Disenyo at pagpapatupad ng isang 555-based na awtomatikong Water Level Controller

Ang manu-manong pamamahala ng imbakan ng tubig ay maaaring humantong sa pag-apaw ng tubig, tuyong pagtakbo, at hindi kinakailangang pagsusuot ng bomba. Ang isang awtomatikong controller ng antas ng tubig ay malulutas ito sa pamamagitan ng pagsisimula at paghinto ng bomba sa mga preset na antas nang walang patuloy na pangangasiwa. Pinagsasama ng disenyo na ito ang simpleng mekanikal na float sensing sa isang 555 timer sa bistable mode, na lumilikha ng isang matatag, maaasahan, at kondaktibiti-independiyenteng solusyon para sa pare-pareho na pamamahala ng tubig sa tangke.

Ano ang isang Awtomatikong Controller ng Antas ng Tubig?

Ang isang awtomatikong controller ng antas ng tubig ay isang elektronikong control circuit na awtomatikong lumiliko ang isang bomba ng tubig ON o OFF batay sa antas ng tubig sa isang tangke. Gumagamit ito ng dalawang set sensing points: isang minimum na antas na nag-trigger ng pump upang magsimula at isang maximum na antas na nag-trigger ng pump upang tumigil. Sa disenyo na ito, ang antas ng tubig ay natukoy gamit ang mekanikal na float sensor sa halip na kondaktibiti o induction-based sensing, kaya ang operasyon ay hindi nakasalalay sa kondaktibiti ng tubig at hindi gaanong apektado ng mga impurities.

Awtomatikong Disenyo ng Circuit ng Controller ng Antas ng Tubig

Ang sistema ay gumagamit ng dalawang vertical float sensor unit na naka-install sa loob ng tangke. Ang bawat float ay naka-attach sa isang 5 mm aluminyo rod at gumagalaw pataas at pababa sa loob ng isang PVC guide pipe. Habang tumataas o bumababa ang antas ng tubig, sinusundan ng float ang antas at itinutulak ang baras. Ang paggalaw ng baras na ito ay mekanikal na nagpapagana ng isang switch ng dahon sa set point.

Ang pamamaraang ito ng mekanikal na sensing ay nag-aalok ng mga pangunahing benepisyo:

• Hindi apektado ng mga impurities ng tubig (putik, kalawang, o deposito ng mineral)

● Independiyenteng kondaktibiti ng tubig

● Mas mababang panganib ng kaagnasan kumpara sa mga kondaktibong sensor ng probe

Dalawang sensor ang ginagamit upang tukuyin ang saklaw ng pagpapatakbo:

• Sensor 1 - Natutukoy ang minimum na antas ng tubig (mababang antas ng punto)

• Sensor 2 - Natutukoy ang maximum na antas ng tubig (mataas na antas ng punto)

Ang bawat sensor ay kumokontrol sa isang switch ng dahon (S1 at S2). Ang mga switch na ito ay kumokonekta sa trigger at reset pin ng timer IC. Batay sa kung aling switch ang na-activate, ang timer IC ay nagbabago ng estado at kinokontrol ang output ng bomba na nagsisimula sa bomba kapag mababa ang antas at humihinto ito kapag ang tangke ay umabot sa maximum na antas.

Pangunahing Mga Bahagi at ang Kanilang Mga Pag-andar

• Timer IC (IC1): Ang isang 555 timer IC ay nagpapatakbo sa bistable mode at nagsisilbing pangunahing control unit. Ginagamit nito ang trigger at reset ng mga input upang baguhin ang estado ng output nito at "tandaan" ang estado na iyon hanggang sa ma-activate ang kabaligtaran na input. Kapag na-trigger, ang output ay lumipat ng MATAAS upang patakbuhin ang yugto ng kontrol ng bomba, at kapag na-reset, ang output ay lumipat ng MABABA upang ihinto ito.

• Mga Switch ng Dahon (S1 at S2): Ang mga switch na ito ay tumutugon sa paggalaw ng lumulutang sa loob ng tangke. Habang tumataas o bumababa ang float, ang aluminyo rod mechanically shifts ang dahon switch contact mula sa Normal Sarado (N / C) sa Normal Open (N / O) (o pabalik), pagbabago ng input signal na ipinadala sa timer IC. Ang isang switch ay gumaganap bilang mababang antas ng utos, at ang isa ay gumaganap bilang mataas na antas ng cutoff.

• Driver Transistor (T1): Pinalakas ng driver transistor ang output ng 555 timer upang mabigyan ng lakas ang relay coil nang maaasahan. Ang timer IC output ay maaaring magbigay lamang ng limitadong kasalukuyang, kaya ang transistor ay kumikilos bilang isang electronic switch na nagbibigay ng mas mataas na coil kasalukuyang kinakailangan habang pinapanatili ang IC protektado.

• Relay (RL1): Ang relay ay ginagamit upang i-on at i-off ang pump motor. Nagbibigay ito ng elektrikal na paghihiwalay sa pagitan ng mababang-boltahe control circuit (sensor, IC, transistor) at ang high-voltage pump supply, pagpapabuti ng kaligtasan at pagprotekta sa mga bahagi ng kontrol mula sa ingay at surges ng motor.

• Master Switch (S3): Ang switch na ito ay manu-manong nagbibigay-daan o hindi pinapagana ang buong system. Kapag naka-OFF, pinuputol nito ang kuryente sa control circuit kaya hindi awtomatikong ma-activate ang bomba, na nagpapahintulot sa manu-manong pag-shutdown para sa pagpapanatili o pagsubok.

Prinsipyo ng Pagtatrabaho ng Awtomatikong Controller ng Antas ng Tubig

Ang controller ay gumagamit ng dalawang switch ng dahon upang patakbuhin ang 555 timer sa bistable (latching) mode. Ang isang sensor ay nagtatakda ng pump ON point sa minimum na antas, at ang isa pa ay nagtatakda ng pump OFF point sa maximum na antas. Dahil ang 555 output latches, ang bomba ay hindi chatter habang ang antas ng tubig ay gumagalaw sa pagitan ng dalawang limitasyong ito.

Tangke sa ibaba ng minimum na antas

Kapag ang tubig ay bumaba sa ibaba ng minimum na punto, ang parehong mga switch ay mananatili sa kanilang posisyon ng N / C. Ang Pin 2 (trigger) ay hinila sa 0 V at ang pin 4 (i-reset) ay mananatili sa +12 V.

Sa trigger low at reset high, ang 555 ay pumapasok sa SET state nito. Ang output ay napupunta HIGH, pag-on ng T1 at energizing RL1. Ang mga contact ng relay ay nagsasara at ang bomba ay nagsisimulang punan ang tangke.

Pagtaas ng Tubig - Intermediate Level

Habang ang tubig ay tumataas sa itaas ng minimum na punto, ang S1 ay lumilipat sa N / O at ang pin 2 ay gumagalaw sa +12 V, na inaalis ang kondisyon ng trigger.

Dahil ang 555 ay naka-latched, ang output ay nananatiling HIGH, kaya ang bomba ay patuloy na tumatakbo habang ang antas ay nasa pagitan ng minimum at maximum na limitasyon.

Umabot sa Maximum na Antas ang Tangke

Kapag ang tubig ay umabot sa maximum na punto, ang S2 ay lumilipat sa N / O at hinila ang pin 4 (i-reset) sa 0 V.

I-reset ang mababang pwersa ang 555 output LOW kaagad. Ang T1 ay naka-off, ang RL1 ay nag-aalis ng enerhiya, at ang bomba ay tumitigil upang maiwasan ang pag-apaw ng tubig.

Bumaba na naman ang antas ng tubig

Habang ginagamit ang tubig, ang antas ay bumaba at ang S2 ay bumabalik sa N / C, na nagpapanumbalik ng +12 V sa pin 4 at pinapagana ang timer. Ang output ay nananatiling MABABA dahil nananatiling naka-latch.

Lamang kapag ang antas ay bumaba pabalik sa minimum na punto ay bumalik ang S1 sa N / C, paghila ng pin 2 hanggang 0 V at muling pag-trigger ng 555, simula ang susunod na pag-ikot ng pagpuno.

Bumuo ng Mga Patnubay at Mga Kinakailangan sa Kapangyarihan

Ang tamang mekanikal na konstruksiyon at isang matatag na 12V supply ay nagtutulungan upang maiwasan ang pagdikit ng mga float, maling pag-trigger, at relay chatter.

Haba ng Sensor at Pagmamarka ng Antas

Ang dalawang sensor ay naiiba lamang sa haba, batay sa kung saan dapat makita ang bawat antas.

• Minimum na antas ng sensor: sukatin mula sa tuktok ng tangke pababa sa antas ng outlet pipe (pump ON point).

• Maximum na antas ng sensor: sukatin mula sa tuktok ng tangke pababa hanggang sa buong antas ng tubig (pump OFF point).

Markahan ang parehong mga antas bago i-cut ang PVC upang ang bawat sensor ay tumutugma sa layout ng tangke.

Paghahanda ng Pipe ng Gabay sa PVC

Gumamit ng isang diameter ng PVC na nagpapahintulot sa float na gumalaw nang malaya nang hindi kuskusin. I-seal ang magkabilang dulo gamit ang mga takip ng PVC para sa katatagan at proteksyon.

• Mag-drill ng isang 5 mm na butas sa tuktok na takip upang gabayan ang aluminyo baras nang diretso pataas / pababa.

• Mag-drill ng butas sa ilalim na takip para sa pagpasok ng tubig upang ang antas ng tubig sa loob ng tubo ay tumutugma sa antas ng tangke.

Alisin ang mga magaspang na gilid at tiyakin ang pagkakahanay, ang anumang masikip na magkasya o hindi pagkakahanay ay maaaring maging sanhi ng pagdikit at hindi tumpak na paglipat.

Float at Rod Assembly (Switch Actuation)

Ayusin ang aluminyo rod sa float gamit ang malakas na epoxy upang hindi ito maluwag sa paglipas ng panahon. I-verify ang makinis na full-range na paglalakbay nang walang pagkiling o pagbubuklod.

Ayusin ang haba ng baras upang maisaaktibo nito ang switch ng dahon sa tamang punto na may kaunting puwersa—ang labis na presyon ay maaaring yumuko sa braso ng switch, maging sanhi ng hindi maaasahang pakikipag-ugnay, o permanenteng makapinsala sa switch.

Mga Kinakailangan sa Supply ng Kuryente ng 12V DC

• Step-down transpormer (mains AC sa mababang AC)

• Bridge rectifier (AC sa pulsating DC)

• Filter capacitor (smooths ripple, binabawasan ang maling pag-trigger / relay chatter)

• 7812 regulator (nagpapanatili ng pare-pareho ang 12V sa ilalim ng pagkakaiba-iba ng input / load)

Sa matatag na 12V, ang 555 output ay matatag, ang transistor drive ay pare-pareho, at ang relay ay nagpapalakas / naglalabas nang malinis nang walang kumikislap.

Mga Hakbang sa Kaligtasan at Proteksyon

Kapag nagtatrabaho gamit ang tubig at kuryente, ang kaligtasan ay kinakailangan. Kahit na ang isang mababang-boltahe control circuit ay maaaring maging mapanganib kung ang mga kable ay hindi maayos na insulated o kung ang mga koneksyon ng bomba na may mataas na boltahe ay nakalantad.

• Mag-install ng isang flyback diode sa buong relay coil upang sugpuin ang mga spike ng boltahe na nabuo kapag ang relay ay naka-OFF. Kung wala ang diode na ito, ang inductive kickback ay maaaring makapinsala sa transistor o maging sanhi ng hindi matatag na operasyon.

• Insulate ang lahat ng mga kable malapit sa tubig, lalo na ang mga lead ng sensor at mga koneksyon na pumapasok sa lugar ng tangke. Gumamit ng mga glandula ng hindi tinatagusan ng tubig na cable at heat-shrink tubing kung kinakailangan upang maiwasan ang pagpasok ng kahalumigmigan.

• Gumamit ng isang selyadong enclosure para sa electronics upang maprotektahan ang control circuit mula sa kahalumigmigan, pag-splash ng tubig, mga insekto, at alikabok. Ang isang di-metal, maaliwalas na enclosure ay ginusto para sa paglaban sa kaagnasan at paghihiwalay ng kuryente.

• Maayos na lupa ang motor ng bomba ayon sa mga pamantayan sa kaligtasan ng kuryente. Ang tamang grounding ay binabawasan ang panganib ng electric shock at pinoprotektahan laban sa pagkabigo ng pagkakabukod sa loob ng motor.

• Gumamit ng naaangkop na piyus o circuit breaker sa mains side ng supply ng bomba. Pinoprotektahan nito laban sa mga maikling circuit, labis na karga ng motor, o mga pagkakamali sa mga kable.

• Huwag kailanman hawakan ang circuit habang naka-power. Laging idiskonekta ang parehong 12V supply at ang supply ng mains pump bago i-service o ayusin ang system.

Ang mga pag-iingat na ito ay makabuluhang binabawasan ang mga panganib sa kuryente, pinipigilan ang pinsala sa bahagi, at nagpapabuti sa pangmatagalang pagiging maaasahan ng system.

Mga Pakinabang at Limitasyon ng Disenyo na Ito

Mga pakinabang

• Simple at murang konstruksiyon gamit ang mga karaniwang bahagi at tuwid na mga kable.

• Hindi nakasalalay sa kondaktibiti ng tubig, kaya ang pagganap ay nananatiling pare-pareho kahit na nagbabago ang kalidad ng tubig.

• I-clear ang mga antas ng kontrol ng ON at OFF gamit ang magkakahiwalay na minimum at maximum na sensor, na tumutulong na maiwasan ang madalas na paglipat.

• Minimal na elektronikong pagiging kumplikado, na ginagawang mas madali ang pag-troubleshoot at pag-aayos.

• Angkop para sa mga tangke ng overhead, kung saan mahalaga ang maaasahang awtomatikong pagpuno at pag-iwas sa pag-apaw ng tubig.

Mga limitasyon

• Ang mga bahagi ng mekanikal ay maaaring magsuot sa paglipas ng panahon, lalo na ang switch contact at paglipat ng baras / float assembly.

• Hindi angkop para sa mabigat na tubig na puno ng labi, dahil ang buildup ay maaaring hadlangan ang paggalaw ng float o maging sanhi ng pagdikit sa loob ng gabay na tubo.

• Nangangailangan ng maingat na pagkakahanay sa panahon ng pag-install, dahil ang maling pagkakahanay ay maaaring humantong sa hindi tumpak na mga antas ng paglipat o hindi pare-pareho ang operasyon.

Awtomatikong Water Level Controller Posibleng Pagpapabuti

Ang sistema ay maaaring mapahusay sa ilang mga praktikal na paraan upang mapabuti ang kakayahang makita, proteksyon, at pangmatagalang tibay. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga tampok sa pagsubaybay, pagpapalakas ng proteksyon ng kuryente, at pag-upgrade ng mga pangunahing bahagi, ang controller ay maaaring gumana nang mas ligtas at maaasahan sa loob ng pinalawig na panahon.

Mga Pagpapabuti sa Pagpapakita ng Katayuan

Ang indikasyon ng katayuan ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga tagapagpahiwatig ng LED upang malinaw na ipakita kung ang bomba ay ON o OFF. Ang mga hiwalay na LED ay maaari ring magamit upang ipahiwatig ang mababang antas at buong antas ng pagtuklas, na nagpapahintulot sa mabilis na visual na kumpirmasyon ng kasalukuyang kondisyon ng antas ng tubig. Bilang karagdagan, ang isang maliit na buzzer ay maaaring isama upang magbigay ng isang naririnig na alerto sa panahon ng mga sitwasyon ng pag-apaw o mga kondisyon ng pagkakamali. Ang mga pagpapahusay na ito ay nag-aalok ng agarang feedback at ginagawang mas madali ang pag-troubleshoot nang hindi binubuksan ang enclosure o gumagamit ng kagamitan sa pagsubok.

Mga Pagpapahusay sa Proteksyon

Ang proteksyon ay maaaring palakasin sa pamamagitan ng pagdaragdag ng proteksyon sa dry-run sa pamamagitan ng isang dagdag na sensor na naka-install sa tangke ng pinagmulan. Pinipigilan nito ang pag-andar ng bomba kapag walang sapat na suplay ng tubig. Ang isang maikling ON-delay o OFF-delay timing circuit ay maaari ring ipakilala upang maiwasan ang mabilis na pagbibisikleta na sanhi ng menor de edad na pagbabago sa antas ng tubig. Bukod dito, ang pag-install ng isang RC snubber sa mga contact ng pump relay ay tumutulong na mabawasan ang ingay ng kuryente, sugpuin ang mga spike ng boltahe, at i-minimize ang pagkasira ng contact. Sama-sama, ang mga pagpapabuti na ito ay pinoprotektahan ang bomba, pahabain ang buhay ng bahagi, at mapahusay ang pangkalahatang katatagan ng system.

Mga Pag-upgrade ng Tibay

Ang pangmatagalang tibay ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagpapalit ng mekanikal na relay sa isang solid-state relay (SSR), na nag-aalis ng contact arcing at mekanikal na pagkasira. Ang mga mekanikal na switch ng dahon ay maaaring ma-upgrade sa mga magnetic reed switch upang mabawasan ang pisikal na stress at mapabuti ang pagiging maaasahan ng paglipat. Sa mga kapaligiran na may mataas na nilalaman ng mineral o kinakaing unti-unti na tubig, ang mga baras na lumalaban sa kaagnasan o pinahiran na mga bahagi ay dapat gamitin upang maiwasan ang pagkasira. Ang mga pag-upgrade na ito ay makabuluhang nagdaragdag ng pagiging maaasahan, lalo na sa hinihingi o patuloy na paggamit ng mga pag-install.

Pagsubok, Pag-calibrate, at Pag-troubleshoot

Pagsubok at Pag-calibrate

Bago ikonekta ang bomba:

• Kapangyarihan ang circuit na may 12V DC at ikonekta ang relay nang walang pump load.

• Manu-manong patakbuhin ang S1 at S2 upang gayahin ang mababang antas at buong antas ng mga kondisyon.

• Kumpirmahin na ang relay ay nagbibigay ng lakas kapag ang output ay MATAAS at inilalabas kapag MABABA.

• Sukatin ang mga boltahe sa pin 2 at pin 4 upang mapatunayan ang tamang pag-trigger at pag-reset ng pag-uugali.

Pagkatapos ng pag-install:

• Suriin ang hindi bababa sa dalawang kumpletong pag-ikot ng pagpuno at pag-alis.

• Kumpirmahin na ang bomba ay nagsisimula sa minimum na antas.

• Kumpirmahin na ang bomba ay tumitigil sa maximum na antas.

Ang maingat na pagkakalibrate ng mga posisyon ng sensor ay pumipigil sa pag-apaw ng tubig, naantala na pagsisimula, o hindi matatag na paglipat.

Mga Karaniwang Sintomas at Sanhi ng Kasalanan

Awtomatikong Mga Application ng Controller ng Antas ng Tubig

Ang awtomatikong controller ng antas ng tubig na ito ay angkop para sa mga system na nangangailangan ng maaasahang pagpuno ng tangke na may nakapirming mga antas ng ON at OFF, kabilang ang:

• Mga tangke ng overhead ng tirahan para sa awtomatikong pagpuno at pag-iwas sa pag-apaw

• Mga sistema ng imbakan ng agrikultura tulad ng maliliit na reservoir ng tubig o mga tangke ng paghawak ng irigasyon

• Maliit na komersyal na gusali kung saan kinakailangan ang pare-pareho na pagkakaroon ng tubig na may kaunting pangangasiwa

• Mga sistema ng pag-aani ng tubig ulan upang pamahalaan ang nakolektang imbakan ng tubig at paglilipat sa pagitan ng mga tangke

Konklusyon

Ang awtomatikong water level controller na ito ay nagbibigay ng maaasahang two-point control gamit ang mechanical sensing at electronic latching. Sa wastong konstruksiyon, kinokontrol na kapangyarihan, at mga hakbang sa kaligtasan, naghahatid ito ng matatag na operasyon ng bomba habang binabawasan ang panganib ng pag-apaw at manu-manong pagsubaybay. Bagaman simple ang disenyo, nag-aalok ito ng praktikal na pagganap para sa mga tangke at mga sistema ng imbakan, at maaaring higit pang mapahusay sa mga pag-upgrade ng proteksyon, indikasyon, at tibay.

Mga Madalas Itanong [FAQ]

Paano ko mapipigilan ang relay chatter sa isang 555-water level controller circuit?

Ang pag-uusap ng relay ay karaniwang nangyayari dahil sa hindi matatag na boltahe ng suplay ng kuryente o ingay ng kuryente mula sa motor ng bomba. Upang maiwasan ito, gumamit ng isang maayos na kinokontrol na 12V supply na may sapat na mga capacitor ng pag-filter, mag-install ng isang flyback diode sa buong relay coil, at panatilihing hiwalay ang mga kable ng kontrol mula sa mga kable ng bomba na may mataas na boltahe. Ang matatag na boltahe ng supply at pagsugpo sa ingay ay nagsisiguro ng malinis na paglipat.

Maaari bang gumana ang awtomatikong water level controller na ito sa mga submersible pump?

Oo, ang controller ay maaaring magpatakbo ng isang submersible pump hangga't ang mga contact ng relay ay na-rate para sa boltahe at kasalukuyang ng bomba. Para sa mga bomba na may mas mataas na kapangyarihan, gamitin ang relay upang humimok ng isang contactor sa halip na ikonekta ang bomba nang direkta. Pinoprotektahan nito ang control circuit at nagpapabuti sa pangmatagalang pagiging maaasahan.

Ano ang perpektong distansya sa pagitan ng minimum at maximum na mga sensor ng antas ng tubig?

Ang distansya ay nakasalalay sa laki ng tangke at rate ng paggamit ng tubig, ngunit dapat itong sapat na malaki upang maiwasan ang madalas na pagbibisikleta ng bomba. Ang isang mas malawak na puwang ay binabawasan ang pagkasira sa bomba at relay sa pamamagitan ng pagtaas ng oras ng pagtakbo sa bawat pag-ikot. Sa mga maliliit na tangke ng tirahan, ang spacing ay karaniwang nakatakda upang payagan ang ilang minuto ng operasyon ng bomba sa bawat cycle ng pagpuno.

Gaano katagal ang isang mekanikal na float-based water level controller?

Sa wastong pag-install at pana-panahong paglilinis, ang mga elektronikong sangkap ay maaaring tumagal ng maraming taon. Ang mga mekanikal na bahagi tulad ng mga float at leaf switch ay maaaring mangailangan ng inspeksyon sa paglipas ng panahon, lalo na sa mga tangke na may mga deposito ng mineral. Ang pagpapalit ng mga pagod na switch nang maaga ay tumutulong na mapanatili ang pare-pareho na katumpakan ng paglipat.

Maaari ba akong magdagdag ng proteksyon sa dry-run sa 555 water level controller na ito?

Oo, ang proteksyon ng dry-run ay maaaring idagdag gamit ang isang karagdagang sensor sa pinagmulan ng tangke o sump. Ang dagdag na sensor na ito ay maaaring huwag paganahin ang signal ng trigger o makagambala sa relay drive kung ang antas ng pinagmulan ng tubig ay masyadong mababa. Ang pagdaragdag ng tampok na ito ay pinoprotektahan ang bomba mula sa sobrang pag-init at makabuluhang pinalawak ang habang-buhay nito.