Автоматический топливный фильтр

Состав системы
Как работает
Кнопки управления
Индикация LCD
Подключение
Что нужно для проекта
Возможные проблемы
Скетч

На этой странице вы узнаете, как подключить автоматический топливный фильтр к Arduino.

Топливный фильтр Bollfilter Type 6.62. построен по принципу револьвера, где в пазах барабана установлены фильтрующие элементы (свечи), всего 4 штуки. Две свечи находятся в работе, одна чистая в резерве, четвертая в секции промывки. По прошествии заданного интервала времени барабан проворачивается (положение барабана контролируется конечником), резервная свеча вступает в работу, а "грязная" очищается сжатым воздухом. На фильтре установлен дифференциальный датчик давления, при активации которого инициируется процесс самоочистки. Этот же датчик включает сигнализацию при засорении фильтра. Подробное описание механизма изложено в инструкции.

Автоматический топливный фильтр

Что может данная система управления. Осуществлять процесс самоочистки (разворот барабана с контролем положения, обратная продувка воздухом), самоочистка инициируется через заданные промежутки времени или по дифференциалу давления. Выдавать сигнализацию при загрязнении фильтра и заклинивании барабана. Выводить на LCD-дисплей информацию о всех событиях. Система позволяет настраивать все необходимые параметры и записывать их в память Arduino.

СОСТАВ СИСТЕМЫ

PLC Arduino UNO с шилдом Sensor Shield v 5.0 (питание 7-12 В постоянного тока), LCD-дисплей с шиной I2C, DC-DC конвертер для питания реле и дисплея, 2 реле управления барабаном (электромагнитными клапанами) и 2 реле сигнализации, кнопочный пост с 5-ю кнопками и 3 клеммницы для подключения конечника барабана и датчика дифференциального давления (на 75% и 100%). Конечник, датчик и воздушные клапана используются штатные, установленные на фильтре.

При подаче питания автоматика прочищает воздухом свечу, стоящую в камере очистки. Если барабан стоит не в нулевом положении, он разворачивается перед очисткой. Далее контроллер отсчитывает заданное время и инициирует самоочистку вновь и т.д. Если контроллер получает сигнал от датчика дифференциального давления (75% загрязнения), самоочистка происходит раньше заданного времени. При этом на LCD выводится надпись "dP Flushing !!!".

Система управления фильтром

При получении сигнала от датчика дифференциального давления (100% загрязнения) на реле сигнализации будет подано питание, а на дисплее появится надпись : "Filter Clogging! Press RESET". Если при развороте барабана, последний не возвратится в нулевую точку в течении заданного пользователем времени, автоматика посчитает, что барабан фильтра заклинило. Соответственно, прекратится подача воздуха на разворот барабана, а на второе реле сигнализации будет подано питание. На LCD вы увидите надпись "Drum Seizing!!! Press RESET".

В данной системе предусмотрена задержка очередной самоочистки (минимальное время между очистками), время задает пользователь. Во время такой задержки на дисплей выводится восклицательный знак. Контроллер запоминает количество очисток по времени и по дифференциалу. Посмотреть эту информацию можно по нажатию кнопки ВВЕРХ или ВНИЗ соответственно (если вы не в настройках). Имеется кнопка ручной самоочистки.

Управлять системой можно с помощью пяти кнопок : НАСТРОЙКИ, ВВЕРХ, ВНИЗ, MANUAL и RESET. Рассмотрим их функции подробно :

Кнопка НАСТРОЙКИ

Нажав ее, вы попадете в меню настроек (нижняя часть экрана). Продолжая нажимать эту кнопку, вы будете циклично переходить по пунктам меню. Изменение параметров осуществляется кнопками ВВЕРХ и ВНИЗ. Выход из настроек - по кнопке RESET. При возникновении какого-либо события, система сама выходит из настроек. Все цифровые параметры имеют верхнюю и нижнюю границы, за которые выйти нельзя. Изменение настроек сразу принимается контроллером, подтверждение не нужно. Обратите внимание, верхнюю и нижнюю границы, а также значение по умолчанию вы можете сами изменять в скетче.

Пройдемся по пунктам меню Настройки.

• 1 FluGap=XXXs (flushing gap) : время между самоочистками в сек. Значение по умолчанию - 10 минут. Нижняя граница - 100 сек., верхняя - 24 часа.
• 2 MinGap=XXXs (minimum gap) : минимальное время между самоочистками в сек. Пока не пройдет это время, очередного "прострела" не будет : ни по времени, ни по дифференциалу, ни по кнопке "ручная самоочистка". Это нужно для заполнения фильтра и восстановления давления в системе после самоочистки. Исключение - ручной режим (см. ниже). Пока не прошло это время, на дисплее будет выводиться восклицательный знак. Значение по умолчанию - 20 сек. Нижняя граница - 15 сек., верхняя - 24 часа.
• 3 Flush=XXXXms (flushing) : время продувки свечи воздухом в мс. В течении этого периода PLC будет подавать питание на реле (пин 8), которое открывает электромагнитный клапан подачи воздуха на обратную продувку свечи. Значение по умолчанию - 9000 мс. Нижняя граница - 100 мс., верхняя - 24 часа.
• 4 DrCyc=XXXXms (drum cycle) : время цикла работы электромагнитного клапана подачи воздуха на пневмопривод для разворота барабана (от включения до следующего включения) в мс. Bollfilter Type 6.62 для поворота барабана использует пневмопривод, на который циклично подается и стравливается воздух. В этом пункте меню задается время всего цикла (подача и сброс воздуха). Значение по умолчанию - 1850 мс. Нижняя граница - 100 мс., верхняя - 24 часа.
• 5 DrPu=XXXXms (drum push) : время подачи воздуха (открытия электромагнитного клапана) на пневмопривод для разворота барабана в мс. Это время входит в DrCyc. Значение по умолчанию - 1150 мс. Нижняя граница - 100 мс., верхняя - 24 часа. Обратите внимание, если пневмопривод на вашем фильтре работает при постоянном давлении (как пневмонасосы), установите DrCyc=DrPu.
• 6 DrWa=XXXs (drum wait) : время ожидания разворота барабана в секундах, после которого сработает сигнализация о заклинивании барабана. Чтобы повернуть барабан для очередной промывки свечи, нужно определенное время. И если это время значительно превышено, можно говорить о проблемах с приводом, барабаном или банальном отсутствии воздуха (забыли открыть клапан). Значение по умолчанию - 20 сек. Нижняя граница - 5 сек., верхняя - 24 часа.
• 7 Alarm Diff ON/OFF : включение или выключение сигнализации о засорении фильтра (дифференциал 100%). Значение по умолчанию - ON (сигнализация включена). Если сигнализация включена, то при поступлении сигнала от датчика контроллер подаст сигнал на реле сигнализации (включит его), а на дисплей выведет надпись "Filter Clogging! Press RESET". Фильтрация при этом не прекратится ни по времени, ни по дифференциалу 75%, ни в полностью ручном режиме. Чтобы снять сигнал, нажмите кнопку RESET. При отключении сигнализации, контроллер перестанет подавать сигнал на реле сигнализации, но на дисплее в верхней строке все равно появится буква A (alarm). Убрать ее можно кнопкой RESET.
• 8 Alarm Drum ON/OFF : включение или выключение сигнализации о заклинивании барабана. Значение по умолчанию - ON (сигнализация включена). Если сигнализация включена, то при превышении установленного времени разворота барабана (DrWa) контроллер подаст сигнал на реле сигнализации (включит его), а на дисплей выведет надпись "Drum Seizing!!! Press RESET". При этом автоматические попытки повернуть барабан прекратятся до нажатия кнопки RESET. Тем не менее вы сможете запустить процесс прострела вручную кнопкой ручного прострела. Останется в работе и сигнализация по засорению фильтра (если не отключена), но при этом приоритет вывода на дисплей останется за заклиниванием барабана. При отключении сигнализации, контроллер перестанет подавать сигнал на реле сигнализации, но все остальные защиты останутся. Убрать их можно кнопкой RESET. Все выше сказанное относится и к полностью ручному режиму.
• 9 ManualMode ON/OFF : включение или выключение полностью ручного режима. Значение по умолчанию - OFF (ручной режим отключен). При его включении запустить процесс самоочистки можно только по кнопке MANUAL ручного прострела. На дисплее будут выводится надписи Manual Mode и Filtering... OK. Защита и сигнализация о засорении фильтра и заклинивании барабана останутся в работе.
• 10 ReadSet. (UP) : чтение настроек из энергонезависимой памяти Arduino. При нажатии кнопки ВВЕРХ настройки из памяти PLC перейдут в оперативную. Обратите внимание, в настройки записываются только цифровые параметры (пункты 1 - 6). В целях безопасности, сигнализация о засорении фильтра и заклинивании барабана остаются включенными (отключить вы их можете сами).
• 11 SaveSet. (UP) : запись настроек в энергонезависимую память Arduino. При нажатии кнопки ВВЕРХ текущие параметры запишутся в постоянную память PLC. Обратите внимание, в настройки записываются только цифровые параметры (пункты 1 - 6). При перезагрузке контроллера (выключение - включение) именно эти настройки загрузятся в программу.
• 12 Default (UP) : загрузка значений по умолчанию. При нажатии кнопки ВВЕРХ параметры, определенные в начале скетча, загрузятся в оперативную память PLC (в текущие настройки). Эта функция может быть полезна, когда вы запутались в регулировках и хотите все вернуть в исходное положение. Но есть и еще одна причина ее использования. Если вы на одну и ту же плату Arduino постоянно записываете скетчи разных проектов, возможна ситуация, когда параметры одного проекта запишутся в настройки другого. Конечно, это можно исправить, но представьте, что в параметре, где должно быть, например, число 10, стоит 32000. Вручную кнопками ВВЕРХ или ВНИЗ корректировать это очень долго, проще сбросить настройки к заводским, а уже затем их подправить.

Кнопки ВВЕРХ-ВНИЗ

В режиме очистки при нажатии кнопки ВВЕРХ вы узнаете количество самоочисток по времени (Flush=X). Нажав на кнопку ВНИЗ, вы увидите на дисплее количество прострелов по дифференциалу давления (75%) (dPFlush=X). В режиме настроек этими кнопками меняются параметры.

Кнопка MANUAL (ручной прострел)

С помощью этой кнопки можно инициировать самоочистку фильтра. Кнопка работает из любого режима.

Кнопка RESET

Эта кнопка позволяет выйти из настроек. Также с ее помощью можно сбросить сигнализацию (если ее причина устранена).

В режиме фильтрации :

верхняя строчка - в автоматическом режиме "Time=XXXs" - время с последней самоочистки. В ручном режиме "Manual (XXXs) - время с последней самоочистки. Также здесь могут отображаться следующие символы : ! - не прошло минимальное время с последней самоочистки

нижняя строчка - "Filtering... OK"

при нажатии кнопки ВВЕРХ вы увидите количество прострелов по времени "Flush=X"

при нажатии кнопки ВНИЗ вы увидите количество прострелов по дифференциалу давления (75%) "dPFlush=X"

В режиме настроек :

верхняя строчка "Time=XXXs" - время с последней самоочистки. Также здесь могут отображаться следующие символы : ! - не прошло минимальное время с последней самоочистки

нижняя строчка - пункт меню настроек

В режиме самоочистки :

верхняя строчка - "Time=0"

нижняя строчка - отображает последовательность очистки : "Drum rotating..." , "Flushing..."

Самоочистка по дифференциалу давления (75%) :

верхняя строчка - "Time=XXXs" - время с последней самоочистки. Также здесь могут отображаться следующие символы : ! - не прошло минимальное время с последней самоочистки

нижняя строчка - "dP Flushing !!!". Убрать эту надпись можно кнопкой RESET

Сигнализация засорения фильтра (дифференциал давления 100%) :

верхняя строчка - "Filter Clogging!"

нижняя строчка - "Press RESET"

Сигнализация заклинивание барабана :

верхняя строчка - "Drum Seizing!!!"

нижняя строчка - "Press RESET"

Здесь приведено соединение всех элементов системы управления, Arduino (через шилд) и самого фильтра. В виде схемы подключение представлено ниже.

Подключение к Arduino

Плата Arduino и Sensor-shield

• питание Arduino : от адаптера 7-12VDC (2A)
• питание шилда (перемычка убрана) : от адаптера 7-12VDC (2A) через понижающий DC-DC преобразователь типа LM2596 (не менее 2А)
• LCD-дисплей 1602 + модуль I2C : питание от шилда (подсоединяем GND и VCC к любым свободным пинам G и V цифровых входов), SDA (I2C) - A4 (шилд), SCL (I2C) - A5 (шилд)
• реле клапана пневмопривода барабана : сигнал от Arduino - цифровой пин 7, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 7)
• реле клапана продувки свечи : сигнал от Arduino - цифровой пин 8, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 8)
• реле сигнализации засорения фильтра : сигнал от Arduino - цифровой пин 9, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 9). Контакты реле вы можете подключить к общесудовой сигнализации или сделать местную
• реле сигнализации заклинивания барабана : сигнал от Arduino - цифровой пин 10, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 10)
• сигнал от конечника барабана : вход в Arduino - цифровой пин 11, питание сигнала от шилда (подсоединяем + и - к пинам G и V пина 11). Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10 кОм
• сигнал от дифференциального датчика 75% : вход в Arduino - цифровой пин 12, питание сигнала от шилда (подсоединяем + и - к пинам G и V пина 12). Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10 кОм
• сигнал от дифференциального датчика 100% : вход в Arduino - цифровой пин 13, питание сигнала от шилда (подсоединяем + и - к пинам G и V пина 13). Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10 кОм
• сигнал от кнопки RESET : вход в Arduino - цифровой пин 2. Пины + и - кнопочного поста, общие для всех кнопок НАСТРОЙКИ, ВВЕРХ, ВНИЗ, MANUAL, RESET подсоединяем к любым свободным пинам V и G цифровых входов. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10 кОм
• сигнал от кнопки ручной самоочистки MANUAL : вход в Arduino - цифровой пин 3. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10 кОм
• сигнал от кнопки ВНИЗ : вход в Arduino - цифровой пин 4. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10 кОм
• сигнал от кнопки ВВЕРХ : вход в Arduino - цифровой пин 5. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10 кОм
• сигнал от кнопки НАСТРОЙКИ : вход в Arduino - цифровой пин 6. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10 кОм

Подключение к фильтру

Фильтр (распределительный щит)

Выходные сигналы с конечника датчиков давления подключаем к разъемам фильтра согласно его электросхеме. Конкретно для данной модели подключение следующее :

• конечник положения барабана (замкнут в нулевом положении) : разъем 21 на фильтре к +5VDC от шилда, разъем 22 на фильтре к цифровому пину 11 на Arduino
• датчик дифференциального давления 75% (замыкается при срабатывании) : разъем 23 на фильтре к +5VDC от шилда, разъем 24 на фильтре к цифровому пину 12 на Arduino
• датчик дифференциального давления 100% (замыкается при срабатывании) : разъем 17 на фильтре к +5VDC от шилда, разъем 18 на фильтре к цифровому пину 13 на Arduino
• реле клапана пневмопривода барабана : COM - источник питания 220 В переменного тока, NO - клемма 7, идущая непосредственно к клапану
• реле клапана продувки свечи : COM - источник питания 220 В переменного тока, NO - клемма 9, идущая непосредственно к клапану
• клеммы 8 и 10 этих двух клапанов подсоедините ко второму проводу источника питания 220 В переменного тока

Примечание : как "посредника" лучше использовать клеммницу, впаянную в макетную плату (смотри фото). Не забывайте про шунт (резистор 10кОм). Внимание! Если катушки клапанов питаются током других параметров, переделайте схему под них.

Схема подключения фильтра

• PLC Arduino UNO (datasheet) - 1 шт
• Sensor Shield v 5.0 (datasheet) - 1 шт
• понижающий DC-DC преобразователь типа LM2596 (не менее 2А) (datasheet) - 1 шт
• LCD-дисплей 1602 (datasheet) + модуль I2C - 1 шт
• реле одноканальное (катушка 5VDC) (datasheet) - 4 шт
• клеммник на 3 провода под пайку в макетную плату - 3 шт
• клеммник на 2 провода - 3 шт
• кнопка тактовая с колпачком (datasheet) - 5 шт
• резистор 10 кОм (0,25 Вт) - 8 шт
• макетная плата под пайку 50х70 - 1 шт (для монтажа кнопок и клеммников)
• стойка мама-мама М3х15 - 4 шт (для монтажа LCD-дисплея)
• гайка М3 - 50 шт и более в зависимости от способа крепления вышеуказанных элементов
• болт М3х15, М3х10 - 20 шт и более
• провод Dupont мама-мама или папа-мама (20 см) - 30 шт и более в зависимости от типа пинов соединяемых элементов
• провод типа AWG - 50 см (соединение штекер - DC-DC преобразователь - Sensor Shield)
• штыревой соединитель 40pin - 1 шт
• штекер питания DC 2.1 мм с клеммной колодкой папа и мама - 1 пара (для подключения шилда)
• кусок оргстекла или т.п. - 20х30 см (для монтажа всех элементов)
• болт М6х15 и гайка - 4 шт (ножки оргстекла)

Главная проблема, возникшая при полевых испытаниях, большая чувствительность Arduino к электромагнитным полям (плата зависает). Это явление возникает при коммутации через реле токов переменного напряжения 220 В и более. В этом случае вынесите реле К1 и К2 на расстояние не менее полуметра от платы.

Ниже представлен скетч системы управления. В этом окне он неудобочитаем, поэтому скачать его в формате ino вы можете по этой ссылке.

Для работы этого скетча вам понадобятся дополнительные библиотеки :

• EEPROM.h - библиотека работы с памятью (она нужна для чтения и записи наших настроек в энергонезависимую память Arduino). Это стандартная библиотека, она входит в комплект среды программирования Arduino IDE.
• Wire.h - библиотека для работы с протоколом I2C. Это тоже стандартная библиотека, ее устанавливать не нужно.
• LiquidCrystal_I2C.h - библиотека для работы с LCD по протоколу I2C. Скачать.

Если есть возможность, проверьте эти библиотеки на наличие обновлений.