tadej marčič - connecting repositories · skupaj nanaša na črpalko, vgrajeno v hidropak, ki se...

Tadej Marčič

AVTOMATIZACIJA UPORABE DEŽEVNICE KOT SANITARNO VODO

Diplomsko delo

Maribor, avgust 2011

I

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa

AVTOMATIZACIJA UPORABE DEŢEVNICE KOT SANITARNO VODO

Študent: Tadej Marčič

Študijski program: VS ŠP Elektrotehnika

Smer: Avtomatika in robotika

Mentor: viš. pred. mag. Janez Pogorelc

Lektorica: Polona Arh

Maribor, avgust 2011

II

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju viš. pred. Janezu

Pogorelcu za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem

bratu Simonu, ki mi je omogočil, da sva sistem

realizirala v njegovi hiši.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi

omogočili študij ter punci za vso vspodbudo in

podporo.

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju viš. pred. mag. Janezu

Pogorelcu za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem

bratu Simonu, ki mi je omogočil, da sva sistem

realizirala v njegovi hiši.

Posebna zahvala staršem, ki so mi omogočili

študij ter punci za vso spodbudo in podporo.

IV

AVTOMATIZACIJA UPORABE DEŢEVNICE KOT SANITARNO

VODO

Ključne besede: varčevanje s pitno vodo, meritev nivoja, Siemens LOGO!, mešalni

ventil, deţevnica, avtomatizacija uporabe vode

UDK:681.52:621.865(043.2)

Povzetek

Diplomsko delo opisuje avtomatizacijo uporabe deževnice v sanitarne namene, za

zalivanje, pranje avtomobilov ipd. Za krmilje sistema smo uporabili krmilnik Siemens

LOGO!, ki je bil izbran glede na zahteve projekta, dve črpalki ter mešalni ventil. Vodo,

ki priteče iz strehe, hranimo zunaj v vodnjaku, nato pa jo črpamo v hišno napeljavo. V

primeru, da se vodnjak izprazni, sistem preklopi na vodo iz lokalnega vodovoda, dokler

se vodnjak ne napolni do nekega nivoja. Izračunali smo prihranek vode ter dejansko

ekonomično učinkovitost sistema.

V

AUTOMATION USING OF RAINWATER AS SANITARY WATER

Key words: saving of drinking water, level measurement, Siemens LOGO!, mixing

valve, rainwater, automation of water use

UDK: 681.52:621.865(043.2)

Abstract

The diploma work describes the automation of rainwater in the sanitary purposes for

watering, washing cars, etc.. We used Siemens LOGO as the system controller, which

was selected according to the requirements of the project; two pumps, and mixing valve.

The water which flows from the roof is kept in the well outside and then pumped into the

house wiring. In the event that the well is empty, the system switches to the local tap

water until the well fills up to the certain level. We calculated the actual water savings

and cost-effectiveness.

VI

VSEBINA

1 UVOD ...................................................................................................................... 1

1.1 SPLOŠNO O PORABI IN MOŢNOSTIH VARČEVANJA Z VODO ................................... 1

1.2 OPIS SISTEMA KOT CELOTE ................................................................................. 2

1.3 KRMILNA PLOŠČA ............................................................................................... 3

2 KRMILNIK SIEMENS LOGO! ........................................................................... 5

2.1 OPIS KRMILNIKA ................................................................................................. 5

2.2 TEHNIČNE KARAKTERISTIKE ............................................................................... 6

2.3 ANALOGNI VHOD ................................................................................................ 7

2.4 PROGRAMIRANJE PREKO PC-JA ........................................................................... 8

3 MERITEV NIVOJA VODE V VODNJAKU ..................................................... 11

3.1 POTENCIOMETER MULTITURN ........................................................................... 11

3.2 DIMENZIONIRANJE JERMENICE .......................................................................... 12

3.3 DIMENZIONIRANJE PLOVCA IN UTEŢI ................................................................ 13

4 ČRPALKI IN MEŠALNI VENTIL .................................................................... 14

4.1 KARAKTERISTIKA ČRPALK ................................................................................ 14

4.2 ČRPALKA PKM 65 IN HIDROFOR........................................................................ 14

4.3 HIDROPAK......................................................................................................... 16

4.4 KARAKTERISTIKA MEŠALNEGA VENTILA .......................................................... 18

5 ZAKLJUČEK ....................................................................................................... 20

5.1 EKONOMIČNA UČINKOVITOST SISTEMA ............................................................. 20

5.2 MOŢNE IZBOLJŠAVE .......................................................................................... 21

5.3 SKLEP ............................................................................................................... 22

6 LITERATURA ..................................................................................................... 23

7 PRILOGE .............................................................................................................. 24

7.1 SEZNAM SLIK .................................................................................................... 24

7.2 SEZNAM TABEL ................................................................................................. 25

7.3 SEZNAM GRAFOV .............................................................................................. 25

VII

7.4 PROGRAM TER ELEKTRO NAČRT VEZJA ............................................................. 25

7.5 NASLOV ŠTUDENTA........................................................................................... 30

7.6 KRATEK ŢIVLJENJEPIS ....................................................................................... 30

VIII

UPORABLJENI SIMBOLI

h – uporabljena višina vodnjaka

o – obseg jermenice

d – premer jermenice

r – polmer jermenice

Sh – senzor nivoja

Čd – črpalka deţevnice (del hidropak-a)

Pd – posoda deţevnice (del hidropak-a)

Čp – črpalka pitne vode

Pp – posoda pitne vode (hidrofor)

Std – tlačno stikalo deţevnice (del hidropak-a)

Stp – tlačno stikalo pitne vode

IX

UPORABLJENE KRATICE

DIN – Nemški inštitut za standardizacijo in njegovi standardi

EMV –Elektromotorni ventil

PLK – Programirlivi logični krmilnik

DI – Digital input (digitalni vhod)

AI – Analog input (analogni vhod)

DO – Digital output (digitalni izhod)

PC – Personal computer (osebni računalnik)

RS – Flip-flop pomnilna celica

Avtomatizacija uporabe deţevnice kot sanitarno vodo Stran 1

1 UVOD

1.1 Splošno o porabi in moţnostih varčevanja z vodo

Zaradi globalnega onesnaţevanja postaja pitna voda čedalje večje bogastvo, zato je toliko

bolj pomembno, da znamo z njo varčevati. Znano je, da je Slovenija z 61 m3 med

evropskimi drţavami nekje v povprečju glede na letno porabo vode na prebivalca [10]. Od

tega več kot polovico vode porabimo v gospodinjstvih ( 42 m3 letno), kar je dnevno

pribliţno 117 litrov na prebivalca.

Graf 1: Povprečna poraba vode v gospodinjstvu

Moţnosti varčevanja z vodo je veliko; da med umivanjem zob zapiramo vodo, da za kuho

ne uporabljamo prevelikih posod, da namesto kopanja izberemo prhanje.... Eden izmed

načinov varčevanja pa je tudi ta, da tam, kjer je to mogoče (splakovanje stranišč, zalivanje,

pranje avtomobilov ipd.) namesto pitne vode uporabimo deţevnico.

V ta namen smo zgradili sistem, ki kot sanitarno vodo uporablja meteorno vodo, ki pade na

streho, nato pa se shrani v vodnjaku. V primeru, da se vodnjak izprazni, sistem avtomatsko

preklopi na vodo iz lokalnega vodovoda.


1.2 Opis sistema kot celote

Krmilje sistema (Slika 1.1) smo izvedli s krmilnikom Siemens LOGO! 12/24RC, z

osmimi digitalnimi vhodi (od katerih so štirje lahko analogni) in štirimi relejskimi izhodi.

Preko analognega vhoda smo priključili večobratni (multiturn) potenciometer1 Sh, ki

zaznava nivo vode v vodnjaku. Kot izhodne aktuatorje smo uporabili črpalko Čd, ki je del

hidropaka in preko filtra črpa vodo iz vodnjaka v posodo hidropaka Pd, črpalko Čp ki

ustvarja tlak pitne vode iz lokalnega vodovoda v hidrofor Pp ter mešalni ventil EMV, ki

pošilja izbrano vodo v hišno napeljavo. Za povratno informacijo o doseţenem ţelenem

tlaku v posamezni posodi smo uporabili tlačni stikali Stp in Std.

Slika 1.1: Shema celotnega sistema

Ko je nivo deţevnice v vodnjaku dovolj visok, sistem uporablja vodo iz vodnjaka. V

primeru, da nivo deţevnice pade pod minimalni nivo, sistem preklopi na vodo iz lokalnega

vodovoda ter preklopi nazaj, ko nivo zopet naraste nad določeno histerezo.

V primeru, da katera izmed črpalk po določenem času ne doseţe ţelenega tlaka v posodi

(tlačno stikalo ne preklopi), mora krmilnik ugasniti črpalko ter javiti napako. Sistem ima

preko krmilne plošče moţnost ročnega vodenja črpalk in ventila, kot tudi svetlobno

indikacijo stanj in morebitnih napak.

1 Potenciometer z več obrati


Slika 1.2: Slika celotnega sistema

1.3 Krmilna plošča

Krmilno ploščo smo namestili na vrata krmilne omare, sluţi pa nam za spremljanje in

upravljanje sistema. Tako nam omogoča preklop med ročnim in avtomatskim načinom

delovanja črpalk ter mešalnega ventila, signalizacijo napake posamezne črpalke, prikaz

izbranega reţima delovanja ter ročno brezpogojno vodenje črpalk.

Tipki z lučko (Slika 1.3) levo zgoraj nam omogočata brezpogojno1 vodenje črpalk, lučka

pa nas opozarja na napako posamezne črpalke2.

1 od tlačnih stikal neodvisno

2 izključitev pretokovne zaščite


Slika 1.3: Krmilna plošča

Signalni lučki desno zgoraj nam prikazujeta, katero vodo uporablja sistem.

Stikalo ČRPALKA 1 se nanaša na pitno vodo in nam omogoča preklop med ročnim

načinom delovanja črpalke, izklopom črpalke ter avtomatskim načinom delovanja črpalke.

V primeru, ko je preklopno stikalo v poloţaju ročno, se črpalka vklaplja glede na tlačno

stikalo na hidroforju in ni časovne omejitve delovanja črpalke. V primeru, ko je stikalo v

poloţaju avtomatsko, imamo dodano varnostno časovno omejitev (5 minut), ki preprečuje,

da bi črpalka delovala v prazno, kar bi lahko pripeljalo do pregretja le-te. To bi se zgodilo

v primeru vzdrţevanja vodovoda, ko bi v cevi prišel zrak. Stikalo vsebuje tudi lučko, ki

sveti, kadar črpalka deluje.

Stikalo ČRPALKA 2 ima popolnoma enako funkcijo kot stikalo ČRPALKA 1, le da se vse

skupaj nanaša na črpalko, vgrajeno v hidropak, ki se uporablja za črpanje deţevnice.

Varnostni čas izklopa stikala ČRPALKA 2 v avtomatskem reţimu je zaradi manjše

kapacitete posode (le 20 litrov) nastavljen na 1 minuto.

Preklopno stikalo VENTIL nam omogoča preklop med ročnim ter avtomatskim načinom

delovanja ventila. Ko je stikalo na poloţaju avtomatsko, je poloţaj ventila odvisen od

nivoja vode v vodnjaku, ko pa je stikalo na poloţaju ročno, je poloţaj ventila odvisen od

zadnjega stikala VKLOP VENTILA DEŢEVNICA. Če je le-to stikalo vključeno, je v rabi

deţevnica, v nasprotnem primeru pa pitna voda.


2 KRMILNIK SIEMENS LOGO!

Krmilnik Siemens LOGO! (Slika 2.1) je zaradi različnih moţnosti uporabe vsesplošno

razširjen in zajema zelo širok spekter področij, kot so nadzor strojev, nadzor motorjev,

črpalk in ventilov, zračnih kompresorjev, izpušnih sistemov in sistemov filtriranja, vodnih

čistilnih naprav, prometne infrastrukture, logističnih sistemov, dviţnih ploščadi, dvigal,

alarmnih sistemov, nadzorov razsvetljave, solarnih sistemov itd [2].

2.1 Opis krmilnika

S kar 38 integriranimi funkcijami, ki jih je moţno povezati v do 200 blokov, omogoča

izvajanje celovitih aplikacij. Za spremljanje delovanja ima vgrajen osvetljen 4-vrstični

zaslon z največ dvaintridesetimi znaki na vrstico, kar zagotavlja visoko stopnjo prijaznosti

do uporabnika. Besedilna sporočila omogočajo prikaz in nastavljanje trenutnih vrednosti

programskih parametrov, grafov ter stanj vhodno-izhodnih enot. Programiranje je zelo

enostavno, saj imamo moţnost direktnega programiranja na PLK-ju ali s pomočjo

programskega paketa preko računalnika. S preprostim programskim paketom LOGO! Soft

Comfort lahko projektiramo, simuliramo in dokumentiramo. Programiramo z uporabo

aplikacij povleci in spusti, kar nam omogoča maksimalno enostavnost upravljanja.

Slika 2.1: Krmilnik Siemens LOGO! 12/24RC


Krmilniki Siemens LOGO! delujejo v širokem temperaturnem območju (0-55°C) in nam

omogočajo enostavno in hitro pritrditev na DIN letev. Zaradi svoje zgradbe so odporni na

udarce, elektromagnetna polja ter klimatske pogoje kot so sprememba temperature in

vlage. Za razširjanje moţnosti nadziranja in spreminjanja parametrov lahko priključimo

dodatni zunanji prikazovalnik.

2.2 Tehnične karakteristike

Tabela 1: Tehnični podatki krmilnikov Siemens LOGO!

[3]


2.3 Analogni vhod

Krmilnik Siemens LOGO! 12/24RC ima štiri analogne vhode I1, I2, I7, I8, na katere lahko

priključimo napetost od 0 do 10 V (Slika 2.2). Predlagana vrednost upornosti

potenciometra s strani Siemensa je 5 kΩ. V primeru, ko imamo priključno napetost 12 V,

lahko le-to uporabimo direktno za analogni vhod, saj je razlika napetosti zanemarljiva (2

V). V našem primeru, ko je priključna napetost 24 V, pa moramo zaporedno s

potenciometrom vezati upor, na katerem je preostanek napetosti. Proizvajalec podaja, da je

to upor vrednosti 6,6 kΩ [1].

Slika 2.2: Analogni vhod krmilnika Siemens LOGO! 12/24RC

Programsko smo analogni vhod povezali na analogni komparator (Slika 2.3). Kot vhodni

senzor smo nastavili napetostni vhod od 0-10 V. Ker je ojačanje 1, je merilno območje od

0 do 1000 delcev. S histerezo (treshold) preklapljamo med deţevnico in pitno vodo. Ko

nivo deţevnice v vodnjaku pade pod spodnji nivo histereze (off), se izhod analognega

komparatorja postavi na 0 in sistem preklopi na pitno vodo vse dokler nivo zopet ne

naraste na zgornji nivo histereze (on). V našem primeru je nastavljena histereza od 200 do

220 delcev, kar je od 20-22 %. Preračunano v litre znaša histereza okrog 63 litrov, kar ob

morebitnih zelo majhnih padavinah prepreči nenehno preklapljanje ventila. Sistem v

avtomatskem reţimu delovanja vodnjaka ne more izprazniti pod 20 % ali dobrih 600 litrov,

kar sluţi kot rezerva vode v primeru suše, moţno pa jo je črpati v ročnem reţimu

delovanja.


Slika 2.3: Analogni komparator

2.4 Programiranje preko PC-ja

Krmilnik Siemens LOGO! smo programirali preko osebnega računalnika s pomočjo

programskega paketa LOGO!Soft Comfort, verzije 6.1.16. Omenjen programski paket

nam bistveno poenostavi programiranje, saj nam med drugim omogoča:

offline izdelavo programa,

simulacijo krmilnega vezja (programa) na osebnem računalniku,

izdelavo in izpis sheme krmilnega vezja,

shranjevanje programov na trdi disk ali kakšen drug medij,

moţnost prenosa programa iz PC-ja v LOGO! in obratno,

prikaz stanja števca obratovalnih ur,

nastavitev točnega časa,

prehod iz letnega na zimski čas.


Slika 2.4: Programski paket LOGO!Soft Comfort

Slika 2.5: Programiranje preko PC-ja


Programiranja smo se lotili v blokovni shemi z blok diagrami, saj je to najpreglednejši

način programiranja, ki nam ga programsko orodje omogoča. Najprej smo določili vhodne

ter izhodne bloke (I1, I2, I3, I4, AI1, Q1, Q2, Q3). Za varnostni izklop črpalk smo uporabili

funkcijo »On-delay« ali zakasnitev vklopa, s katero smo nastavili ţelene čase. Za določitev

stanja izhodov črpalk smo uporabili blok »Latching relay«, ki deluje kot spominska celica

RS. Analogni vhod merilnika nivoja smo priključili na analogni komparator, na katerem

smo nastavili ţelene parametre. Vse skupaj smo povezali v celoto s pomočjo logičnih

elementov.

Slika 2.6: Simulacija programa na PC-ju

Program smo najprej simulirali ter testirali na osebnem računalniku s pomočjo

programskega paketa LOGO!Soft Comfort.


3 MERITEV NIVOJA VODE V VODNJAKU

Poznamo veliko različnih načinov merjenja nivoja, zato obstaja veliko različnih tipov

senzorjev nivoja. Tako poznamo kapacitivne senzorje nivoja, ultrazvočne senzorje, tlačne

sonde, merilnike nivoja z nivojskimi stikali itd.

Zaradi dokaj enostavne izvedbe ter predvsem zaradi nizke cene smo se odločili za merjenje

nivoja s pomočjo večobratnega (multiturn) potenciometra, na katerega smo preko sklopke

namestili jermenico. Preko nje smo napeli vrvico ter na eni strani pritrdili plovec, na drugi

pa obesili uteţ (Slika 3.1). Plovec lebdi na gladini vode, uteţ pa sluţi temu, da je vrvica

napeta.

Slika 3.1: Meritev nivoja vode

3.1 Potenciometer multiturn

Potenciometri spreminjajo upornost glede na poloţaj drsnika. Glede na izvedbo v grobem

poznamo dve skupini potenciometrov, to so linearni in rotacijski. Med slednje spada tudi

»multiturn« potenciometer, ki se od navadnih razlikuje v tem, da je njegov kot zasuka več

vrtljajev (10 ali 20). To doseţemo s polţasto osjo potenciometra, na kateri je nameščen

drsnik, ki drsi po navitju in s tem spreminja upornost (Slika 3.2).

V našem primeru smo izbrali »multiturn« potenciometer z desetimi vrtljaji vrednosti 5 kΩ,

ki upornost spreminja linearno, glede na kot zasuka.


Slika 3.2: Zgradba multiturn potenciometra

3.2 Dimenzioniranje jermenice

Jermenico smo dimenzionirali na osnovi globine vodnjaka in števila vrtljajev

potenciometra. Dejanska globina vodnjaka je 3 m, vendar je zaradi odtočne cevi in doze s

potenciometrom uporabljene globine nekoliko manj.

Pri dimenzioniranju smo najprej izračunali obseg jermenice, iz tega pa premer, ki znaša

8,913 cm. Omeniti velja, da je to premer v utoru, tako je dejanski premer jermenice

nekoliko večji.


3.3 Dimenzioniranje plovca in uteţi

Pri dimenzioniranju plovca in uteţi smo izhajali iz dejstva, da mora biti sila plovca enaka

seštevku sil vzgona in uteţi. Ker pa sila vzgona s potapljanjem plovca narašča, imamo

nekaj maneverskega prostora. Sila trenja na jermenici je v primerjavi z ostalimi silami tako

majhna, da smo jo zanemarili.

Slika 3.3: Plovec, uteţ in laks

Za plovec smo uporabili kos fasadnega stiropora dimenzije 10x10 cm ter višine 6 cm, ki

smo ga na spodnji strani obteţili z palicami iz nerjavečega jekla, tako smo dosegli maso

plovca 150 g.

Uteţ smo izdelali iz malega cvetličnega lončka, ki smo ga obrnili okoli ter na vrhu

privijačili pritrdilni kavelj. Lonček smo nato napolnili s cementno maso. Tako smo dosegli,

da je masa uteţi pribliţno 100 g.

Za povezovalno vrvico med plovcem in uteţjo smo uporabili tanko vrv iz umetne mase –

laks, ki je zanemarljivo lahek, hkrati pa dovolj močan.

Tako smo dosegli, da je masa plovca za faktor 1,5-krat večja od mase uteţi. Zaradi sile

vzgona plovec ne more potoniti, uteţ pa ga zaradi manjše mase ne more dvigniti.


4 ČRPALKI IN MEŠALNI VENTIL

4.1 Karakteristika črpalk

Za zgraditev sistema smo potrebovali dve črpalki, eno za ustvarjanje tlaka vode iz

lokalnega vodovoda (ki ima pribliţno 1 bar) v hidrofor (2-3 bare), ter drugo, ki je vgrajena

v hidropak, za črpanje vode iz vodnjaka ter ustvarjanje tlaka (2-3 bare). Prva črpalka deluje

v vsakem primeru, saj črpa pitno vodo, ki se uporablja tudi drugod v gospodinjstvu, druga

pa samo v primeru, ko je mešalni ventil obrnjen na vodo iz vodnjaka.

Na relejske izhode krmilnika smo priključili močnostna kontaktorja za vklapljanje in

izklapljanje črpalk, zagotoviti pa smo morali tudi ustrezno varovanje črpalk, za kar smo

zaporedno pred črpalki priključili pretokovni zaščiti.

4.2 Črpalka PKm 65 in hidrofor

Črpalko za pitno vodo smo izbrali glede na potrebe po pretoku in tlaku. Izbrali smo črpalko

proizvajalca Pedrollo z oznako PKm 65 (Slika 4.1) [5].

Slika 4.1: Črpalka PKm 65


Slika 4.2: Tehnični podatki črpalke

Omenjena črpalka spada med centrifugalne ali turbinske črpalke. Gre za enofazno črpalko

z močjo 0,5 kW, nazivnih vrtljajev 2900 min-1

. Maksimalen tlak črpalke je 5 barov, pretok

črpalke pa z večanjem tlaka pada, kar je razvidno iz grafa.

Graf 2: Karakteristika črpalke


Izhod črpalke smo povezali na hidrofor iz nerjavečega jekla. Kapaciteta hidroforja je 170

litrov, nanj pa smo pritrdili tlačno stikalo ter barometer. S tlačnim stikalom (Slika 4.3)

nastavljamo histerezo tlaka v hidroforju, saj na njem nastavimo spodnji ter zgornji tlak

preklopa stikala. Tlačno stikalo smo priključili na digitalni vhod krmilnika in ga uporabili

kot informacijo o vklopu in izklopu črpalke, hkrati pa tudi kot varnostni izklop v primeru,

da po določenem času ţelen tlak v hidroforju ni doseţen. To se zgodi v primeru

vzdrţevanja vodovoda, ko v cevi pride zrak in je potrebno črpalko ponovno odzračiti. Če

bi dopustili, da črpalka deluje v prazno, bi to privedlo do pregretja le-te. Glede na meritev,

črpalka za napolnitev hidroforja potrebuje od 1,5 minute (v primeru, ko ni trenutnih

porabnikov vode) do 4-ih minut (v primeru, ko se voda sproti porablja). Tako smo čas

izklopa črpalke nastavili na 5 minut.

Slika 4.3: Barometer ter tlačno stikalo

4.3 Hidropak

Za črpanje vode iz vodnjaka ter ustvarjanje tlaka smo uporabili zgrajen sistem s črpalko,

shranjevalno posodo ter tlačnim stikalom zdruţen v celoto. Takšen sistem se imenuje

hidropak. Glede na podatke o višini črpanja (v našem primeru 4 m) ter ţelenem izhodnem

tlaku (cca 3 bare) smo izbrali hidropak prizvajalca CMI z oznako HWW 4600 Niro.


Slika 4.4: Hidropak

Hidropak deluje, kadar sistem uporablja deţevnico. Črpalka se vključi, ko tlačno stikalo Std

zazna, da je tlak v tlačni posodi padel pod minimalni nivo in obratuje vse dokler tlak v

posodi ne doseţe maksimalnega nivoja. V slučaju, da se zamaši filter in črpalka ne more

doseči maksimalnega tlaka v posodi, jo krmilje po določenem času izključi. Glede na

meritve, je čas polnjenja tlačne posode 12 sekund, v primeru, ko ni trenutnih porabnikov

vode ter pribliţno 40 sekund, kadar se voda sproti porablja, zato smo varnostni izklop

nastavili na 1 minuto.

Slika 4.5: Tehnične karakteristike hidropak-a


4.4 Karakteristika mešalnega ventila

Naloga mešalnega ventila je, da preklaplja med pitno vodo in deţevnico. Zagotoviti smo

morali, da se vodi med sabo v nobenem primeru ne moreta pomešati, saj bi v nasprotnem

primeru deţevnica lahko prišla v lokalni vodovod. Na podlagi te zahteve smo izbrali

tropotni elektromotorni krogelni ventil EMV 110 serije 710 proizvajalca Firšt (Slika 4.6).

Slika 4.6: EMV

Elektromotorni ventili serije 710 spadajo med tropotne L ventile, kar pomeni, da imajo

dvotočkovno delovanje in se ustavljajo samo v končnih legah. Omenjeni krogelni ventili

omogočajo krmiljenje pretoka v smereh A-B ali B-C, čas vrtenja je 60 s za zasuk 180°.

Maksimalen izhodni moment pogona je 6 Nm, ima pa tudi moţnost izhodnega signala v

obeh končnih legah.

Za priključitev EMV smo uporabili 3-ţilno povezavo (Slika 4.7), saj pri tej vezavi ventil

krmilimo z mirovnim in delovnim kontaktom releja. V primeru, ko je rele aktiven, deluje

delovni kontakt in ventil se obrne v poloţaj A-B ter tako uporabljamo deţevnico, ko pa

rele ni aktiven, se preko mirovnega kontakta ventil obrne v poloţaj B-C, tako uporabljamo

pitno vodo.


Slika 4.7: Priklučitev EMV ter smeri pretoka

Na desni sliki zgoraj vidimo moţne smeri pretoka EMV tipa 710 ter kote zasuka ventila.

Tako je razvidno, da je ventil popolnoma zaprt pri kotu zasuka 90°, pri kotu 0° prepušča

smer B-A, pri kotu 180°pa smer B-C.

Tabela 2: Karakteristike EMV

Napajalna napetost 230VAC, 50/60Hz

*24VAC, 50/60Hz

Priključni kabel 5 x 0.75mm2, dolžina: 1.5m

Tip motorja Sinhroni

Možnost ročnega krmiljenja z zasukom pogona

Indikator položaja na nosilcu ventila

Temperatura okolice 0°C do 55°C

Električni signal v končni legi 200VA, 50Hz

Rele modul, ki omogoča dvožično krmiljenje (SPST) možnost vgradnje

Max.obremenitev mikrostikal 5(1)A, 250VAC

Krmiljenje pogona 2-točkovno

Lastna poraba 3.5W

Stopnja zaščite pogona IP 55

Max. izhodni moment 6Nm

Čas vrtenja 60s/180°

Tip ventila tropotni krogelni ventil, polni presek

Priključki notranji navoj

Oblika pretoka L - med prekrmiljenjem popolnoma zapre pretok

Telo ventila medenina, nikljana

Krogla ventila medenina trdo kromena

Tesnila vratu VITON 3x, PTFE

Tesnilo krogle PTFE

Medij Voda, neagresivni mediji,...

Temperatura medija 0°C do 110°C

Max. Tlak 16 bar


5 ZAKLJUČEK

5.1 Ekonomična učinkovitost sistema

Če sklepamo, da dnevno porabimo 117 litrov vode na prebivalca ter od tega pribliţno 40 %

deţevnice, pridemo do izračuna, da je to skoraj 50 litrov na prebivalca na dan. V našem

primeru je sistem izveden v stanovanjski hiši s štiričlansko druţino, zato je povprečna

dnevna poraba deţevnice okoli 200 litrov. Če ta podatek mnoţimo s številom dni v letu,

pridemo do rezultata, da na leto prihranimo kar 73 m3 vode. Vendar pri tem ne smemo

pozabiti na dejstvo, da se v primeru sušnega obdobja vodnjak lahko izprazni. Tako je

dejanska poraba deţevnice nekje med 50 in 60 m3 letno.

Glede na to, da je cena vode 0,68 €/m3

[11], znaša letni prihranek pribliţno 40 €, kar je

skoraj zanemarljivo, saj je začetna investicija več kot 10 krat višja od letnega prihranka. To

pomeni, da se zaenkrat investicija v predstavljen sistem ne povrne kmalu, vendar se lahko

glede na trend naraščanja cene pitne vode v prihodnjih letih marsikaj spremeni.

Če pa na vso zadevo gledamo iz ekološkga stališča, pridemo do dejstva, da na leto

prihranimo kar 60.000 litrov pitne vode, ki postaja čedalje večje bogastvo.


Slika 5.1: Varčuj z vodo… varuj ţivlenja

5.2 Moţne izboljšave

Glede na to, da je bil od zamisli do izvedbe zelo kratek rok, ima sistem kar nekaj

pomanjkljivosti.

Krmilno ploščo bi se dalo malo skrčiti ter izdelati bolj pregledno. Preklopni stikali

črpalk med ročnim in avtomatskim reţimom bi lahko zdruţili v enega.

Plovec in uteţ sta izdelana dokaj neprofesionalno, kar iz rekvizitov, ki smo jih našli

v domači delavnici. Obstaja moţnost, da bo s časom zaradi vlage v vodnjaku,

potenciometer začel nagajati, zato bi vsekakor bila dobrodošla zamenjava tega

preprostega uporovnega merilnika s katerim izmed industrijskih merilnikov nivoja,

npr. kapacitivnim senzorjem, ultrazvočnim senzorjem, tlačno sondo …

Prostornina hidropak-a je samo 20 l, tako je dejanska količina vode v njem le okoli

15 l, kar je malo, zato se dokaj pogosto vklaplja. V ta namen smo pripravili cev za

dodatno posodo - hidrofor. Ko ga bomo dodali, bo potrebno v programu spremeniti

čas varnostnega izklopa črpalke.


5.3 Sklep

V današnjem času, ko je pitna voda čedalje večje bogastvo, so dobrodošle vse opcije

varčevanja z njo. V diplomski nalogi smo se lotili problema, kako deţevnico uporabiti v

vsakdanjem ţivljenju na avtomatiziran način.

Vodo, ki priteče iz strehe stanovanjske hiše z garaţo, površine cca. 110 m2 , smo speljali v

zunanji vodnjak, ki smo ga zgradili iz treh betonskih cevi notranjega premera 120 cm.

Zgradili smo sistem, ki nam omogoča, da to vodo uporabljamo v sanitarne namene, za

zalivanje, pranje avtomobilov ipd. V primeru da se vodnjak izprazni, sistem avtomatsko

preklopi na vodo iz lokalnega vodovoda.

Sistem smo zgradili z elektromotornim mešalnim ventilom, črpalko za pitno vodo,

hidroforjem ter črpalko za deţevnico, ki je vgrajena v hidropak. Krmilje smo izvedli s

krmilnikom Siemens LOGO!, saj smo ustreznega imeli na voljo. Ker je program na

krmilniku dokaj kratek, nam krmilnik omogoča še dodatne razširitve, saj ni popolnoma

zaseden. Nivo vode v vodnjaku smo merili na najenostavnejši ter najcenejši način. Izdelali

smo dozo, v katero smo vgradili »multiturn« potenciometer, os le-tega pa preko leţaja

povezali na jermenico, katere obseg smo prej izračunali. Na to jermenico smo obesili tanko

vrvico. Na en konec smo pritrdili plovec, drug konec pa obteţili z uteţjo. Tako smo preko

potenciometra dobivali podatek o nivoju vode.

Sistem v tej obliki deluje ţe več kot pol leta in zaenkrat se večje teţave še niso pojavile.

Enkrat se je zaradi čiščenja vodnjaka zamašil filter, vendar je krmilnik po nastavljenem

času izključil črpalko. Tudi v prihodnje večjih teţav ne pričakujemo, mogoče le z

merilnikom nivoja.


6 LITERATURA

[1] Siemens LOGO! Manual edition 03/2009

[2] http://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/logic-

module-logo/Pages/Default.aspx


module-logo/modular-basic-variants/Documents/e20001-a1120-p271-x-7600_20-22.pdf

[4] http://www.first.si/STRANI/a-EMV710.htm

[5] http://www.pedrollo.com/Pedrollo2006/Documents/UK/PK.pdf

[6] http://www.stat.si/novica_prikazi.aspx?id=3769

[7] http://www2.arnes.si/~sspbvrec/LOGO/LOGO%20Prirocnik.pdf

[8] http://www.zzv-ms.si/si/voda/Pitna-voda.htm


module-logo/modular-basic-variants/Documents/e20001-a1120-p271-x-7600_20-22.pdf

[10] http://www.dnevnik.si/novice/slovenija/1042346548

[11] http://www.jkp-sentjur.si/upload/doc/25_Novi_cenik.pdf

http://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/logic-module-logo/Pages/Default.aspxhttp://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/logic-module-logo/Pages/Default.aspxhttp://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/logic-module-logo/modular-basic-variants/Documents/e20001-a1120-p271-x-7600_20-22.pdfhttp://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/logic-module-logo/modular-basic-variants/Documents/e20001-a1120-p271-x-7600_20-22.pdfhttp://www.first.si/STRANI/a-EMV710.htmhttp://www.pedrollo.com/Pedrollo2006/Documents/UK/PK.pdfhttp://www.stat.si/novica_prikazi.aspx?id=3769http://www2.arnes.si/~sspbvrec/LOGO/LOGO%20Prirocnik.pdfhttp://www.zzv-ms.si/si/voda/Pitna-voda.htmhttp://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/logic-module-logo/modular-basic-variants/Documents/e20001-a1120-p271-x-7600_20-22.pdfhttp://www.automation.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/logic-module-logo/modular-basic-variants/Documents/e20001-a1120-p271-x-7600_20-22.pdfhttp://www.dnevnik.si/novice/slovenija/1042346548http://www.jkp-sentjur.si/upload/doc/25_Novi_cenik.pdf


7 PRILOGE

7.1 Seznam slik

Slika 1.1: Shema celotnega sistema ....................................................................................... 2

Slika 1.2: Slika celotnega sistema ......................................................................................... 3

Slika 1.3: Krmilna plošča ...................................................................................................... 4

Slika 2.1: Krmilnik Siemens LOGO! 12/24RC ..................................................................... 5

Slika 2.2: Analogni vhod krmilnika Siemens LOGO! 12/24RC ........................................... 7

Slika 2.3: Analogni komparator............................................................................................. 8

Slika 2.4: Programski paket LOGO!Soft Comfort ................................................................ 9

Slika 2.5: Programiranje preko PC-ja .................................................................................... 9

Slika 2.6: Simulacija programa na PC-ju ............................................................................ 10

Slika 3.1: Meritev nivoja vode ............................................................................................ 11

Slika 3.2: Zgradba multiturn potenciometra ........................................................................ 12

Slika 3.3: Plovec, uteţ in laks .............................................................................................. 13

Slika 4.1: Črpalka PKm 65 .................................................................................................. 14

Slika 4.2: Tehnični podatki črpalke ..................................................................................... 15

Slika 4.3: Barometer ter tlačno stikalo ................................................................................ 16

Slika 4.4: Hidropak .............................................................................................................. 17

Slika 4.5: Tehnične karakteristike hidropak-a ..................................................................... 17

Slika 4.6: EMV .................................................................................................................... 18

Slika 4.7: Priklučitev EMV ter smeri pretoka ..................................................................... 19

Slika 5.1: Varčuj z vodo… varuj ţivlenja ........................................................................... 21


7.2 Seznam tabel

Tabela 1: Tehnični podatki krmilnikov Siemens LOGO! [3]................................................ 6

Tabela 2: Karakteristike EMV ............................................................................................. 19

7.3 Seznam grafov

Graf 1: Povprečna poraba vode v gospodinjstvu ................................................................... 1

Graf 2: Karakteristika črpalke ............................................................................................. 15

7.4 Program ter elektro načrt vezja

Program krmilnika v blokovni shemi:


Seznam blokov ter parametri:


Elektro načrt dovoda v Eplan-u:

Elektro načrt krmilja črpalke za pitno vodo v Eplan-u:


Elektro načrt krmilja črpalke za deţevnico v Eplan-u:

Elektro načrt krmilnika Siemens LOGO! v Eplan-u:


Elektro načrt EMV v Eplan-u:


7.5 Naslov študenta

Tadej Marčič

Razbor 20

3222 Dramlje

Tel.:031-868-050

e-mail: [email protected]

7.6 Kratek ţivljenjepis

Rodil sem se 1. 11. 1988 v Celju. Osnovno šolo sem obiskoval v Dramljah, srednjo pa v

Celju na Poklicni in strokovni šoli za elektrotehniko in kemijo. Po uspešno končani srednji

šoli sem se leta 2007 vpisal na Fakulteto za elektrotehniko, računalništvo in informatiko v

Mariboru. V drugem letniku študija sem se usmeril na študij avtomatike in robotike.