Принципы проектирования умного дома, часть 2
Это вторая часть статьи о принципах проектирования системы умного дома из которой вы узнаете об интеграции отопления, тёплых полов, розеток, кондиционеров и ворот. Также мы затронем тему энергомониторинга и системы защиты от протечек. Читать первую часть.
Отопление
Системы отопления бывают разные: центральное, когда тепло поступает в квартиру от центральных тепловых сетей, и индивидуальное, когда тепло вырабатывается с помощью котла, нагревателей или тёплого пола.
Здесь я буду говорить про газовые и электрические котлы, а о тёплых полах расскажу в другом разделе.
Возможно, в небольших квартирах нет особой нужды как-то управлять отоплением: система маленькая, котлы мощные, и перекрывать один или несколько радиаторов — это заставлять котёл «тактовать», что сократит срок его службы.
А вот в больших квартирах или даже домах смысл есть, а способ управления зависит от цели.
Например, у вас есть дача с домиком, газовым или электрическим котлом и водяной системой отопления. Вы там не живёте, но иногда приезжаете, даже зимой. Логично, что во время вашего длительного отсутствия отопление будет работать на минимуме, а накануне приезда будет прогревать дом до комфортной температуры.
Другой пример — зональное управление отоплением: бабушка любит похолоднее, молодёжь потеплее, а родители любят спать в холоде, а просыпаться в тепле. Этого легко добиться с помощью локального управления отоплением в каждой комнате.
Про интересные сценарии управления отоплением в частном доме мы рассказывали в статье Сколько стоит умный дом? Рассказываю, как строил свой и что получилось за 1000 руб./м².
Управление котлом по протоколам eBus и OpenTherm
Многие современные электрические и газовые котлы поддерживают работу по популярным протоколам eBus (WBE2-I-EBUS) и OpenTherm (WBE2-I-OPENTHERM). Обычно этот способ используется для подключения к котлам комнатных термостатов, но никто не мешает нам подключить вместо термостата контроллер с нужным модулем расширения.
Способ позволяет получить полный контроль над котлом: менять режимы работы, задавать уставки, считывать состояние и коды ошибок.
Так как уставка пишется прямо в котёл, то при внезапной потере связи с системой автоматизации котёл продолжит работу в автономном режиме. Получаем удобство и надёжность.
Управление котлом через вход «сухой контакт»
Есть и другой способ управления, который появился в котлах довольно давно — это специальный вход типа «сухой контакт». Обычно он предназначен для подключения комнатного термостата и по умолчанию замкнут перемычкой.
Работает это так: контакт замкнут — котёл работает и поддерживает установленную в нём температуру; разомкнут — не работает.
Для управления хорошо подходят наши реле с выходом «сухой контакт» и нормально замкнутыми контактами WB-MRM2-mini NC — это гарантирует работу котла при обесточивании контроллера автоматизации или реле.
Обычно в таких системах контроллер Wiren Board собирает с одного или нескольких датчиков WB-MSW v.4 температуру в квартире или доме и, если температура ниже уставки, — разрешает котлу работу. Как только температура сравняется с уставкой, контроллер с помощью реле размыкает вход управления котлом и тот перестаёт греть воду в системе отопления.
Зональное управление
Зональное управление отоплением делается так: рядом с батареей организуется подрозетник, куда заводится фаза, ноль, заземление, шина RS-485 и ставится реле WB-MRM2-mini. А на батареи ставятся актуаторы на 230 В переменного тока. Можно и низковольтные, тогда дополнительно нужен блок питания или тянуть питание для актуаторов из щита.
Контроллер по датчикам климата WB-MSW v.4 и выставленной уставке следит за температурой в комнате и по мере надобности открывает или закрывает проток горячей воды через радиаторы.
На случай потери управления или обесточивания системы лучше купить нормально открытые актуаторы — они при снятия напряжения будут открыты, что обеспечит проток теплоносителя через радиатор.
Можно придумать и более сложные сценарии. Например, можно посчитать общую мощность отопления, расход и как-то этим всем управлять. Про такой способ управления мы писали в статье Сколько стоит умный дом? — там всё оборудование в щите, но это не влияет на алгоритмы управления.
Тёплые полы
Многие считают, что тёплый пол — это чтобы полы были тёплые, однако это не совсем так. Тёплый пол — это часть системы отопления, поэтому им можно и нужно управлять, а лучше с оглядкой на текущий режим основной системы отопления.
Представьте ситуацию: вы регулируете радиатор отопления, чтобы воздух в комнате не нагревался, и это приводит к оттоку тепла от пола. Алгоритм управления тёплым полом видит падение температуры и поддаёт жару, в итоге комната греется.
Чтобы такого не было — основное отопление и тёплые полы должны работать в унисон, как единая система.
Тёплые полы бывают двух типов: электрические и водяные. При управлении электрическим тёплым полом мы подаём напряжение на нагревательный кабель, а при управлении водяным — на актуатор, который регулирует поток теплоносителя.
Управление через реле
Электрический тёплый пол управляется с помощью реле, которое размещается по месту или в щите.
Если размещать реле по месту, то нужна монтажная коробка с фазой L, нулём N и защитным проводником PE. Сюда же помещается реле WB-MRM2-mini v.2 и выводится шина RS-485. В эту же коробку заводится датчик DS18B20, который подключается к модулю WB-M1W2.
Если размещать реле в щите, то по месту устанавливается монтажная коробка с шиной RS-485 для подключения датчика DS18B20 к модулю WB-M1W2. В эту же коробку из щита приходит кабель с питанием нагревателя тёплого пола.
Контроллер будет считывать показания датчика DS18B20 и включать или выключать тёплый пол. Также вы легко сможете настроить управление тёплым полом как с локального выключателя, так и с оглядкой на режим основной системы отопления.
Для управления водяным тёплым полом вам потребуется ещё актуатор, только в отличие от актуатора для радиатора отопления, лучше взять нормально закрытый. Также можно настроить в реле аварийный режим, который отключит тёплые полы в случае потери управления с контроллера.
Управление с помощью автономного термостата
Для управления любым тёплым полом можно использовать и автономные термостаты с Modbus.
Здесь алгоритм немного другой: датчик температуры и провода актуатора или нагревателя тёплого пола подключаются к специальному устройству — термостату. Обычно в них есть локальная регулировка с помощью кнопок и экран, а по протоколу Modbus можно удалённо задавать уставки или считывать текущие показания с датчиков.
Розетки
Наверное, самый неоднозначный компонент электрики, который заводят в систему умного дома.
Здесь каждый делает по-своему и бросается от одной крайности — управление каждой розеткой, до другой — не управлять розетками совсем.
Я тоже не совсем понимаю, зачем управлять розетками, но если очень хочется, то имеет смысл управлять группами или даже покомнатно. Это позволит выключить всю технику при отъезде в отпуск или удалённо отключить забытый утюг.
Если вы решаете управлять розетками, не забудьте заложить отдельный кабель под неотключаемую группу: холодильник, роутер, щит автоматизации и другую важную технику, которая должна работать всегда.
Обычно при разводке классической электрики от группы розеток в каждой комнате тянут провод к автомату в щите, поэтому логично и реле управления ставить сразу тут же. Для этой задачи отлично подходит реле WB-MRWL3 — мощный трёхканальный модуль реле по 20 А на канал, или WB-MRWM2 — мощный двухканальный модуль реле с измерением мощности.
Управлять розетками можно будет из интерфейса системы автоматизации или по сценариями, например, «Уехали в отпуск». Реле можно настроить, чтобы при потере управления с контроллера автоматизации они были всегда включены, или наоборот, выключены.
Защита от протечек
Об этом мало кто думает, но когда происходит беда — она несёт огромные затраты: ремонт в своей квартире и квартире соседей снизу. Если у вас частный дом — тоже мало приятного в этом событии.
Вместе с тем, протечку довольно просто быстро купировать и не дать случиться катастрофе. Для этого на рынке существует много решений от сторонних компаний, некоторые из них можно подключить к системе автоматизации на контроллере Wiren Board, но здесь мы рассмотрим использование нашего автономного модуля.
Универсальный модуль защиты от протечки
К модулю WB-MWAC подключают до шести проводных активных или пассивных датчиков протечки, что позволяет контролировать до шести зон и по каждой из них получать информацию о сработке. Датчики можно подключать параллельно, объединяя по несколько датчиков в одну зону.
При срабатывании одного из датчиков модуль сам перекроет краны, оповестит жильцов звуковым сигналом и запишет зону и факт срабатывания в специальные регистры, которые считывает контроллер. Дальше с помощью сценариев можно настроить дополнительную логику, например обесточить помещение или отправить уведомление на почту, по смс, в телеграм.
Снять тревогу и открыть краны можно локально с помощью подключённой к одному из входов кнопке или удалённо через веб-интерфейс контроллера Wiren Board.
В модуле есть два реле с переключающимися контактами, на которых нет сетевого или какого-либо другого напряжения. Это даёт полную свободу в выборе кранов — они могут быть нормально открытые или нормально закрытые, могут быть с двумя устойчивыми положениями и на практически на любое напряжение: 220 В переменного тока, 12/24/48 В постоянного тока.
Кроме этого, в нём есть два специальных счётных входа с энергонезависимой памятью, к которым можно подключить импульсные счётчики воды и получать показания расхода на контроллере.
Если вам нужно использовать беспроводные датчики протечки, то тут только вариант управления через контроллер: датчик подключается по беспроводу к контроллеру, а контроллер уже отправляет сигнал на перекрытие кранов. Мы рекомендуем использовать этот способ как дополнение к основной системе, например, если вам надо точно знать зону протечки, а схема подключения проводных датчиков это определить не позволяет.
Кондиционеры
В современных кондиционерах есть встроенные датчики температуры, они умеют поддерживать установленную с пульта температуру. Пульты бывают портативные, которые обычно идут в комплекте, и настенные — стоят весьма приличных денег.
Кондиционеры бывают разные: бытовые, внешний блок которых вешается снаружи, а один или несколько внутренних на стены помещения; канальные, когда внешний блок стоит снаружи, а внутренний встроен в вентустановку и подаёт охлажденный воздух через воздуховоды в помещения. Поток воздуха в каждую комнату контролируется заслонками: надо похолоднее — открыли заслонку, потеплее — закрыли.
Если вы автоматизируете небольшую квартиру, то автоматическое управление кондиционером добавит удобства, но не жизненно необходимо.
А вот если у вас несколько блоков в разных помещениях, то ходить и включать каждый довольно утомительно.
Отдельно стоит сказать про офисы, кафе и магазины — здесь автоматизировать кондиционеры просто жизненно важно. Если управление кондиционером отдано на откуп персоналу, то здесь и перерасход электроэнергии и потеря клиентов из-за того, что слишком жарко или слишком холодно. Немного про это мы рассказывали в статье Цифровизация продуктового ритейла на примере магазина «Магнит» и обязательно поговорим в будущем.
Управляем по ИК
Первый и универсальный способ — управление по ИК, как вы это делаете обычным пультом, только автоматически по какому-то сценарию, например «Все ушли из дома».
В нашем ассортименте есть два устройства для этой задачи: WB-MSW v.4 — универсальный датчик климата с ИК приёмо-передатчиком, который позволяет одновременно управлять сразу несколькими разными устройствами; модуль WB-MIR v.2 — компактный модуль на один кондиционер.
Алгоритм настройки и использования простой: вы записываете в память модуля до 80 команд с родного пульта дистанционного управления, и с помощью сценариев или команд пользователя воспроизводите их.
Плюсы этого способа — дешевизна, вам не нужно покупать дорогостоящие шлюзы для кондиционеров. Минусы — нет подтверждения доставки команды, и судить о статусе кондиционера можно только по косвенным признакам: потребление, температура в помещении или на выходе из блока. Но как показала практика, такой способ достаточно работоспособен для повседневного использования.
Управляем по Modbus
Альтернативный вариант — модули для кондиционеров. Это могут быть модули от производителя устройства, или модули сторонних производителей. Например, модули ONOKOM, которые подключаются к контроллеру Wiren Board по шине RS-485 и имеют нативную поддержку в родном софте.
Такие шлюзы подключаются в специальный разъём в кондиционере, поэтому подходят не для всех моделей.
Обеспечивается полный контроль над кондиционером и возможность не только устанавливать режимы и уставку, но контролировать выполнение отправленных команд и считывать много других параметров, данные с которых можно использовать для статистики или сценариев автоматизации.
DIY MQTT
Если вы радиолюбитель и для вас не проблема собрать своё устройство, то для интеграции кондиционеров с контроллером Wiren Board можно использовать многочисленные открытые шлюзы на ESP8266/ESP32, например mitsubishi2wb.
Интеграция сводится к сборке готового устройства и прошивке микроконтроллера ESP8266. Устройство подключается к контроллеру Wiren Board через Wi-Fi, отправляет и получает данные по MQTT.
В некоторых решениях дополнительно надо конвертировать mqtt-топики из одной нотации в другую, что можно несложно сделать скриптом на контроллере.
Энергомониторинг
В каждой квартире, доме или офисе есть счётчик электроэнергии, по которому вы платите энергоснабжающей компании, — это счётчик для коммерческого учёта.
Есть и другой класс устройств — измерители параметров электрической сети, которые выдают кучу параметров: напряжение по фазам, токи, фазовые углы, три вида энергий и многое другое.
В связке с контроллером измеряемые значения можно записывать данные в архив и потом анализировать их на предмет сбоев в энергоснабжении или следить за режимом работы и потреблением каких-то устройств. Бизнесмены приспособились контролировать работу оборудования: в статьях Как и зачем Rostic’s внедряет телеметрию бизнес-процессов в ресторанах и Огонь, вода и всякие трубы: от чего защищает ЦОД система мониторинга мы приводили примеры.
В квартире или загородном доме тоже можно внедрять аналитику, которая подскажет, какие из приборов потребляют больше всего.
Если потребителей много, а подведенная к квартире или дому мощность ограничена, с помощью этих с измерителей можно балансировать систему, отключая с помощью релейных модулей неприоритетную нагрузку в нужные моменты времени с учётом работы приоритетных потребителей.
Если вы арендодатель и сдаёте помещения, то с помощью дополнительных измерителей можно учитывать потребление каждого арендатора и автоматически выставлять счета, а также предоставлять удаленный доступ к показаниям счётчика. С энергосбытовой компанией в этом случае арендодатель рассчитывается также по общему счётчику.
Контроль параметров энергоснабжения
В нашем ассортименте есть многоканальные измерители параметров электрической сети WB-MAP для однофазной и трёхфазной сетей. Они сертифицированы как средство измерения, поэтому их можно смело использовать для технического учёта электроэнергии — это когда целью ставится анализ параметров электрической сети и контроль работы оборудования.
Для однофазной сети есть шестиканальные модули WB-MAP6S, а для трёхфазных сетей на выбор WB-MAP3E или WB-MAP12E — они отличаются количеством каналов.
Измерители WB-MAP ставят в электрощит или где-то рядом и подключают к электросети с помощью разъёмных или неразъёмных трансформаторов.
Считывание показаний со счётчиков коммерческого учёта
В некоторых счетчиках коммерческого учёта есть выход RS-485 или оптопорт — контроллеры Wiren Board могут снимать с них показания. В базовой комплектации контроллера поддерживается работа с устройствами производителей Милур, Меркурий, Энергомера, НЕВА и др.
Это может быть полезно, если вы не появляетесь в помещении, а за коммуналку платите. Достаточно настроить ежемесячную отправку показаний в Телеграм или на почту и можно не ехать на другой конец города ради нескольких цифр.
Ворота
Если у вас загородный дом или дача, то, скорее всего, у вас есть ворота. Обычно они управляются с брелоков или по звонку с телефона, что довольно удобно, но не всегда.
Например, к вам приехали гости, а вас не оказалось дома, или же дом находится далеко от ворот и сигнал от брелока не достаёт до ворот. Если ворота интегрированы в систему автоматизации дома, то вы просто откроете ворота командой и продолжите заниматься своими делами.
Кроме того ворота можно интегрировать с системой пожарной сигнализации, при сработке которой можно открывать ворота автоматически, чтобы пожарные могли проехать к дому. Если им надо — они всё равно проедут, даже через закрытые ворота, поэтому лучше открыть самим.
Обычно блоки управления воротами имеют выходы положения самих ворот и входы управления типа «сухой контакт» — это, чтобы включить лампу предупреждения на воротах или управлять ими с кнопок во дворе.
А раз есть входы и выходы — можно применить наши универсальные модули реле, например, WB-MRM2-mini — два входа для датчиков Закрыто/Открыто и два реле для замыкания контактов Закрыть/Открыть. Дальше работает автоматика ворот, которая и препятствие обнаружит, и двигатель отключит при достижении крайнего положения.
Если нужно сохранить локальное управление с кнопок, можно использовать реле WB-MR6C v.2, пример такой интеграции мы рассматривали в статье Интеграция автоматических ворот в систему «умного дома».
Софт
Контроллеры Wiren Board поставляются с полноценной операционной системой Debian Linux и предустановленным ПО, с помощью которого можно решить большинство задач построения систем автоматизации: отображение данных и взаимодействие с системой, скрипты автоматизации, настройка контроллера и подключённых устройств.
Но по желанию вы можете поставить и сторонний софт, например IntraHouse, Home Assistant, Node-RED и любой другой, который может работать на 32-битном ARM под Linux.
Взаимодействие со сторонним софтом проще всего реализовать через MQTT — драйвер есть почти во всех системах, а сам протокол довольно простой: есть дерево топиков, в них значения.
Подробнее читайте в статье Программное обеспечение контроллера .