был самый лучший вариант.
И вот тут нас ждал полный ппц. Нет, конечно выпало немало схем на микроконтроллерах и блок-схем водоснабжения, чему я был немало удивлен, что и побудило меня разработать простейшую схему автоматического контроля воды в водонапорной башне.
Этой простой схемой я хочу и поделится с вами. Надеюсь, что кому-то и пригодится мой опыт.
Принцип работы устройства очень прост и не нуждается в комментариях. Вся хитрость в нормально разомкнутых контактах реле Р1. При включении питания при отсутствии воды включается Пускатель, и башня начинает наполняться водой. Когда вода дойдет до среднего контакта статус реле не изменится, поскольку Кр1 разомкнуты и питание на обмотку реле Р1 не поступает. Когда вода дойдет до короткого контакта, реле срабатывает и надо отметить этот момент контакты Кр1 замыкаются и увеличивая ток через обмотку реле надежно притягивают его якорь. В этот момент контакты Кр2 размыкаются и разрывают питание обмотки пускателя. В результате глубинный насос отключается, и уровень воды начинает постепенно понижаться.
Идем дальше. Когда уровень воды опускается ниже короткого контакта ничего не происходит, поскольку обмотка реле запитана через контакты Кр1. Включение насоса произойдет только при понижении уровня воды ниже среднего контакта. После этого весь цикл повторяется сначала.
Самое главное в этой системе – это электрическая безопасность. Все контакты датчика находятся под достаточно высоким напряжением – около 120 вольт. Необходимо исключить гальваническую связь с электросетью для электробезопасности людей, заземлять вторичную обмотку трансформатора в любом случае и использовать высококачественный трансформатор питания.