Сепаратор топлива Westfalia OSC5-0136-066

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

Сепаратор Westfalia OSC5-0136-066 предназначен для очистки топлива и масла. Он имеет автоматическую систему самоочистки, управляемую водой и воздухом. Самоочистка происходит через заданные интервалы времени. Для работы сепаратора используется всего три клапана : подачи топлива, заполнения барабана водой и клапан управляющей воды, который служит, как для открытия, так и для закрытия барабана. Конечно есть и другие клапана и датчики : клапан отбора пробы на сенсор воды, клапан сброса воды, датчики давления. Но в данном случае представлена простейшая "аварийная" система управления.

Система управления сепаратором топлива

Что может данная система управления. Осуществлять процесс самоочистки : при запуске сепаратора, через определенные интервалы времени, при остановке. Как и в реальной системе есть два вида очистки : полная (total ejection) и частичная (partial ejection). Есть возможность задавать соотношение между этими видами самоочисток. Все события выводятся на LCD-дисплей. 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 электромагнитными клапанами воды и 1 реле управления клапаном подачи топлива, кнопочный пост с 3-мя кнопками и 1 кнопка пуска/остановки. Клапана используются штатные, установленные на сепараторе.

При подаче питания на Arduino контроллер будет находиться в режиме ожидания. Подкачной насос, подогрев топлива и сам сепаратор пускаются заранее. Открываются подача воздуха и воды на управляющие клапана. После того, как барабан наберет рабочие обороты, можно нажать кнопку СТАРТ/СТОП. Автоматика PLC произведет необходимые действия (заполнение барабана водой, прострел, восстановление оборотов и т.д.) после чего откроет подачу топлива в сепаратор. Если это первый пуск, вам надо отрегулировать давление топлива на выходе из сепаратора. Далее процесс перейдет в полностью автоматический режим : по прошествии определенного времени контроллер сам отключит подачу топлива, произведет самоочистку и снова подаст топливо в сепаратор.

Система управления сепаратором топлива

Если нажать кнопку СТАРТ/СТОП во время работы сепаратора, PLC прострелит барабан, отключит подачу топлива (переведет на рециркуляцию) и перейдет в режим ожидания.

Процесс самоочистки

Ниже представлена последовательность самоочистки сепаратора. Время каждого этапа задается в настройках.

1. Рециркуляция. На LCD : верхняя строчка - "Recirculation...", нижняя - время этого этапа в секундах. Перевод подачи топлива с сепаратора на рециркуляцию и ожидание в течении заданного времени. Пункт "2 TCircul" в настройках.
2. Заполнение барабана водой. На LCD : верхняя строчка - "Displacement...", нижняя - время этого этапа в секундах. Этот этап нужен, чтобы предотвратить потери топлива или масла при очистке - барабан заполняется водой, которая вытесняет топливо или масло. Количество воды определяется временем этого этапа. Пункт "3 TDispl." в настройках.
3. Ожидание после заполнения барабана водой. На LCD : верхняя строчка - "Wait after Displ", нижняя - время этого этапа в секундах. Пункт "4 TimeWAD" в настройках.
4. Подача воды на открытие барабана. Прострел может быть частичным (partial) или полным (total) - разница во времени открытия клапана управляющей воды. На LCD в первом случае выводится в верхней строчке - "Ejection...", во втором - "Total Ejection..". В нижней строчке - время этого этапа в мс. Время задается в настройках - пункт "5 PEjec" для частичной очистки или "7 TEjec" для полной.
5. Восстановление оборотов барабана после прострела. На LCD : верхняя строчка - "Speed Recovery", нижняя - время этого этапа в секундах. Время задается в настройках - пункт "6 TimeWAPE" для частичной очистки или 8 TimeWATE для полной.
6. Подача импульса воды на закрытие барабана. На LCD : верхняя строчка - "Close Drum...", нижняя - "Wait...". Время задается в настройках - пункт "9 TClose".
7. Ожидание после закрытия барабана. Пункт "10 TimeWACD" в настройках.
8. Заполнение барабана водой (работа с гидрозатвором). Этот и следующий пункт будут работать, если время этого процесса в настройках будет больше 0, иначе он пропускается. (на LCD : верхняя строчка - "Filling...", нижняя - время этого этапа в секундах). Время задается в настройках - пункт "11 TFilling".
9. Ожидание после заполнения барабана водой. На LCD : верхняя строчка - "Wait after Filli", нижняя - время этого этапа в секундах. Время задается в настройках - пункт "12 TimeWAF".
10. Открытие клапана подачи топлива или масла в сепаратор. На LCD : верхняя строчка - "Feed Valve Open", затем "Separation", нижняя - отсчет времени сепарации в секундах.

Если это первый прострел после запуска сепарации (нажата кнопка СТАРТ/СТОП), то перед началом самоочистки будет подана вода в систему управления. На LCD : верхняя строчка - "Start Impuls...", нижняя - время этого этапа в секундах. Это нужно для компенсации утечек после стоянки сепаратора. Время задается в настройках - пункт "14 StartImp". Далее последует восстановление оборотов барабана. На LCD : верхняя строчка - "Speed Recovery", нижняя - время этого этапа в секундах. Время задается в настройках - пункт "6 TimeWAPE".

Управлять системой можно с помощью четырех кнопок : СТАРТ/СТОП, НАСТРОЙКИ, ВВЕРХ, ВНИЗ. Рассмотрим их функции подробно :

Кнопка СТАРТ/СТОП

Эта кнопка запускает и останавливает процесс автоматической работы сепаратора.

Кнопка НАСТРОЙКИ

При нажатии этой кнопки вы попадете в меню настроек (нижняя часть экрана). Продолжая нажимать эту кнопку, вы будете циклично переходить по пунктам меню. После последнего пункта меню вы выйдете из настроек. Изменение параметров осуществляется кнопками ВВЕРХ и ВНИЗ. При возникновении какого-либо события (например, самоочистка), система сама выходит из настроек. Все цифровые параметры имеют верхнюю и нижнюю границы, за которые вы выйти не сможете. Изменение цифровых параметров сразу принимается системой, 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 TSepar. XXX s (separation time) : время между самоочистками в сек. Значение по умолчанию - 45 минут. Нижняя граница - 100 сек., верхняя - 240 минут.
• 2 TCircul. XX s (circulation time) : время ожидания после отключения подачи топлива в сек. Значение по умолчанию - 10 сек. Нижняя граница - 1 сек., верхняя - 32 сек.
• TDispl. X s (displacement time) : время заполнения барабана водой в сек. Значение по умолчанию - 8 сек. Нижняя граница - 1 сек., верхняя - 32 сек.
• 4 TimeWAD XX s (wait after displacement time) : время ожидания после заполнения барабана водой в сек. Значение по умолчанию - 10 сек. Нижняя граница - 1 сек., верхняя - 30 сек.
• 5 PEjec XXXX ms (partial ejection time) : время подачи воды для частичной очистки барабана в мс. Значение по умолчанию - 1500 мс. Нижняя граница - 500 мс., верхняя - 30000 мс.
• 6 TimeWAPE XX s (wait after partial ejection time) : время ожидания после частичного прострела барабана в сек (восстановление оборотов). Значение по умолчанию - 10 сек. Нижняя граница - 1 сек., верхняя - 100 сек.
• 7 TEjec XXXX ms (total ejection time) : время подачи воды для полной очистки барабана в мс. Значение по умолчанию - 3000 мс. Нижняя граница - 1000 мс., верхняя - 30000 мс.
• 8 TimeWATE XX s (wait after total ejection time) : время ожидания после полного прострела барабана в сек (восстановление оборотов). Значение по умолчанию - 20 сек. Нижняя граница - 1 сек., верхняя - 100 сек.
• 9 TClose XX ms (close impuls time) : время подачи воды (импульс) для закрытия барабана в мс. Значение по умолчанию - 80 мс. Нижняя граница - 30 мс., верхняя - 9999 мс.
• 10 TimeWACD X s (wait after close drum time) : время ожидания после закрытия барабана в сек. Значение по умолчанию - 3 сек. Нижняя граница - 1 сек., верхняя - 30 сек.
• 11 TFilling X s (filling time) : время заполнения барабана (работа с гидрозатвором) в сек. Значение по умолчанию - 0 сек. Нижняя граница - 0 сек., верхняя - 30 сек. Эта настройка применяется, если сепаратор работает с гидрозатвором, например, при очистки масла. Если установить этот параметр равным 0, то стадия заполнения барабана и последующее ожидание будут пропущены.
• 12 TimeWAF X s (wait after filling time) : время ожидания после заполнения барабана (работа с гидрозатвором) в сек. Значение по умолчанию - 0 сек. Нижняя граница - 0 сек., верхняя - 30 сек.
• 13 TimeIGa XXX s (close impuls gap time) : интервал между импульсами на закрытие барабана в работе для компенсации утечек в сек. Значение по умолчанию - 240 сек. Нижняя граница - 10 сек., верхняя - 10000 сек.
• 14 StartImp X s (start impuls time) : импульс воды при запуске сепаратора в сек. Значение по умолчанию - 3 сек. Нижняя граница - 1 сек., верхняя - 30 сек.
• 15 P/T Ejec X (partial/total ejection) : количество частичных прострелов барабана, после которых произойдет полный прострел. Значение по умолчанию - 5. Нижняя граница - 1, верхняя - 1000.
• SaveSet. (UP) : запись настроек в энергонезависимую память Arduino. При нажатии кнопки ВВЕРХ текущие параметры запишутся в постоянную память PLC. При перезагрузке контроллера (выключение - включение) именно эти настройки загрузятся в программу.
• ReadSet. (UP) : чтение настроек из энергонезависимой памяти Arduino. При нажатии кнопки ВВЕРХ настройки из памяти PLC перейдут в оперативную.
• 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 настроек этими кнопками меняются параметры.

При остановленной сепарации :

верхняя строчка - "Separation Stop"

нижняя строчка - "Sep.Time XXX s" - заданное время сепарации между самоочистками

Во время сепарации :

верхняя строчка - "Separation"

нижняя строчка - "Sep.Time XXX s" - время, прошедшее с последней самоочистки

В режиме настройки (нажата кнопка НАСТРОЙКИ) :

верхняя строчка - "Separation Stop" или "Separation"

нижняя строчка - пункт меню настроек

В режиме самоочистки :

верхняя строчка - текущий этап процесса очистки

нижняя строчка - заданное время этого этапа

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

Подключение системы

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 подачи топлива : сигнал от Arduino - цифровой пин 8, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 8)
• реле клапана заполнения барабана водой : сигнал от Arduino - цифровой пин 9, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 9)
• реле клапана управляющей воды : сигнал от Arduino - цифровой пин 10, питание от шилда (подсоединяем GND и VCC реле к пинам G и V пина 10)
• сигнал от кнопки СТАРТ/СТОП : вход в Arduino - цифровой пин 4. Пины + и - кнопки подсоединяем к пинам V и G пина 4. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10кОм.
• сигнал от кнопки НАСТРОЙКИ : вход в Arduino - цифровой пин 7. Пины + и - кнопочного поста, общие для всех кнопок НАСТРОЙКИ, ВВЕРХ, ВНИЗ, подсоединяем к любым свободным пинам V и G цифровых входов. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10кОм.
• сигнал от кнопки ВНИЗ : вход в Arduino - цифровой пин 5. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10кОм
• сигнал от кнопки ВВЕРХ : вход в Arduino - цифровой пин 6. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10кОм

Сепаратор (распределительный щит)

Реле нашей системы управления подключаем к клапанам сепаратора согласно его электросхеме. Конкретно для данной модели подключение следующее :

• реле клапана подачи топлива : COM - источник питания +24В постоянного тока (клемма 61 на шине 1Х2), NO - клемма 41 на шине 1Х2, идущая непосредственно к клапану
• реле клапана заполнения барабана водой : COM - источник питания +24В постоянного тока (клемма 61 на шине 1Х2), NO - клемма 44 на шине 1Х2, идущая непосредственно к клапану
• реле клапана управляющей воды : COM - источник питания +24В постоянного тока (клемма 61 на шине 1Х2), NO - клемма 45 на шине 1Х2, идущая непосредственно к клапану

Примечание. Провода к клеммам 42, 43, 46 можно оставить - они должны идти на -24В постоянного тока. Но обязательно проверьте это тестером перед подсоединением. Внимание! Если катушки клапанов питаются током других параметров, переделайте схему под них.

Схема подключения сепаратора

• 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) - 3 шт
• кнопка тактовая с колпачком (datasheet) - 4 шт
• резистор 10 кОм (0,25 Вт) - 4 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, К2 и К3 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.