Хэмфри Поттер и управление насосом

Английский кузнец Томас Ньюкомен в 1705 году построил пароатмосферную машину, которая использовалась для откачки воды в шахтах. Мальчик Хэмфри Поттер в 1760 г. устроился на шахту учеником оператора такого насоса. Для осуществления рабочего цикла машины он должен был открывать клапан подачи пара в нижнем положении поршня, а водяной — при его полном поднятии, в то время как его сверстники гоняли футбол. Х. Поттер был не волшебник, а только ученик, но придумал, как избавить себя от монотонной работы, Он связал ручки кранов и шток с помощью веревочки и палочки, получился кулисный механизм. Теперь кранами управлял сам поршень.

Поздние последователи Х. Поттера поставили ещё одну цель – освободить себя от бремени сидеть возле насоса и включать либо выключать его, когда бак (яма) уже опорожнён и его можно снова наполнять, или, наоборот, наполнен, что грозит переливом. Или для предотвращения работы насоса «всухую», или же во избежание недостаточной погружённости, скажем, нагревательных элементов.

Для этого придумали использовать токопроводящие свойства жидкостей. В самом простом варианте — вода замыкает/размыкает два электрода и двигатель включается/выключается. Если такой кондуктометрический (измеряющий сопротивление) датчик срабатывает у дна – насос закачивает воду извне, если у поверхности – выкачивает наружу. Если электродов установить три или больше – у дна, у поверхности и посередине — можно на разных уровнях жидкости получать команды на вкл/выкл нескольких приводов: насосов, клапанов, дозаторов (для добавления другой жидкости при смешивании), нагревателей и пр., или режимов их работы.

Для этого разработали устройства, (реле, сигнализаторы, приборы), преобразующие опорный сигнал датчика уровня в непосредственно управляющий приводами.

В ассортименте МПО Электромонтаж такие аппараты есть.

Например, устройство управления погружным насосом САУ-М2 (№А5901 по прайс-листу), изготовленное на московском ПО «ОВЕН». Прибор предназначен для создания систем автоматического заполнения или опорожнения резервуара до заданного уровня, или осушения, а также для защиты насоса от «сухого» хода.

Ко входам САУ М2 подключаются кондуктометрические датчики уровня жидкости — в заполняемом резервуаре и в предназначенном для её отбора. Эти датчики – трёхэлектродные ДУ3 (А59) (А5919—21) и четырёхэлектродные ДУ4 (А59) (для бака с диэлектрическими стенками — А5923—25), сделанные из нержавеющей проволоки, устанавливаются в резервуарах (скважинах) глубиной до 0,5 м, 1 м, 1,95 м, Электроды датчиков укорачиваются до тех уровней, которые являются контрольными (их два или три). Специально для резервуаров с металлическими стенками предназначены одноэлектродные, похожие на автомобильные свечи, датчики ДС1 и ДС2 с фторопластовой гильзой (А5930, А9531) и ДК с керамической (А5932).

Прибор может работать с различными по электропроводности средами: водой водопроводной или загрязненной, пищевыми и прочими слабо-кислыми и щелочными жидкостями. Чувствительность САУ-М2 задаётся вручную путём изменения величины опорных сигналов на датчиках в зависимости от электропроводности. Есть светодиодная индикация достижения уровней.

Напряжение питания 220 В, 50 гц. Аппарат настенный, габариты 130х105х65 мм.

Аналогичный по размерам сигнализатор уровня жидкости трёхканальный ОВЕН САУ-М6 (А5902) предназначен для автоматизации технологических процессов, связанных с регулированием уровня различных электропроводящих жидкостей и защиты насоса от работы «всухую».

Три сигнальных электрода датчика ДУ4 расположены в резервуаре на заданных уровнях (четвёртый — «общий») и подключаются каждый к одному из трёх независимых каналов. В состав канала входят четырёхступенчатый переключатель чувствительности (электропроводности), схемы приёма и измерения сигнала от кондуктометрического датчика, фиксации достижения заданных уровней, формирования управляющих сигналов и, наконец, реле для коммутации трёх внешних приводов. Благодаря питанию датчиков переменным напряжением электроды защищены от осаждения солей.

Импортные приборы в ассортименте МПО Электромонтаж – малогабаритны: (22,5х78х80 мм), но главное их отличие — возможность предустановки выдержки 0,1—10 сек, т.е. времени, в течение которого реле не будет реагировать на кратковременное достижение заданных уровней (всплеск, перебой в водопроводе, качание бака).

Реле RM4LA32M (А5950) от «Schneider Electric» работает с использованием резистивных (кондуктометрических) зондов или дискретного датчика и обеспечивает контроль на наполнение или слив, поддержание одного или двух уровней токопроводящей жидкости, защищает насосы от работы «всухую». Две группы выходных переключающих контактов срабатывают в любом случае: если резервуар пустеет или, наоборот, наполняется.

Нужная функция реле и уровень чувствительности выбираются переключателями. Номинальное напряжение 24—240 В.

Компания АВВ представлена двумя аналогичными приборами (А5961, А5962) с одним переключающим контактом. Они поставляются под заказ.

Однако остановимся на ещё одном изделии ОВЕН. Эта компания, основанная в 1991 году, ныне — один из лидеров в производстве отечественных контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации технологических процессов. Она, по большому счёту, обеспечивает оптимальное использование рабочего времени и воспроизводство свободного, часть которого можно использовать на разработку новых КИПиА.

Таких, например, как сигнализатор уровня жидких и сыпучих сред САУ-М7Е (выпускается в настенном (А5903) 105х130х65 мм и щитовом (А5904) 96х96х70 мм вариантах. Питание схемы — 12 В постоянного тока от встроенного блока).

Настройки и управление прибором почти такие же, как у уже описанных. К входам подключаются три датчика, о срабатывании которых, на каждом уровне, сообщает светодиодная индикация, а на предельном подаётся аварийный сигнал.

Предназначение САУ-М7Е — контроль и поддержание трёх заданных уровней в различного рода резервуарах, в том числе, отметим, в отопительных котлах, водонапорных башнях, печах, зернохранилищах и т.п.

Очевидно, что в таких особых условиях, и при работе не с проводящими жидкостями, но с суспензиями и эмульсиями, а также сухими сыпучими и порошкообразными веществами, кондуктометрический метод неработоспособен.

В таких случаях могут быть использованы различные механические датчики – нажимные, поршневые, поплавковые и т.д. Однако более эффективны датчики ёмкостные, индуктивные, оптические – с выходными транзисторными ключами.

При появлении в активной области датчика вещества, то есть достижении контролируемого уровня среды, происходит изменение входных параметров датчика. Оно преобразуется в скачкообразное изменение проводимости ключа, посредством которого задействуются два встроенных электромагнитных реле, управляющих приводами технологического оборудования.

Это позволяет контролировать уровень жидких и сыпучих продуктов без прямого контакта с ними, через диэлектрическую стенку, что особенно важно при работе с сильно нагретыми или агрессивными веществами. Прибор предельно сокращает участие человека в рутинном процессе: оператор только задаёт алгоритм работы – заполнение доверху, опрожнение до дна, или сохранение уровня посередине. Впрочем, команду непосредственно на электропривод он может подать с помощью кнопок на лицевой панели.

Словом, мечта Х. Поттера. Неосуществлённая. Тогда, в 18 веке, увидев Хэмфри, переставшего быть «узником Ньюкомена», среди играющих в футбол около шахты мальчишек, какой-то менеджер (имя его не сохранилось) кинулся к насосу… Поттеру-отцу выплатили бонус, а самого новатора, как функционально избыточное звено, уволили.

А ведь никто до Хэмфри в течение 55 лет не додумался до этого первого в истории устройства автоматизации технологического процесса! Да и сам родоначальник промышленной автоматики не понял значения ни своей придумки, ни свалившегося на него богатства – свободного времени и, видимо, не сумел им правильно распорядиться. Во всяком случае, ни среди изобретателей, ни в списке членов созданной лет через двадцать после того первой английской футбольной лиги имя Х. Поттера не значится.

Всё-таки, таланты, как и свободное время, надо ценить. Не меньше чем насосы.