ТЕМА: ТЗ автоматическое управление насосом давления с защитой от сухого хода

Доброго всем времени суток. Прошу помощи в создании прошивки для управления насосом давления воды.
Прошивку для дешевого МК таких как PIC12F675 или ATTiny13A.
Задачи блока управления насосом.
1) Поддержание давления воды в системе водопровода.
2) Защита от сухого хода ( отключение насоса во время отсутствия воды в системе)
3) Кнопка "принудительная остановка" насоса имеющая приоритет не зависимо от показаний датчиков.
4) Кнопка "Принудительный пуск" (необходима после аварийной остановки либо для запуска системы после принудительной остановки)

И так все по порядку:
1)
Система запуска насоса (нижний порог давления воды)
Планируется использовать обычное самое дешевое механическое реле включения насоса
такое как этот



Его задачей служит лишь запустить двигатель насоса при достижении нижнего порога заданного давления воды в системе. Предполагается наличие нормально разомкнутых контактов которые при достижении нижнего порога будут переходить в замкнутое состояние.
2)
Система отключения двигателя насоса при достижении верхнего порога давления в системе а так же защита от сухого хода двигателя во время отсутствия воды в системе водопровода
Система отключения двигателя насоса планируется выполнить своими руками что удешевляет его стоимость и повышает надежность системы (что уже было проверено на своем личном опыте путем пробных испытаний)
Система отключения представляет собой две пластиковые трубы (диаметр каждый выбирает под свои нужды и возможности) расположенные в вертикальном положении и запаралелены между собой.
На картинке трубки показаны голубым цветом.



В одной из трубок будет находится стеклянная капсула (колба) внутри которой расположен неодимовый магнит. Я использовал в качестве капсулы флакон от духов пробников. Положив туда неодимовый магнит и закрыв капсулу начал эксперементировать в тазике с водой. Цель эксперимента заключается в том, что бы добиться максимально медленного погружения капсулы под воду на дно. Капсула даже с магнитом остается на плаву и не тонет, необходимо положить туда столько магнитиков что бы капсула МЕДЛЕННО тонула. Я положил 4-ре плоских кругленьких неодимовых магнитов и добавил чуть чуть песка. В общем необходимо добиться самое медленное погружение
под воду, но обязательно что бы капсула уходила на дно, так как в нижней части трубки, где будет находится капсула будет установлен нормально разомкнутый геркон. Тем самым мы добиваемся сразу две задачи:
а) Защита от сухого хода ( в отсутствии воды в системе ) так как без воды капсула будет находится постоянно внизу и магниты капсулы повлияют на геркон переведя его в замкнутое состояние.
б) Отключение насоса при достижении максимального давления. После достижения нижнего порога давления, механическое реле запустит двигатель и пойдет процесс нагнетания давления и заполнения ресивера водой и все это время колба с магнитами будет находится в верхнем положении в удалении от геркона. Как только система будет заполнена (включая ресивер) и все краны потребители будут закрыты движение воды в трубке прекратится и капсула с магнитами опустится к низу и отключит (с помощью геркона) двигатель насоса.



ПРИ ЭТОМ ПРИОРИТЕТ ДАТЧИКА ОТКЛЮЧЕНИЯ ДОЛЖЕН БЫТЬ ВЫШЕ ЧЕМ У ДАТЧИКА ВКЛЮЧЕНИЯ

Чем хороша именно эта система отключения двигателя и защита от сухого хода ?
1) В том, что во время отсутствия в системе воды капсула с магнитами однозначно будет находится в нижнем положении, что вызовет отключение двигателя.
2) В том, что у всех разные двигатели и насосы к ним имеющие разную мощность и данная система отключения сама определяет максимальную возможную мощность насоса и отключит двигатель при достижении максимального верхнего значения давления.

У меня установлен китайский насос внутри которого имеются 5 крыльчаток на одном валу. Когда все крыльчатки исправны и чисты насос набирает рабочее давление 6 атмосфер, но если сломается хоть одна из них давление до 6ти атмосфер не доходит и данная система без всяких корректировок отключит насос на возможном для насоса пределе давления, так как при отсутствии протока воды капсула с магнитами опустится к геркону.

Саму систему я уже собрал и попробовал в деле, работает отлично без нареканий, но у меня нет микроконтроллерного управления к нему и использую в управлении микросхему CD4013BE.

Но хотелось бы использовать МК с функциями описанными в начале.

Подробнее о прошивке.
На один выход с МК будет подаваться сигнал запуска двигателя с механического реле(допустим GND)
На второй выход МК подавать сигнал отключения двигается с геркона ( и так же GND) при этом данный сигнал должен иметь преимущество над сигналом включения двигателя, что означает, что если даже механическое реле подает сигнал на включение двигателя то при включенном герконе двигатель насоса будет отключен НО ! на данный приоритет должна быть задержка в 5 секунд. Для чего нужна задержка в 5 секунд ?
При выключенном состоянии двигателя насоса и набранном давлении геркон однозначно будет в замкнутом состоянии и при нижнем пороге давления (и при постоянном приоритете выключенного состояния) геркон просто не даст включится насосу.
Третий выход МК - кнопка принудительного отключения системы ( отключит систему до тех пор пока не будет нажата кнопка принудительно запуска двигателя.
Четвертый выход МК - кнопка принудительно запуска двигателя насоса ( запустит систему либо после аварийной остановки в момент отсутствия воды в системе, либо после принудительной остановки двигателя насоса, при этом после нажатия данной кнопки система должна работать в штатном режиме.
Пятый выход с МК - выход на управление реле, для запуска двигателя насоса.

В общем если можно напишите прошивку на маленькую МК с 8 ногами PPIC12F675 или ATTiny13A
у которой следующий функционал:
При подаче сигнала на запуск двигателя, запуск реле осуществляется на 5 секунд и если по истечении 5 секунд геркон не будет разомкнут то система уйдет в аварийный режим. Если в течении 5ти секунд геркон разомкнется то система будет работать пока геркон при набранном давлении опять не замкнется. Так же добавить две кнопки - "принудительное включение" и "принудительное отключение" для использования при поливе или длительном использовании воды не требующего хорошего давления.

Прошивку написал для ATTINY13.
Состояние датчика расхода - лог.1 протока нет.
Состояние датчика давления - лог.0 давления нет.
Так сконфигурировано в целях безопасной эксплуатации насоса. Но если нужно по-другому - пишите.

Кнопка ON работает по короткому и длительному нажатию.
Короткое - из любого состояния переводит в автоматический режим работы.
Длительное (> 2 сек) - принудительный пуск, датчики игнорируются. Выйти из этого режима можно кнопкой OFF или коротким нажатием на ON.

В остальном все по ТЗ.

Еще подумайте на включением/выключением насоса. Должен быть гистерезис по давлению, но раз датчик давления дискретный, тогда возможно следует установить таймеры.

Доброго всем времени суток.
Уважаемый SOIR большое Вам спасибо, что вы откликнулись и оказываете помощь.
Посмотрел написанную Вами прошивку и хотелось бы пояснить что я для себя понял:
Кнопка "FLOW" - это датчик при смыкании контактов которого будет выключаться помпа (при достижении верхнего порога давления воды в системе).
Кнопка "PRESS" - это датчик при смыкании контактов которого будет включаться помпа (при достижении нижнего порога давления воды).
Кнопка "ON" - это при длительном нажатии принудительно запускает помпу независимо от датчиков и при кратковременном нажатии возвращает в нормальный режим работы системы.
Кнопка "OFF" - это выключает помпу независимо от датчиков системы.

Если я правильно понял, то два последних пункта "ON" и "OFF" в Протеусе работают как положено.
Кнопка "PRESS" включает помпу только при замкнутом положении этого датчика и работает просто как выключатель, при этом датчик "FLOW" ни как не реагирует на выключение помпы при замкнутых контактах "PRESS".

Уважаемый SOIR не могли ли бы Вы поправить прошивку с таким функционалом:
1) Даже при разовом (единовременном) смыкании контактов "PRESS" помпа будет включаться и находится во включенном состоянии до тех пор пока не будут сомкнуты контакты кнопки "FLOW" НО так как контакты "FLOW" однозначно будут находится в момент запуска в замкнутом состоянии должен быть своего рода задержка на 5 секунд работающая по принципу:

Независимо от положения датчика "FLOW" при разовом (кратковременном) смыкании контактов "PRESS" запускается помпа насоса и находится во включенном состоянии в течении 5 секунд.

Если по истечении 5 секунд контакты датчика "FLOW" не будут разомкнуты (что будет означать что в системе воды нет) то помпа будет остановлена и переведена в аварийный режим т.е. выключена автоматическая система.

Если по истечении 5 секунд контакты датчика "FLOW" БУДУТ разомкнуты (что говорит о том, что вода есть и давление набирается) то помпа будет работать до тех пор пока не замкнутся контакты датчика "FLOW" (а замкнутся они когда будет достигнуто максимальное давление.

По кнопкам "ON" и "OFF" оставить все как есть .

Еще раз спасибо, что отозвались помочь !

По состоянию контактов датчиков я уже писал - выбрал такой вариант в целях безопасности эксплуатации насоса.

Обычно руководствуются двумя аспектами.
1. Что хуже/лучше при отказе датчика: насос работает или насос останавливается?
2. Какая наибольшая вероятность отказа датчика: замыкание или обрыв?

Поэтому еще раз переспрошу, какие приоритеты? Полив любой ценой или защита насоса?

Приоритет конечно же защита насоса, но алгоритм работы должен быть именно таким. Обрыв проводов с геркона (отключение помпы) маловероятен, залипание геркона так же мало вероятно в связи с малой нагрузкой на геркон и даже если геркон не разомкнется то уже как раз таки микроконтроллер по истечении 5 секунд если геркон не разомкнется то должен выключить помпу (аварийный режим)как и в варианте с отсутствием воды. Я считаю что выше описанный мной вариант прошивки как раз таки обеспечивает максимальную защиту всей системы насоса от сухого хода и внештатных ситуаций.

А как Вы считаете какие могут быть варианты которые могут повлечь постоянную работу насоса (в случае поломки) ?

Ведь за отключение помпы отвечает только геркон. Вывести работу из строя и повлиять на постоянную работу помпы может только лишь выход из строя геркона (обрыв проводов к геркону и его работоспособность), что маловероятно. А в случае его залипания программно должно произойти отключение (через 5 секунд после запуска помпы если не разомкнется геркон то помпа отключается до физического нажатия на кнопку "ON"


Дополнил:

В Протеусе вместо выключателя "PRESS" поставьте кнопку такую же как и на кнопке "ON" так будет удобнее проверять систему в работе. А на "FLOW" оставьте выключатель, так как в работе при набранном давлении геркон находится в замкнутом состоянии до тех пор пока не начнется набор давления в системе. Получается что при старте помпы геркон находится в замкнутом состоянии (выключение помпы) и при срабатывании датчика "PRESS" (при нижнем пороге давления) помпа включается на 5 секунд и только если через 5 секунд геркон не разомкнется только тогда выключит помпу и уйдет в аварийный режим. А если в течении 5 секунд геркон разомкнется то это будет говорить о том, что набор воды идет и помпа будет работать до последующего срабатывания (замыкания) геркона.

Siris пише: Я уже описывал принципы подхода.
Siris пише: Все маловероятно. Но что-то чуть вероятнее все-таки? Тут нужно рассматривать каждый компонент системы в отдельности.
Геркон можно считать самым надежным элементом этой системы. Из личного опыта (небогатого в этой сфере): с тем, что контакты не замыкаются - сталкивался, с тем, что залипают - нет.
Соединительные провода. Их всегда нужно рассматривать, как наиболее вероятен обрыв, а не замыкание.
Разъемы - тоже обрыв.
Сам датчик. В конструкцию особо не вникал, тут Вам виднее, что с ним может произойти - перекосить и заклинить, утонуть, всплыть, размагнититься...
По совокупности всех этих параметров и следует принимать решение.

Должен заметить, что в промышленных системах безопасности безаварийным состоянием считается замкнутая цепь. Аварией - разомкнутая. Так "по умолчанию". В отдельных случаях наоборот, исходя из выше изложенных соображений...

Если я Вас правильно понял, то Ваше предложение отличается от моего лишь только тем, что будет использован «нормально замкнутый» геркон ?
Я не знаю на сколько они распространены и доступны ли они в свободной продаже, а так по большому счету это не принципиально какой нормально замкнутый или разомкнутый будет использоваться геркон, главное сохранить суть работы микроконтроллера.

Дополнил:

Выходит, что при разомкнутом состоянии геркона помпа будет останавливаться. А в нормально замкнутом происходит набор давления.

В принципе можно и так, но думаю «PRESS» нужно будет оставить как есть, так как основная часть реле давления при срабатывании переходят в замкнутое состояние.

Siris пише: Да, речь об этом. И о датчике давления, и о датчике протока.
Siris пише: Но ведь у Вас самодельная конструкция. Вопрос в том, где будет установлен магнит.

Как бы ни было, это лишь мои рекомендации. Конечно, на практике что есть, то есть. Поэтому сформулируйте еще раз окончательный вариант логики работы, чтобы завершить эти рассуждения.

Добрый день!
Окончательный вариант:
1) Датчик протока - нормально замкнутый геркон
2) Датчик давления - нормально разомкнутый
3) Кнопка "ON"
4) Кнопка "OFF"

Логика работы:

Насос набрал необходимое давление и находится в выключенном состоянии.
Датчик протока (нормально замкнутый геркон) находится в разомкнутом состоянии.

После потребления воды давление в системе падает и при достижении нижнего порога давления замыкаются контакты датчика давления (при этом геркон находится в разомкнутом состоянии), если в течении 5 секунд геркон не замкнется то система отключает помпу и переходит в режим аварии.
Если в течении 5 секунд геркон замкнется (будет говорить о том, что идет набор давления) то помпа будет работать до следующего размыкания (говорит о том, что набрано давление)
Запуск помпы осуществляется путем замыкания контактов датчика давления и дальнейшее положение контактов датчика давления не имеет значение (замкнуты или разомкнуты)

Кнопки "ON" и "OFF" остаются в первоначальном виде как в посту №2

Изменения в алгоритм внес, проверьте все с самого начала.

Добрый день.
Проверил и в итоге:
1) Не работает "FLOW" в любом положении ни на что не реагирует.
2) При срабатывании "PRESS" помпа запускается но не уходит в аварийный режим если в течении 5 секунд нет сигнала от "FLOW"

В симуляторе все работает. Вы уже в железе проверяли?

Прошу прощения. Да проверял в железе но совсем забыл, что геркон в новом варианте "нормально замкнутый" от того и не получилось.
И еще после первого цикла (запуска помпы и выключения в штатном режиме) помпа отключается и уходит в защиту. Только после кратковременного нажатия кнопки "ON" можно обратно запустить помпу

Опишите отдельно, что такое "штатный режим", а что такое "аварийный режим".

Штатный режим - при снижении давления в системе до нижнего порога (допустим 2 атмосферы) должен сработать датчик нижнего порога (нормально разомкнутые контакты) замкнув контакты помпа запускается и работает до тех пор пока не сработает датчик высокого давления (верхний порог давления допустим 5 атмосфер) в нашем случае это нормально замкнутый геркон который при достижении верхнего уровня давления разомкнется и отключит помпу. И так происходит циклично.

Аварийный режим - в случае отсутствия воды в системе из-за отсутствия протока поплавок с магнитом не поднимется вверх и контакты геркона не разомкнутся в течении 5 секунд, в этом случае система уходит в аварийный режим и больше не запускает помпу пока не будет в ручную нажата кнопка "ON"

В Вашей последней прошивке все в принципе работает так как нужно за исключением цикличности. После отключения помпы данными "FLOW" помпа в дальнейшем не запускается от датчика "PRESS"

Сделайте пожалуйста что бы работало циклично, а не разово. Остальное работает отлично !


Дополнил:

Магнит который влияет на геркон находится в вертикальной колбе которая при отсутствии протока воды тонет на дно и доходит до геркона расположенный в нижней части. Отсюда если либо нет воды, либо набрано нужное давление поплавок с магнитом опускается на дно и влияет на геркон. В момент набора воды в систему поплавок с магнитом поднимается в верхнюю часть колбы.

Siris пише: Не понял. У Вас два датчика давления? Один на 2 атм, второй на 5?

Совершенно верно.

Один датчик на включение, обычный датчик давления (механический, нормально разомкнутый) который осуществляет только запуск помпы , точнее от него нужен сигнал на запуск. Но так как такой датчик не защищает от сухого хода и без давления в системе не размыкает контакты запуска приходится использовать ь второй датчик;

Второй датчик на нормально замкнутом герконе, отвечающий за выключение при набраном максимальном давлении либо при отсутствии воды в системе.

Что-то перестаю понимать вообще. Вы можете перечислить все датчики? Сколько их? На схеме всего два: датчик давления и датчик протока.

Да в схеме два датчика.
Датчик давления и датчик протока. Но датчик протока он же и датчик высокого давления.

Приницип работы датчика протока и остановки двигателя заключается в том, что в момент когда в системе набрано максимальное давление (больше которого уже насос физически не сможет дать) то в этот момент поплавок с магнитами опустится на дно своей колбы где установлен геркон.

Этот датчик протока выполняет две функции.
Остановка двигателя при набраном давлении и остановка двигателя при отсутствии воды в системе, так как в обоих случаях поплавок с магнитами опускается к геркону.

Siris пише: Датчик протока не может быть одновременно и датчиком давления. По определению. Поэтому давайте придерживаться одной терминологии: есть датчик давления, который срабатывает при определенном давлении и есть датчик протока, который срабатывает при наличии расхода воды. Так?
Если так, то исходя из этого и распишите чем отличается "штатный" режим от "аварийного". В каком состоянии в каждом режиме находится каждый из датчиков, какая последовательности их срабатывания и т.п., то есть, каким образом МК должен понимать, что произошла авария или просто цикл.

Хорошо тогда выражусь немного по другому. Термин датчик протока вообще исключим из этого проекта.
Есть два датчика:
1) Датчик низкого давления (механический датчик давления - нормально разомкнутый)
2) Датчик высокого давления (нормально замкнутый геркон)

Если датчик низкого давления - это обычный механический датчик давления то тут объяснять я думаю не стоит, а вот о датчике высокого давления по подробнее:

Датчик высокого давления состоит из пластиковой водопроводной трубы внутри которой находится пустотелая герметичная колба с магнитами.
Эта колба «почти» плавает на воде но все же тонет и при малейшем потоке воды поднимается вверх из воды, тем самым при прохождении воды в трубе эта колба поднимается вверх по течению воды уходя от геркона расположенного в нижней части.

Теперь о состояниях датчиков в режимах:

Штатный режим:
В системе набрано нужное давление и помпа отключена.
Датчик низкого давления находится в разомкнутом состоянии (так как достигнуто максимальное давление в системе)
Датчик высокого давления нормально замкнутый «геркон» находится в разомкнутом состоянии, так как помпа находится в отключённом состоянии и из вне в систему не поступает вода, колба с магнитами опущена в нижнее положение.
- Потребитель использует воду, вода с начала расходуется с ресивера, но по достижении нижнего порога давления срабатывает механическое реле замыкая контакты (при этом при старте геркон из-за находящегося рядом магнита находится в разомкнутом состоянии).
После срабатывания механического реле «датчика низкого давления» помпа запускается и идёт набор воды, магнит от геркона уходит вверх и геркон замыкается. Вода наполняет систему и ресивер водой. Если потребитель ещё использует воду то магнит так же находится в верхнем положении и геркон в замкнутом состоянии. Потребитель закрыл кран, вода продолжает набираться в ресивер, магнит так же в верхнем положении и геркон замкнут. Вода набралась в рессивер до максимально возможного давления (больше которого не способен физически поднять помпа) и тут течение воды прекращается, вода в трубе после помпы останавливается и капсула с магнитом «тонет» переходит в нижнее положение к геркону и тут геркон размыкается, далее остановка помпы. Вот и весь цикл работы который повторяется по мере потребления воды.


Аварийный режим - это режим остановки всех циклов до тех пор пока физически не будет нажата кнопка «ON» . Причиной аварийного режима может быть только отсутствие воды в системе.

Как МК должен понять, что наступил аварийный режим?

В штатном режиме как выше описано в выключенном состоянии при набранном давлении нормально замкнутый геркон находится в разомкнутом состоянии. При достижении нижнего уровня замыкаются контакты механического датчика низкого давления И ТУТ если в течении 5 секунд магнит не уйдёт в верх то контакты геркона не сомкнутся, а магнит не уйдёт только в том случае если в системе не будет воды.

В последней прошивке как раз таки все и происходит правильно , только в ней после размыкания геркона помпа останавливается и уходит в аварийный режим, хотя при повторном замыкании контактов датчика низкого давления все должно повторится.

Siris пише: Назовите его хоть датчиком температуры, если хотите запутыванием окончательно похоронить проект. Но он все равно будет реагировать только на наличие расхода.

Дальше, про запутывания.
Есть два датчика, если Вы против присвоения им названий, согласно измеряемым параметрам, тогда назовите их датчик 1 и датчик 2.
Исключите из описания разные названия одного и того же датчика. Названия датчиков должны быть точно такими, как на схеме. Скажите, я переименую в проекта.
Исключите из описания кто где плавает, какая колба где опущена и т.д. и т.п. Все это я даже читать не пытаюсь, не то чтобы вникать.
Описание должно быть лаконичным и оперировать только одними терминами.
Пример: Когда замыкаются контакты датчика PRESS на выходе PUMP появляется логическая единица. Если через 5 сек не замкнутся контакты датчика FLOW, то на выходе PUMP устанавливается логический ноль, система переходит в аварийный режим.
Это пример, я не описывал логику по ТЗ. Еще один такого же рода абзац про штатный режим. И все, больше мне ничего не нужно.
Обратите внимание, в примере я нигде не упомянул ни про воду, ни про магниты, ни про герконы... Есть только контакты датчиков.

Вас понял.
Когда замыкаются контакты датчика PRESS на выходе PUMP появляется логическая единица. Если через 5 сек не замкнутся контакты датчика FLOW, то на выходе PUMP устанавливается логический ноль, система переходит в аварийный режим.

Когда замыкаются контакты датчика PRESS на выходе PUMP появляется логическая единица. Если через 5 сек контакты FLOW замкнутся, то на выходе PUMP будет логическая единица до тех пор пока не разомкнутся контакты FLOW. Штатный режим.

То есть, если через 5 сек контакты FLOW не замкнулись - аварийный режим.
Если через 5 сек контакты FLOW замкнулись - штатный режим. Так? В штатном режиме при размыкании контактов FLOW на выходе PUMP появляется логический ноль. Это не приведет к мгновенному замыканию контактов PRESS и повторному запуску цикла?

Soir пише:
Так точно.

А повторный режим не запустится так как к тому моменту контакты PRESS будут разомкнуты.