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

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

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

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

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

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

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

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

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

• система должна обеспечивать энерго- и ресурсосбережение;

В общем, систему можно разделить на три части:

• систему водоснабжения и стабилизации уровня выходного давления;

• систему полива участка;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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