Автоматика для скважинного насоса своими руками: виды, принцип работы, схемы подключения

виды, принцип работы, схемы подключения

Автор Монтажник На чтение 11 мин. Просмотров 17.1k. Обновлено

Для индивидуального водоснабжения используются скважинные и колодезные источники чистой воды, забор которой осуществляется с помощью погружных или поверхностных электронасосов. Они не могут работать непрерывно и должны отключаться по мере наполнения магистрали, управление циклами включения отключения электронасоса осуществляет автоматика для скважины или колодца.

При организации системы водоснабжения частного дома электронасос подбирают, исходя из дебита, после чего монтируют автоматическую систему управления его работой, включающую электронику и накопительную емкость. От правильного подбора и настройки электронных управляющих устройств зависит эффективность  водоподачи, срок службы электронасоса и удобство пользования водопроводом.

Рис.1 Пример обустройства водоснабжения

Что такое автоматика для скважины

Автоматические системы управления включают в себя электронику (реле давления, холостого хода, протока), манометр, гидроаккумулятор или модули, в которых эти элементы объединены – все они отвечают за оптимальное функционирование водопроводной магистрали.

В водоподающей линии автоматика выполняет следующую роль:

  1. Управляет электронасосом, отключая его по мере наполнения магистрали. В высокотехнологичных системах вместо отключения используется регулировка его скорости вращения электродвигателя.
  2. Защищает водопроводную магистраль от гидроударов и способствует созданию некоторого водного запаса при поломке оборудования или пропадании электричества.
  3. Включает в себя защитные устройства для насоса, которые прерывают поступление на него электрического тока в случае отсутствия воды в источнике.

Рис. 2 Пример устройства скважинного водозаборного источника

Принцип действия и разновидности

Принцип работы автоматики для скважинного электронасоса основан на изменении физических параметров воды в линии и водозаборном источнике. Насос для скважины с автоматикой отключается и включается при изменении давления, высоты водяного столба в источнике, скорости движения жидкости по трубопроводу или ее пропадании в линии.

При использовании погружных электронасосов в трубопровод устанавливают отдельные узлы управления и гидроаккумулятор, в более современных модульных моделях все приборы объединены в одном блоке.

При использовании поверхностных агрегатов все управляющие элементы монтируют на один каркас, модуль называют насосная станция – использовать ее намного удобнее, чем самостоятельно устанавливать все элементы в линию.

Как работает автоматика и защитные механизмы

Автоматика позволяет регулировать работу погружного или поверхностного электронасоса, отключая цепь его питания в электроприборах, реагирующих на поведение жидкости. Размыкание электрической цепи происходит непосредственно через контакты или с помощью мощных радиодеталей.

Рис. 3 Поверхностная станция в кессонной яме

Управление насосом по давлению

Монтаж реле давления производится в водоподающую магистраль на фитинги после фильтров, при использовании станции оно закрепляется на пятивходовой штуцер, размещенный на гидроаккумуляторе.

Гидравлическое реле является основным управляющим элементом во всех системах водоподачи, оно прерывает поступление электроэнергии при повышении давления в системе до определенного предела.

Принцип действия прибора основан на смещении мембраны, на которую давит жидкость, при этом закрепленный на ней толкатель механически размыкает внутренние контакты. Для настройки в корпусе установлены два регулировочных винта, вращением которых выставляется верхняя граница срабатывания и разница между порогом включения и отключения.

Реле давления с защитой от работы на сухую

Для защиты помпы от выхода из строя при отсутствии жидкости в скважинном канале, автоматическая система должна обязательно включать в себя реле с защитой от холостого хода, которое устанавливается в линию рядом с другими узлами. Его принцип действия и конструкция полностью идентичны вышеописанному гидрореле с единственной разницей — электроприбор разрывает цепь подачи электричества на помпу при понижении напора в системе до определенного порога. Границы срабатывания прибора задаются двумя подпружиненными регулировочными винтами, помещенными под крышкой, для подсоединения проводов на выходе имеются два клеммных разъема.

Рис. 4 Гидроаккумулятор и манометр — подключение

Разновидности поплавковых механизмов

Поплавковые механизмы могут использоваться как отдельные детали, закрепляемые на стенках водозаборной емкости, так и встроенные в оборудование систем водоснабжения.

Их принцип действия основан на замыкании или размыкании контактов при изменении положения поплавковой головки за счет движения помещенного внутрь предмета (шара), оказывающего давление на рычаг или контакты.

Отдельно стоящие поплавки во взаимодействии с погружным насосом используются, когда поднятая жидкость поступает в накопительную емкость, расположенную на верхних этажах здания. В этом случае расположенный на ее стенках поплавок отключает подачу электроэнергии на агрегат при достижении определенной отметки. При таком применении поплавок не выполняет защитных функций электронаса, а служит лишь средством для предотвращения затопления дома.

Рис. 5 Электронная автоматика – подключение реле для защиты от работы на сухую и давления

Для функционирования отдельно стоящего поплавка в качестве защитного элемента необходимо свободное пространство, которое отсутствует в скважинах, насосные агрегаты с закрепленным поплавковым выключателем на корпусе работают в колодцах.

Для узких скважин могут подойти помпы, в которых используется аналог поплавка — электролитический выключатель, также реагирующий на уровень жидкости.

Контролирование работы по уровню воды

Низкий уровень воды в скважине приводит к выходу из строя помпы из-за отсутствия водяного охлаждения обмотки электродвигателя, если она не оснащена датчиками защиты от перегрева. В некоторых моделях погружных электронасосов предусмотрено отключение питания при отсутствии жидкости в водоеме посредством встроенных деталей — поплавкового или электролитического выключателя.

Электронасосы с поплавковым выключателем используются только в колодцах — в скважинных каналах для размещения поплавка слишком мало места. Поплавок представляет собой простой механизм, состоящий из металлического шара и рычага, замыкающего контакты — при опускании пластмассовой головки шарик давит на рычаг и контакты размыкаются, прерывая подачу напряжения на обмотку двигателя. Таким образом, при понижении водного уровня насос отключается и начинает работать снова, когда жидкость прибывает и поднимает головку. В поплавковых моделях возможна регулировка порога срабатывания по уровню за счет крепления кабеля в разных точках на ручке корпуса.

В скважинных источниках для контроля уровня можно использовать агрегаты с электролитическим выключателем, представляющим из себя два проводника, закрепленных на ручке корпуса. При наличии жидкости проводники находятся в замкнутом состоянии, проводя через нее ток, а когда водный уровень падает, цепь размыкается, прерывая подачу энергии на помпу через встроенную электронную схему.

Рис. 6 Конструкция поплавковых датчиков

Пресс контроль

Данное устройство рассчитано на управление работой электронасоса в зависимости от наличия жидкости в трубопроводе. Простейшая модель представляет собой намагниченную шторку или лепесток на выходе штуцера прибора, опущенные в водный поток. При прохождении жидкости шторка поднята, и ее магнитное поле замыкает контакты, расположенные внутри геркона, но как только вода в трубопроводе исчезает, шторка опускается и контакты геркона размыкаются.

Это приводит к тому, что в слаботочной цепи пропадает ток, управляющий через мощные электронные элементы подачей напряжения на электронасос — цепь питания размыкается и двигатель останавливается. Порог срабатывания многих устройств определяется площадью лепестков, которые подбираются из нескольких экземпляров, если возникает необходимость тонкой настройки, используют модель, в которой герконовый датчик перемещается, приближаясь или удаляясь от шторки.

Данное устройство редко используется с погружными электронасосами, иногда его применяют для отключения наружных электронасосов,  не оснащенных релейной защитой от сухого хода.

Рис. 7 Датчик потока

Выбор реле

При выборе гидрореле руководствуется его диапазоном в водопроводе, стандартное значение составляет 1,5 — 3 бар. При подключении с помощью манометра производят его настройку регулировочными винтами. Аналогичным образом поступают с реле сухого хода, настраивая его на отключение питания при напоре в линии менее 1,5 бар. Если частный дом имеет высокую этажность, то для подачи воды с требуемым напором на верхние этажи реле дополнительно настраивают, повышая верхний и нижний пороги срабатывания.

К примеру, если высота подъема на верхние этажи составляет 5 метров (1 бар. соответствует 10 метрам вертикального водного столба), то к верхней и нижней границам срабатывания добавляют по 0,5 бара и в итоге получают диапазон срабатывания от 2 до 3,5 бар. Выбираемая для водоснабжения дома марка должна иметь соответствующий напорный диапазон по паспорту.

Рис. 8 Насосные агрегаты с поплавками и электролитическими датчиками

Из каких частей состоит автоматика для скважины

В настоящее время существуют различные виды автоматики, начиная от простейших дискретных приборов и заканчивая малогабаритными блоками с широтно-импульсной модуляцией. Все ее виды можно разделить на три группы в зависимости от используемых технологических разработок и диапазона выполняемых функций.

Первое поколение

В этом случае автоматическое управление осуществляется с помощью простейших узлов, к которым относятся:

  1. Реле давления и холостого хода. Их функционирование подробно описано выше, приборы несложно своими руками установить в трубопровод и настроить.
  2. Гидроаккумулятор. Представляет собой емкость для сбора воды, объем которой может колебаться в значительных пределах, основное назначение — поддержка напора и компенсация гидроударов в системе.
  3. Манометр. Элемент, необходимый для контроля давления и настройки гидрореле.

Рис. 9 Автоматика для насоса 1-го поколения

Блоки управления второго поколения

Модули данного класса существенно отличаются от первого вида за счет следующих параметров:

  1. все дискретные детали, включая объемный гидроаккумулятор, смонтированы в одном модуле;
  2. существенно расширены выполняемые функции;
  3. настройка параметров производится электронным способом;
  4. многие модули рассчитаны на функционирование с конкретными моделями электронасосов и имеют предустановленные настройки.

Автоматизация управления насосом модулями второго поколения позволяет реализовать следующие функции:

  • Отключение помпы спустя несколько секунд при повышении давления выше допустимых параметров или отсутствии жидкости в магистрали.
  • Защиту обмотки от холостого хода.
  • Возможность тонкого регулирования настраиваемых параметров.
  • Электронная индикация, отражающая гидравлические показатели и состояние оборудования.
  • Гашение гидроударов за счет установки гидроаккумулятора небольшого объема.
  • Плавный пуск, увеличивающий срок службы насосного агрегата.
  • Антицикличность, предотвращающая многократное включение электропитания в случае утечки в трубопроводе.

Рис. 10  Автоматика для скважины — модули 2-го поколения

Третье поколение

Третьему поколению автоматики присущи все перечисленные функции второго с дополнительной возможностью регулировки скорости вращения вала электродвигателя. Эта особенность дает следующие преимущества:

  • Насосный двигатель работает с учетом водозабора, включая высокие обороты при большом объеме потребления и замедляя свою скорость при малом потоке.
  • В модуле отсутствует гидроаккумулятор — в нем нет необходимости, так как водоподача происходит плавно без скачков.
  • В водопроводе всегда поддерживается постоянный напор.
  • На 30 — 40% экономится электроэнергия при функционировании двигателя в экономичном режиме на малых оборотах.

Модульная автоматика для скважины — преимущества и недостатки

Преимуществами использования автоматики в модулях 2 и 3 поколения являются следующие особенности:

  • Все узлы собраны в одном блоке, который занимает мало места и легко подключается к водопроводу.
  • Приборы обладают широкими функциональными возможностями для управления.

Рис. 11 Автоматика для скважины 3-го поколения

  • При использовании увеличивается срок службы электронасоса и других узлов водопроводной магистрали, происходит экономия электроэнергии.
  • Упрощается процедура контроля, диагностики, настройки и управления.
  • За счет постоянного давления в системе повышается комфортность пользования водопроводом.

К недостаткам можно отнести следующие особенности:

  • Большая стоимость модулей третьего поколения, которая в несколько раз превышает второе и на порядок больше первого.
  • Работоспособность приборов сильно зависит от напряжения в сети.
  • Многие системы рассчитаны на работу только с определенной маркой электронасоса, имеют фиксированные настройки и не подходят для использования с другими приборами.

Рис. 12 Схема установки поверхностного насоса

Установка поверхностного электронасоса

Перед подключением наружных станций первым делом оборудуют скважину — чаще всего монтируют кессон, внутри которой находится водозаборное оборудование вместе с гидроаккумулятором и работает насос. Так как в поверхностных моделях глубина забора не превышает 9 метров, монтаж глубокой ямы помимо защиты оборудования служит и для повышения давления воды в системе — всасывающий патрубок можно опустить ниже уровня земли на 1 метр. При использовании станции все оборудование уже смонтировано и остается только подключить к ней входной и выходной патрубки.

Установка погружной помпы и ее подключение

Для установки погружной помпы обычно используют оголовок, помещенный в кессонную яму вместе с оборудованием или адаптер, врезанный в боковую стенку обсадной трубы. В последнем случае все автоматические узлы помещаются в жилом доме или отдельном хозяйственном строении.

Рис.13  Схема подключения и установки глубинных насосов в скважину

Автоматика для скважины должна выбираться по основным критериям, к которым относится, стоимость, связанная с применяемым погружным электронасосом. При использовании недорогих электронасосов отечественного или китайского производства достаточно применения простейших автоматических приборов — функции дорогих управляющих блоков с такими агрегатами не будут полностью реализованы. Если приобретается дорогой аппарат (например электронасос Grundfos за 1000 у.е.) с частотным регулированием скорости вращения электродвигателя, использование любых других устройств кроме родного модуля Grundfos PM2 не имеет никакого смысла.

принцип работы и схемы установки

Классическая автономная система водоснабжения особой сложностью не отличается: скважинный насос активно перекачивает воду, которая через трубы, переходники и распределители поступает к конечному потребителю. При таком раскладе бесперебойная работа всецело зависит от человеческого фактора. Стоит неправильно определить мощность прибора, и он может выйти из строя. Избежать досадных ситуаций поможет установка нехитрых приспособлений. Заводского производства или изготовленная своими руками автоматика для скважинного насоса способна контролировать функционирование системы водоподачи и вовремя устранять все неполадки.

Несмотря на разницу в цене и функционале, современные автоматические блоки работают по одной и той же схеме – различные датчики отслеживают уровень давления и корректируют его по мере необходимости.

Наглядным примером может послужить принцип действия простейшего реле давления:

  • Прибор устанавливается на две позиции – максимальное и минимальное давление в системе – и подключается к гидроаккумулятору.
  • Мембрана гидроаккумулятора реагирует на количество воды, то есть на уровень давления.
  • При достижении минимально допустимого уровня включается реле, которое запускает насос.
  • Насос прекращает работу, когда срабатывает верхний датчик.

Более продвинутые системы, функционирующие без гидроаккумулятора, могут быть оснащены дополнительными опциями, но главный принцип работы автоматики для скважинного насоса остается неизменным.

Простейшая схема подключения автоматики

Первое поколение ↑

К первому (простейшему) поколению автоматики относят следующие приборы:

  • Реле давления;
  • Гидроаккумулятор;
  • Датчики-блокираторы сухого хода;
  • Выключатели-поплавки.

О реле давления было сказано выше. Поплавковые выключатели реагируют на критическое понижение уровня жидкости, отключая насос. Датчики сухого хода предотвращают перегрев насоса – если в камере отсутствует вода, система перестает функционировать. Как правило, подобная схема используется в поверхностных моделях.

Простейшую автоматику для скважинного насоса можно легко установить своими руками. Система подойдет также для дренажного оборудования.

Пульт управления находится в помещении

Второе поколение ↑

Блоки-автоматы второго поколения представляют собой более серьезные механизмы. Здесь используется электронный контролирующий блок и несколько чувствительных датчиков, закрепленных в разных местах трубопровода и насосной станции. Сигналы с датчиков поступают на микросхему, которая ведет полный контроль за работой системы водоснабжения.

Электронный «сторож» в режиме реального времени реагирует на любые отхождения от нормы. Кроме того, он может быть оснащен дополнительными функциями:

  • Температурный контроль;
  • Аварийное отключение системы;
  • Проверка уровня жидкости;
  • Блокиратор сухого хода.

Важно! Большим минусом такой схемы автоматики для скважинных насосов является необходимость тонкой настройки, склонность к поломкам и довольно высокая цена.

Третье поколение ↑

Третье поколение представлено мощными системами с расширенным количеством функций. Главная их особенность – возможность тонкого контроля насосного двигателя. В большинстве случаев прибор работает на одинаковой мощности, вне зависимости от того, насколько это необходимо. Например, стандартная автоматика включает насос даже в том случае, если кто-то открыл кран на кухне буквально на несколько секунд. При таких темпах ресурсы оборудования заканчиваются гораздо быстрее, чем хотелось бы. Последнее поколение автоматики тщательно следит за состоянием «сердца» водопроводной системы, уменьшает его износ и помогает сократить расходы на электричество.

Важно! Если у вас нет опыта в водоснабжении, своими руками автоматику для скважины установить не получится. Только специалист может определить, по какому алгоритму лучше программировать систему.

Автоматическая насосная станция объединяет в себе несколько функций

Изготовленная своими руками автоматика для скважинного насоса зачастую обходится дешевле заводского комплекта оборудования. При покупке узлов по отдельности всегда можно подобрать оптимальный вариант для приобретенной модели насоса, не переплачивая за ненужные дополнительные опции.

Важно! Такая самодеятельность требует определенного уровня знаний. Если вы не можете назвать себя специалистом, лучше приобрести насосное оборудование с предустановленной автоматикой.

Основные схемы сборки ↑

Среди схем автоматики для скважинных насосов хорошо зарекомендовали себя следующие виды:

  • «Насос на бочонке»

Все узлы автоматики собираются в одном месте. При этом гидроаккумулятор может находиться на поверхности, а вода для него подводится по трубе или гибкой подводке. Схема подходит как для поверхностных, так и для глубинных насосов.

  • Контролирующий блок на гидроаккумуляторе

При таком размещении рекомендуется соединять коллектор системы с подающей трубой насоса. Получается распределенная станция – агрегат находится в скважине, а блок управления с гидроаккумулятором установлен в доме или подсобном помещении.

  • Распределенная насосная станция

Блок автоматики находится возле коллектора холодной воды, поддерживая в нем постоянный уровень давления. Напорный трубопровод отходит от самого насоса. При такой схеме лучше использовать поверхностные модели.

Современный автоматический блок

Советы по установке ↑

Чтобы автоматическое оборудование служило вам верой и правдой, необходимо заранее позаботиться о правильном месте его установки:

  • Помещение должно круглогодично отапливаться.
  • Чем ближе к скважине находится выносной блок, тем лучше. Идеальный вариант – оборудовать небольшую бойлерную возле кессона.
  • Чтобы избежать потерь давления, устанавливайте насосную станцию в непосредственной близости от коллектора.
  • Если оборудование будет находиться в доме, проведите качественную звукоизоляцию помещения.

Автоматика для скважины призвана обеспечить бесперебойную работу оборудования. Это вовсе не означает, что защитные устройства будут функционировать сами по себе и не потребуют вашего вмешательства. Как минимум два раза в год необходимо производить осмотр и профилактическое обслуживание всех элементов насосной станции. Если вы не знаете, как это сделать, не геройствуйте и вызывайте специалистов. Лучше разово потратить небольшую сумму, чем потом ремонтировать поврежденную автоматику или покупать новое насосное оборудование.

Страница не найдена - aqua-guru.ru

Насосы 261 просмотров

Собирать насосную станцию своими руками имеет смысл, когда насос или гидроаккумулятор в наличии: их

Колодцы 55 просмотров

В современном мире питьевая вода становится неимоверно ценным ресурсом. Чем дальше – тем она

Насосы 45 просмотров

Проблема водоснабжения частных домов и дач зачастую кроется в том, что был неправильно осуществлён

Скважины 46 просмотров

Решить, какую скважину бурить на новом участке, необходимо до начала строительных работ. Обустройство источника

Насосы 191 просмотров

Жизнь за городом или в частном секторе имеет свои особенности. Иногда приходится сталкиваться с

Анализ воды 113 просмотров

До попадания в колодец вода проходит значительный путь, насыщаясь различными соединениями и химическими элементами,

Автоматика на скважину своими руками


Автоматика для скважины: своими руками или с помощью профессионалов

Классическая автономная система водоснабжения особой сложностью не отличается: скважинный насос активно перекачивает воду, которая через трубы, переходники и распределители поступает к конечному потребителю. При таком раскладе бесперебойная работа всецело зависит от человеческого фактора. Стоит неправильно определить мощность прибора, и он может выйти из строя. Избежать досадных ситуаций поможет установка нехитрых приспособлений. Заводского производства или изготовленная своими руками автоматика для скважинного насоса способна контролировать функционирование системы водоподачи и вовремя устранять все неполадки.

Общий принцип действия автоматики ↑

Несмотря на разницу в цене и функционале, современные автоматические блоки работают по одной и той же схеме – различные датчики отслеживают уровень давления и корректируют его по мере необходимости.

Наглядным примером может послужить принцип действия простейшего реле давления:

  • Прибор устанавливается на две позиции – максимальное и минимальное давление в системе – и подключается к гидроаккумулятору.
  • Мембрана гидроаккумулятора реагирует на количество воды, то есть на уровень давления.
  • При достижении минимально допустимого уровня включается реле, которое запускает насос.
  • Насос прекращает работу, когда срабатывает верхний датчик.

Более продвинутые системы, функционирующие без гидроаккумулятора, могут быть оснащены дополнительными опциями, но главный принцип работы автоматики для скважинного насоса остается неизменным.

Простейшая схема подключения автоматики

Виды автоматики для скважинных насосов ↑

Первое поколение ↑

К первому (простейшему) поколению автоматики относят следующие приборы:

  • Реле давления;
  • Гидроаккумулятор;
  • Датчики-блокираторы сухого хода;
  • Выключатели-поплавки.

О реле давления было сказано выше. Поплавковые выключатели реагируют на критическое понижение уровня жидкости, отключая насос. Датчики сухого хода предотвращают перегрев насоса – если в камере отсутствует вода, система перестает функционировать. Как правило, подобная схема используется в поверхностных моделях.

Простейшую автоматику для скважинного насоса можно легко установить своими руками. Система подойдет также для дренажного оборудования.

Пульт управления находится в помещении

Второе поколение ↑

Блоки-автоматы второго поколения представляют собой более серьезные механизмы. Здесь используется электронный контролирующий блок и несколько чувствительных датчиков, закрепленных в разных местах трубопровода и насосной станции. Сигналы с датчиков поступают на микросхему, которая ведет полный контроль за работой системы водоснабжения.

Электронный «сторож» в режиме реального времени реагирует на любые отхождения от нормы. Кроме того, он может быть оснащен дополнительными функциями:

  • Температурный контроль;
  • Аварийное отключение системы;
  • Проверка уровня жидкости;
  • Блокиратор сухого хода.

Важно! Большим минусом такой схемы автоматики для скважинных насосов является необходимость тонкой настройки, склонность к поломкам и довольно высокая цена.

Третье поколение ↑

Третье поколение представлено мощными системами с расширенным количеством функций. Главная их особенность – возможность тонкого контроля насосного двигателя. В большинстве случаев прибор работает на одинаковой мощности, вне зависимости от того, насколько это необходимо. Например, стандартная автоматика включает насос даже в том случае, если кто-то открыл кран на кухне буквально на несколько секунд. При таких темпах ресурсы оборудования заканчиваются гораздо быстрее, чем хотелось бы. Последнее поколение автоматики тщательно следит за состоянием «сердца» водопроводной системы, уменьшает его износ и помогает сократить расходы на электричество.

Важно! Если у вас нет опыта в водоснабжении, своими руками автоматику для скважины установить не получится. Только специалист может определить, по какому алгоритму лучше программировать систему.

Автоматическая насосная станция объединяет в себе несколько функций

Автоматический блок своими руками ↑

Изготовленная своими руками автоматика для скважинного насоса зачастую обходится дешевле заводского комплекта оборудования. При покупке узлов по отдельности всегда можно подобрать оптимальный вариант для приобретенной модели насоса, не переплачивая за ненужные дополнительные опции.

Важно! Такая самодеятельность требует определенного уровня знаний. Если вы не можете назвать себя специалистом, лучше приобрести насосное оборудование с предустановленной автоматикой.

Основные схемы сборки ↑

Среди схем автоматики для скважинных насосов хорошо зарекомендовали себя следующие виды:

Все узлы автоматики собираются в одном месте. При этом гидроаккумулятор может находиться на поверхности, а вода для него подводится по трубе или гибкой подводке. Схема подходит как для поверхностных, так и для глубинных насосов.

  • Контролирующий блок на гидроаккумуляторе

При таком размещении рекомендуется соединять коллектор системы с подающей трубой насоса. Получается распределенная станция – агрегат находится в скважине, а блок управления с гидроаккумулятором установлен в доме или подсобном помещении.

  • Распределенная насосная станция

Блок автоматики находится возле коллектора холодной воды, поддерживая в нем постоянный уровень давления. Напорный трубопровод отходит от самого насоса. При такой схеме лучше использовать поверхностные модели.

Современный автоматический блок

Советы по установке ↑

Чтобы автоматическое оборудование служило вам верой и правдой, необходимо заранее позаботиться о правильном месте его установки:

  • Помещение должно круглогодично отапливаться.
  • Чем ближе к скважине находится выносной блок, тем лучше. Идеальный вариант – оборудовать небольшую бойлерную возле кессона.
  • Чтобы избежать потерь давления, устанавливайте насосную станцию в непосредственной близости от коллектора.
  • Если оборудование будет находиться в доме, проведите качественную звукоизоляцию помещения.

Автоматика для скважины призвана обеспечить бесперебойную работу оборудования. Это вовсе не означает, что защитные устройства будут функционировать сами по себе и не потребуют вашего вмешательства. Как минимум два раза в год необходимо производить осмотр и профилактическое обслуживание всех элементов насосной станции. Если вы не знаете, как это сделать, не геройствуйте и вызывайте специалистов. Лучше разово потратить небольшую сумму, чем потом ремонтировать поврежденную автоматику или покупать новое насосное оборудование.

Видео: как подобрать блок автоматики ↑

Автоматика для насосов: как подобрать и где установить своими руками?

Водоснабжение дачного участка может обеспечиваться различными методами, но сегодня чаще применяются скважина или колодец. В таком случае можно получить бесперебойную подачу чистой питьевой воды, не зависеть от капризов центрального водопровода. Именно скважина является основным источником водоснабжения, когда участок находится далеко от города или нет никакой возможности пользоваться именно централизованным водопроводом. Чтобы скважина работала, необходимо предусмотреть наличие насоса, фильтра, гидроаккумулятора, для управления применяется специальная автоматика. Создается эффективная и производительная насосная станция, которая и обеспечивает бесперебойную подачу воды.

Классическая схема установки насосной станции.

Такие станции сегодня поставляются в уже готовом виде, но можно ее собрать и своими руками. Автоматика для насоса даже предпочтительнее, так как есть возможность подобрать оборудование под конкретные нужды скважины, а не изменять заводские настройки или менять уже готовые узлы. Это затратно, не всегда эффективно и требует дополнительных финансовых средств. А самостоятельный подбор оборудования позволяет сэкономить средства, есть возможность подобрать именно то, что подходит для конкретного насоса и скважины.

Автоматический блок

Типовое устройство насосной станции.

Автоматика для скважины своими руками включает в себя такие необходимые элементы:

  1. Распределяющий коллектор, который поставляет воду в необходимые точки в доме и на участке.
  2. Реле, которое регулирует работу и включение/выключение самого насоса при достижении определенных уровней давления. Такие реле могут поставляться с уже готовыми заводскими настройками, но при необходимости их можно ввести и своими руками, основываясь на показателях для конкретного насоса.
  3. Манометр, показывающий рабочее давление.

Сегодня на рынке есть большое количество уже готовых управляющих блоков, но можно станцию собрать и своими руками. Кроме перечисленных узлов, желательно добавлять датчик сухого хода, который будет отключать насос, если в него перестанет поступать вода. Это позволяет предупредить порчу оборудования, мотор уже не перегорит, если скважина вдруг пересохнет или водоносный слой изменит свои характеристики. Для насосной станции рекомендуется устанавливать такие узлы:

  1. Узел для регулирования мощности насоса, который позволяет поддерживать необходимые условия работы.
  2. Система защиты, которая включает в себя сразу 3 узла: уже упомянутый датчик сухого хода, датчик разрыва напорного трубопровода, защита от перегрузки насоса.

Вернуться к оглавлению

Гидравлическая схема насосной станции.

Можно приобрести уже готовое оборудование, которое отличается и своими преимуществами, и недостатками. Из плюсов надо отметить:

  1. Блоки автоматического управления уже предназначены для работы с определенным типом оборудования.
  2. Нет необходимости самостоятельно искать узлы, собирать их в один блок, синхронизировать работу.
  3. Такое управление обеспечивает плавный пуск, мощность насоса изменяется в установленном режиме, нет необходимости постоянного надзора за системой.

Из минусов необходимо отметить то, что стоимость готового блока высокая, все узлы можно выбрать по более приемлемой цене. Есть возможность подобрать именно то оборудование, которое лучше подходит для выбранной модели насоса. Для такого оборудования требуется применять гидроаккумулятор. Для скважины требуется использование определенного входного давления от 0,3 бар, так как вибрационные насосы на слишком большую разницу не предназначены.

Именно по такой причине многие и предпочитают собирать управляющие блоки самостоятельно. Сегодня приобрести отдельные узлы не так проблематично, производители насосов сразу предлагают определенные системы для автоматического управления и контроля. Это позволяет максимально точно собрать автоматический блок, сэкономив на этом значительные финансовые средства.

Вернуться к оглавлению

Схема дожимной насосной станции.

Когда устанавливается насос, необходимо сразу позаботиться о том, чтобы было смонтировано оборудование для управления, т. е. насосная станция, которая обычно не занимает много места. Таких схем автоматики много, сегодня можно купить уже готовые. Но не всегда заводские схемы подходят для конкретного случая. Может случиться так, что придется докупать определенные узлы или перенастраивать их, а это излишняя трата времени, денег.

Среди схем, которые применяются для устройства автоматики скважинного насоса, необходимо отметить следующие:

  1. Самой распространенной является схема, когда все узлы и элементы собираются в одном месте, часто ее еще называют «насос на бочонке». Такая автоматика компактна, она не занимает много места, отлично подходит в том случае, когда участок не очень большой и есть необходимость экономии пространства. Вода для гидроаккумулятора подводится по специальной гибкой подводке либо по трубе. Это означает, что гидроаккумулятор и сам насос могут быть установлены в различных местах. Можно использовать глубинные насосы, а автоматическое управление осуществлять с поверхности, обеспечивая отличное качество и производительность системы.
  2. Может применяться и такая система автоматики, когда станция с блоками управления и контроля располагается непосредственно на гидроаккумуляторе. В таком случае рекомендуется соединять коллектор системы с насосной подающей трубой. Это дает возможность получить так называемую распределенную станцию. Насос в этом случае находится в колодце или скважине, а сам гидроаккумулятор размещается в доме, где и обеспечиваются необходимые требования для такого оборудования.
  3. Распределенная насосная станция с блоком автоматики может быть и более совершенной. Она располагается около коллектора холодной воды, где и поддерживается необходимое постоянное давление. Гидроаккумулятор размещается под ванной в санузле, а сам напорный водопровод будет отходить непосредственно от насоса. Насос в этом случае используется поверхностный, он монтируется недалеко от устья колодца или скважины. Но можно применять и погружные, которые не издают никакого шума при работе. Насос не находится на поверхности, а работает под поверхностью грунта.

Вернуться к оглавлению

Автоматизация работы дожимной насосной станции.

Когда ставится автоматика для насоса своими руками, необходимо сразу определиться с тем, где именно будет располагаться такая управляющая станция. Вопрос этот не так прост, следует учитывать многочисленные требования и правила. При расположении автоматики требуется решить ряд вопросов:

  1. Место для автоматики должно отапливаться в течение всего года.
  2. Место для автоматики надо оборудовать так, чтобы оно было доступным для круглогодичного обслуживания. Насосы и трубопроводы для скважины рекомендуется осматривать примерно 2 раза за год, проводить ремонтные работы, если возникает такая потребность.
  3. Лучше всего автоматику для управления насосом располагать таким образом, чтобы она как можно ближе находилась к колодцу или скважине. Это позволит обеспечить более надежный забор воды, ее подачу в дом. Для этого возводятся небольшие легкие постройки, которые заодно служат в качестве сараев, хозяйственных построек, бойлерных.
  4. Насосные станции рекомендуется ставить недалеко от коллекторного узла, который распределяет снабжение для всего участка. Все это позволяет избежать потерь давления. Напор будет сохраняться на одном уровне.
  5. Необходимо помнить, что насосная станция при работе издает довольно ощутимый шум. Поэтому оборудование, обеспечивающее автоматическую и регулирующую работу, следует ставить таким образом, чтобы оно не мешало. Даже расположенное рядом с ванной или кухней такое оборудование будет мешать.

Своими руками автоматику для насоса можно ставить в отдельном помещении дома, расположив его вдали от жилых комнат. Лучше всего делать это прямо под котельной, если она есть в доме.

В зимнее время отопление для таких помещений обязательно, отключать его нельзя ни в коем случае.

Для стен надо предусмотреть звукоизоляцию. Можно применять и такой метод размещения автоматики, как выделение отдельного угла на кухнях или ванных комнатах, так как много места оборудование не занимает. Но применяется этот вариант только в том случае, когда по-другому разместить автоматику для насосной станции нельзя. Минусом такого расположения является то, что она будет сильно шуметь, но в остальном это самый выгодный вариант. Неплохим вариантом является установка оборудования для автоматического управления в подвалах. Но помещение должно быть обязательно утепленным.

Автоматика для насоса обеспечивает бесперебойную работу оборудования, предназначенного для скважин или колодцев. Сегодня можно приобрести уже готовые насосные станции, включающие в себя все необходимое, но можно собрать их и своими руками. Это обеспечивает более надежную работу, а расходы на оборудование будут намного меньшими, чем при использовании уже готового варианта.

Автоматика для скважины: из каких элементов она состоит и для чего необходима

При обустройстве водоснабжения, использующего подземные ресурсы, грамотно выбрать для него автоматику предельно важно.

На фото общая схема автоматики скважинного водоснабжения.

Под понятием «автоматика для скважин» подразумевают комплекс устройств, состоящий из:

  • управляющих реле;
  • силового электрического блока;
  • различных защитных систем, предназначение которых – пресечь опасность поломки мотора и самого насоса.

Автоматическое управление насосом

Чаще всего используются две схемы контроля над запуском/остановкой погружного насоса:

  • по объему воды в накопительном баке;
  • по уровню давления в водопроводе.
Контролирование работы по уровню воды

Регулирование работы насоса по уровню воды.

Такая схема используется при работе погружных насосов на водонапорные сооружения либо для заполнения специального резервуара, из которого вода к потребителям качается дополнительным насосом.

  1. Внутри накопительных баков монтируются особые датчики уровня. Они, при помощи командных реле, следят за нижним и верхним порогом наполнения резервуара. В зависимости от объема воды, реле дают команды на запуск или остановку насоса. Датчики могут быть поплавковыми или электродными. Первые менее надежны, т.к. их рабочий ресурс невелик.
  2. Емкость запаса воды нужно обязательно оснащать аварийным переливом, на случай, если она переполнится.

Обратите внимание! Главное достоинство такой схемы – это стабильность работы насоса. Гидравлика при этом постоянна, т.к. номинальное расходование рассчитано на высоту, состоящую из глубины скважины, высоты водонапорной башни и 1/2 метров излива. Каждый цикл равен по расходованию всему объему бака/башни, он учитывает расход текущего водо-разбора.

Предотвращается опасность дерганий мотора, это увеличивает его срок службы.

Статьи по теме:

  • Скважинный уровнемер
  • Автоматика для скважинного насоса
  • Артскважина
Управление насосом по давлению

Реле давления воды.

  1. Согласно такой схеме, насосом управляют команды реле, которое монтируется на трубопроводе. На нем задаются две величины: давление, при котором следует включить либо отключить насос.
  2. Данная автоматическая подача воды из скважины чаще всего применяется для индивидуальных скважин, в отличие от предыдущей схемы, характерной на коллективных системах водоснабжения.
  3. Как правило, в данном случае применяются ресиверы (мембранные баки). Они нужны, чтоб держать необходимое избыточное давление в системе, а также компенсировать малые расходы и гидравлические удары.
  4. Очень важно грамотно настроить реле, исходя из параметров насоса и объема ресивера. Чтоб качающий агрегат излишне часто не срабатывал, надо задать верхний и нижний пороги давления, исходя из средней зоны характеристик насоса. Гистерезис величин надо подбирать от 1.2 бар до 2.5, учитывая данные о максимуме включений насоса в определенное время.

Реле давления, которые используются в подобной схеме, делятся на промышленные и бытовые аналоги.

Промышленное реле.

  1. Первые из них оснащены мощными контактными группами и могут выдержать силу тока до 16 ампер. Однако они не имеют настроечной шкалы, показывающей диапазон давлений для регулировки.
  2. Поэтому для настройки подобных реле необходим манометр.
  3. Достоинство таких устройств для скважины — возможность использования в силовых электрических цепях для прямого контроля насоса. Помимо этого, промышленные приборы имеют высокую надежность и точность.
  4. Минусы – небольшая точность настраивания и малый рабочий ресурс, из-за воздействия сильных пусковых токов. Устройства обладают слаботочными контактами, нуждаются в коммутировании через наружный пускатель.

Инструкция требует для эксплуатации насоса совместно с промышленным типом реле использовать шкафы управления, имеющие приборы для дополнительной защиты либо без таковых.

Монтируя бытовое реле, вполне достаточно подсоединить насос прямо, при помощи его контактных групп, к электросети. Простая конструкция и невысокая цена прибора делают его популярным среди покупателей.

Обратите внимание! Однако эта экономия нивелируется дополнительными тратами, связанными с заменой реле, которые не отличаются долговечностью.

Кроме этого, даже если вы поставите новое устройство своими руками, восстановить его нужные настройки и проверить работу, вряд ли сможете.

Защитные устройства для насоса

Главные причины поломок скважинных насосов:

  • их эксплуатация при пониженном/повышенном напряжении в электросети;
  • перегрузки мотора;
  • их работа на холостом ходу, иными словами — без воды.
Методы обеспечения защиты

Стабилизаторы переменного напряжения.

  1. Лучший метод сделать питание насоса качественным – использовать стабилизаторы переменного напряжения. Часто автоматика артскважин включает в себя реле, контролирующее напряжение. Оно выключает насос при перепадах напряжения и регулирует асимметрию и последовательность фаз на трехфазных моторах.

Применение токового реле.

  1. От перегрузок электродвижки защищаются тепловыми (токовыми) реле. Они выключают агрегат, когда достигается заданная величина тока. Важно, чтоб разброс настроек такого реле совпадал с номиналом тока насоса.
  2. От холостого хода насосы защищаются двумя методами. Напрямую – по объему воды в баке/башне, при помощи электродных или поплавковых датчиков. Опосредованно – по величине тока либо изменению фаз и напряжения тока электродвигателя, при помощи реле.

Минус косвенного типа защиты — ее вторичность. Управляющее реле реагирует лишь в том случае, когда подшипники и проточный блок уже остаются без воды, которая их охлаждает и смазывает.

Когда производительность насоса выше дебета скважины, такое происходит несколько раз в день. Это уменьшает срок службы погружного насоса. Поэтому желательно поставить электродное устройство для контроля объема. Оно дает возможность выключить насос до возникновения аварии.

Типы защитных приборов

Печатная плата.

Для защиты и управления насосом можно применять разные виды и комбинации устройств.

Они делятся на 3 категории:

  • пускозащитные приборы, основой которых являются печатные платы QA-50B или QA-60C;
  • релейные управляющие блоки;
  • устройства на основе микропроцессоров.

Приборы на основе печатных плат – это конструктивно и функционально завершенные устройства.

  1. Они требуют подсоединения наружного оборудования: собственно насоса, нередко через пускатель (магнитный), реле давления, датчики уровня и пр.
  2. Они имеют широкий выбор регулируемых опций и параметров: токовая (тепловая) защита, компенсация перепадов напряжения, контроль холостого хода и нагрузок на мотор и т.д.
  3. Следует учесть, что вследствие законченности устройства, поменять логику его работы не представляется возможным.
  4. Кроме этого, нередко модели не имеют опции смены значений реагирования по некоторым параметрам. Если плата выходит из строя, то нужно менять ее всю. По стоимости это почти то же самое, что купить новое устройство.

Релейные управляющие устройства.

Релейная автоматика на скважину очень разнообразна. Это могут быть и самые простые устройства и шкафы, в которых расположены приборы, регулирующие работу нескольких насосов.

Достоинства такой разновидности устройств:

  • относительная надежность и простота конструкции;
  • быстрая и легкая модернизация для нестандартного использования;
  • если какой-либо элемент прибора сломается, то меняется только он.

Приборы на основе микропроцессоров.

Приборы, регулирующие работу и защищающие насосы, которые имеют основой микропроцессорные контроллеры, являются наиболее современными и сложными.

Они дают возможность контролировать следующие параметры эксплуатации агрегата:

  • величину сопротивления его изоляции;
  • температуру электромотора;
  • последовательность чередования и асимметрию фаз;
  • компенсируют пониженное/повышенное напряжение в сети;
  • защищают движок от перегрузок и холостого хода;
  • дают возможность учитывать время работы устройства и количество потребляемой при этом энергии.

Вывод

На данный момент эксплуатацию как индивидуальных, так и коллективных скважин сложно себе представить без использования функциональной и защитной автоматики. Она дает возможность повысить эффективность водоснабжения и увеличить долговечность применяемого при этом оборудования. Ознакомьтесь с публикуемым видео в этой статье. Оно содержит много полезной информации.

Автоматика для скважинных насосов: основы регулировки водоснабжения

Правильно подобранный скважинный насос с автоматикой является «сердцем» всей системы водоснабжения. При этом работа автоматического блока важна ничуть не менее, чем функционирование самой водоподъемной части.

В нашей статье мы опишем основные принципы, по которым регулируется работа такого оборудования, и приведем несколько советов, которые будут полезны мастерам при самостоятельной проектировке и сборке систем.

Насосы и схема автоматического управления

Основы автоматического регулирования

Насос, установленный в самой скважине, способен эффективно выполнять только одну функцию, а именно – осуществлять подъем воды на заданную высоту. Однако работать в таком режиме постоянно необходимо разве что при прокачке скважины.

Во все остальное время важно, чтобы поток воды был под контролем.

  • Естественно, что вручную регулировать работу насосной системы не получится, поскольку насос находится под землей на значительной глубине. По этой причине управление осуществляется по принципу обратной связи — автоматика для скважинного насоса воспринимает те или иные параметры, и соответственно вносит коррективы в работу насоса.
  • Примером такой регулировки может являться запуск двигателя помпы при снижении давления в системе. Как только расход воды приводит к понижению давления, информация подается на управляющий блок и включается подкачка.

Управляющая система

Обратите внимание! Чтобы это происходило реже, а не после каждого включения крана, в систему устанавливается специальный ресивер.

За счет особенностей конструкции он обеспечивает плавность пуска, что очень экономит ресурс насосной части.

  • По точно такому же принципу работают гидроаккумуляторы: как только резервуар заполняется до определенного уровня, насос отключается, и подача воды прерывается.
  • Важной задачей насосной автоматики является защита устройства: при необходимости (работа без воды, загрязнение песком или илом) оно отключается, что предотвращает его поломку. Учитывая, что цена у качественных моделей немаленькая, эта функция может быть весьма полезной.

Ниже мы рассмотрим упомянутые здесь примеры регулировки более подробно.

Типы автоматики

Регулировка по давлению

Для индивидуальных скважин предпочтительной является установка комплекса оборудования, которое осуществляет регулировку по уровню давления в системе. Для этого в контур водоснабжения из скважины встраивается ресивер мембранного типа, способный компенсировать гидроудары и поддерживать избыточное давление в трубах.

Регулировка осуществляется таким образом:

  • Реле давления (смонтированное отдельно или входящее в состав автоматической насосной станции) настраивается на два показателя: уровень, при котором включается подача воды, и уровень, при котором насос отключается.

Помпа и ресивер с манометром

  • Чтобы избежать слишком частого включения, настраиваемые пределы выбирают в соответствии с производительностью насоса и характеристиками ресивера.
  • Для максимально качественной работы следует использовать промышленные реле (XMP от Telemecanique, MDR от Condor и аналогичные). Они выдерживают ток значительной величины (15-16 А) и оборудуются надежными контактами. Минус профессиональных реле заключается в отсутствии градуировки: для настройки используется манометр, что отрицательно сказывается на точности.

Реле давления от Condor

  • Бытовые устройства более просты в использовании, однако отличаются меньшей надежностью. Если у вас нет соответствующего навыка – лучше не пытаться выполнить настройку своими руками, а оставить эту задачу профессионалам.

Совет! При использовании бытовых реле специалисты советуют применять дополнительную автоматическую защиту, установленную в отдельном шкафу управления,

Статьи по теме:

  • Ремонт погружных насосов своими руками: видео-инструкция
Регулирование в зависимости от уровня

Контроль уровня заполнения емкости необходим в том случае, если водоснабжение организовано с использованием резервуара на водонапорной башне или гидроаккумулятора на чердаке.

При этом регулировка обеспечивается за счет функционирования довольно простой системы:

Фото датчиков уровня и управляющего блока

  • Внутри резервной емкости с водой устанавливаются несколько электродов — так называемых датчиков заполнения.
  • При изменении уровня воды электроды соответственно замыкаются или размыкаются.
  • Как только вода достигает верхней отметки, реле контроля отключает насос, и подача воды прекращается.
  • При достижении нижней отметки помпа активизируется, возобновляя подачу воды в бак.

Вместо электродов подобные системы иногда оборудуются так называемыми поплавковыми выключателями. Однако эти устройства менее надежны и обладают небольшим резервом работы.

Схема работы поплавковых датчиков

Обратите внимание! В любом случае инструкция рекомендует устанавливать на резервуаре системы аварийного слива, либо же монтировать отдельный блок сигнализации при переполнении.

Системы регулировки, «завязанные» на уровень воды в емкости, чаще используются при массовом водоснабжении. Насосы для скважин с автоматикой уровневого типа служат значительно дольше, поскольку режим их работы отличается большей стабильностью. Также экономии ресурса способствует отсутствие кратковременных пусков.

Защитные механизмы

Еще одной важной функцией систем регулировки является защита самого механизма. Автоматический скважинный насос обычно комплектуется несколькими предохранительными устройствами, что позволяет сохранить его в рабочем состоянии даже при больших нагрузках.

Основными причинами, приводящими к поломке аппарата, являются:

  • Повышение либо понижение напряжения в сети.
  • Работа электрического двигателя при экстремальной нагрузке в течение продолжительного времени.
  • «Сухой ход», т.е. функционирование насосной части без воды.

Реле защиты от сухого хода

Каждая из этих причин должна быть устранена:

  • Для стабилизации электропитания используются реле, обеспечивающие контроль напряжения. При скачках тока подобное устройство просто отключает насос. Современные модели дополнительно оснащаются реле временной задержки, которое препятствует частому включению аппарата при серии скачков напряжения.

Обратите внимание! В промышленных системах водоснабжения могут использоваться стабилизаторы тока, однако их применение довольно затратно.

  • Чтобы двигатель не перегревался при больших нагрузках, используется так называемое тепловое токовое реле. При этом настройка данной детали осуществляется таким образом, чтобы ее параметры соответствовали номинальным характеристикам насоса.
  • Защита от сухого хода все чаще встраивается в сам насос. Подобная регулировка называется «косвенной»: помпа отключается тогда, когда проточная часть начинает работать вхолостую. Однако при этом повышается уровень износа всех деталей.
  • Более надежной является регулировка работы устройства по уровню воды в скважине: как и в случае с резервуаром, могут использоваться либо датчики, либо поплавки.

Организация защитной системы

Все указанные механизмы могут собираться как на безе печатных плат, так и на базе микропроцессоров. Процессорные системы авторегулировки являются более надежными, однако они стоят куда дороже, да и настройку их должны осуществлять профессионалы.

Вывод

Автоматизация скважин оборудованных электропогружным насосом позволяет существенно оптимизировать все процессы работы. При этом мы не только сократим расходы электроэнергии, но и уменьшим износ самого водоподъемного устройства. Более подробную информацию по данной теме содержит видео в этой статье.

Автоматика для скважинного насоса назначение, установка, подключение и настройка

Схема подключения

В зависимости от вида насоса схема подключения может различаться.

Установка и подключение погружного насоса и автоматики

Для каждого поколения автоматики схема подключения к насосной системе имеет свои отличия, зачастую ее особенности описаны в инструкции по эксплуатации.

Рассмотрим схему подключения на примере оснащения погружного насоса автоматикой 1-го поколения с гидроаккумулятором.

  • Сначала производится обвязка гидроаккумулятора. По схеме последовательно подключаются узлы. Для уплотнения резьбовых соединений используется фум-лента.
  • Первая на резьбу садится «американка», с ее помощью в процессе эксплуатации будет проводиться обслуживание гидроаккумулятора с целью замены мембраны.
  • Со второй стороны к «американке» прикручивается бронзовый переходник с резьбовыми ответвлениями.
  • К ним прикручиваются два узла: манометр и реле давления.
  • Следующей устанавливается ПВХ-труба посредством фитингового переходника на торец бронзового переходника гидроаккумулятора.
  • С другой стороны труба крепится при помощи фитинга к насосу.
  • Подающая труба и насос укладываются на ровном участке.

  • На петли его корпуса крепится страховочный трос с запасной длиной в 3 метра.
  • На трубу с интервалом в 1.5 метра хомутами крепится трос и кабель. Второй конец страховочного троса закрепляется рядом с обсадной трубой.
  • После чего насос спускается в скважину, и натягивается страховочный трос.
  • Далее обсадная труба накрывается защитным оголовком, предохраняющим скважину от засорения.
  • Кабель подключается к реле и ведется к управляющему электрошкафу.
  • Сразу после подключения начинается накачка воды в гидроаккумулятор. В этот момент необходимо спустить воздух, открыв кран.
  • После того как потечет вода без воздуха, кран закрывается, и проверяются показания манометра. Стандартно реле имеет настройки по верхнему пределу давления – 2.8 атм, а по нижнему – 1.5.

Установка и подключение поверхностного насоса с автоматикой

При таком типе насоса подключение автоматики имеет ряд отличий, хотя последовательность ее подключения такая же, как у погружного типа. Различия заключаются в следующем:

  • ко входу насоса присоединяется ПВХ-труба для забора воды с диаметров от 25 до 35 мм;
  • на второй конец посредством фитинга прикрепляется обратный клапан и опускается в скважину, при этом труба должна иметь длину, достаточную чтобы ее конец погрузился в воду примерно на метр, иначе будет захватываться воздух;
  • перед началом работы двигатель через заливное отверстие и заборная труба заполняются водой;
  • при правильном герметичном подсоединении всех узлов включение насоса будет сопровождаться накачкой воды.

Блок автоматики для скважины

Это уже более продвинутые системы, которые и стоят в 10-15 раз дороже обычного реле давления. За эти деньги вы получите удобное управление минимальным и максимальным давлением на ЖК-дисплее, встроенную защиту от сухого хода, защиту от заклинивания насоса, а в некоторых моделях и автоматические запуски через определённый интервал времени после остановки насоса из-за ошибки.

Эти автоматические регуляторы для скважины также будет нелишним дополнить гидроаккумулятором. Как правило, ставят на такие системы небольшие баки, объёмом около 5 литров, для того, чтобы компенсировать гидроудары.

Виды

Всю автоматику, использующуюся для контроля за работой насоса, подразделяют на 3 вида в хронологическом порядке согласно последовательности ее создания.

1-го поколения

Это первая и простейшая автоматизированная система управления насосным оборудованием. Ее используют для несложных задач, когда нужно обеспечить постоянный источник воды в доме. Состоит она из трех основных частей.

  • Датчик сухого хода.
    Необходим для отключения насоса при отсутствии воды, которая служит охладителем, без нее насос перегреется и обмотка сгорит. Но также может устанавливаться дополнительный поплавок-выключатель. Его функция схожа с датчиком и отталкивается от уровня воды: когда он понижается – насос выключается. Эти простые механизмы надежно защищают дорогостоящее оборудование от порчи.
  • Гидроаккумулятор.
    Является необходимым элементом для автоматизации системы. Выполняет функцию накопителя воды, внутри которого расположена мембрана.
  • Реле
    . Устройство, контролирующее уровень давления, должно снабжаться манометром, позволяющим настраивать рабочие параметры контактов реле.

Датчик сухого хода

Гидроаккумулятор

Реле давления

Автоматика первого поколения для глубинных колодезных насосов отличается простотой за счет отсутствия сложных электрических схем, а потому его установка на любое насосное оборудование не является проблемным.

Функционал системы так же прост, как и механизм работы, который завязан на понижении давления в гидроаккумуляторе при израсходовании воды. Вследствие чего включается насос и заполняет емкость новой жидкостью. При полном заполнении насос отключается. Этот процесс продолжается циклично
. Возможна регулировка минимального и максимального давления посредством реле. Манометр позволяет установить нижний и верхний предел срабатывания автоматики.

2-го поколения

Второе поколение отличается от первого использованием электронного блока управления, к которому подключены датчики. Они распределены по всей насосной системе и следят за работой самого насоса и состоянием трубопровода. Вся информация поступает к электронному блоку, который ее обрабатывает и принимает соответствующие решения.

При использовании автоматики 2-го поколения может не использоваться гидроаккумулятор, так как трубопровод и установленный в нем датчик выполняют аналогичную функцию. Когда давление в трубе падает, сигнал от датчика поступает в узел управления, который, в свою очередь, включает насос и восстанавливает напор воды на прежний уровень, а по завершении отключает его.

Для установки автоматики 2-го поколения необходимы базовые навыки в обращении с электроникой.
По принципу действия системы 1-го и 2-го поколения схожи – контроль давления, но по стоимости система 2-го поколения значительно дороже, вследствие чего пользуется меньшим спросом.

3-го поколения

Такая система отличается высокой надежностью и эффективностью, но и стоит дороже своих предшественников. Точная работа системы обеспечивается продвинутой электроникой и позволяет экономить на электроэнергии. Для подключения этой системы необходим специалист, который не только установит, но и настроит правильную работу блока. Автоматика обеспечивает полный комплекс защиты оборудования от поломки начиная от «сухого хода» и разрыва трубопровода и заканчивая защитой от скачков напряжения в сети. Принцип работы, как и во 2-ом поколении, не связан с использованием гидроаккумулятора.

Главное отличие – это возможность более точно регулировать работу механических узлов.
Например, при включении насос стандартно качает воду на максимальной мощности, в чем нет нужды при ее малом расходе, а электричество потребляется по максимуму.

1 Виды и отличия погружных насосов

Прежде чем понять автоматику, мы должны с Вами понять какие разновидности насосов существуют. Во всем мире есть только два вида погружных насосов:

  1. Вибрационные.

Все мы знаем что, вышеперечисленные типы автоматических погружных насосов устанавливают только в воду, которую эти насосы перекачивают.

Вот поэтому его называют «погружной» Большая часть дачников, и любителей загородных домов считают, что , намного лучше поверхностных, но с этим можно поспорить.

В принципе работа этих насосов у них одинакова, но сам механизм отличается друг от друга. Также следует заметить, что условия работы у них тоже разные. На скважинах любой глубины могут использовать погружные насосы, в них есть необходимость повышения давления воды, для того, чтобы перекачать вводу наверх. Следует учесть что, погружные насосы работают на глубине в скважине до 10 метров.

Если у Вас скважина более десяти метров, то тут используют узкоспециализированные насосные системы для перекачки воды из глубины.

Для большой глубины лучше всего использовать вибрационные насосы, которые чаще всего используют на водяных скважинах. А вот центробежный насос чаще всего используют в сельскохозяйственной сфере, где применяется водоснабжения.

Главным элементом в вибрационном устройстве является мембрана. Когда происходит вибрация механизма, мембрана деформируется. В результате этого происходит разница давления в системе. В итоге получаем эффект перекачки жидкости в нужное Вами направление.

По такому принципу работают следующие виды насосов как:

  • Водолей.
  • Гардена.

Перед покупкой вышесказанных насосов удостоверьтесь в них наличием термовыключателя. Также при покупке нужно проверить работу забора воды в нижней части насоса. Если у Вас на дачном участке либо загородном доме грунт тяжелый, то желательно установить вибрационное устройство, как можно ниже.

Это делается для того, чтобы не разрушалась скважина(стенки скважины), а также что бы не загрязнялось разными предметами вибрационное устройство установленное в грунт. Также желательно устанавливать вибрационные модели только в укрепленных источниках. А вот насосы марки Водолей, Гардена либо Малыш легкие в монтаже и демонтаже.

Произвести ремонт можно быстро своими руками. Если мы решили рассмотреть рабочий механизм центробежного насоса, то сразу можно увидеть, что к нему присоединены специальные колеса к валу, который только один. Тут можно увидеть, что разницу в давлении производит вращение лопастей на колесах. В результате этого и происходит перекачивание жидкости в нужном вам направлении. Самыми популярными моделями в СНГ являются центробежные насосы.

На это есть несколько причин. Модели стабильны и приобрели немалую универсальность в применении. Также такие насосы – модели можно подключить своими руками и на этом не потратится. А это экономит затраты на обустройстве водоснабжения.

Автоматика для скважины своими руками или с помощью профессионалов

Общий принцип действия автоматики ↑

Несмотря на разницу в цене и функционале, современные автоматические блоки работают по одной и той же схеме – различные датчики отслеживают уровень давления и корректируют его по мере необходимости.

Наглядным примером может послужить принцип действия простейшего реле давления:

  • Прибор устанавливается на две позиции – максимальное и минимальное давление в системе – и подключается к гидроаккумулятору.
  • Мембрана гидроаккумулятора реагирует на количество воды, то есть на уровень давления.
  • При достижении минимально допустимого уровня включается реле, которое запускает насос.
  • Насос прекращает работу, когда срабатывает верхний датчик.

Более продвинутые системы, функционирующие без гидроаккумулятора, могут быть оснащены дополнительными опциями, но главный принцип работы автоматики для скважинного насоса остается неизменным.

Виды автоматики для скважинных насосов ↑

Первое поколение ↑

К первому (простейшему) поколению автоматики относят следующие приборы:

  • Реле давления;
  • Гидроаккумулятор;
  • Датчики-блокираторы сухого хода;
  • Выключатели-поплавки.

О реле давления было сказано выше. Поплавковые выключатели реагируют на критическое понижение уровня жидкости, отключая насос. Датчики сухого хода предотвращают перегрев насоса – если в камере отсутствует вода, система перестает функционировать. Как правило, подобная схема используется в поверхностных моделях.

Простейшую автоматику для скважинного насоса можно легко установить своими руками. Система подойдет также для дренажного оборудования.

Второе поколение ↑

Блоки-автоматы второго поколения представляют собой более серьезные механизмы. Здесь используется электронный контролирующий блок и несколько чувствительных датчиков, закрепленных в разных местах трубопровода и насосной станции. Сигналы с датчиков поступают на микросхему, которая ведет полный контроль за работой системы водоснабжения.

Электронный «сторож» в режиме реального времени реагирует на любые отхождения от нормы. Кроме того, он может быть оснащен дополнительными функциями:

  • Температурный контроль;
  • Аварийное отключение системы;
  • Проверка уровня жидкости;
  • Блокиратор сухого хода.

Важно! Большим минусом такой схемы автоматики для скважинных насосов является необходимость тонкой настройки, склонность к поломкам и довольно высокая цена

Третье поколение ↑

Важно! Если у вас нет опыта в водоснабжении, своими руками автоматику для скважины установить не получится. Только специалист может определить, по какому алгоритму лучше программировать систему

Автоматический блок своими руками ↑

Изготовленная своими руками автоматика для скважинного насоса зачастую обходится дешевле заводского комплекта оборудования. При покупке узлов по отдельности всегда можно подобрать оптимальный вариант для приобретенной модели насоса, не переплачивая за ненужные дополнительные опции.

Важно! Такая самодеятельность требует определенного уровня знаний. Если вы не можете назвать себя специалистом, лучше приобрести насосное оборудование с предустановленной автоматикой

Основные схемы сборки ↑

Среди схем автоматики для скважинных насосов хорошо зарекомендовали себя следующие виды:

Все узлы автоматики собираются в одном месте. При этом гидроаккумулятор может находиться на поверхности, а вода для него подводится по трубе или гибкой подводке. Схема подходит как для поверхностных, так и для глубинных насосов.

Контролирующий блок на гидроаккумуляторе

При таком размещении рекомендуется соединять коллектор системы с подающей трубой насоса. Получается распределенная станция – агрегат находится в скважине, а блок управления с гидроаккумулятором установлен в доме или подсобном помещении.

Распределенная насосная станция

Блок автоматики находится возле коллектора холодной воды, поддерживая в нем постоянный уровень давления. Напорный трубопровод отходит от самого насоса. При такой схеме лучше использовать поверхностные модели.

Советы по установке ↑

Чтобы автоматическое оборудование служило вам верой и правдой, необходимо заранее позаботиться о правильном месте его установки:

  • Помещение должно круглогодично отапливаться.
  • Чем ближе к скважине находится выносной блок, тем лучше. Идеальный вариант – оборудовать небольшую бойлерную возле кессона.
  • Чтобы избежать потерь давления, устанавливайте насосную станцию в непосредственной близости от коллектора.
  • Если оборудование будет находиться в доме, проведите качественную звукоизоляцию помещения.

Механический регулятор давления для скважины

Самый простой и бюджетный способ автоматизировать скважину это поставить на неё механический регулятор давления. Действует он достаточно просто, вода создаёт давление в капсуле, и если оно недостаточно, то замыкаются контакты и насос включается, как только кран закрывается, давление возрастает и контакты размыкаются.

Бывает, что такие реле давления оснащаются манометром, но самые недорогие модели лишены и этого. Такое реле может устанавливаться в любой точке магистрали, давление в трубе везде одинаковое. Самый существенный недостаток этого устройства это отсутствие защиты от «сухого хода» и если по каким-то причинам вода в скважине закончится и давление в системе упадёт, то реле давления подаст электричество на насос, и насос будет работать до тех пор, пока не выйдет из строя.

Второй момент — это наличие гидроаккумулятора в системе. Он выполняет минимум две функции:

  1. Предотвращает частые включения насоса.
  2. Принимает на себя гидроудары, возникающие при резком закрывании крана.

Как работает гидроаккумулятор

Гидроаккумулятор — это бак сделанный из чёрного металла или нержавейки. Как правило, красятся в голубой цвет и имеют ёмкость от 5 до 500 литров. От объёма бака напрямую зависит количество включений насоса. При небольшом потреблении воды в системах, оснащённых гидроаккумуляторами малых объёмов (до 50 литров), запросто может наблюдаться частые перепады давления в напоре воды. Гидроаккумулятор
имеет встроенную мембрану накачивается до давления около 2 атм. Давление в системе всегда должно быть выше давления в мембране, иначе мембрана попросту не будет работать.

Во время включения насоса вода начинает заполнять расширительный бак и сжимает мембрану в объёме, так как та имеет более низкое давление. После того как насос отключается, давление в мембране и в баке выравнивается. Когда открывается кран, то вода из бака выливается, а объем вылитой воды из бака заполняет воздух в мембране. В тот момент, когда давление в системе падает до настроенного в реле на включение включается насос и процесс повторяется.

Итак, подведём промежуточный итог. Недорогие реле давления необходимо снабжать датчиком сухого хода и гидроаккумулятором.

блок для скважины с погружным вариантом, продукция для скважинного водяного устройства с гидроаккумулятором и реле давления, модели «Джилекс» для водоснабжения

Скважина для воды на участке почти обязательное явление, она предоставляет множество выгод. Чтобы ее работа не омрачалась постоянными поломками, необходимо установить автоматику. Она бывает разной по компоновке, может быть чисто механической или иметь электронный блок управления, но любая автоматика обеспечивает правильную работу насосной системы.

Особенности

Автоматика для насоса, как и для отопления, поддерживает нормальную работу системы, следя за множеством параметров, например, давлением, температурой насоса, осуществляет распределение воды в системе и тому подобное. Для корректной работы необходимы несколько узлов различного типа и их настройка под конкретную специфику начиная от типа насосного оборудования и глубины скважины и заканчивая количеством точек водозабора и необходимым рабочим давлением.

Штатная работа насоса поддерживается работой автоматики важных узлов.

  • Распределяющее коллекторное устройство. Обеспечивает подачу воды в несколько точек водозабора по всей обслуживаемой территории.
  • Реле. Контролирует запуск и остановку насоса. Необходимо для контроля оптимального давления в системе. При продаже имеет базовые настройки от производителя, которые могут изменяться согласно нуждам конкретной системы.
  • Манометр, устройство измеряющее рабочее давление системы.
  • Датчик сухого хода. Необходим для предотвращения перегрева насосного оборудования при отсутствии воды в системе.

Минимальный объем автоматики для насосной станции включает контроллер и систему защиты.

  • Контроллер, регулирующий мощность насоса. Необходим для работы системы в оптимальном режиме.
  • Система защиты:
    • датчик сухого хода;
    • датчик, защищающий от перегрева;
    • датчик, определяющий разрыв в напорной магистрали.

Можно отметить положительные и отрицательные моменты при использовании автоматики.

Автоматика, как и любое сложное устройство, призвана улучшить работу механической составляющей, в данном случае насоса, в связи с этим ее использование предоставляет определенные преимущества, к ним относятся:

  • широкий выбор специализированных агрегатов позволяет подобрать подходящий вариант к насосу с практически любыми параметрами;
  • набор автоматики уже скомпонован в систему и готов к работе, поэтому можно не заниматься подбором отдельных узлов, не проверять детали на совместимость и синхронизацию взаимодействия;
  • главное достоинство автоматики – это работа в плавном размеренном режиме всей насосной системы, при этом следить за ее балансировкой не нужно, потому что это также задача автоматики.

Кроме положительных качеств, автоматика имеет и свои недостатки, и вот какие:

  • скомпонованная система стоит дороже, чем ее сборка из отдельных узлов самостоятельно;
  • при наличии определенных познаний можно подобрать каждый узел так, чтобы он идеально отвечал требованиям насосной системы и настроить его на оптимальную работу; при готовой системе такое полное совпадение редкость, но если поискать, можно найти хороший вариант с высоким соответствием;
  • автоматика по большей части плохо сочетается с вибрационными насосами из-за их специфичного требования к входному давлению в 0.3 атм, на которое она не рассчитана.

Виды

Всю автоматику, использующуюся для контроля за работой насоса, подразделяют на 3 вида в хронологическом порядке согласно последовательности ее создания.

1-го поколения

Это первая и простейшая автоматизированная система управления насосным оборудованием. Ее используют для несложных задач, когда нужно обеспечить постоянный источник воды в доме. Состоит она из трех основных частей.

  • Датчик сухого хода. Необходим для отключения насоса при отсутствии воды, которая служит охладителем, без нее насос перегреется и обмотка сгорит. Но также может устанавливаться дополнительный поплавок-выключатель. Его функция схожа с датчиком и отталкивается от уровня воды: когда он понижается – насос выключается. Эти простые механизмы надежно защищают дорогостоящее оборудование от порчи.
  • Гидроаккумулятор. Является необходимым элементом для автоматизации системы. Выполняет функцию накопителя воды, внутри которого расположена мембрана.
  • Реле. Устройство, контролирующее уровень давления, должно снабжаться манометром, позволяющим настраивать рабочие параметры контактов реле.

Автоматика первого поколения для глубинных колодезных насосов отличается простотой за счет отсутствия сложных электрических схем, а потому его установка на любое насосное оборудование не является проблемным.

Функционал системы так же прост, как и механизм работы, который завязан на понижении давления в гидроаккумуляторе при израсходовании воды. Вследствие чего включается насос и заполняет емкость новой жидкостью. При полном заполнении насос отключается. Этот процесс продолжается циклично. Возможна регулировка минимального и максимального давления посредством реле. Манометр позволяет установить нижний и верхний предел срабатывания автоматики.

2-го поколения

Второе поколение отличается от первого использованием электронного блока управления, к которому подключены датчики. Они распределены по всей насосной системе и следят за работой самого насоса и состоянием трубопровода. Вся информация поступает к электронному блоку, который ее обрабатывает и принимает соответствующие решения.

При использовании автоматики 2-го поколения может не использоваться гидроаккумулятор, так как трубопровод и установленный в нем датчик выполняют аналогичную функцию. Когда давление в трубе падает, сигнал от датчика поступает в узел управления, который, в свою очередь, включает насос и восстанавливает напор воды на прежний уровень, а по завершении отключает его.

Для установки автоматики 2-го поколения необходимы базовые навыки в обращении с электроникой. По принципу действия системы 1-го и 2-го поколения схожи – контроль давления, но по стоимости система 2-го поколения значительно дороже, вследствие чего пользуется меньшим спросом.

Компенсацией являет отсутствие гидроаккумулятора, а, следовательно, экономятся деньги на его покупку, хотя он имеет и свои плюсы, так как система на его основе продолжает работать даже в отсутствии электричества.

3-го поколения

Такая система отличается высокой надежностью и эффективностью, но и стоит дороже своих предшественников. Точная работа системы обеспечивается продвинутой электроникой и позволяет экономить на электроэнергии. Для подключения этой системы необходим специалист, который не только установит, но и настроит правильную работу блока. Автоматика обеспечивает полный комплекс защиты оборудования от поломки начиная от «сухого хода» и разрыва трубопровода и заканчивая защитой от скачков напряжения в сети. Принцип работы, как и во 2-ом поколении, не связан с использованием гидроаккумулятора.

Главное отличие – это возможность более точно регулировать работу механических узлов. Например, при включении насос стандартно качает воду на максимальной мощности, в чем нет нужды при ее малом расходе, а электричество потребляется по максимуму.

Система 3-го поколения варьирует мощность насоса в зависимости от интенсивности водозабора, увеличивая и уменьшая его обороты. Это не только экономит энергию, но и продлевает срок службы агрегата.

Схема подключения

В зависимости от вида насоса схема подключения может различаться.

Установка и подключение погружного насоса и автоматики

Для каждого поколения автоматики схема подключения к насосной системе имеет свои отличия, зачастую ее особенности описаны в инструкции по эксплуатации.

Рассмотрим схему подключения на примере оснащения погружного насоса автоматикой 1-го поколения с гидроаккумулятором.

  • Сначала производится обвязка гидроаккумулятора. По схеме последовательно подключаются узлы. Для уплотнения резьбовых соединений используется фум-лента.
  • Первая на резьбу садится «американка», с ее помощью в процессе эксплуатации будет проводиться обслуживание гидроаккумулятора с целью замены мембраны.
  • Со второй стороны к «американке» прикручивается бронзовый переходник с резьбовыми ответвлениями.
  • К ним прикручиваются два узла: манометр и реле давления.
  • Следующей устанавливается ПВХ-труба посредством фитингового переходника на торец бронзового переходника гидроаккумулятора.
  • С другой стороны труба крепится при помощи фитинга к насосу.
  • Подающая труба и насос укладываются на ровном участке.
  • На петли его корпуса крепится страховочный трос с запасной длиной в 3 метра.
  • На трубу с интервалом в 1.5 метра хомутами крепится трос и кабель. Второй конец страховочного троса закрепляется рядом с обсадной трубой.
  • После чего насос спускается в скважину, и натягивается страховочный трос.
  • Далее обсадная труба накрывается защитным оголовком, предохраняющим скважину от засорения.
  • Кабель подключается к реле и ведется к управляющему электрошкафу.
  • Сразу после подключения начинается накачка воды в гидроаккумулятор. В этот момент необходимо спустить воздух, открыв кран.
  • После того как потечет вода без воздуха, кран закрывается, и проверяются показания манометра. Стандартно реле имеет настройки по верхнему пределу давления – 2.8 атм, а по нижнему – 1.5.

При других показателях производится регулировка реле посредством специальных винтов внутри корпуса.

Установка и подключение поверхностного насоса с автоматикой

При таком типе насоса подключение автоматики имеет ряд отличий, хотя последовательность ее подключения такая же, как у погружного типа. Различия заключаются в следующем:

  • ко входу насоса присоединяется ПВХ-труба для забора воды с диаметров от 25 до 35 мм;
  • на второй конец посредством фитинга прикрепляется обратный клапан и опускается в скважину, при этом труба должна иметь длину, достаточную чтобы ее конец погрузился в воду примерно на метр, иначе будет захватываться воздух;
  • перед началом работы двигатель через заливное отверстие и заборная труба заполняются водой;
  • при правильном герметичном подсоединении всех узлов включение насоса будет сопровождаться накачкой воды.

Производители

Подбор любого технологичного оборудования скважинного насоса связан с риском купить некачественный товар, и чтобы этого избежать, стоит отдать предпочтение изготовителю с хорошей репутацией.

В числе таких компаний можно отметить несколько.

  • «Юнипамп» российская компания, производящая надежное качественное оборудование по умеренной цене. Автоматика отличается широким выбором под различные насосные системы, рассчитана на работу с агрегатами мощностью не более 1.5 кВт. Конструкционно манометр совмещен с реле давления, такая особенность упрощает установку.
  • Grundfos – датская автоматика высокого качества. Основными особенностями продукции являются:
    • уровень защиты – IP52, автоматика с такой маркировкой может устанавливаться практически в любых условиях;
    • безотказное качество;
    • часть изделий рассчитана на напряжение менее 220В;
    • широкий выбор моделей под различные типы и мощности насосов.
  • Condor – немецкая аппаратура безупречного качества. Их продукция выделяется такими качествами:
    • двухполюсные реле давления;
    • универсальные настройки режимов работы;
    • высокая стоимость.
  • Italtecnica – итальянская фирма, выпускающая автоматику хорошего качества по умеренной цене. Оборудование рассчитано на диапазон давления 1-5 бар. Гарантийный срок изделий – 1 год. А также они производят автоматику для насосных станций, параметры работы таких устройств следующие:
    • рабочее давление – 1.4-2.8 бар;
    • полимерный материал корпуса с изолирующей прокладкой;
    • противопригарная защита из серебра с никелем;
    • контактные клеммы медные.

Среди производителей качественной продукции водоснабжения можно также выделить бренды «Джилекс», «Прессконтроль», Espa, «ВиСтан 3», «Акваробот», «Малыш» и Alco.

Советы

В процессе подбора, установки и эксплуатации автоматики для насоса своими руками существую нюансы, знание которых может улучшить эффективность работы системы циркуляционного и дренажного насоса.

Установка слишком высокого давления в системе негативно отражается на работе насоса, а кроме того, приводит к непропорциональному перерасходу электроэнергии. Иногда оно просто не срабатывает.

Автоматика водяного насоса 3-го поколения использует частотное управление оборотами насоса, если имеющийся насос не поддерживает такую технологию, в установке автоматики 3-го поколения нет смысла.

Подключая проводку, необходимо удостовериться в ее хорошем креплении к колодкам клемм. При этом определенная полярность насоса и напряжения неважны.

О том, как подключить реле давления к насосной станции, вы можете узнать далее.

схемы монтажа и принцип работы

Иметь скважину на своем участке довольно выгодно, но чтобы осуществлять из нее забор воды понадобится любая помпа. Лучше всего для этих целей подходят погружные и поверхностные насосы. Чтобы упростить процесс забора воды, в системе водоснабжения используется автоматика для скважинного насоса, которую способен самостоятельно установить практически каждый хозяин.

Принцип действия и существующие разновидности автоматики


Автоматику нет смысла покупать для поверхностных насосов, используемых только для полива огорода. Его можно самостоятельно включить на определенное время, а затем выключить. А вот подключение скважинного насоса к системе водоснабжения всего дома без умного устройства не обойдется. Отдавая предпочтение тем или иным моделям автоматики, необходимо вначале узнать, какая система защиты уже установлена производителем в насосе. Обычно современные агрегаты уже оснащены защитой от перегрева и сухого хода. Иногда в комплектацию входит поплавок. Исходя из этих данных, приступают к выбору автоматики для насоса, которая представлена потребителю в 3 вариантах.

Важно! Под понятием сухой ход подразумевается работа двигателя без воды. Жидкость, проходя через корпус насоса, служит охладителем двигателя. Без автоматики, имеющей устройство защиты от сухого хода, у работающего двигателя произойдет перегрев и сгорание рабочих обмоток.

Простейшая автоматика 1 поколения


Эта защита чаще всего используется для автоматизированной подачи воды. Автоматика состоит из 3 устройств:

  • Блокиратор сухого хода отключит работающий агрегат без воды, обезопасив его от перегрева. Иногда дополнительно можно устанавливать поплавок-выключатель. Он играет ту же роль, отключая насос при снижении уровня воды, не давая ему перегреваться в сухом ходе. На первый взгляд – устройства примитивные, но защищают двигатель эффективно.
  • Гидроаккумулятор является неотъемлемой частью автоматики 1 поколения. Иногда это неудобно, но без него автоматизировать подачу воды не получится. Работает гидроаккумулятор автоматики погружного насоса как накопитель воды. Внутри находится рабочий механизм – мембрана.
  • Реле следит за давлением воды в гидроаккумуляторе. На нем должен быть установлен манометр, позволяющий настраивать параметры срабатывания контактов реле.

Установить любой насос с автоматикой 1 поколения проще всего, так как отсутствует сложная электрическая схема. Работает система просто. Когда начинается расход воды, давление в гидроаккумуляторе понижается. Дойдя до нижнего предела, реле включает насос для нагнетания новой порции воды в бак. Когда давление в гидроаккумуляторе дойдет верхнего предела, реле отключает агрегат. Во время работы цикл повторяется. Регулируют минимальное и максимальное давление в гидроаккумуляторе с помощью реле. В устройстве выставляют нижний и верхний предел срабатывания, а помогает в этом манометр.

Электронная автоматика 2 поколения


Прибор автоматического контроля 2 поколения представляет собой электронный блок с набором датчиков. Последние располагаются на самом насосе, а также внутри трубопровода, и позволяют работать системе без гидроаккумулятора. Сигнал от датчиков принимает электронный блок, где и происходит управление работой системы.

Как установленный датчик способен заменить гидроаккумулятор, можно понять по работе системы. Накопление воды происходит только в трубопроводе, где установлен один из датчиков. При снижении давления, датчик отсылает сигнал блоку управления, а тот, в свою очередь, включает насос. После восстановления давления воды в трубопроводе по той же схеме идет сигнал на отключение агрегата.

Чтобы установить такую автоматику потребуются базовые знания электротехники. Принцип работы защиты 1 и 2 поколения практически одинаков – по давлению воды. Однако электронный блок с датчиками выходит намного дороже, что не делает его популярным среди пользователей. Еще автоматика позволяет отказаться от использования гидроаккумулятора, хотя он часто выручает при отключении электричества. В емкости всегда остается запас воды.

Усовершенствованная электронная автоматика 3 поколения


Самой надежной и эффективной является автоматика 3 поколения. Ее стоимость довольно высокая, зато существенно экономится электроэнергия благодаря точной настройке работы двигателя. Подключить такой автоматический блок лучше доверить специалисту. Автоматика 3 поколения 100% защищает двигатель от всевозможных поломок: перегрев от сухого хода, сгорание обмоток при перепаде напряжения и др.

Как и в аналоге 2 поколения, автоматика работает от датчиков без гидроаккумулятора. Но суть ее эффективной работы заключается в тонких настройках. Дело в том, что любой электродвигатель насоса при включении качает воду на полную мощность, что не всегда требуется при малом ее расходе. Автоматика 3 поколения включает двигатель на такую мощность, которая требуется для определенного количества забора и расхода воды. Это позволяет экономить электроэнергию и продлевает срок службы агрегата.

Внимание! Умышленное завышение давления воды в системе снижает КПД насоса и увеличивает расход электроэнергии.

Назначение шкафа управления насосом


Подключение насоса к автоматике не обходится без установки электрического шкафа. Особенно он важен в системе водоснабжения, работающей от погружного агрегата. Внутри шкафа размещают все узлы управления, контроля и предохранители.

Установленными в шкафу автоматами выполняют плавный пуск двигателя. Легкий доступ к оборудованию позволяет регулировать частотный преобразователь, измерять характеристики тока на клеммах, регулировать скорость вращения насосного вала. Если используется несколько скважин с насосами, все приборы управления можно разместить в одном шкафу. На фото показана типичная схема оборудования, которая может находиться в шкафу.

На видео рассказывают об управлении насосом:

«Водолей» – лучшее решение домашнего водоснабжения


Рынок предлагает потребителю огромный выбор насосного оборудования. Для домашней системы водоснабжения лучшим вариантом является погружной насос для колодца и скважины «Водолей» от отечественных производителей. Агрегаты давно себя зарекомендовали высокой производительностью, длительным сроком эксплуатации и качественным исполнением. Плюс к этим достоинствам, цена изделия в несколько раз меньше от импортных аналогов с аналогичными характеристиками.

Работа погружного насоса происходит под водой. Часто доставать агрегат оттуда нежелательно. «Водолей», как и все погружные аналоги, выполнен в виде удлиненной капсулы. Корпус сделан из нержавейки. Сверху имеется 2 петли для фиксации страховочного троса. По центру расположен патрубок для фиксации подающей трубы. Кабель электропитания входит в корпус через герметичное соединение. Внутри корпуса находится электродвигатель, на вал которого насажены крыльчатки в отдельной рабочей камере. По конструкции и способу забора воды «Водолей» относится к центробежным агрегатам.

Превосходит колодезный погружной насос агрегат поверхностной установки простотой запуска. Достаточно подать питание, и лопасти сразу же начнут захватывать воду, подавая ее в систему. Чтобы запустить поверхностный насос, в заборную трубу и рабочую камеру с крыльчаткой, придется нагнетать воду через заливное отверстие. Производят насосы «Водолей» разной мощности и габарита. В быту используют модели диаметром 110–150 мм, в зависимости от сечения обсадной трубы скважины.

На видео рассказывают, как выбрать насос и какие бывают модели:

Установка погружного насоса и подключение его к автоматике


Схема подключения погружного агрегата зависит от того, какая используется автоматика для насоса, и обычно она отражена в руководстве по эксплуатации. Для примера давайте рассмотрим вариант сборки схемы с автоматикой 1 класса, работающей от гидроаккумулятора.

На этих видео пошагово рассказывают о монтаже погружного насоса:

Работы начинают с обвязки гидроаккумулятора. Согласно схеме к нему поочередно подсоединяют оборудование. Все резьбовые соединения уплотняют фумлентой. На фото можно увидеть очередность сборки.

Первой на резьбу гидроаккумулятора накручивают «американку». Это разъемное соединение в будущем пригодится для обслуживания накопителя воды, часто связанное с заменой резиновой мембраны. На свободную резьбу американки накручивают бронзовый переходник с резьбовыми отводами. В них вкручивают манометр и реле давления. Далее, крепят один конец подающей ПВХ трубы с помощью фитинга-переходника к торцу бронзового переходника на гидроаккумуляторе. Другой конец трубы фиксируют с помощью фитинга к патрубку насоса.

Подающую трубу с насосом укладывают на ровном участке. К петлям на корпусе агрегата крепят страховочный трос с запасом длины около 3 м. К трубе шагом 1,5–2 м пластиковыми хомутами фиксируют трос с кабелем. Свободный конец троса закрепляют возле обсадной трубы скважины. Теперь осталось спустить насос внутрь скважины, и натянуть страховочный трос. Обсадную трубу закрывают защитным оголовком, препятствующим засорение скважины.

Когда все готово, кабель подсоединяют к реле и ведут к электрическому шкафу управления. После первого включения насос сразу начнет качать воду в гидробак. На этом этапе надо сразу открыть водоразборный кран, чтобы стравить воздух.

Когда вода начнет течь равномерно без примесей воздуха, кран закрывают и смотрят на манометр. Обычно реле уже идет отрегулировано на верхний параметр давления воды – 2,8 атм., и нижний предел – 1,5 атм. Если манометр показывает другие данные, реле необходимо отрегулировать винтами, стоящими внутри корпуса.

Схема установки поверхностного насоса с автоматикой


Схема сборки системы с поверхностным насосом имеет несколько отличительных нюансов. Вся цепочка из автоматики набирается по тому же способу, что и для глубинного насоса. Но так как агрегат устанавливается возле скважины, к его входу подсоединяют ПВХ трубу забора воды диаметром 25–35 мм. На ее второй конец с помощью фитинга крепят обратный клапан, после чего спускают в скважину. Длину трубы подбирают так, чтобы обратный клапан был погружен в воду на глубину около 1 м, иначе насос будет захватывать воздух.

Перед первым запуском двигателя, через заливное отверстие необходимо налить воды, чтобы заполнить заборную трубу и рабочую камеру насоса. Если все соединения выполнены герметично, после включения насос сразу начнет качать воду.

Скважина, оборудованная автоматической системой подачи воды, создаст комфорт проживания в частном доме и обеспечит своевременный полив приусадебного участка.

DIY автоматизации сборки | Trouble Free Pool

Меня немного раздражает плата реле. На первый взгляд, он имеет все необходимые функции: оптоизоляцию, буферизованные драйверы для реле и светодиоды для индикации состояния включения / выключения. При всем этом я подумал, что они, должно быть, соединили все вместе разумно, используя твердые принципы и гибкие входные напряжения.

К сожалению, они нагнетают 5 В в глотку, жестко подключив оптоизоляторы к бортовому источнику питания 5 В (LDO, управляемый от входа 12 В). Pi - это устройство с напряжением 3,3 В.Плохой тон - заставлять ограничивающие диоды на буфере ввода-вывода Pi поглощать перенапряжение от прямого подключения GPIO к этому релейному входу.

Но реальная проблема заключается в том, что вход на плату реле имеет обратную логику - удерживайте контакт на земле, чтобы активировать реле. Поскольку GPIO Pi по умолчанию использует вход с высоким импедансом при загрузке, это не такая уж большая проблема. Однако состояние выхода по умолчанию - «0». Поскольку я не хочу переключать выходной сигнал с низкого на высокий при переходе в режим вывода, я приложу дополнительные усилия, используя инвертирующую буферную схему для управления платой реле.Если бы плата реле была спроектирована лучше, в этом не было бы необходимости. Ой, теперь у меня есть ...

Для менее наклонных к электронике транзистор NPN (Q1) пропускает ток, когда база (среднее соединение) находится под «высоким» напряжением. Когда Q1 пропускает ток, загорается светодиод внутри оптоизолятора (U1), который затем активирует остальную часть цепи реле. Резистор R2 необходим для удержания базы транзистора при низком напряжении, пока GPIO Pi находится в режиме ввода с высоким импедансом (а также, когда Pi выключен или загружается).R3 ограничивает ток источника от Pi до <1 мА (он рассчитан на 20 мА, поэтому это очень консервативно).

Сегодня вечером я сделаю быструю проверку работоспособности макета, на всякий случай.

Затем я сделаю соединительную плату для моста между Pi и платой реле. У него будет 16 копий вышеперечисленного. Плата будет иметь дополнительное преимущество, так как даст мне место для установки аналого-цифрового преобразователя I2C для датчика давления, а также некоторых разъемов для 1-проводного интерфейса.

Автоматизация бассейнов: опции и способы установки

Представьте себе: вы весь день были на работе в жарком офисе или на солнце.Вам не терпится вернуться домой и поплавать в бассейне перед ужином. Вы приходите к себе домой, и пока вы переодеваетесь в костюм, фильтр вашего бассейна начинает работать, ваше покрытие бассейна убирается, температура воды стабилизируется до освежающего, но не слишком холодного места, и все это происходит автоматически.

Может показаться далекой фантазией полностью подготовить бассейн для вас, от освещения до температуры и чистоты, когда вы захотите в него войти, но это реальность, которая может стать вашей всего за пару часов работы.Автоматизация бассейнов - естественное продолжение умного дома, но это также отличный способ заняться технологиями для людей, которые обычно не любят много устройств.

В этой статье мы рассмотрим некоторые из лучших средств автоматизации, которые вы можете купить для своего пула, и то, как начать работу с каждой из них. Мы также предоставим информацию о том, где купить продукты для автоматизации бассейнов и как выглядит процесс установки этих продуктов и функций.

Автоматизация по меню

Если вы опасаетесь настраивать полностью автоматизированный пул, но некоторые автоматические функции кажутся отличным вложением средств, то автоматизация по выбору - лучший вариант.Вы можете контролировать несколько критических аспектов своего пула, не вкладывая средства в полноценную интеллектуальную систему автоматизации пула. Давайте рассмотрим некоторые из наиболее эффективных и интересных вариантов автоматизации бассейнов.

Отопление бассейна и контроль температуры воды

У вас должна быть система для контроля температуры воды в вашем бассейне, верно? Так почему бы не использовать автоматизацию, чтобы иметь полный контроль, дома ли вы, на работе или в отпуске? Вы можете использовать технологию солнечного нагрева или традиционную технологию автоматически, не добавляя дополнительных автоматических функций бассейна.

Мне нравится, когда мой бассейн подогревается автоматически, потому что он позволяет мне менять температуру, когда мне нужно, даже когда я в отъезде. Если дети решат, что они хотят открыть бассейн, пока я на работе, но им нужно изменить температуру, им не нужно прикасаться к циферблатам. Им просто нужно отправить мне текст, и я могу позаботиться об изменениях со своего телефона.

Важно отметить, что в процессе установки любой системы отопления должен участвовать профессионал, чтобы обеспечить вашу безопасность и правильную установку системы.Убедитесь, что вы можете автоматизировать свою систему, прежде чем покупать ее, и попросите краткое изложение того, как система работает, особенно если вы новичок в автоматизации, прежде чем ваш установщик уйдет.

На YouTube также есть отличные обучающие программы, если вы хотите получить от своего продукта максимальную отдачу. Вы захотите купить свою систему отопления у местного поставщика бассейнов, но обязательно изучите, прочтите отзывы и спросите друзей с бассейнами, прежде чем выбирать поставщика. Контроль температуры - неотъемлемая часть владения бассейном, поэтому очень важно делать все правильно.

Питание насоса и фильтровальной системы

Как в наземных, так и в заглубленных бассейнах требуются фильтры и насос для поддержания чистоты воды. Эти насосы не обязательно будут работать все время, и вы не захотите, чтобы они работали, потому что это значительные расходы. Однако вам понадобится помпа, чтобы она работала каждый день, и фильтр, когда вы планируете плавать.

Есть несколько вариантов насосов, о которых следует помнить. Насосы бывают односкоростные, двухскоростные и регулируемые.Регулируемая скорость дает вам максимальный контроль и самый большой потенциал энергосбережения. Он также позволяет вам прокачивать воду быстрее, если вы хотите быстро изменить температуру, или медленнее, если вы хотите плавать без лишнего шума.

Время, в течение которого вы запускаете помпу, зависит от размера вашего бассейна, количества пловцов, которые у вас есть каждый день, и вашего климата. Поскольку второй фактор в этом сценарии может меняться ежедневно, время работы вашего насоса также может измениться. Вот где автоматизация действительно пригодится.Вы можете настроить помпу в соответствии со своими типичными потребностями, но если у вас вечеринка, вы можете легко ее изменить. Ознакомьтесь с моим руководством по лучшим таймерам для пула, чтобы получить некоторые рекомендации.

Точно так же ваша система фильтрации должна будет работать каждый раз, когда крышка бассейна снята, чтобы бассейн оставался чистым и аккуратным. Вы можете автоматизировать эту систему, установив регулярное время фильтрации каждый день или просто включив его со своего смартфона, когда вы переодеваетесь в костюм после снятия укрытия, что вы также можете настроить так, чтобы оно происходило автоматически.

Опять же, эти функции намного проще профессионально установить при установке всей системы. Тем не менее, если у вас есть существующий пул, есть устройства, которые вы можете добавить в свою систему, которые довольно легко добавить в автоматизацию. Однако для этого вам понадобится как минимум базовый пул и электрические знания.

Регулировка уровней химикатов в бассейне

Правильный химический уровень в бассейне жизненно важен. Без автоматизации легко добавить слишком много одного химического вещества и снизить pH вашего бассейна.К счастью, системы химической автоматизации для бассейнов легко найти и установить самостоятельно. Эти системы не слишком дороги, что хорошо для вашего бюджета, но экономит много времени и денег.

Если вы собираетесь автоматизировать любую часть вашего бассейна, то я голосую за химические вещества для вашего бассейна. Это отнимает у вас большой объем работы, помогает избежать смешения с химическими веществами или уровнями pH, и это легко сделать. Все, что вам нужно сделать, это изучить ваш предпочтительный продукт для химической автоматизации.Вы также можете добавить удаленные мониторы и элементы управления.

Установить химическую систему бассейна самостоятельно - совсем несложно. Скорее всего, это займет у вас всего час или около того, если вы будете внимательно следовать инструкциям и иметь базовое представление об электрических системах. Самостоятельная установка также поможет вам лучше понять систему, что необходимо при работе с химическими веществами.

Регулировка освещения

Автоматическое освещение бассейна также относительно просто добавить самостоятельно. Вам нужно будет очень тщательно следовать инструкциям, которые производитель прилагает к своему продукту, чтобы обеспечить вашу безопасность.Тем не менее, установка освещения и системы автоматизации займет всего час или два. Вы также можете добавить систему автоматизации к существующей настройке освещения с помощью нескольких настроек.

Вы можете выбрать систему, которая позволяет включать захватывающие световые шоу, или более простую систему, ориентированную в основном на изменение цвета. Вам решать, сколько pazazz вы хотите, чтобы ваш пул был, и сколько денег вы хотите потратить. Вы можете приобрести продукты для автоматизации освещения от крупных брендов, таких как PENTAIR и Hayward, через Интернет или у лицензированных дилеров.

Выдвижные крышки для бассейнов

Давайте будем честными на секунду; Срывать покрытие для бассейна - настоящий облом. Еще больший облом, если у вас вообще нет рукоятки, и вам нужно снять ее и сложить вручную. Выдвижное покрытие для бассейна - это то, что вам нужно, чтобы ваше владение бассейном было немного менее утомительным.

Есть множество причин, по которым вы не захотите идти по традиционному маршруту с изгибаемым покрытием для бассейна. Одна из этих причин заключается в том, что это боль из-за того, что на это уходит время и мышцы.Вы можете подумать о выдвижном покрытии для бассейна, если вы старше и физически не можете справиться с традиционным покрытием, или если у вас есть дети или внуки, и вы беспокоитесь о безопасности.

Добавить выдвижную технологию автоматизации к вашему бассейну невероятно просто. Если вы начинаете с нуля с совершенно новой обложкой, вы можете оставить ее профессионалам. Они справятся со всем за час или два и сэкономят ваше время. Единственный недостаток выдвижной крышки - это дороговизна.

Автоматические очистители бассейнов

Автоматические чистящие средства для бассейнов - это интересно смотреть, они очень эффективны и относительно недороги в эксплуатации. Вы можете приобрести чистящие средства, которые можно включать удаленно, или которые вы можете запланировать для работы в определенное время каждый день, или и то, и другое! По сути, эти пылесосы представляют собой роботы-пылесосы для вашего бассейна, и они существуют уже несколько десятилетий, а их технологии становятся все лучше и лучше.

Я помню, как впервые увидел, как чистильщик бассейнов делает свое дело.Он выглядел как гигантский водный вакуум, и его имя, с любовью данное владельцем бассейна, было Губер. Существо было огромным, но могло легко бежать, не мешая нам плавать и нырять, поскольку оно работало. Сегодня большинство чистящих средств намного меньше по размеру и более эффективны, что очень удобно для потребителей.

В наши дни у вас будет множество вариантов, соответствующих вашим потребностям, с автоматическим очистителем бассейна. Очистители, вероятно, являются самыми быстрыми и простыми в установке средствами автоматизации бассейнов, независимо от того, какой тип или размер вы выберете, и они окупаются в долгосрочной перспективе.Я рекомендую поговорить с местными экспертами по бассейну, чтобы убедиться, что вы получите лучшее чистящее средство для ваших нужд, прежде чем покупать.

Голосовые помощники

Если у вас дома есть Amazon Alexa, Google Home или другое устройство голосового помощника, вы, вероятно, уже знаете, что можете настроить их для выполнения черных задач. С помощью удобного интеллектуального переключателя вы можете подключить своего голосового помощника к любому переключателю света в доме. Имея дополнительную розетку, вы можете включить любое подключенное устройство через своего помощника.

Однако эта технология не является эксклюзивной для вещей внутри вашего дома. Вы можете легко добавить автоматизацию пула к своему голосовому помощнику, независимо от того, автоматизирован ли весь ваш бассейн или только освещение или крышка. Вы можете попросить Alexa включить очиститель бассейна, попросить Siri снять крышку бассейна или попросить Google изменить освещение на ночной режим свидания. Делайте все это своим голосом, а не руками.

Продукты, которые помогут вам подключить автоматизацию пула к вашему голосовому помощнику, просты в установке самостоятельно и не требуют особого ухода.Эти продукты легко интегрируются с вашими текущими системами, и вы можете так же легко со временем добавить больше средств автоматизации. Кроме того, если вы автоматизируете сразу весь пул, вам обычно даже не потребуются дополнительные продукты.

Использование IFTTT (если это, то то)

IFTTT относится к программным интеграциям, которые вы можете использовать с автоматизацией пула, чтобы все происходило автоматически на основе других событий. Например, вы можете создать «рецепт», когда температура упадет ниже определенного значения в соответствии с вашим любимым погодным приложением.

Вы можете создавать рецепты, которые будут предупреждать вас, если дверь вашего бассейна остается открытой, когда вас нет дома. Вы также можете создать рецепт для включения обогрева и форсунок в вашем спа, когда ваш GPS показывает, что это ваш дом. Эта технология невероятно проста, но требует знаний в области электроники и программирования, поэтому вы можете оставить эти команды профессионалам.

Если вы хотите создавать рецепты IFTTT самостоятельно, вы можете легко сделать это с помощью голосового помощника. Вы также можете использовать приложение на своем устройстве Apple или Android.В любом случае, IFTTT делает автоматизацию вашего бассейна еще проще и увлекательнее в использовании.

Системы автоматизации Full Smart Pool

Если вы не хотите объединять автоматические функции вашего пула, вы можете выбрать полную интеллектуальную систему автоматизации пула. Если у вас уже есть несколько автоматизированных функций или вы постепенно собираете свою систему автоматизации, вам понадобится только система управления Smart Hub для удаленного управления вашим бассейном и спа. Эти системы стоят от 900 до 2500 долларов.

Если вам все еще нужны все продукты автоматизации и вы хотите, чтобы все это было установлено, что мы настоятельно рекомендуем, вы смотрите на гораздо более высокую цену. Иногда более 20 000 долларов за все товары и аксессуары. Если у вас ограниченный бюджет, я рекомендую обновлять функции по одной и нажимать на спусковой крючок на всей панели позже.

Полные системы сэкономят вам много денег в долгосрочной перспективе, но они имеют более высокую первоначальную стоимость, поэтому вам и вашему специалисту по бассейнам решать, когда лучше всего их устанавливать.Напоминаем, что любую панель или систему полной автоматизации будет очень сложно установить. Я настоятельно рекомендую нанять квалифицированного специалиста, чтобы вы сразу же смогли правильно настроить вашу систему.

Полноценная интеллектуальная система автоматизации бассейна сделает все или почти все, о чем мы говорили в разделе a la carte, а это означает, что она сразу же настроит вас на легкость и успех. Хотя сразу это потребует больших вложений, было бы неплохо, если бы все было сделано за вас, чтобы вы могли с легкостью начать пользоваться бассейном или спа.

Еще одно замечание: для правильной работы системы интеллектуального бассейна вам понадобится хорошая скорость интернета в вашем бассейне и спа. Вы можете легко проверить свою скорость, вытащив ноутбук или смарт-устройство на террасу у бассейна и воспользовавшись онлайн-инструментом для проверки скорости. Вам может понадобиться усилитель Wi-Fi снаружи или на внутренней стене возле бассейна, чтобы увеличить скорость.

Как и все остальное, у выбора полной интеллектуальной системы автоматизации бассейна есть свои плюсы и минусы. Вот парочка на ваше рассмотрение:

Плюсы
  • Легко обновить старый пул
  • Недорогое обновление со значительными результатами
  • Повышает эффективность
  • Экономия средств на электричестве и сантехнике
  • Может подключаться к голосовым помощникам или через приложение
Минусы
  • Сложно и технически сложно установить отдельно
  • Добавляет к авансовым расходам на установку бассейна
  • Отдельные продукты, связанные с полной автоматизацией, стоят дорого

Последние мысли

Автоматизация бассейнов

- это несложный способ повысить энергоэффективность и наслаждаться своим бассейном без всяких усилий.Вы можете автоматизировать процессы очистки, втягивание покрытия бассейна, уровни химикатов в бассейне, освещение, звук и многое другое. Автоматизация снимает напряжение с вас, как с владельца бассейна, и возвращает удовольствие на заднем дворе.

Вы можете приобрести средства автоматизации как для подземных, так и для наземных бассейнов. Большинство продуктов автоматизации достаточно просто установить самостоятельно, если у вас есть базовые знания в области электрики и вы четко следуете инструкциям. Однако полная система и панель, вероятно, будут сложнее, чем отдельные продукты, и потребуют профессиональной установки.

Безопасность является приоритетом для пула, и автоматизация может помочь вам в этом. Покрытия для бассейнов, защищающие от попадания малышей, системы, предотвращающие перегрев или замерзание бассейна, системы, включающие свет или вызывающие вас, когда дверь бассейна открывается без вашего ведома; все это доступно с автоматизацией бассейна.

Вы даже можете использовать голосового помощника, чтобы отдавать команды, так что вы можете делать все это, даже не двигая ногами и не включая смартфон. Автоматика - отличное дополнение к любому бассейну или спа.

Вопросы по автоматизации бассейнов? Дайте мне знать, я всегда рад помочь, где могу.

Как вы можете управлять помпой со смартфона? - INYOPools.com - Ресурсы для рукоделия

Сегодня вы можете делать со своим смартфоном невероятное количество вещей. Если следовать девизу Apple, существует почти приложение для всего. Если вы можете контролировать свою машину, систему сигнализации и свои финансы через смартфон, почему бы не насос для бассейна? Неудивительно и неудивительно, что индустрия бассейнов извлекает из этого выгоду.Итак, как вы можете управлять своей помпой со своего смартфона? Еще лучше, зачем вам иметь доступ к насосу для бассейна с телефона?

Сначала я посмеялся над идеей еще одного бесполезного приложения на моем телефоне. Да ладно, ты можешь это признать. В какой-то момент на пути к смартфону мы все стали жертвами иррациональной загрузки приложений. Тем не менее, некоторые приложения оказались полезными и выдержали испытание временем.

Мы всегда говорим, что насос для бассейна - это сердце всей системы бассейна.Любое телефонное приложение, позволяющее контролировать и управлять насосом для бассейна, может стать важным инструментом для правильного обслуживания бассейна. Есть несколько способов, которыми владельцы бассейнов могут управлять своими насосами со своих смартфонов. Давайте рассмотрим каждый вариант и обсудим, какой вариант лучше всего подходит для вашей текущей конфигурации пула.

Зачем подключать помпу к смартфону?

Прежде чем мы перейдем к тому, как мы поговорим, давайте обсудим, почему. Зачем вам приложение для наблюдения за насосом для бассейна дома? Я имею в виду, если вы дома, почему бы просто не пойти к бассейну и не проверить это сами?

Удобство.Посмотрим правде в глаза, большинство технологических достижений делается во имя удобства. Технологические компании разрабатывают приложения для телефонов, чтобы облегчить нам работу. Приложение, связывающее ваш насос для бассейна с телефоном, позволяет с удобством гарантировать бесперебойную работу насоса из вашей комнаты. В зависимости от программы, которую вы используете, у вас есть множество опций, которыми вы можете управлять под рукой.

В гостях в отпуске. Приятно брать отпуск. Еще приятнее не беспокоиться о своем бассейне во время отпуска.Никто не хочет возвращаться домой после расслабляющих выходных, чтобы заняться неуравновешенным зеленым бассейном. С другой стороны, никто не хочет платить или беспокоить соседа, чтобы тот следил за их бассейном. Смартфоны помогают решить эту проблему. Связь между помпой и смартфоном избавит вас от неожиданности, когда вы вернетесь в зеленый бассейн.

Техническое обслуживание: Самым большим преимуществом является возможность мониторинга и управления насосом для бассейна. Это также дает вам большую гибкость для регулировки и отмены текущих настроек помпы.Короче говоря, вам никогда не придется беспокоиться о том, что насос потеряет заливку или не будет работать достаточно долго. Эта информация всегда под рукой.

способов подключения помпы к смартфону

На данный момент существует всего несколько способов подключить насос для бассейна к смартфону, и это зависит от того, какое оборудование у вас уже есть или которое вы планируете приобрести. Есть ли у вас в настоящее время автоматическая система управления? Или вы используете таймер для управления помпой?

Текущая настройка пула играет огромную роль в определении того, какой метод подходит для вас.

1. Автоматика

Автоматическая система управления - отличное дополнение к любому бассейну. Автоматическое управление избавляет владельцев бассейнов и спа от работы за счет автоматизации всех функций, связанных с бассейном. Помимо очистки и фильтрации, системы автоматического управления могут управлять вашим насосом и двигателем. Если у вас уже есть автоматическая система, подключить мобильный телефон к системе управления очень просто. Каждая система управления отличается по многим параметрам, включая то, как она подключается к вашему телефону.

Перво-наперво, какое автоматическое управление у вас есть?

AquaLink от Zodiac

Система управления AquaLink позволяет владельцам бассейнов настраивать всю систему бассейнов с небольшой панели. AquaLink может управлять системами фильтрации, химической автоматизацией, точными настройками температуры, скоростью насоса, диагностикой и множеством настроек настроения. Стандартная система AquaLink не имеет возможности подключения к вашему телефону. Однако Zodiac разработал дополнительную функцию, позволяющую этому соединению работать.

iAquaLink

iAquaLink позволяет владельцам бассейнов контролировать свои бассейны в любое время и в любом месте. Приложение бесплатное и доступно на рынках Apple и Android. Устройство iAquaLink Web Connect - это настраиваемая система, доступная везде, где есть подключение к Интернету. Никаких проводов, стеновых панелей или зарядных баз не требуется.

Установка очень проста. Просто синхронизируйте iAquaLink с домашней сетью, установите приложение, и вы готовы управлять своим бассейном со смартфона или планшета.

Easy Touch / IntelliTouch от Pentair

Система управления Easy Touch от Pentair предлагает владельцам бассейнов полный контроль над их функциями бассейнов и спа, включая расширенные функции, такие как цветное освещение и Pentair IntelliChlor. Каждая система включает панель управления, предназначенную для работы на открытом воздухе. Система Easy Touch - отличный инструмент, который позволяет владельцам бассейнов управлять своим бассейном из одного места. Однако в какой-то момент владельцы Easy Touch захотели иметь возможность управлять своими системами через Интернет.В результате компания Pentair разработала интерфейс Screen Logic 2.

ScreenLogic 2

Интерфейс Pentair ScreenLogic 2 позволяет владельцам бассейнов полностью контролировать свои бассейны и спа со своих смартфонов или планшетов, где бы у них ни был доступ в Интернет. Это позволяет отслеживать и контролировать уровни pH и ОВП с помощью системы IntelliChem.

ScreenLogic 2 позволяет владельцам бассейнов контролировать и регулировать уровни химикатов для получения здоровой воды и безопасной среды в бассейне.Это также дает клиенту доступ к элементам управления насосами. С интерфейсом ScreenLogic и комплектом для беспроводного подключения вы можете спокойно покинуть дом на работу или в отпуск.

ProLogic / AquaLogic от Hayward

Системы ProLogic и AquaLogic от Hayward - это многофункциональные контроллеры бассейнов, которые позволяют владельцам бассейнов полностью управлять своими бассейнами и спа. Обе системы могут управлять насосами, клапанами, освещением, нагревателями и хлорированием. Каждой системой можно управлять с помощью множества дополнительных пультов дистанционного управления, включая AquaConnect.

Хейворд АкваКоннект

Система Hayward AquaConnect предоставляет владельцам бассейнов платформу для управления всеми основными функциями бассейна и спа. Функции удаленного управления пулом предоставляют четыре различных способа управления пулом. Четыре способа получить доступ к вашему бассейну: приложение AquaConnect, AquaConnectWeb.com, домашняя сеть AquaConnect и домашняя автоматизация Aquaconnect.

AquaConnect доступен с Hayward's Prologic, E-Command, OnCommand, AquaPlus и AquaRite Pro.

Приложение AquaConnect: приложение AquaConnect доступно для устройств iPhone, iPad и Android. Он предлагает владельцам бассейнов удобный доступ к своим бассейнам из любого места и в любое время. Приложение имеет простую и функциональную оптимизированную навигационную платформу.

AquaConnectWeb.com: это премиальный веб-сайт Hayward для удаленного управления бассейнами и спа. Владельцы пулов могут отслеживать и реагировать на более 100 параметров и настроек из любой точки мира.

Домашняя сеть AquaConnect: сеть соединяет вашу систему автоматизации бассейна с вашей домашней сетью и позволяет владельцам бассейнов управлять своими бассейнами с помощью любого беспроводного устройства на территории.

AquaConnect Home Automation: Домашняя автоматизация предоставляет возможность последовательной связи для бесшовной интеграции с некоторыми системами домашней автоматизации.

2. Интерфейс беспроводного двигателя

Долгое время единственным способом беспроводного управления насосом была покупка системы автоматизации. Однако для многих владельцев бассейнов просто пойти и купить один - не обязательно. Таким образом, многие владельцы бассейнов долгое время оставались без возможности управлять своими насосами.Полный облом.

Чтобы извлечь выгоду из этого пробела, компания Century сделала шаг вперед и создала альтернативу покупке системы автоматизации.

V-Link от Century

V-Link от Century - это следующий шаг в области интеллектуального управления двигателем насоса. VLink позволяет владельцам бассейнов легко контролировать потребление энергии и управлять им, а также оптимизировать настройки насосов для бассейнов со смартфонов. Он легко интегрируется с VGreen 270 и VGreen 165 для управления с вашего смартфона.

Если ваша помпа еще не оснащена двигателем Century VGreen, вам необходимо модернизировать двигатель, прежде чем он будет правильно интегрирован.

Скажу честно, возможность управлять помпой со смартфона стоит недешево. Однако в конце концов вы должны спросить себя, перевешивают ли деньги, которые вы тратите на подключение, деньги, которые вы тратите на зеленый бассейн? Некоторым не стоит покупать дополнительное приложение. Однако иногда за удобство не нужно платить.Если у вас есть какие-либо вопросы о том, как связать свой смартфон с насосом для бассейна, позвоните нам по телефону 877-372-6038 или напишите нам по адресу [email protected]

Подход к автоматизации лаборатории своими руками

Самостоятельная автоматизированная система для культивирования бактерий или дрожжей, eVOLVER, может стоить всего 5000 долларов США. Фото: Б. Г. Вонг и др. / Нат. Biotechnol.

Система бутылочек с реактивами и голых печатных плат, подключенных к ноутбуку, не работает.Но по команде договоренность оживает. Микрожидкостные насосы перекачивают питательную среду из 2-литровых бутылок во флаконы, заполненные бактериями. Другие насосы удаляют отходы из культур. Под каждым флаконом магнит, прикрепленный к компьютерному вентилятору, перемешивает культуру с помощью мешалки, в то время как другие устройства контролируют температуру и оптически регистрируют плотность культур. Встречайте eVOLVER, автоматизированную систему для культивирования бактерий и дрожжей.

Калеб Башор, биоинженер из Университета Райса в Хьюстоне, Техас, не покупал эту сложную экспериментальную установку; он и его коллеги построили его сами.«Ни одна коммерчески доступная система не делает того, что делает eVOLVER», - говорит Башор, изучающий, как условия окружающей среды и ДНК объединяются для управления поведением бактерий. Такие исследования зависят от присутствия кого-то, кто точно контролирует условия окружающей среды, в которых растут бактерии, и повторяет процесс как можно чаще и воспроизводимо. Введите eVOLVER, который может контролировать до 16 культур одновременно. «За счет автоматизации нескольких параллельных экспериментов за один прогон время, которое вы экономите, в основном зависит от вашей пропускной способности», - говорит Башор.С полным набором флаконов eVOLVER может провести 16 экспериментов по росту бактерий за время, необходимое для проведения одного из них вручную.

У самостоятельного подхода есть как минимум два преимущества. Один из них - гибкость: ученые могут создавать именно то, что им нужно для автоматизации конкретных лабораторных процессов, вместо того, чтобы покупать готовую конфигурацию. Более очевидным является экономическое преимущество: по оценкам Башора, сопоставимое оборудование будет стоить 100 000 долларов США или больше, но ученый может построить eVOLVER за 5 000–10 000 долларов, в зависимости от желаемой производительности, средств управления и датчиков.Система описана в литературе 1 , а подробные инструкции можно получить в Bashor по запросу. В результате, по его словам, были построены десятки eVOLVER.

Но разработка оборудования своими руками неизбежно носит итеративный характер. «Вы строите схему для оборудования и электроники, - говорит Башор, - а затем понимаете, что она не совсем правильная, и тогда следующая итерация может оказаться не совсем правильной». Перспективным самоделкам стоит ожидать, что они приложат определенные усилия для создания дизайна. «Вы должны сбалансировать, сколько времени вы хотите инвестировать, - говорит Башор.

Идеальный шторм

Наука давно исповедует принцип «сделай сам». Но благодаря доступности программного обеспечения с открытым исходным кодом, электроники, 3D-принтеров и онлайн-форумов у DIY есть момент. «Механическое производство стало намного доступнее, чем раньше», - говорит Башор. Для 3D-печати существует множество учебных пособий и онлайн-ресурсов 2 , например, в том числе несколько классов на образовательном веб-сайте Coursera.

То же самое и с электроникой. Вместо того, чтобы создавать сложные схемы с нуля на «макете», ученые могут обратиться к инструментам с открытым исходным кодом, таким как широко используемая программируемая печатная плата Arduino, для разработки, создания и программирования необходимых элементов управления.

Но DIY - это, в общем, DIY. Даже со всеми этими ресурсами, смазывающими колеса, ученым все равно предстоит проделать эту работу. «Вы должны быть готовы копнуть и попытаться изучить это самостоятельно», - говорит Эрик Гринвальд, специалист по визуализации из Калифорнийского университета в Сан-Диего, который сам изготовил часть оборудования в своей лаборатории. И, как и вся остальная наука, проекты DIY - это эксперименты.

Возьмем, к примеру, ручной планшетный ридер Брайана Чоу. Как и Башор, Чоу хотел создать то, чего не существовало, - недорогой планшетный ридер для учебных лабораторий.Биоинженер из Пенсильванского университета в Филадельфии, Чоу собрал команду разработчиков, состоящую в основном из студентов, для выполнения этой задачи.

Робот Opentrons OT-One, подобный тому, которого Эрик Гринвальд взломал для проведения своих исследований по передаче сигналов от клеток. Фото: Opentrons

Считыватель микропланшетов автоматически перемещает многолуночный планшет относительно спектроскопического датчика, например, для обнаружения реакций путем измерения флуоресценции. Задача заключалась в создании надежной и недорогой площадки для перемещения образцов и интеграции ее с недорогой оптоэлектроникой.Как только исследователи нашли нужные части и собрали их вместе, они использовали программное обеспечение автоматизации с открытым исходным кодом, написанное собственными силами на языке программирования Python, чтобы заставить систему работать. «С философской точки зрения я верю в поддержку сообщества разработчиков оборудования с открытым исходным кодом, - говорит Чоу.

Но это обязательство, требующее значительных затрат времени и энергии. Для проекта Чоу потребовались детали, напечатанные на 3D-принтере, специальные печатные платы и компоненты, вырезанные лазером 3 , не говоря уже о сделанных на заказ скриптах Python и инвентаре примерно из 121 детали.

Получившийся в результате считыватель, который может работать с 96-луночными планшетами, стоит около 3500 долларов, что вдвое дешевле, чем даже бывшее в употреблении коммерческое устройство. Но эта система также в 1000 раз менее чувствительна, - признает Чоу. Тем не менее, этого достаточно для многих клеточных и белковых приложений, включая измерение флуоресценции белков и даже время протекания некоторых молекулярных процессов.

Автоматизация визуализации

Те, кто боится создавать инструменты с нуля, могут выбрать компромиссный подход и модифицировать существующее оборудование.Гринвальд, например, настроил OT-One, роботизированную систему дозирования, созданную Opentrons в Нью-Йорке, чтобы автоматизировать добавление реагентов и визуализацию образцов в исследованиях клеточных сигналов.

Робот Opentrons, за который Гринвальд заплатил 5000 долларов, имеет 8-канальную пипетку для добавления реагентов к каждому образцу и вмещает 24- или 96-луночные планшеты. По сути, Гринвальду нужно было установить этого робота над инвертированным микроскопом, чтобы отобразить реакции, которые он создавал. Он построил ноги из того же материала, что и рама робота, и соединил их с ней.Затем он вырезал отверстие в OT-One, чтобы обеспечить доступ к столику микроскопа, и соединил ноги робота с воздушным столом для устойчивости. «Подойдет практически любой прицел», - говорит Гринвальд. «Это просто должен быть несколько автоматизированный прицел, например, моторизованный столик и автоматическая замена колеса фильтра».

Гринвальд использует свою гибридную систему для отслеживания флуоресцентных биосенсоров для измерения клеточной передачи сигналов в живых клетках 4 . По его словам, без этого такие эксперименты пришлось бы проводить вручную: добавление лекарств или стимуляторов вручную, ожидание, добавление другого лекарства, визуализация и повторение.Робот ускоряет этот процесс как минимум в восемь раз, а также снижает вероятность ошибок и повторных стрессовых травм.

Как оказалось, Гринвальд нашел готового партнера в лице Opentron. «Мы начинали как DIY-проект, - говорит Уилл Канин, соучредитель Opentrons. Чиу Чау, другой основатель компании, построил первого робота Opentrons в своем гараже и отправил планы по электронной почте в список рассылки DIY-биологии. Компания поддерживает аппаратное и программное обеспечение своих роботов с открытым исходным кодом.«Это делает платформу очень удобной для самостоятельного использования, позволяя людям настраивать нашу технологию в соответствии со своими потребностями», - добавляет он.

Фотонная связь

Потребность в индивидуальной автоматизации не ограничивается биологами. Микаэль Мазур, аспирант, который работает с инженером Йохеном Шредером в лаборатории фотоники Технологического университета Чалмерса в Гетеборге, Швеция, изучает способы повышения эффективности передачи данных в телекоммуникационных приложениях. «Если я смогу улучшить объем информации, который может передаваться по заданной полосе пропускания, вы сможете снизить стоимость системы связи или уменьшить потребность в новых системах», - говорит он.

Эксперименты Мазура проводятся круглосуточно, иногда по две недели. Его установка может включать в себя более 20 устройств, таких как усилители, лазеры, детекторы, все из которых он сам автоматизировал. Написав код на Python и используя микроконтроллеры Arduino, он разработал систему, которая легко поддерживает новые устройства.

Изначально Мазур скептически относился к автоматизации своей установки, но он работает в благоприятных условиях для хакерства своими руками: Шредер помогает проводить хакатоны по автоматизации лабораторий по всему миру для проектов фотоники, написанных на Python.«Это своего рода семинары, на которых мы показываем людям, какие инструменты использовать для автоматизации лаборатории», - говорит Шредер. «Это помогает каждому делать великие дела».

В случае с Мазуром он вспоминает, как задавался вопросом, стоит ли тратить неделю на разработку системы. Теперь, смеясь, он говорит: «Я экономлю месяцы!»

Действительно ли ПЛК CLICK такие простые?

К настоящему времени вы знаете, что ПЛК CLICK считаются одними из самых простых в использовании и идеальным выбором для начинающих и небольших приложений.Я знаю, что вы это знаете, потому что я один из многих, кто продолжает это поднимать. Как технический специалист по маркетингу в AutomationDirect, моя работа состоит в том, чтобы рассказать вам все о наших ПЛК и о том, что они могут предложить. Но как насчет того, чтобы в этой статье, вместо того, чтобы просто рассказать вам, насколько легко использовать ПЛК CLICK, я покажу вам, как на самом деле использовать его в проекте DIY PLC.

Прорастание идеи

Как мне это сделать? Что ж, работа в AutomationDirect имеет много преимуществ, и доступ к широкому спектру продуктов управления по ценам сотрудников, безусловно, является одним из них.Вы могли подумать, что сейчас весь мой дом будет автоматизирован, но, к сожалению, это не так. На самом деле, я действительно искал небольшой проект управления, который я мог бы сделать с моим сыном вокруг дома. Пора ему узнать, как можно использовать инженерию и автоматизацию и насколько это весело. Сейчас здесь, на севере Атланты, начало марта, и дни начинают немного нагреваться. Когда весна не за горами, я начал думать, может, он и я могли бы построить садовый ящик. Но не обычный садовый ящик, автоматизированный - по крайней мере, полив.Это может быть беспроигрышным вариантом для всех. Я мог бы познакомить моего сына с автоматизацией, одновременно демонстрируя полезность ПЛК CLICK. На этом все решено, это автоматизированный садовый ящик!

Но что нам выращивать? После некоторого обсуждения мы решили вырастить огурцы в этом году, так как салат из свежих огурцов никогда не ошибется, а соленые огурцы всегда приветствуются в нашем доме. Итак, после нескольких обратных поездок в Home Depot, поскольку я всегда недооцениваю то, что мне нужно оттуда, небольшую стрижку и небольшую выколотку гвоздей, мы построили садовый ящик размером 3x2 фута - в комплекте с новой садовой почвой и решетками для огуречные лозы, на которых можно растянуться.

Получение контроля

Когда садовый ящик готов, нам теперь нужны элементы управления. Как я уже упоминал ранее, мы решили автоматизировать полив, поскольку в противном случае большую часть работы выполняет солнце. Для этого нам понадобился какой-то резервуар, насос, переключатель или два, корпус и ПЛК. Мы выбрали ПЛК CLICK, потому что, если вы еще не слышали, ПЛК CLICK считается одним из самых простых в использовании ПЛК и идеальным выбором для начинающих и небольших приложений.Эй, я просто делаю свою работу 😊!

Если серьезно, ПЛК CLICK имел невысокую цену, автономную конструкцию и простые инструкции, необходимые для этого проекта. Мы также хотели каким-то образом узнать, снижается ли уровень воды в резервуаре, поэтому мы добавили поплавковый выключатель и несколько световых индикаторов. Вот список компонентов управления:

  • Панель управления: источник питания CLICK (C0-01AC), процессор CLICK (C0-00AR-D), корпус с дополнительной панелью, селекторный переключатель с синей подсветкой, кнопки с красной и зеленой подсветкой
  • Сборный бак: накопительный бункер на 18 галлонов с добавленной сливной пробкой и поплавковым выключателем
  • Система подачи воды: фонтанный насос 120 В переменного тока, трубка капельного орошения и три кнопочных капельницы на 1 галлон в час
  • Прочее: клеммные колодки DIN, DIN-рейка, провод, шнур питания, кабельные вводы, предохранители

Собираем все вместе

Идея этого автоматизированного садового ящика проста.ПЛК должен включить насос для подачи воды к растениям на выбранный период времени два раза в день. Теперь поймите, что, хотя у меня есть опыт работы с ПЛК, я никоим образом не садовник. С моей стороны потребуется немного проб и ошибок, чтобы убедиться, что растения получают нужное количество воды, но я надеюсь, что в этом сезоне я получу хотя бы один съедобный огурец.

Вода подается из резервуара на 18 галлонов под садовым ящиком с помощью фонтанного насоса с ПЛК и поливной трубки.

Трубка подводится к садовому ящику и вокруг огурцов с помощью капельниц на главной линии, чтобы обеспечить равномерную капельницу при активации.

Горизонтальный поплавковый выключатель устанавливается на резервуар на высоте, которая посылает сигнал «низкий уровень резервуара», когда остается примерно 4 галлона.

Зеленая кнопка «Пуск» используется для запуска системы, красная кнопка «Проверка насоса» позволяет нам тестировать насос по мере необходимости, а продолжительность полива устанавливается с помощью синего переключателя.Кнопки и селекторный переключатель являются версиями с подсветкой и загораются для отображения различных состояний системы, например, низкий уровень бака, запуск системы и включение насоса.

Давайте код

Щелкните, чтобы увеличить изображение.

Последовательность операций для участка полива лестничной программы следующая:

  1. Запустить часовой таймер после запуска системы
  2. На 12-м часу -го включите насос на время, выбранное селекторным переключателем
  3. Отключить насос и перезапустить процесс полива после завершения цикла полива
  4. Повторять каждые 12 дней час

Ступени с 8 по 12 (ниже) показывают, как я решил кодировать эту последовательность.Этот конкретный процессор CLICK не имеет часов реального времени, где я мог бы установить цикл полива для определенного времени дня. Однако я закодировал ПЛК для двух поливов в день с 12-часовым перерывом между ними. Это можно было установить для любого количества поливов в день, но я решил, что подойдет два.

Когда система запускается, запускается таймер с заданным значением 12 часов (ступень 8). В час 12 th бит таймера завершения установит бит включения воды (ступень 9) и при следующем сканировании переключит разрешающую ногу 12-часового таймера, чтобы сбросить его.Бит включения воды (C2) используется в ступенях 10 и 11 для включения выхода насоса на время, пока это позволяет таймер водяного цикла (значение уставки таймера определяется на ступенях 4-7). Ступень 11 также показывает логику теста насоса, которая позволяет тестировать насос при нажатии кнопки, если воды достаточно. Ступень 12 сбрасывает C2 и таймер цикла полива после завершения полива. Этот процесс будет повторяться каждые 12 часов, пока активен бит запуска системы.

Щелкните, чтобы увеличить изображение.

Ступень 1 имеет бит разрешения пуска и управляет подсветкой кнопки пуска. На данный момент единственное условие для запуска системы - это достаточный уровень воды.

Щелкните, чтобы увеличить изображение.

Ступени 2 и 3 управляют красными и синими световыми индикаторами. Красный светодиод будет мигать, когда вода находится на низком уровне (осталось 4 галлона), и гореть постоянно, когда система находится в пределах двух циклов отключения из-за состояния слишком низкого уровня воды (определяется ступенью 13).Синий светодиод мигает, когда система активно поливает растения.

Щелкните, чтобы увеличить изображение.

Ступени 4, 5 и 6 определяют продолжительность полива 15, 22 или 30 минут, в зависимости от положения селекторного переключателя, и загружают это значение в предустановку для таймера цикла полива, используемого на ступени 10. Ступень 7 работает аналогично предыдущие ступени, но эта ступень устанавливает таймер цикла полива на 10 минут при обнаружении переключателя низкого уровня воды, чтобы нормировать оставшуюся воду.

Щелкните, чтобы увеличить изображение.

Ступень 13 используется, чтобы позволить системе продолжить полив растений после срабатывания переключателя низкого уровня воды, но также гарантирует, что в баке все время остается не менее двух галлонов. Как только уровень воды достигнет низкого уровня, когда останется примерно 4 галлона, будет разрешено 4 цикла полива продолжительностью 10 минут каждый. С тремя кнопочными капельницами 1GAL / HR, 4 цикла по 10 минут каждый оставит около 2 галлонов. Если после завершения четвертого цикла вода в резервуаре не пополнится, система отключится.

Щелкните, чтобы увеличить изображение.

Проект

DIY PLC - Вердикт

Набор команд

CLICK очень прост и обеспечивает необходимую простоту для таких приложений. Мне не понадобились сложные профили движения или каскадные контуры ПИД-регулирования, мне просто нужно было немного включить насос, а затем снова его выключить. И хотя CLICK предлагает больше функциональных возможностей, чем мне было нужно, он обеспечил идеальное количество простых элементов управления ВКЛ / ВЫКЛ для этого проекта. Вот некоторые вещи, которые я нашел особенно полезными:

  • Простые в использовании функциональные блоки - для многих из них достаточно щелкнуть нужную функцию
  • Автоматическое определение коммуникационного порта - упрощает подключение к сети
  • Окно просмотра данных с переопределениями - для логики тестирования
  • Удобное средство выбора адреса со столбцами «Псевдоним» и «Используется» - отлично подходит для выбора и наименования элементов
  • Конфигурация системы с информацией о бюджете мощности - мне не нужно было беспокоиться о бюджете мощности, но я подумал, что было довольно круто, что ЦП отслеживал это для меня

Итак, чтобы ответить на вопрос «Действительно ли ПЛК CLICK настолько просты?» - да, лично мне кажется.Самым сложным в этом проекте было сохранить водонепроницаемость резервуара; установка и программирование ПЛК были легкими. Но вы можете спросить: «Могу ли я сказать вам иначе?» В конце концов, это моя работа - продвигать эти ПЛК. Ну, ради нейтралитета, вот несколько вещей, которые мне не понравились. Как упоминалось ранее, этот конкретный ЦП CLICK не имеет часов реального времени, которые позволили бы расширить функциональность. Кроме того, у него нет резервного аккумулятора, который, как я предсказываю, вызовет головную боль после отключения питания зимой, и не было симулятора проекта, чтобы я мог протестировать код внутри в дождливые дни.Но эти проблемы были неудобствами, и без которых я легко мог обойтись в этом ценовом диапазоне. Кстати, если бы я потратил чуть больше, я бы получил ЦП CLICK с часами и резервным аккумулятором - просто так.

В целом я очень доволен системой. Это было прекрасное введение в автоматизацию для моего сына, и мы надеемся на хороший урожай огурцов. Уже обсуждаются будущие улучшения, в том числе добавление устройства для сбора дождя в резервуар, замыкание контура с датчиком влажности почвы и, возможно, средство отпугивания животных с помощью нескольких фотоэлементов и какого-либо рожка - моим соседям он понравится 😊 .

Готовая система - в комплекте с уникальными произведениями искусства!

ОБНОВЛЕНИЕ

(28.06.18):

Система работает отлично. Мне пришлось увеличить количество водных циклов с двух до трех в день. Я сделал это, просто изменив предустановку часового таймера (T2) на 8 вместо 12 в строке 8 приведенного выше кода. Что касается огурцов, очевидно, не только нам они нравятся. Местная популяция насекомых изрядно поела, но мне удалось взять их под контроль, и теперь вроде все идет хорошо…

Весь контент AutomationDirect и связанные с ним учебные материалы («Материалы») поставляются «как есть».Эти материалы предоставляются нашими партнерами, чтобы помочь другим в изучении продуктов, которые мы продаем и обслуживаем. Мы не даем никаких заявлений, гарантий или гарантий, явных, подразумеваемых или установленных законом, в отношении Материалов, включая, помимо прочего, подразумеваемые гарантии товарной пригодности или пригодности для определенной цели. Мы не делаем никаких заявлений, не гарантируем или гарантируем, что Материалы будут точными, полными, бесперебойными, безошибочными или не нарушающими права, или подходят для вашего конкретного приложения, а также мы не несем никакой ответственности за использование этой информации в вашем приложении.Авторские права © 2018 automationdirect.com

Автоматизированное и распараллеленное устройство для самостоятельного дозирования для индивидуальных и сложных профилей кормления: конструкция, проверка и применение

Образец цитирования: Вагнер С.Г., Мелер С., Полте I, фон Пошингер Дж., Лёве Х., Кремлинг А. и др. (2019) Автоматизированная и распараллеленная установка самостоятельного дозирования для индивидуальных и сложных профилей кормления: конструкция, проверка и применение. PLoS ONE 14 (6): e0217268. https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0217268

Редактор: Томас Шейбель, Universitatsstr Beyreuth, ГЕРМАНИЯ

Поступила: 6 ноября 2018 г .; Принята в печать: 7 мая 2019 г .; Опубликовано: 19 июня 2019 г.

Авторские права: © 2019 Wagner et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в документе и его файлах с вспомогательной информацией.

Финансирование: Эта работа была поддержана Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF) грантом SysBioTerp (код поддержки 031A305A). Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Управляемые насосные системы необходимы для широкого спектра применений, включая управление процессами биотехнологических культур.В то же время это очень сложный способ выполнения дозирования, поскольку часто требуются зависящие от времени и нелинейные профили [1] В промышленных приложениях обычно периодический режим с подпиткой предпочтительнее простого периодического процесса [2–4] . Постоянная, но ограниченная подача субстрата снижает вероятность избыточного метаболизма как потенциального и нежелательного образования побочных продуктов [5] и предотвращает ингибирование субстрата, что, в свою очередь, приводит к более высокой плотности клеток [6] и, как следствие, к увеличению производства биомассы [7, 8 ].

Однако развитие основного процесса часто происходит при встряхивании колб [9] из-за их непревзойденной способности работать параллельно и их быстрого обращения. Большим недостатком этих или других систем параллельного культивирования, таких как миниатюрный биореактор 48, является сложность установки скорости роста клеток путем обеспечения контролируемой и непрерывной подачи. Тем не менее, особенно во время производства гетерологичных белков, центральным элементом биотехнологической инженерии является балансирование роста и гетерологичного производства.Поскольку продуктивность клетки тесно связана с доступностью клеточных ресурсов, таких как рибосомы или РНК-полимеразы, которые сами связаны с ростом [10], можно дополнительно оптимизировать продуктивность гетеротрофного процесса, выбрав наилучшую дозировку - профиль поступления питательных веществ [11,12]. Стратегию кормления можно использовать для установки скорости роста бактериальных клеток и, следовательно, производительности культуры. Другими подходами к регулированию скорости роста бактериальных культур являются снижение температуры инкубации или использование других источников углерода [13–16].Более низкая температура, чем оптимальная во время роста, может даже иметь положительный эффект на сворачивание белка [17], однако она также может приводить к стрессовым клеткам и снижению скорости биокаталитических реакций [18]. Также необходимо тщательно изучить использование различных источников углерода для адаптации темпов роста. Метаболизация различных источников углерода часто осуществляется по разным метаболическим маршрутам и, следовательно, приводит к изменению метаболических режимов клеток [19], что не позволяет сравнивать культуры.Таким образом, мы утверждаем, что лучший способ реализовать различные скорости роста во встряхиваемых колбах - это определить доступность субстрата. Помимо кормления, есть и другие возможности для этого, например использование компартментов, которые высвобождают питательные вещества с течением времени [3,20], ферментативное расщепление непотребляемых полисахаридов, например, в технологии EnBase [21,22] или нацеливание на систему захвата или метаболический путь посредством генетических модификаций [14,23]. Это относительно дешевые методы, но они могут быть либо трудными для контроля, либо они являются линейными, а не экспоненциальными, либо они могут вызвать проблемы во время масштабирования.

Простым и понятным решением является использование хорошо зарекомендовавших себя и имеющихся в продаже насосных систем [2] для обеспечения постоянной подачи питательных веществ в бактериальную культуру. Эти насосы в большинстве случаев способны дозировать с высокой точностью и обеспечивать малый и зависящий от времени расход. На рынке есть несколько подходящих насосных систем, которые можно использовать со встряхивающими колбами и подключать к программному обеспечению для управления технологическим процессом, например, в портфеле насосов LAMBDA (https: //www.lambda-instruments.com /). Например, перистальтический насос LAMBDA PRECIFLOW подходит для подачи субстрата во встряхиваемых колбах. По прейскуранту 1450 евро насос может перекачивать поток от 0,01 до 60 мл ч -1 . Другой вариант - использование шприцевых насосов с ограниченными объемами дозирования, поскольку во время стратегии кормления для встряхивания колб дозируются только небольшие объемы. Кроме того, использование шприцевых насосов может быть преимуществом, поскольку перистальтические шланги со временем растягиваются, и насосы необходимо периодически калибровать.Например, шприцевой насос LAMBDA VIT-FIT (1718 €), который ограничен по ходу толкания и, соответственно, по общему объему, может работать в соотношении от 0,08 до 80 мм мин. -1 (объемный расход зависит от типа шприца. ) дозирование. Однако обе системы могут обеспечивать только один расход из одного резервуара. Насосы, работающие параллельно в одном ценовом сегменте, например в коллекции насосов ISMATEC либо отсутствуют программируемые профили дозирования, либо возможность распараллеливания ограничена не в последнюю очередь из-за затрат.Система дозирования, отвечающая всем требованиям, например, насос ISM 915, может стоить от 3500 €. Принимая во внимание точность при очень низких расходах, дозируемых коммерчески доступными насосами, дозирующие устройства для медицинских приложений известны как лучшие. Например, имеющийся в продаже мембранный насос типа 7615 (Bürkert), одобренный для использования в медицине, дозирует 5 мкл за ход с точностью +/- 2%. Эта насосная система даже находится в том же диапазоне цен, что и представленный здесь шприцевой насос, но не распараллеливается и не программируется.Совершенно другое и интеллектуальное решение для дозирования через свободное пространство встряхиваемых колб предлагает компания Aquila Biolabs с LIS (Liquid Injection System). Хотя LIS является программируемым, необходимо отметить, что LIS вызывает эксплуатационные расходы, а подача осуществляется каплями, что сужает нижний предел скорости потока.

Найти подходящую насосную систему для желаемой экспериментальной конструкции непросто, и это означает поиск компромисса между стоимостью, характеристиками и эксплуатацией. Идеальная система дозирования для параллельных экспериментов во встряхиваемых колбах или сопоставимых системах культивирования должна быть не только дешевой, параллельной, управляемой и непрерывной, но также гибкой и простой в эксплуатации.

По этой причине целью данной работы было спроектировать и построить автоматизированную дозирующую установку с низкими затратами на приобретение, простотой применения и максимальной гибкостью в отношении профиля подачи. Здесь мы представляем дизайн и валидацию шприцевого насоса на основе LEGO-MINDSTORMS как простой и дешевой самостоятельной (DIY) версии автоматизированной системы параллельного кормления для контроля роста. В отличие от многих других платформ электронного прототипирования с открытым исходным кодом, таких как, например, Arduino, концепция LEGO-конструкций не основана на каких-либо более глубоких предшествующих знаниях [24,25] и поэтому открыта для широкого сообщества.В этой работе используется третье поколение серии LEGO-MINDSTORMS EV3, которая не только предоставляет несколько интерфейсов для связи, но также доступна для разных языков программирования. Поскольку LEGO-конструкции очень популярны, некоторые онлайн-магазины, такие как BrickOwl, предоставляют легкий доступ к отдельным кубикам. Основные затраты на дозирующее устройство, представленное здесь, можно в основном сократить на кирпичик LEGO-MINDSTORMS-EV3 (~ 195 €) и большой серводвигатель (~ 27 €).

Дозирующее устройство на основе LEGO, разработанное в этой работе, было протестировано в нескольких приложениях, чтобы показать его широкую применимость и гибкость.Помимо использования его в качестве системы питания для параллельных бактериальных культур во встряхиваемых колбах, мы также производили однородные сферические микрочастицы и выполнили сложные профили потока для очистки белка. В дополнение к этим биотехнологическим приложениям, инструмент также может быть полезен для улучшения сложных анализов доставки лекарств или других микрофлюидных приложений в новых областях, таких как регенеративная медицина и тканевая инженерия [26]. Следовательно, эта система может стать широко используемым инструментом для индивидуальных профилей дозирования, который может применяться для широкого диапазона миниатюрных, но масштабируемых исследовательских областей.

Результаты и обсуждение

Компоненты автоматизированного дозатора

Программируемый кубик LEGO-MINDSTORMS-EV3 (рис. 1A.1) был выбран в качестве центрального элемента дозатора. Этот блок EV3 питается от базового процессора TI Sitara 300 МГц ARM9 и работает под управлением операционной системы на базе Linux. Он оснащен встроенным хранилищем программ, включая 16 МБ флэш-памяти, 64 МБ ОЗУ и кард-ридер Mini SDHC с расширенной памятью до 32 ГБ. Блок EV3 служит одновременно центром управления и электростанцией насоса.Для создания простых профилей дозирования, таких как, например, линейное кормление, приложение EV3 Programmer, доступное в официальном интернет-магазине LEGO (https://www.lego.com/en-gb/MINDSTORMS/apps/ev3-programmer-app?ignorereferer) = true) можно использовать. Однако для более сложных профилей необходимо стороннее программное обеспечение. Мы выбрали обычно используемое программное обеспечение MATLAB для создания профилей, используемых в этой работе (скрипты хранятся в файлах S1 и S6). Блок EV3 должен быть подключен к устройству, на котором работает MATLAB, через Bluetooth, WLAN или USB.Поскольку культивирование бактериальных клеток обычно происходит в закрытых инкубаторах для обеспечения соответствующей температуры, предпочтительным типом связи является беспроводная связь. Однако в этой настройке срок службы батареи составляет всего около восьми часов, поэтому для долгосрочных профилей дозирования рекомендуется USB-соединение, которое отделяет процесс от заряда батареи. После установления связи между стандартным блоком и программным обеспечением можно выполнить несколько команд. На каждый блок EV3 можно отдельно регулировать до четырех насосных агрегатов (рис. 1A.1). Каждый блок состоит из большого серводвигателя EV3 (рис. 1A.2), дополнительных модулей понижающей передачи (рис. 1A.3), линейного привода (рис. 1A.4), зажимного устройства шприца (рис. 1A.5). ) и корпус для стабилизации конструкции (рис. 1A.6). Как только он будет построен, серводвигатели насосных агрегатов могут быть подключены к блоку управления EV3 с помощью одного из четырех разъемов RJ12. Список заказов можно найти в таблице S1.

Рис. 1.

Дозатор LEGO (A) и зажимное приспособление для шприца прототипа (B).Блок дозирования, который управляется программируемым блоком MINDSTORMS-EV3 (A.1), состоит из большого серводвигателя EV3 (A.2) и модулей понижающего редуктора (прототипная версия содержит два редуктора) (A.3) , линейный привод (A.4), зажимное устройство шприца (A.5) и корпус (A.6), который стабилизирует конструкцию. Зажимное устройство шприца позволяет использовать шприцы разных типов. Контактное устройство (A и B.7) переводит вращение, инициированное блоком EV3, в движение поршня. Шприцы фиксируются локатором (B.5). В качестве примера показаны три шприца на 10 мл, вставленные в подвижные скобы (B.8).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217268.g001

Перед началом процесса дозирования шприцы должны быть заполнены и установлены в зажимном устройстве шприца. Этому способствует полное втягивание штока поршня линейного привода. Затем до 3 шприцов вставляются в регулируемые кронштейны (рис. 1B.8) и фиксируются механически, перемещая локатор вниз (рис. 1B.5). Возможна установка шприцев на 1 мл, 20 мл и 50 мл, однако для шприцев на 50 мл локатор необходимо удалить. Чтобы избежать так называемых кривых, вызванных неточностями в профиле подачи, мы рекомендуем вручную перемещать поршень, пока не будет видна первая капля, и убедиться, что контактное устройство (рис. 1B.7) плотно прилегает. Таким образом, автоматическое дозирующее устройство успешно установлено и подготовлено к запуску процесса дозирования.

Технические характеристики

Хотя в двигателе с рабочим крутящим моментом 20 Н · см используется обратная связь от тахометра для точного управления с точностью до одного градуса, мы рекомендуем использовать встроенный датчик вращения для определения и регулирования объема, перекачиваемого насосом, чтобы избежать задержки и для компенсации колебаний потребляемой мощности.Благодаря этому считыванию вращения не требуется объемная характеристика насоса (как показано на фиг. 2A в качестве примера для демонстрации линейности), поскольку вращение может быть преобразовано непосредственно в движение поршня. Достигается максимальная рабочая скорость около 150 об / мин, которую можно регулировать от -100% (вращение против часовой стрелки) до 100% (вращение по часовой стрелке) и изменять дискретные и целочисленные значения. Начальная скорость вращения устанавливается с помощью команды «mymotor.Speed» в программе MATLAB (см. Файл S2). Чтобы гарантировать надежную дозировку, скорость должна быть выше ± 5%.Кроме того, максимальное противодавление в системе не должно превышать 1,4 бар, что было определено с помощью манометра. Для стабилизации корпуса могут быть установлены поперечные распорки, если технологические процессы выполняются при давлениях, достигающих этого предела.

Рис. 2. Различные установки были протестированы для проверки надежности дозирующего устройства.

В (A) скорость двигателя коррелировала с выполненными вращениями. На рисунке (B) показан объем, перемещаемый с течением времени для шприцев на 10 мл при скорости потока 10 мкл ч -1 .(C) Комплексная функция подачи V F (t) = b ∙ e a ∙ t была протестирована с использованием шприцев объемом 1, 10 и 50 мл. Дозируемый объем контролировали гравиметрически во времени. (D) Корреляция фактического дозированного объема с установленным объемом.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217268.g002

Чтобы передать объемы в микролитровом масштабе, необходимо было интегрировать понижающие модули в гирляндную схему. Резкое снижение скорости вращения достигается за счет включения до двух редукторов, соединенных последовательно.Каждая коробка состоит из червячной передачи и шестерни с 24 зубьями. Две коробки подряд приводят к снижению скорости вращения и увеличению рабочего момента на коэффициент понижения (gdf) 24 2 . Это обеспечивает адекватную скорость линейного привода, что позволяет перемещать поршень шприца в микрометрической шкале в течение нескольких часов. Дополнительным эффектом является более высокая передача мощности и сопротивление противодавлению вязких жидкостей. Для создания постоянного потока необходимо обеспечить плавное и непрерывное движение поршня шприца, которое гарантируется установленным линейным приводом.Длина хода поршня линейного привода в прототипе составляет 40 мм, следовательно, дозируемый объем зависит от размеров введенного шприца. В таблице 1 можно найти выдержку из пределов скорости потока, зависящих от настройки при 100% скорости двигателя, 5% скорости двигателя и максимальном общем объеме на шприц V total, max , можно найти в таблице 1 (данные показаны в файле S2). Во избежание эффектов при полностью втянутом или выдвинутом поршне во время дозирования не следует превышать расстояние 35 мм.Без редукторов эта корреляция между оборотом двигателя и расстоянием, пройденным линейным приводом, составляла 90 ° на миллиметр во время экспоненциальной подачи, и, как следствие, перемещение поршня составляло 1,11 * 10 −2 мм на один градус вращения. . Значение r s необходимо время от времени проверять, поскольку старение или высокое противодавление могут повлиять на это значение (при применении экстремальных противодавлений более 1,5 бар коэффициент r S необратимо изменился до 150 ° мм -1 ).Добавление двух редукторов замедлило движение поршня до 1,11 * 10 −2 мм на 576 °. Чтобы минимизировать стандартное отклонение процесса дозирования, расстояние перемещения поршня должно охватывать весь диапазон 35 мм. Этого можно достичь, отрегулировав размер шприца, а также концентрацию питательного раствора в соответствии с требованиями процесса. Пройденное расстояние на единицу объема рассчитывалось на основе размеров шприцев. Это значение необходимо определять для каждого типа шприца индивидуально, например, для шприцев на 10 мл этот параметр l V составляет 8 мм мл -1 (см. Таблицу 1).Оказалось, что полезно использовать двойное уплотнительное кольцо в верхней части поршня шприца для уменьшения трения во время движения поршня. Для каждого объема V F (t) соответствующая степень вращения set_rotation (t), которая должна выполняться в момент времени t, может быть вычислена, как описано в уравнении 1.

1

Таблица 1. Технические характеристики дозатора.

В зависимости от размера шприца, редукторов (0–2) и скорости двигателя могут быть достигнуты различные максимальные скорости потока (), минимальные скорости потока () и общие объемы (V total, max ).Скорость потока рассчитана на основе ar S 150 ° мм -1 и фактора шприца l V = 1,8 мм мл -1 (для шприцев 50 мл), l V = 5 мм мл -1 (для шприцев на 20 мл), l V = 8 мм мл -1 (для шприцев на 10 мл) или l V = 57 мм мл -1 (для шприцев на 1 мл).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217268.t001

Проверка

В качестве первого шага в валидации дозирующего устройства на основе LEGO мы протестировали различные профили дозирования.Каждый эксперимент проводился в трех экземплярах. Во-первых, было исследовано преобразование скорости двигателя в дозированный объем. Следовательно, количество оборотов было получено с помощью команды «readRotation (mymotor)» сценария MATLAB для различных скоростей двигателя в диапазоне от 0 до 100%. Вращения, выполненные в течение 10 секунд, были переведены в скорости вращения (° s -1 ) и скорости потока, зависящие от настройки, как описано в файле S2 и таблице 1. Примерные результирующие скорости потока для шприцев объемом 20 мл изображены в S2. Файл.Как показано на фиг. 2A, была определена линейная корреляция между числом оборотов в секунду и скоростью двигателя с коэффициентом корреляции 8,5234 ° с -1 (% от скорости двигателя) -1 . Следует избегать установки скорости ниже 5% из-за недостаточной и нелинейной реакции двигателя. Затем, чтобы показать, что даже небольшие объемы надежно транспортируются, был выполнен линейный профиль дозирования со скоростью 10 мкл ч -1 (рис. 2В). Производительность насоса сопоставима с другими системами микродозирования, доступными на рынке.При скорости дозирования 10,16 ± 0,07 мкл ч -1 в среднем система, представленная в этой работе, находится в том же диапазоне точности, что и коммерчески доступный мембранный насос Тип 7615 (Bürkert).

Кроме того, мы оценили экспоненциальный профиль дозирования (рис. 2C) с разными размерами шприца (от 1 мл до 50 мл). Увеличение скорости подачи с течением времени, которое здесь для примера было выбрано равным a = 1 час -1 , могло быть выполнено точно и не зависело от размера шприца (шприцы 1 мл - 50 мл).Таким образом, весь объем шприцев (1 мл, 10 мл и 50 мл) экспоненциально дозировался в течение 5 часов (рис. 2C). Для определения соответствующих расходов использовался коэффициент b = V F (5h) ∙ (e a ∙ 5h ) −1 для определения начальной уставки объема. Использование функции подачи V F (t) = b ∙ e a ∙ t , b переводит общий объем, дозируемый за весь экспериментальный период в 5 часов (в данном случае), в движение поршня. Во всех случаях целевые скорости потока были достигнуты при среднем избытке от 2% до 4% (стандартное отклонение функций подгонки) для всех типов шприцев.Наконец, мы продемонстрировали, что желаемые объемы экспоненциальной подачи хорошо коррелируют с фактическими объемами подачи (Рис. 2D). В совокупности это показало, что система дозирования надежно работает и может использоваться как для линейной, так и для экспоненциальной подачи.

Получение микрокапсулированных клеток в альгинатных шариках

Одним из примеров возможного применения методов дозирования является производство микрокапсул, которое применяется во многих различных областях промышленности и биотехнологии.Консалтинговая компания Grand View Research оценила в своем отчете размер мирового рынка микрокапсулирования в 6,96 млрд долларов США в 2017 году [27]. Таким образом, полученные капсулы могут быть получены различными способами, такими как нанесение покрытия, эмульсия, технологии распыления и капание. Хотя Tarun et al. В качестве недостатков запатентованных до сих пор методов микрокапсулирования были определены, в частности, стоимость и необходимость стерилизации [28]. Представленный здесь дозатор может уменьшить эти два отрицательных аспекта, по крайней мере, для капельных технологий.Сама процедура дозирования представляет собой постоянное добавление растворов и поэтому тривиальна. Мы протестировали дозирующее устройство для производства микрокапсул, которые применяются во многих различных областях промышленности и биотехнологии. Получение однородных капель для покрытия твердой или жидкой фазы является примером процесса, в котором постоянная скорость потока имеет решающее значение. Эта так называемая микрокапсуляция находит свое применение при заключении живых клеток в альгинатные шарики [29,30] и является популярным методом для выполнения компартментализации биопроцессов [31–34].Не только инкапсуляция питательных веществ, например в пищевой или косметической промышленности он может использоваться для доставки агентов, но также инкапсуляция микроорганизмов или ферментов является умным инструментом для сложных процессов или биопревращений, в которых двухфазная система или иммобилизация является преимуществом. При производстве микрокапсул необходимо учитывать два ключевых фактора - размер самих микрокапсул и их распределение по размерам. Для некоторых приложений требуются мелкие частицы, а для других - более крупные.Кроме того, равномерное распределение по размерам часто оказывает положительное влияние на стабильность и воспроизводимость процесса, например, на реологическое поведение может влиять размер [35]. Следовательно, во время производства микрокапсул целью является узкое распределение по размерам, которое может быть достигнуто с помощью подходящей насосной системы, и возможность отрегулировать размер микрокапсул в соответствии с конкретными потребностями. Инкапсуляция клеток во время биотехнологических процессов дает несколько преимуществ. Он не только обладает цитозащитным действием, потому что инкапсуляция в альгинатные шарики защищает клетки от стресса и продлевает срок их хранения [36], но также обеспечивает легкое последующее разделение клеток [37] или способствует непрерывному удержанию клеток. процессы [38].

Таким образом, мы стремились инкапсулировать Pseudomonas putida EM178 в альгинатные шарики, чтобы показать возможность этого подхода. Смесь альгинат-клетки дозировали в раствор CaCl 2 с помощью шприцевого насоса на основе MINDSTORMS со скоростью потока 0,2 мл мин. -1 . Как показано на гистограмме, изображенной на фиг. 3, частицы имели распределение по размерам 2,92 ± 0,17 мм. Микрокапсулы однородной формы имеют гладкую поверхность, как видно с помощью световой микроскопии, и имеют объем около 13 мкл, рассчитанный по их диаметру.Это достаточный объем для инкапсуляции живых клеток [39].

Концептуальное проектирование индивидуальных профилей дозирования

Помимо линейного дозирования, как описано выше, также можно создавать сложные профили дозирования с различными расходами. Поэтому функцию дозирования необходимо разделить на подфункции. Основная процедура обеспечения функции дозирования описана в файле S3. Например, в этой работе линейная рампа использовалась для загрузки и охлаждения расхода.Этот тип профиля потока может использоваться для постепенной смены буферов, например, для защиты хроматографических колонок от осаждения соли. Здесь был выполнен профиль (показанный в файле S3) с двумя линейными изменениями расхода f (t) и h (t). Функция g (t) описывает постоянный расход во времени. Количество оборотов, необходимых для дозирования, рассчитывалось с учетом фазы профиля. Для определения уже дозированного объема (который может быть преобразован с помощью уравнения 1 в проведенные вращения) для различных моментов времени на первом этапе, f (t) интегрируется от t 0 до фактического времени t.На втором этапе уже дозированный объем первой фазы (t 0 −t 1 ) суммируется с объемом второй фазы g (t) от t 1 до фактического времени t и т. Д. . Общая процедура показана в файле S3. Эти соображения позволяют создавать сложные и индивидуальные профили дозирования для множества приложений. Разработанные профили дозирования могут быть интегрированы в сценарий MATLAB путем адаптации конкретной функции подачи «set_rotation». Для получения дополнительной информации о том, как изменить функцию в скрипте «set_rotation», обратитесь к файлам S1 и S3.Рабочий процесс примерного приложения для сложных и комбинированных профилей дозирования представлен в следующей главе.

Установление профиля дозирования для очистки белка

Другой областью применения автоматизированных насосных систем является последующая обработка. Многие этапы улавливания и полировки включают этапы промывки или профили элюирования, что может быть достигнуто путем использования управляемой насосной системы. Например, отделение гист-меченых белков от клеточного лизата обычно происходит с помощью аффинной хроматографии с иммобилизованным металлом (IMAC) с использованием элюции, управляемой градиентом имидазола [40].Для процесса очистки желательно комбинировать применение градиента с однородным потоком, что позволяет избежать повреждения матрицы колонки и обеспечивает равномерное элюирование. Этим достигается надежная работа в процессе разделения [41].

Поэтому мы протестировали дозирующее устройство для применения в очистке белков. Мы разработали автоматизированный процесс очистки белков, меченных гистами (eGFP), путем комбинирования различных профилей дозирования, поскольку это может быть выполнено с помощью хроматографической системы ÄKTA от GE Healthcare Life Sciences (GE).Помимо системы ÄKTA, автоматизированные процессы очистки можно проводить и в других имеющихся в продаже хроматографических системах. Хотя даже в стандартной комплектации они могут стоить 10 000–500 000 евро. Альтернативными методами для автоматизированного лабораторного оборудования являются центрифуги или колонки, загружаемые вручную. Поскольку эти протоколы содержат, помимо стадии связывания и промывки, также и стадию элюирования, эти системы значительно более ограничены по производительности и производительности, чем автоматизированные системы.Как схематично показано на рис. 4 (слева), четыре дозирующих устройства были подключены к колонке His-Trap и монитору проводимости. Лизат клеток, содержащий белок eGFP, загружали в колонку, и на протяжении всего процесса каждую минуту собирали фракцию и определяли ее проводимость, а также зеленую флуоресценцию. Как видно на рис. 4, имеется задержка появления сигнала, которую можно отнести к мертвому объему системы (рис. 4; справа, I). В процессе загрузки наблюдается снижение проводимости (рис. 4; справа, II), что вызвано зарядом клеточного лизата.На последующей стадии промывки несвязанный белок удаляли из колонки, на что указывает приближение сигнала проводимости к обычному уровню промывочного буфера (фиг. 4; справа, III). На стадии элюирования применяется линейный градиент имидазола путем одновременной подачи из двух портов (C и D), оборудованных различными концентрациями имидазола с изменяющейся скоростью подачи. Путем подачи общего постоянного объема линейный градиент был достигнут за счет уменьшения расхода низкоконцентрированного имидазола, дозируемого через порт C, и одновременного увеличения дозировки высококонцентрированного раствора имидазола, который подавался через порт D.Во время процесса элюирования увеличение концентрации имидазола отражается увеличением проводимости (рис. 4; справа, IV). Успешное элюирование очищенного белка eGFP было продемонстрировано путем измерения зеленой флуоресценции во фракционированном потоке. Для процессов с дополнительной арматурой давление может превышать максимум, с которым может справиться система. В конце процесса постоянный поток 100% буфера для элюирования был выполнен для 2 объемов колонки (CV), чтобы обеспечить полное элюирование (рис. 4; справа, V).Фактически, после элюирования дальнейший сигнал GFP не обнаруживался. Следовательно, при использовании дозирующего устройства на основе LEGO трудоемкая процедура очистки может выполняться автоматически в соответствии с обычными протоколами, предоставленными GE. Спецификацию процесса можно найти в файле S1. Диаграмма суммы вращений всех ступеней изображена на рис. 5.

Рис. 4. При подключении четырех дозирующих устройств к программируемому блоку LEGO-MINDSTORMS EV3 был выполнен процесс очистки белка.

Схема, показанная слева, использовалась для дозирования образца (порт A), промывочного раствора (порт B) и элюирующего буфера в двух концентрациях (порт C и порт D) для выполнения процесса IMAC в соответствии с колонка-производитель спецификации. Как показано справа, после задержки (I), вызванной мертвым объемом, загрузки образца (II), процедуры промывки (III), градиентного элюирования (IV) и промывки 100% буфером для элюции (V ) можно наблюдать по проводимости (синий). Наличие белка было продемонстрировано путем измерения сигнала зеленой флуоресценции в фракционированном потоке.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217268.g004

Рис. 5. Степени вращения, выполняемые двигателями дозирующих устройств, подключенных через порт A к D, с возможностью программирования.

MINDSTORMS-EV3 Кирпич. Протокол очистки состоит из четырех этапов. На этапе A дозирующее устройство в порту A (синий) загружало четыре объема колонки (CV) клеточного лизата в колонку His-Trap. На этапе B промывочный буфер (20 мМ имидазол) подавали из двух шприцев через дозатор в порт B (красный).Начиная с 20 мМ имидазола и заканчивая 500 мМ имидазолом, на этапе C дозировали градиент, контролируемый одновременно увеличением скорости потока через порт D (голубой) и уменьшением скорости потока через порт C (зеленый). Чтобы гарантировать полное элюирование белка на этапе D, через порт D (желтый) дозировали два CV 500 мМ имидазольного буфера.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217268.g005

Профиль дозирования для биотехнологических стратегий кормления

В биотехнологических культурах, помимо концентрации растворенного кислорода, главным ограничивающим фактором роста является доступность источника углерода.В полунепрерывных режимах работы, как и в случае стратегии экспоненциальной подачи, система биореактора с объемом V R должна быть дополнена непрерывным или, по крайней мере, периодическим дозированием субстрата с определенным притоком и концентрацией субстрата. c S0 в фиде. Фактическая концентрация субстрата c S в сосуде для культивирования может быть описана с помощью баланса масс, который включает поступающий субстрат и метаболизацию субстрата c X ∙ q S ∙ V R [42], показанный в уравнении 2. (в данном случае q S - скорость поглощения субстрата, мг Субстрат мг CDW -1 ч -1 ).

2

В условиях ограничения субстрата и при условии, что субстрат расходуется немедленно, можно ожидать, что c s ≪c s0 . Кроме того, потребность E. coli в энергии для поддержания была очень низкой (поддерживающая активность, не связанная с ростом: 8,39 ммоль ATP г CDW -1 ч -1 [43]), и поэтому им можно пренебречь. [11]. Ограничивая доступность источника углерода на основе выхода биомассы Y XS и начальной биомассы c X0 , расход субстрата, необходимый для набора скорости роста (μ набор ), может быть рассчитан в зависимости от времени, как описано в уравнении 3.Мы упростили уравнение, приняв постоянный объем, хотя во время процессов с экспоненциальной стратегией подачи объем в биореакторе увеличивается, потому что объем, дозируемый в течение всего процесса, находился в том же диапазоне, что и общий объем собранных образцов.

3

Для определения объема, дозированного для каждой точки t, расход был интегрирован с течением времени, что привело к уравнениям 4.A и 4.B. Этот профиль дозирования, зависящий от роста, с течением времени может быть сформулирован двумя способами, в зависимости от того, был ли дозирован общий объем (уравнение 4.A) или общее количество оборотов двигателя (уравнение 4.B), вывод можно найти в файле S5).

4.A4.B

Как показано на Рис. 6, фактическое вращение обычно колебалось вокруг установленного вращения, что приводило к подаче, которая в среднем была правильной. Отклонения вращения от заданного значения были исправлены в течение нескольких секунд сценарием MATLAB. Мы предположили, что эта неточность дозирования незначительна, поскольку она находится не в том же масштабе времени, что и адаптация клеточного метаболизма.

Рис 6.Фактическая сумма вращения колеблется около установленного числа оборотов.

Для выполнения адекватных небольших шагов и обеспечения непрерывного потока фактическая сумма оборотов колеблется около установленного числа оборотов. Как показано в увеличении, колебания экспоненциального профиля подачи находятся в масштабе нескольких секунд.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217268.g006

Установка скорости роста при параллельном встряхивании колб

Чтобы проверить, подходит ли сконструированная дозирующая установка для параллельного культивирования в встряхиваемых колбах с определенной скоростью роста, мы провели эксперимент, схематически изображенный на рис. 7A.Дозирующее устройство было оборудовано шприцами, содержащими глюкозу из источника углерода, и было запрограммировано на выполнение экспоненциальной подачи во встряхиваемые колбы. Поскольку в среде не было источника углерода, кормление было начато сразу после инокуляции. Поэтому сценарий MATLAB (файлы S1 и S6) использовался для перевода параметров процесса во вращение и, следовательно, на дозируемый субстрат. Чтобы гарантировать простоту использования, дозирующее устройство было закреплено внутри инкубатора со встряхиванием, и корм распределялся в колбы для встряхивания через трубки.Канюли подавали корм прямо в среду, чтобы обеспечить непрерывный поток. Мы установили различные скорости роста в диапазоне от 0,1 до 0,4 в час, регулируя поток питательных веществ (см. Таблицу 2), и измерили оптическую плотность и концентрацию глюкозы в культурах. Образцы собирали вручную через вторую канюлю. Экспоненциальное увеличение оптической плотности наблюдалось для всех культур (фиг. 7B), и фактические скорости роста очень хорошо соответствовали желаемым (фиг. 7C). При сравнении фактических темпов роста (μ , фактических ) с предполагаемыми темпами роста (μ установлено ) (рис. 7C), среднее расхождение составляет 13.2% между μ фактическим и набором μ наблюдалось. Чтобы убедиться, что рост клеток ограничен доступностью субстрата, концентрацию глюкозы в среде определяли с помощью ВЭЖХ. Сравнивая регулярный периодический процесс при максимальной скорости роста с экспоненциально подаваемыми культурами (S1A фиг.), Глюкоза обнаруживалась только в следовых количествах (мг L -1 шкала) (S1C фиг.), Что показывает, что субстрат был полностью израсходован. Типичное накопление побочных продуктов, которое обычно происходит в периодических процессах (рис. S1B), было уменьшено до миллиграммы (рис. S1C).Только в некоторых образцах были обнаружены продукты перелива, ацетат и лактат, однако непрерывного увеличения не наблюдалось. Мы предполагаем, что это происходит из-за повторного метаболизма побочных продуктов клетками в результате ограничения углерода. Это является преимуществом, когда необходимо закрыть массовые балансы или увеличить выход продукции.

Рис. 7. Установка экспоненциальной скорости роста бактериальных культур в диапазоне от 0,1 до 0,4 ч -1 путем применения стратегии кормления с ограниченным источником углерода.

Экспериментальная установка показана на (A). Специфические для штамма входные переменные для дозирующей единицы, такие как выход биомассы-субстрата или желаемая скорость роста, были скорректированы в сценарии MATLAB (файл S1). Расчетные обороты передаются от модуля EV3 к большому двигателю EV3. Шприцевой насос LEGO преобразует это вращение в движение поршня. Колбы для встряхивания закрывали стерильными целлюлозными пробками, и питательный раствор дозировали непосредственно в среду. Bluetooth-соединение позволяло передавать сигнал в инкубатор по беспроводной связи.Образцы культур E. coli отбирали вручную через вторую канюлю. Определяли оптическую плотность, а также концентрацию глюкозы. (B) Оптическая плотность культур с различными заданными скоростями роста. (C) Сравнение измеренной фактической скорости роста (фактическая μ) с теоретической установленной скоростью роста (набор μ).

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217268.g007

Таблица 2. Скорректированные темпы роста и параметры, использованные для проведения экспериментов по росту с E.coli HMS174 / DE3.

В зависимости от скорости роста и начальной концентрации биомассы объем поддерживали в пределах дозировки путем изменения концентрации субстрата в питательном растворе и типа шприца.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217268.t002

Контроль скорости поглощения субстрата для определения стоимости гетерологичной нагрузки

Дозирующее устройство не только способно заменить дорогостоящие коммерческие системы, но и служить возможным решением актуального вопроса в биотехнологии, а именно потребности клетки в энергии [14,44,45].Мы решили определить потребность в энергии для гетерологичной нагрузки с помощью дозирующего устройства на основе LEGO-MINDSTORMS. Поскольку источник углерода является фактором, ограничивающим рост, скорость поглощения субстрата q S Smax может регулироваться подачей. Если поступление C-источника не соответствует максимальной скорости поглощения субстрата, клетки выполняют модифицированное поглощение q S , адаптированное к количеству предоставленного C-источника. В предположении, что все дозированные молекулы потребляются немедленно, скорость обеспечения питательными веществами должна быть мерой скорости поглощения субстрата и, следовательно, скорости роста.В клетках дикого типа поглощенный субстрат в основном используется для роста и поддержания жизнеспособности. Для клеток E. coli потребность в энергии для поддержания, не связанного с ростом (NGAM), составляет 8,39 ммоль ATP г CDW -1 ч -1 [13] и, следовательно, в пренебрежимо малый диапазон. В случае клеток, несущих плазмиду с гетерологичной нагрузкой, энергия, обеспечиваемая субстратом, должна быть разделена между регулярными процессами и гетерологичной продукцией (рис. 8А).Удельный выход биомассы Y XS определяется как отношение скорости роста и скорости поглощения субстрата. Это показатель той части энергии, которая вкладывается в рост. Когда клетки несут плазмиду, они достигают более низких уровней биомассы по сравнению с ненагруженными клетками с той же скоростью поглощения. Эта связь была проанализирована при выращивании E. coli HMS174 / DE3 дикого типа и того же штамма, несущего плазмиду pTRA-51hd [46]. Путем дозирования определенных скоростей поглощения субстрата определяли соответствующие скорости роста.Как показано на фиг. 8B, скорости роста нагруженного штамма были ниже по сравнению со штаммом дикого типа при той же скорости поглощения субстрата. Это вызвано тем, что часть энергии была необходима для процессов, связанных с плазмидой. Соответствующие урожаи биомассы Y XS могут быть извлечены из склонов на рис. 8B гораздо более надежно, чем, как это обычно бывает, из одного единственного отношения μ-q S . Общая потребность в энергии нагруженных ячеек может быть описана как сумма потребности в энергии для роста q S, μ и для дополнительной нагрузки (q S, нагрузка ) (уравнение 5.А). Потребность в энергии для нагрузки (q S, нагрузка ) была рассчитана как 33% с помощью уравнения 5.B (вывод можно найти в файле S5). Это приводит к общей скорости поглощения энергии для нагруженного плазмидой штамма (q S, всего ) 133% от незагруженного штамма дикого типа для достижения такой же скорости роста. Из-за прямой линейной корреляции процент дополнительной энергии, потребляемой для нагруженной деформации, кажется, не зависит от скорости роста.

5.A5.B

Рис. 8. Энергетическая потребность штаммов, несущих плазмиду с гетерологичной нагрузкой.

(A) В сконструированных клетках-хозяевах энергия, обеспечиваемая субстратом, должна быть разделена между обычными задачами и гетерологичной нагрузкой. (B) Сравнение скоростей роста, достигаемых диким типом и штаммом, несущим плазмиду, при определенных скоростях поглощения субстрата. Разница в скорости роста, достигаемая при одинаковой скорости поглощения субстрата, может быть напрямую связана с измененной генетической установкой. Показаны средства как минимум трех независимых культур.

https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0217268.g008

Таким образом, мы могли бы показать, что, контролируя поглощение субстрата в процессе путем ограничения доступности субстрата с помощью экспоненциальной подачи, можно рассчитать не только дополнительную потребность в энергии для различных конструкций, но и то, что также можно очень точно оценить выход биомассы.

Материалы и методы

Сборка дозатора

Дозатор состоит из 269 кубиков LEGO, перечисленных в таблице S1.Его можно легко восстановить с помощью прилагаемого руководства. После создания базовой конструкции редукторы были добавлены или удалены, чтобы варьировать перемещение двигателя и, следовательно, масштаб дозируемого объема, который колеблется от микролитра до миллилитра в минуту. Для дозирования объемов в микролитровом масштабе, например Для подачи источника углерода в культуру клеток использовались два редуктора, в то время как для скоростей потока в масштабе мл / мин требовался только один редуктор. Используемые серводвигатели были подключены к плагинам от A до D блока EV3-inelligent.Как подробно описано в файле S1, программное обеспечение MATLAB было подключено к модулю EV3, а также к двигателям. Вкратце, после установки пакета поддержки MATLAB для оборудования LEGO-MINDSTORMS-EV3 (версия 18.1.0.0, от MathWorks MATLAB Hardware) блок управления был подключен к MATLAB с помощью команды legoev3. Скрипт MATLAB состоит из двух частей. Функция подачи «set_rotation», которая определяет теоретические обороты, которые выполняются до указанного времени «tt», и сценарий, который регулирует скорость двигателя.Подробные инструкции по эксплуатации см. В файле S1.

Интеграция дозатора в экспериментальные установки

Для выполнения процессов, требующих стерильных условий, следующую процедуру выполняли на стенде с ламинарным потоком. В зависимости от дозированного объема подбирался подходящий набор шприцев. В данной работе все процессы выполнялись шприцами объемом 1, 10 или 50 мл. Выбранную жидкость замачивали в одноразовые шприцы, которые ранее были подключены к автоклавированной системе трубок.Загруженные шприцы вставляли в корпус дозатора, как описано ниже (вставка шприца). После фиксации в устройстве для зажима шприца система трубок была подключена через замок Люэра к целевому сосуду либо с помощью канюли, либо непосредственно к микроколонкам. Наконец, интересующая функция подачи была скорректирована, и сценарий дозирования был запущен.

Определение дозированного объема

Перенесенный объем определяли гравиметрически. Поэтому капли собирали во флакон (Macherey-Nagel, Vial N9-1.5, GW, k, 11,6x32, плоский, SF, Ref-Nr: 702283), который был закрыт крышкой с мембраной из ПТФЭ для минимизации испарения. Объем, который был дозирован во флакон через шланг, подсоединенный к канюле, взвешивали (аналитические весы Sartorius Extend ED124S) путем вычитания веса флакона. Объем рассчитывался исходя из плотности воды (997 кг · м -3 ) и соотношения 1 л = 1 дм 3 .

Профили дозирования

Функция подачи менялась в зависимости от соответствующего профиля дозирования.Для постоянного расхода скорость двигателя от 5% до 95% устанавливалась вручную. Для более сложных профилей дозирования через определенные интервалы (в случае протокола очистки белка каждые 0,001 секунды) количество выполненных вращений сравнивали с теоретическим количеством вращений, необходимых для обеспечения желаемого потока. Это было рассчитано функцией подачи set_rotation. Если количество измеренных и рассчитанных оборотов различается, скорость двигателя была скорректирована, чтобы исправить разницу. Общая процедура расчета функций подачи показана в файле S3 на примере постоянного профиля подачи с начальным процессом установки флюса и коротким охлаждением.

Экспоненциальный профиль подачи

Чтобы добиться экспоненциального профиля подачи, фактическое вращение двигателя должно быть согласовано с теоретическим вращением, необходимым для обеспечения желаемого потока. Это теоретическое вращение называется «set_rotation» в сценарии MATLAB (файл S1) и рассчитывается каждые 30 секунд. Мощность пускового двигателя была установлена ​​на 5% для обеспечения надежного дозирования. Скорость двигателя была отрегулирована на ± 1% в случае, если фактическое количество оборотов не соответствовало теоретическому необходимому вращению.Скорость роста от 0,1 до 0,4 ч -1 была достигнута путем выбора концентраций субстрата 18-36 мг / мл -1 (таблица 2), начальной концентрации биомассы около 0,04 мг / мл -1 и начальной концентрации биомассы. объемом 50 мл, как описано в файле S1. Выход биомассы Y XS = 0,35 мг CDW мг Субстрат -1 для штамма E. coli дикого типа HMS174 / DE3 (файл S4) использовали в качестве параметра в сценарии MATLAB. Эксперименты проводили в трех экземплярах на единицу дозирования параллельно.Поэтому использовались три шприца на 10 мл с коэффициентом длины на объем l V 8 мм мл -1 . Коэффициент r S (обороты в градусах на длину) для дозатора был установлен на 90 ° мм -1 . Для передачи объемов в микролитровом масштабе были интегрированы два редуктора для замедления вращения.

Устройство культивирования и количественное определение метаболитов

В качестве вида E. coli, использованного в данной работе, был штамм HMS174 / DE3 [47]. Чтобы вызвать нагрузку (показано на рис. 8), была вставлена ​​индуцибельная плазмида pTRA-51hd [46].Все прекультуры клеток E. coli культивировали сначала в среде лизогенического бульона (LB) [48], а затем в минимальной среде [46], дополненной микроэлементами и 20 мМ глюкозы в качестве источника углерода. Устанавливали pH 7,4 (25 ° C) и добавляли раствор соли, а также микроэлементы. Прекультуры выращивали так же, как описано в [46], прежде чем их использовали для инокуляции 50 мл упомянутой выше минимальной среды без источника углерода до концентрации сухого веса клеток около 0,04 мг / мл -1. .Принципиальная установка культивирования изображена на рис. 7A. Культивирование проводили в стерильных встряхиваемых колбах объемом 250 мл без перегородок при частоте перемешивания 250 об / мин (эксцентриситет 5 см) и температуре 37 ° C. Источник C был добавлен с системой кормления на основе MINDSTORMS. Шприцы подсоединяли к стерильным силиконовым шлангам, обработанным платиной (длина 30 см, внутренний диаметр 0,5 мм, Ch33.1, CarlRoth), с помощью соединителей Rotilabo-Luer (CT58.1 и CT62.1, Carl Roth) и затем заполняли раствор субстрата с концентрацией (c S0 ) от 18 до 36 мг / мл -1 .Чтобы избежать прерывистого дозирования из-за образования капель, использовались канюли (neoLab, соединение Luer-Lock, 1,0 x 200 мм, SKU: 2–3113) для транспортировки субстрата через силиконовый шланг, обработанный платиной, непосредственно в среду, и встряхивались колбы. запломбирован целлюлозной пробкой. В эти заглушки вставляли две канюли (одна для отбора проб, другая для дозирования). Периодически на протяжении фазы роста для анализа отбирали пробы объемом 1 мл. Оптическую плотность (длина волны измерения: 600 нм, ширина полосы измерения: 9 нм, количество считываний: 25, время установления: 0 мс) определяли каждые 1.Через 5 часов в планшет-ридере (Infinite 200, Tecan) и метаболиты были определены количественно с помощью системы ВЭЖХ Agilent 1100 (Agilent). Для анализа 0,8 мл брали в качестве образца и центрифугировали при 4 ° C и 13000 об / мин (Microcentrifuge 5418, Eppendorf). После добавления 0,01% (мас. / Об.) ЭДТА супернатант фильтровали через 96-луночные планшеты (0,2 мкм, AcroPrep Advance 96 Filter Plate, Pall Corporation). Shodex SUGAR Sh2011 (Phenomenex) использовали в качестве хроматографической колонки для разделения метаболитов. 20 мкл образцов анализировали с помощью 0.5 мМ H 2 SO 4 в качестве подвижной фазы при скорости потока 0,45 мл мин -1 и температуре колонки 30 ° C. Количественный анализ проводили с помощью площадей пиков, определяемых RI, по отношению к стандарту концентрации. Спектры были вручную интегрированы с программным обеспечением ChemStation (Agilent).

Инкапсуляция клеток в альгинатные шарики

Чтобы инкапсулировать клетки Pseudomonas putida KT2440 EM178 [49] в альгинатные шарики, до 3% (мас. / Об.) Na-альгината добавляли к 10 мл бактериальной культуры с концентрацией клеток 4 мг / мл -1 .Через перегородку раствор дозировали с помощью канюли Sterican (Luer-Lock 0,80x40 мм, размер 2, зеленый) в стерильный флакон объемом 250 мл (Schott), заполненный 50 мл 50 мМ раствора CaCl 2 . . При умеренном перемешивании капли превращались в гель в растворе CaCl 2 . Раствор альгината дозировали шприцем на 10 мл при постоянной скорости потока 0,2 мл мин. -1 (скорость двигателя 100% и gdf 576). Для работы с постоянным расходом не требовалось никакой функции подачи.Все этапы сборки системы были выполнены в стерильной атмосфере со стерильными растворами и расходными материалами.

Очистка белка

Очистка белка с гист-меткой обычно происходит с помощью процедуры IMAC. В качестве примера рекомбинантно экспрессированный eGFP очищали из предварительно отфильтрованного (шприцевой фильтр Minisart High Flow, исключение размера пор 0,22 мкм, Sartorius) клеточного лизата после того, как клетки были разрушены с помощью гомогенизатора высокого давления. Для улавливания белка использовали колонку объемом 1 мл (GE Life Sciences, 11-0004-58 HisTrap FF Crude).Был проведен четырехэтапный профиль дозирования, выполняемый четырьмя дозирующими устройствами в портах от A до D, которые управлялись одновременно с помощью сценария MATLAB (файл S1). Процесс проводили при скорости потока 0,5 мл мин. -1 . Образец, промывочный буфер (20 мМ фосфат натрия, 0,5 M NaCl, 20 мМ имидазол, pH 7,4) и буфер для элюции (20 мМ фосфат натрия, 0,5 M NaCl, 500 мМ имидазол, pH 7,4) помещали в шприцы на 10 мл (HSW SOFT-JECT, 10 (12) мл, Luer, 5100.X00V0; l V = 5 мм мл -1 ), которые соединялись силиконовыми шлангами с платиновым покрытием (длиной до 137 см на дозатор, внутренний диаметр 0.5 мм, Ch33.1, CarlRoth) и соединители Rotilabo-Luer (CT58.1 и CT62.1, Carl Roth) к колонке. Чтобы избежать обратного смешения, на перекрестках были установлены обратные клапаны (Nordson MEDICAL, от Female Locking Luer до Male Locking Luer, SCV06252). Процедуру очистки выполняли в соответствии с рекомендациями производителя колонки. Как показано на фиг. 5, первые 4 объема колонки (CV) предварительно профильтрованного лизата были нанесены на колонку через порт A (1 шприц). После этого следовала стадия промывки 5 CV из порта B (промывочный буфер; 2 шприца; поэтому скорость потока была уменьшена вдвое).Для элюирования связанного белка через порты C и D устанавливали градиент между 20 мМ имидазольным буфером для промывки и 500 мМ буфером для элюирования (промывочный буфер C; элюирующий буфер D; 2 шприца каждый; поэтому скорость потока была уменьшена вдвое) более 10 РЕЗЮМЕ. Чтобы гарантировать полное элюирование, 2 CV буфера для элюирования были затем переправлены из порта D (2 шприца; следовательно, скорость потока должна быть уменьшена вдвое). Посредством подключения монитора проводимости (C9n, 29-0113-63, GE) последовательно с колонкой отслеживали выполненный градиент.Разница в имидазоле увеличивала проводимость с 50 до 60 мСм см -1 . На этапе C и D фракции отбирались вручную каждую минуту, и флуоресценция 200 мкл анализировалась в считывающем устройстве для микротитровальных планшетов (Infinite 200, Tecan; флуоресценция: 485/520 нм; ширина полосы возбуждения: 9 нм, ширина полосы излучения: 20 нм, режим чтения). : Вверху, время задержки: 0 мкс, время интегрирования: 20 мкс, количество считываний: 25, время установления: 0 мс, значение усиления: 50).

[Сделай сам] Автоматизируй кормление с помощью капельного орошения - Блог

[Сделай сам] Автоматизируй кормление с помощью капельного орошения - Блог | GroWell Гидропоника

Магазин не будет работать корректно, если куки отключены.

Похоже, в вашем браузере отключен JavaScript. Для наилучшего взаимодействия с нашим сайтом обязательно включите Javascript в своем браузере.

[Сделай сам] Автоматизация кормления с помощью капельного орошения

Не можете найти систему, подходящую для вашей установки? Не волнуйтесь - вы можете создать свой собственный!

Вот как можно создать систему капельного орошения своими руками.

1. Выберите резервуар

  • Насколько велик ваш растительный покров?
  • Как часто вы будете менять бак?

На каждый 1 м 2 растительного покрова требуется 4-6 л воды в день (в хороших условиях).

Чтобы получить это и 25% стока, вам необходимо 6-8 л на 1 м 2 растительного покрова в день.

Если вы меняли бак один раз в неделю, вам понадобится не менее 56 л на 1 м 2

Совет
Если вы используете рециркуляцию, добавьте еще 25–30%, чтобы учесть изменения pH и CF.

2. Подобрать насос

Для системы капельного орошения вам понадобится насос высокого давления.

Точный размер зависит от:

  • количество капельниц
  • высота капельниц

Как минимум, вам необходим расход 50 л / pH для каждой капельницы.

Пример
Для 10 капельниц вам потребуется не менее 500 литров

3.Создайте свою систему

Это можно сделать двумя способами:

Вариант 1: построить капельное кольцо

Вариант 2: Создание одиночной капельной линии с концевым упором

Создавать капельницу (вариант 2) стоит только в том случае, если у вас всего два ряда растений. Вы можете провести свою линию между этими строками.

Даже в этом случае вам потребуется использовать капельницы с компенсацией давления. В противном случае ближайшие к насосу капельницы будут иметь более высокое давление воды.

Кольцо для сбора капель сделать проще (вариант 1).Вы также получите более равномерный напор воды.

Здесь мы покажем вам, как построить капельное кольцо.

Шаг 1

Подсоедините трубу к помпе (она должна быть достаточно длинной, чтобы доходить до верха резервуара)

Используйте колено, чтобы создать изгиб, затем подсоедините трубу другого отрезка.

Шаг 2

Присоедините тройник к концу этой трубы.

Протяните трубу по комнате, соединив любой конец с тройником.

Step 3

Добавьте свои горшки.Убедитесь, что они хорошо расположены и есть много места для бокового роста.

Каждая емкость должна находиться в пределах досягаемости от основной трубы.

Измерьте расстояние между основной трубой и баками, чтобы знать, какой длины должна быть капельная линия.

Шаг 4

Затем создайте капельную линию (капельная линия> капельница)

Если используются печатные платы, прорезь между двумя частями капельной линии:
(длинная капельная линия> печатная плата> короткая капельная линия> капельница)

Чтобы облегчить жизнь, купите собранный капельный кол.

Шаг 5

Теперь вам нужно прикрепить собранные капельницы и капельную линию к основному участку трубы.

Вы можете сделать это одним из двух способов:

Вариант 1: пробить отверстия в трубе
  • Пробить отверстия в трубе
  • Прикрепите ниппели 4 мм к капельным линиям
  • Вставьте ниппели (капельница прилагается) в отверстия
Вариант 2: Используйте коллектор
  • Присоедините капельные линии к каждому выпускному отверстию коллектора
  • Определите, где должен располагаться коллектор
  • Place F.