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.
• 16 ReadSet. (UP) : чтение настроек из энергонезависимой памяти Arduino. При нажатии кнопки ВВЕРХ настройки из памяти PLC перейдут в оперативную.
• 17 SaveSet. (UP) : запись настроек в энергонезависимую памяти Arduino. При нажатии кнопки ВВЕРХ текущие параметры запишутся в постоянную память PLC. При перезагрузке контроллера (выключение - включение) именно эти настройки загрузятся в программу.

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 5. 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 6. Линию сигнала и земли шунтируем резистором 10кОм
• сигнал от кнопки ВВЕРХ : вход в Arduino - цифровой пин 7. 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. При необходимости ее можно увеличить.

Схема подключения сепаратора

• плата Arduino UNO - 1 шт
• Sensor Shield v 5.0 - 1 шт
• понижающий DC-DC преобразователь типа LM2596 (не менее 2А) - 1 шт
• LCD-дисплей 1602 + модуль I2C - 1 шт
• реле одноканальное (катушка 5VDC) - 3 шт
• кнопка тактовая с колпачком - 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.