Контроллер бытовой – Беспроводной контроллер бытового кондиционера в OpenHAB по Modbus через RF24Network / Хабр

Содержание

составляющие элементы, назначение, принцип работы

Концепция обустройства «умного дома» давно перешла из разряда фантастических в статус реализуемых. В той или иной мере эта идея воплощается во многих частных коттеджах и квартирах, облегчая эксплуатацию техникой со стороны пользователей. Впрочем, на данном этапе о массовом распространении этой идеологии можно говорить с большими оговорками, поскольку полноценное комплексное устройство многофункциональных систем управления стоит недешево и многими представляется очень сложным. Собственно, сердцем таких систем является контроллер «умный дом», присутствие которого и отличает принципы данной идеи от привычной электронной автоматики.

Что представляет собой управляющий контроллер?

Любой контроллер является средством управления определенными процессами и находится в связке с автоматизированным оборудованием. Обустройство «умного дома» предполагает наличие эксплуатируемых компонентов, которые могут контролироваться интеллектуальной системой. Как раз ее и представляет небольшой прибор, в котором сосредотачиваются средства обработки входящих сигналов от инженерного и бытового оборудования. На основе поступающей информации и будет принимать решения контроллер. «Умный дом» может иметь разное наполнение эксплуатируемыми устройствами. В частности, это могут быть сигнализационные системы безопасности, осветительное оборудование, мультимедиа, инжиниринговая коммунальная инфраструктура и т. д. В зависимости от количества объектов, подчиняющихся интеллектуальному управлению, определяется и программа работы контроллера.

Важно отметить многокомпонентность функционала таких средств контроля. Главная их задача ориентируется на управление вышеназванной пользовательской техникой. Однако, для поддержания функции самого контроллера также отводится часть его ресурсов, не говоря о вспомогательных модулях. Кроме того, отдельное внимание при разработке таких систем уделяется способам коммуникации. Например, GSM-контроллеры для «умного дома» оснащаются специальными модемами, передающими данные о состоянии обслуживаемых компонентов непосредственно пользователю через сотовую связь. Если же речь идет об управлении охранных комплексов или инженерных систем, то в случае тревоги или аварии контроллер может программироваться на информирование специальных служб. Причем система GSM является вовсе не единственной из тех, благодаря которым реализуется удаленная связь с владельцем дома.

Составные части контроллера

Базовый набор функциональных компонентов включает центральный управляющий шкаф, дополнительную панель контроля, серверный компьютер, коммутаторы и модемы. На случай прекращения подачи электроэнергии также предусматривается источник бесперебойного питания, но чаще всего он рассчитывается на кратковременное отключение, поэтому в постоянном режиме эксплуатации полагаться на него не стоит. Центральный шкаф, в свою очередь, содержит счетчик энергии, вводный автоматический выключатель, операторскую панель, силовые контакторы и программируемый блок контроллера. Иногда применяются также выключатели линий питания, модули ввода-вывода, электромагнитные реле, упомянутый GSM-модем и т. д. При этом набор может иметь и урезанное количество компонентов – в зависимости от того, какие задачи выполняет контроллер.

«Умный дом» на базе небольшого коттеджа, к примеру, может не иметь модулей ввода-вывода, если в блок управления изначально заложена оптимальная программа работы. Также сокращение количества функциональных единиц может быть обусловлено стремлением к оптимизации ресурсов, требуемых для поддержания работы комплекса. И это не говоря об упрощении системы с целью обеспечения пользовательской эргономики в процессе эксплуатации.

Теперь стоит рассмотреть состав дополнительного шкафа. Как правило, в него включают или дублирующие резервные системы, которые уже присутствуют в составе основного шкафа, или же вспомогательные средства коммуникации, а также системы безопасности. То есть его интеграция в систему повышает надежность функций, которые реализует основной контроллер «умный дом». Оборудование в этом сегменте, к примеру, может быть представлено средствами сетевой локальной коммуникации, усилителями и тем же блоком бесперебойного энергоснабжения.

Какие задачи выполняет контроллер?

Спектр задач, которые может выполнять контроллер, весьма широк и определяется только желанием пользователя, обустраивающего свой дом. Конечно, это в первую очередь относится к управлению электротехникой и компонентами инжиниринга. Сама идея «умных домов» некогда была популярна в связи со стремлением потребителя с максимальным удобством пользоваться системами освещения. Современные контроллеры позволяют управлять дистанционно и в автоматическом режиме домашним и уличным освещением, а также электропитанием в целом. Уже в базовых комплектациях контроллеры для системы «умный дом» ориентируются и на регуляцию электропитания для газового оборудования, холодильников, бойлеров, вентиляционных систем и т. д.

При этом независимые каналы управления могут программироваться в отдельном порядке. Это касается наиболее ответственных объектов. Например, для контроля «теплого пола» зачастую предусматривают линию сложного четырехзонного управления в нескольких помещениях. Это же можно сказать об охранной инфраструктуре, которую обычно обслуживают GSM-контроллеры для «умного дома» с возможностью отправки SMS-сообщений пользователю и на пульты служб безопасности. Причем оповещение может параллельно производиться и по каналам беспроводных модулей коммуникации на базе интернет-соединения.

Принцип работы устройства

Общая концепция систем интеллектуального управления базируется на создании автоматизированного контроля. То есть комплекс изначально настраивается на самостоятельное управление целевыми компонентами «умного дома». Здесь важно отметить, что именно подразумевается под таким управлением. Это может быть настройка температуры котла, «теплого пола», включение или выключение светильников, регулировка параметров работы аудио- и видеотехники и т. д. При этом контроллеры управления «умным домом» могут работать, то есть принимать решения и на основе заранее заложенной программы, и на базе обратной связи от того же оборудования. В первом случае пользователь вводит определенные параметры функционирования с указанием логических цепочек. Классический пример – установка уличного освещения на работу в определенные часы ночью и полное отключение днем.

В случае обработки сигналов обратной связи контроллер действует тоже по изначально заложенной программе, но решения принимаются на основе данных, которые могут меняться в зависимости от текущего состояния обслуживаемой техники. Например, бойлер должен накапливать воду при определенном давлении в системе водоснабжения. От манометра, установленного на линии подачи воды, поступает сигнал с тем или иными показаниями и на их основе система дает уже обратную команду электронике бойлера. Другой вопрос, насколько полезна для пользователя будет команда, которую отдал контроллер. «Умный дом» является интеллектуальной системой, но и она может не оправдать ожиданий, если владелец неверно просчитал режим функционирования в тех или иных ситуациях.

Контроллер «Овен»

В качестве базового решения компания предлагает контроллер модификации ПЛК100, к особенностям которого можно отнести применение протокола Modbus для организации каналов обмена информацией. Система рассчитана на обслуживание частных жилых домов с двумя этажами, уличным освещением, напольным обогревом, сигнализацией и т. д. Основным элементом комплекса выступает логический контроллер, связанный с операторской панелью и устройствами ввода-вывода по интерфейсу RS-485. То есть «умный дом» на контроллере «Овен» этой версии может программироваться самим владельцем при его желании. Системы ввода-вывода представлены аналоговым модулем МВА8 и коммутирующими устройствами от производителя INSYTE.

Главное меню оператора имеет 6 блоков управления, каждый из которых берет на себя один из подчиненных сегментов. В частности, это энергоснабжение, система напольного обогрева, осветительное оборудование, средства контроля температуры в разных частях дома, диспетчеризация и событийный журнал. Важно отметить, что это тот же GSM-контроллер для управления «умным домом», посредством которого может производиться отправка SMS. Оповещение в данном случае будет выполняться при аварии в линии энергоснабжения уличного освещения, при неполадках в питающем контуре и т. д.

Контроллер Vera

Сегодня на рынке доступно огромное количество различных контроллеров, но специалисты рекомендуют обращаться к продукции производителей, имеющих большой опыт работы в данном сегменте. И в этом отношении модели семейства Vera имеют огромный запас доверия, поскольку компания существует на рынке много лет. Одним из новейших решений является комплекс VeraEdge. К отличительным чертам этой системы относится компактность, высокая производительность и эргономика. Причем разработка выделяется даже на фоне остальных представителей линейки Vera. Контроллер «умного дома» в этом исполнении привлекателен и технологичной начинкой. Создатели применили высокопроизводительную платформу SoC, частота которой составляет 600 МГц. При этом объем операционной памяти был повышен до 128 Мб.

Главное же нововведение, реализованное в VeraEdge, представляет чип системы Z-Wave Plus. Это уже пятое поколение микросхемы, в то время как большинство конкурентных аналогов все еще работает на платформах третьей генерации. Что это означает на практике эксплуатации? Пользователь может с максимальной нагрузкой использовать протоколы коммуникации, одновременно обслуживая более 200 устройств. Помимо этого, блок снабжен модулем Wi-Fi, что избавляет от сложностей с организацией проводных линий локальной связи. Это тоже новое решение, которым пока не могут похвастаться контроллеры управления «умным домом» от других производителей. Правда, не обошлось и без недостатков системы. К сожалению, она лишена интегрированного источника бесперебойного энергоснабжения.

Контроллер Arduino

Система Arduino предлагает довольно необычное, но вполне логичное решение для управления «умным домом». Ее справедливо называют комплексом, который реализуется своими руками, поскольку участие пользователя в организации контролирующей инфраструктуры в данном случае является основополагающим. Итак, что же предлагается в комплекте Arduino? Основу набора составляет непосредственно логический контроллер небольшого размера, а остальные компоненты представлены датчиками, сенсорами и всевозможными индикаторами. Когда говорилось, что количество компонентов может быть ограничено, то речь шла немного о других принципах сокращения элементов, но контроллер «умного дома» Arduino довел концепцию оптимизации практически до совершенства. Во-первых, все его датчики функционируют по беспроводному принципу, что избавляет от прокладки многочисленных сетей. Во-вторых, для непосредственного управления контроллером используются не традиционные блоки с операторскими панелями, а удобная и современная веб-страница, которая доступна и в качестве мобильного приложения. Что касается самих датчиков, то они представлены устройствами, фиксирующими данные потребления энергии, параметры влажности и температуры, открытие дверей и т. д.

Контроллеры Siemens

Немецкие управляющие контроллеры в основном ассоциируются с автоматизацией процессов в промышленности. Однако, недавно появилась весьма интересная линейка LOGO, в которой представлены системы для «умного дома». Компания при разработке данных комплексов придерживалась традиционного направления, предложив на выходе двухкомпонентную модель. Первичный модуль формирует инфраструктуру ввода-вывода информации, имеет в составе клавиатуру и дисплей. Второй модуль позволяет работать с контроллером через проводной интерфейс, то есть загружать программы с помощью компьютера. Для самостоятельной разработки рабочих режимов производитель предлагает и специальную программу – Soft Comfort. Если система используется как центральный контроллер «умного дома», то для нее вполне можно самостоятельно создавать алгоритмы управления и рабочие схемы. В плане производительности и функциональных возможностей модели этого семейства отличаются гибкостью. Дело в том, что каждую версию контроллера LOGO можно модифицировать посредством введения новых подсистем и модулей, которые и повысят эксплуатационные качества аппаратуры.

Плюсы и минусы контроллеров для «умного дома»

К бесспорным достоинствам контроллеров этого типа можно отметить эффективное решение задач по управлению инжинирингом, мультимедиа и другой бытовой техникой. Действительно, интеллектуальные способности даже простых комплектов дают массу преимуществ рядовым домовладельцам, избавляя их от рутинных действий. В качестве примера достаточно привести типовой Ethernet-контроллер. «Умный дом» под его управлением с помощью сетевых интерфейсов сводится в единую информационную панель, через которую хозяин может отслеживать все необходимые рабочие показатели и данные об эксплуатируемых компонентах. Конечно, есть и недостатки у такого рода контроллеров. К ним относится сложность технической реализации с подключением и введением в пользование, зачастую непростое обслуживание и, конечно, существенная стоимость.

Заключение

Хотя многих потенциальных пользователей управляющих систем «умного дома» настораживает их многокомпонентность и громоздкость, с отдельными их элементами они давно знакомы. Например, электроника в современных котлах, холодильниках, акустических наборах и осветительных приборах нередко действует на тех же принципах. Более того, многие неосознанно делают тот же контроллер для «умного дома» своими руками, когда устанавливают систему безопасности на датчиках и модуле GSM. Только если в случае с охранными комплексами центром выступает панель, связывающая, например, сенсоры движения и детекторы дыма, то рассматриваемые контроллеры обслуживают весь спектр бытовых устройств, которые в принципе поддаются автоматическому управлению. Другое дело, что второй вариант оказывается более требовательным в части энергоснабжения, сложнее в реализации и эксплуатации.

fb.ru

маленький контроллер для «умного дома» / Хабр

Я занимаюсь разработкой программ для программируемых логических контроллеров(ПЛК) в промышленных автоматизированных системах управления технологическими процессами(АСУ ТП).

Для тех, кто сталкивается с этим словом впервые, поясню. ПЛК это специальный мини-компьютер, который работает так:
1. Принимает входные дискретные (Di) или аналоговые (Ai) сигналы;
2. Обрабатывает эти сигналы по заданной программистом программе;
3. Выдает управляющий сигнал через дискретные (DO) или аналоговые (AO) выхода.

Дискретный — когда у сигнала может быть только 2 состояния: 0 или 1, «да» или «нет». Например, кнопка нажата или отжата, лампочка включена или выключена.
Аналоговый — когда значение параметра зависит от уровня электрического сигнала. Например, чем выше уровень сигнала (вольт или миллиампер) от датчика температуры, тем больше измеряемая температура.

Применяются ПЛК в основном в промышленности, станках, системах домашней автоматизации «умный дом» и т.д.

Естественно, в силу профессии меня интересует все, что касается ПЛК и другого оборудования, применяемого в АСУ ТП. Как-то, бродя по сети, я зашел на сайт американской компании Velocio, которая производит ПЛК серий Ace, Branch, Embeded.

Главные фишки этих контроллеров — маленький размер, всего 2.5'' x 2.5'', питание 5 вольт и цена от 49$ за модель с 6 дискретными входами и 6 дискретными выходами. Особенно впечатлил размер, такого маленького ПЛК я еще не встречал:

ПЛК меня заинтересовал, я связался с компанией Velocio и мне прислали контроллер модели Ace 3090v5. Хотелось бы вкратце рассказать об этом ПЛК и более широкой аудитории Хабра. Забегая вперед скажу, что ПЛК компании Velocio лучше всего подходят для «умных домов» и прочих систем домашней автоматизации.

Вот ко мне пришла посылочка с контроллером прям из города Хантсвилл, штат Алабама:



Состав посылки:
1. ПЛК Velocio Ace 3090v5, $179
2. Крепление на DIN-рейку, $5
3. Коннекторы сигнальных линий (3,4,8 pin, шаг 2.5 мм), 6 шт., $6*3
4. Отвертка плоская, жало 1.5 мм, бесплатно
5. Коннектор питания (2 pin, шаг 2.5 мм), $2
6. Кабель USB Am-miniB, $5

Кабель USB для программирования Ace не обязательно покупать в Velocio, это обычный кабель USB Am-miniB, который продается в любом компьютерном магазине. Коннекторы тоже можно поискать в другом месте, но крепление на DIN-рейку уникально и его нужно покупать вместе с контроллером.

Ожидания Ace 3090v5 оправдал, он действительно очень маленький:

Характеристики:

Название Velocio Ace 3090v5
Назначение ПЛК для домашней и промышленной автоматизации
Кол-во DI 6
Кол-во DO 18, транзисторные
AI Кол-во, всего 7
Кол-во AI 16 бит/ тип 4/ Термопары J, K, T, N;
±0.256 V, ±0.512 V, ±1.024 V, ±2.048 V
Кол-во AI 12 бит/ тип  3/ 0…+5 V
Порты связи Mini USB(может работать по Modbus), RS-232
Протоколы передачи данных Modbus RTU slave
Скорость передачи данных, bps 9600, 19200, 38400, 57600
Крепление DIN-рейка
Питание 5 V DC
Габариты 63.5х63.5х12.7 мм
Температура эксплуатации -40… 85°С
Степень защиты IP IP65
Среда программирования Velocio vBuilder, бесплатная
Цена 179 $

Конструкция

При своих размерах, контроллер в общей сумме имеет 31 вход и выход, порт последовательной связи RS-232 и порт Mini USB для загрузки программ и связи с внешними устройствами.

Спереди на корпусе видны светодиоды индикации питания и состояния дискретных входов и выходов:

Сзади на корпусе имеются выемки для монтажа крепления на DIN-рейку:


На боковых стенках корпуса находятся порты для подключения всех сигналов через разъемы. Порты маркируются литерами A, B, C, D, E, F:


Подключение проводов происходит через коннекторы COMBICON PTSM Series фирмы Phoenix Contact с шагом ножек 2.5 мм (0.098''):

Вставляются провода в коннектор с помощью идущей в комплекте с ПЛК отверткой так:

Дискретные выхода- транзисторные, на то есть такие причины:

  • реле в корпус контроллера все равно не поместится
  • для обеспечения большого быстродействия, например при управлении шаговыми двигателями

Естественно, для коммутации электрической сети 220 В транзисторные выхода не подходят и нужно после них ставить промежуточные реле. Можно купить модули с промежуточными реле там же у Velocio, при покупке ПЛК. А можно сэкономить и купить на ебее аналогичные китайские платы, как сделал я:

Аналоговые входа (Ai) в Ace 3090v5 разделены на 2 группы:

  • 3 Ai с общей землей в порту A, диапазон входных сигналов 0… 5 V
  • 4 Ai дифференциальных в порту F, подключение датчиков температуры(термопар) типа J, K, T, N, а так же милливольтных сигналов

Вот я подключил на вход Ai F1 термопару типа «К» от китайского тестера и вывел значение температуры на ноутбук:

Кстати, в этом примере я термопару в контроллере не калибровал. Тем не менее, показания температуры соответствовали значениям спиртового градусника, который выступал у меня в роли контрольного прибора.

Ace отличается маленьким энергопотреблением: 5 В при макс. силе тока до 0.3 А. То есть, в качестве блока питания можно использовать 5-вольтную зарядку для мобильника.

Программирование

Разработка программ осуществляется через бесплатную среду программирования vBuilder. В пакете установки находится так же драйвер виртуального COM-порта, необходимый для подключения контроллера к компьютеру:

Изучение vBuilder лучше начать с просмотра видеоуроков. Есть так же полная документация на английском языке под названием «vBuilder Manual» в несколько сотен страниц.

Разработка программ возможна на двух графических языках: языке релейной логики(Ladder Logic) и языке блок-схем(Flow Chart).

Язык релейной логики (Ladder Logic) это хорошо известный всем программистам ПЛК язык LD, который является одним из стандартизированных по стандарту IEC 61131-3 промышленным языком.
LD придумали специально для того, что бы на нем писали программы не только программисты, но и обычные электрики. Программа на LD и выглядит, как электрическая схема:

Это легкий для изучения и работы язык.

Язык блок-схем (Flow Chart) это графический язык, на котором программа создается в виде блок-схем:

Блок-схемы и принципы их построения многие помнят еще со времен информатики в школе. Например, я закончил 11 класс в 1999 году, в мрачные времена постсоветского компьютерного средневековья. Тогда фирма «Интел» уже торговала процессорами Pentium-II, Билл Гейтс продавал Windows 98, а в нашей школе стояли советские компы «Электроника» с черно-белыми экранами. Большую часть урока мы сидели за партой и рисовали программы в тетрадях именно блок-схемами. Потом переводили их на бейсик, садились за «Электронику» (по 4 человека на машину) и уже после вводили в компьютер. А в других школах вообще компьютеров не было.

Так что для начинающих язык Flow Chart даже легче, чем LD. При этом, по моему мнению, он нагляднее и позволяет создавать более сложные программы. Кстати, блок-схемы я часто использую и сейчас, работая с различными ПЛК. Когда мне нужно продумать какой-нибудь сложный алгоритм, я сначала рисую блок-схемы на листике, а потом уже перевожу их в программу на конкретном языке.

В обоих языках программирования доступны одни и те же программные блоки:

  • сравнение(<, >,= и др.)
  • присваивание с возможностью ввода формул
  • копирование
  • счетчик
  • таймер
  • часы реального времени
  • цифровой фильтр
  • чтение энкодеров
  • управление шаговым двигателем
  • ПИД-регулятор
  • ШИМ
  • плавный пуск/останов
  • масштабирование
  • побитовый сдвиг и «переворот» числа
  • статистика
  • управление com-портом для реализации собственных протоколов передачи данных
  • вызов подпрограмм

В качестве «быстрого хэлпа» по программным блокам используется та же страница загрузки vBulder. Просто жмешь по пиктограммам соответствующих блоков vBuilder справа на странице и читаешь, как они работают:

Если с английским совсем туго, на помощь придет переводчик браузера Ghrome: правая кнопка мыши-> перевести на русский. Перевод технический, но смысл будет понятен.

Доступные возможности при программировании:

  • создание собственных переменных (тэгов) типа bit, unsigned int 8/16 bit, signed int 16/32 bit, float;
  • создание массивов;
  • создание подпрограмм;
  • причем, подпрограммы здесь это объекты по типу FB как в Step-7 и Codesys;
  • каждому входу/выходу и тэгам можно назначить адрес для передачи их значений по Modbus;
  • cвязь по Modbus с ПК, сенсорными панелями и др. по Modbus в режиме slave; возможно подключение по Modbus к 2-м мастер-устройствам одновременно;
  • возможность реализовывать собственные протоколы передачи данных по RS-232;
  • отладка программы по шагам.

Подключение Ace к компьютеру и сенсорным панелям

Для связи с внешними устройствами по сети в Ace 3090v5 имеется 2 порта: RS-232 и USB. Оба этих порта могут передавать данные по протоколу Modbus RTU slave. Одновременно к Ace могут быть подключены 2 мастер устройства. Например, компьютер по USB, а сенсорная панель по RS-232. Для управления с компьютера применяются специальные программы типа SCADA, но можно и на каком-нибудь визуал бейсике программу написать.

RS-232 это старый добрый COM-порт компьютера. Раньше в него мыши подключались. Для подключения компьютера к Ace я и нашел старую комовскую мышь с шариком, отрезал от нее хвост и подключил его к 3-пиновому разъему RS-232 Aсe вот по такой схеме:

Если в компьютере нет COM-порта, нужно купить любой преобразователь USB/RS-232 по цене около $8.

Варианты реализации обмена данными Ace с внешними устройствами:

  • по внутреннему протоколу Ace для связи с компьютером, на котором установлена бесплатная SCADA vFactory;
  • по универсальному протоколу передачи данных Modbus RTU для связи с компьютерами, сенсорными панелями и другими ПЛК;
  • по собственному протоколу, реализованному программным путем в контроллере.

Бесплатная СКАДА vFactory работает только с ПЛК компании Velocio, потому что использует не Modbus, а внутренний закрытый протокол контроллеров. Документации на vFactory нет, чтобы ей овладеть, достаточно одного видеоурока. Очень простая СКАДА без скриптового языка и возможности ведения архивов. Панель инструментов невелика:

Зато, можно быстро сделать работающую программу без особых навыков программирования:

Если возможностей vFactory маловато, можно подключить по протоколу Modbus RTU любую другую SCADA. Например, в ролике с термопарой, я применил SCADA Trace Mode 6 Base.

Можно в Ace запрограммировать и собственный протокол передачи данных, этому посвящен отдельный видоурок.

ПЛК Ace в домашней автоматизации

Думаю, этот контроллер хорошо себя покажет в системе «умный дом». Плюсы контроллера: маленький размер, малое энергопотребление, питание всего от 5 В, множество дискретных выходов, возможность подключения термопар, 2 порта связи с внешними устройствами, легкость программирования, большое количество разных программных блоков.

Если контроллер Ace понравился, но 6 дискретных входов маловато, можно присмотреться к серии Branch — тот же Ace, только с возможностью подключения модулей расширения (до 450 входов/выходов). Впрочем, это уже без меня — мне пока хватит поиграться Ace.

habr.com

Универсальный бытовой контроллер «Джинн» | Автоматические системы управления

По заказу компании «Джинн» был разработан универсальный контроллер с четырьмя выходами, контроллер  позволяет регулировать
температуру по двум датчикам в режиме вентиляции и в режиме обогрева. Так же в нем есть возможность управлять выходами по времени и по таймеру.

Блочная схема.

Принципиальная схема блока приведена ниже. Прибор построен на микроконтроллере PIC18F4520, часы и дата передаются на микроконтроллер от часов реального времени DS1307. В качестве датчиков температуры используются DS18B20.

Схема приведена урезанная, нет силовой и питающей части, так как для тестирования программы  они ненужны, а плату со схемой разрабатывал мой старый знакомый, но это было  давно, и вряд ли осталась какая- то информация.

Фото печатных плат.

Спецификация и чертеж печатных плат лежат в архиве.

Это схема настроек прибора.

Любой из выходов можно переименовать, на пример по имени нагрузки, настроить режим работы выхода под любую конфигурацию: вентиляция, обогрев, время, таймер. Так же на любой выход, через меню прибора можно подать питание, снять его, или оставить работать по программе.

Диапазон измеряемой температуры от -50 до +125 ºС.  Таймер поддерживает периодичность до 60 суток. Руководство на прибор в архиве. С помощью данного прибора можно реализовать различные варианты автоматики.

Скоро выйдет двухканальный вариант.

Возможности у него такие же, как и четырехканального контроллера.

Вот такая получилась плата в Протеусе.

А это готовый пробный вариант.

Ну и вставив в корпус, получил такой вот результат.

 

А так выглядит конечный результат.

Сейчас контроллер проходит тестирование, После тестирования передам заказчику.

Программное постоянно дорабатывается, и скоро добавятся такие новые функции как:  управление по времени и температуре, то есть в разное время можно поддерживать разную температуру.

Другая функция — управление по времени и таймеру, например, ночью включает какое-нибудь устройство с одной периодичностью (с одними настройками таймера), а днем с другой с периодичностью (с другими настройками таймера). Можно настроить вентиляцию дома, ночью реже включаться, а днем чаще.

Функция таймер  и температура – поддерживать один период таймера одну заданную температуру (25-28С), а в другой период таймера  другую заданную температуру (35-37С). Ну и много других вариантов.

Демо проект demo_4_canel

руководство руководство на контроллер Джин

 

chipsystem.ru

Умный дом на промышленном контроллере ПЛК. Сравнение KNX.

  • Что такое ПЛК

  • Распределённая и центральная система

  • Входы и выходы контроллера

  • Управление Умным Домом на ПЛК

Небольшой ликбез про построение системы Умный Дом. В своих статьях на этом сайте я рассматриваю, в основном, центральную систему, про распределённую только упомяну. Про многие вещи буду писать так, как сам считаю более правильным и привычным для себя.

Пишу не для программистов и не для инженеров, а для конечных пользователей системы или людей, желающих разобраться в такой системе. Нюансов программирования, кода, алгоритмов работы или детальных схем подключения оборудования не будет. Будут общие принципы, нюансы сборки систем, монтажа кабельных трасс и использования. В качестве примера рассматриваю контроллеры Овен (Россия) и Beckhoff (Германия), также мне очень нравится EasyHomePLC, но есть и множество других производителей. Центральными системами также называются системы не на промышленном контроллере, а на программируемых реле, например, Овен ПР или Siemens Logo, X-Logic. У программируемых реле гораздо меньший функционал, зато в разы меньше и стоимость решения.

Все описанные решения многократно проверены на реальных объектах: квартирах и загородных домах уровня от эконома до «luxury».

Начнём с того, что подразумевает собой «умный дом» в данном случае.

Если мы говорим об умном доме на промышленном контроллере (далее буду писать ПЛК — программируемый логический контроллер), то основная идея — централизация управления. «Подключить к умному дому» подразумевает подключение к ПЛК.

Сначала расскажу чуть-чуть про распределённую систему. Распределённая система — это не система на ПЛК. Это, скажем так, конкурент. Точнее, альтернатива.

Распределённая (шинная) система — это широко известные KNX/EIB, HDL, Clipsal, Crestron — достаточно долго существующие и распространённые по всему миру системы. Это системы, заточенные именно под Умный Дом. Производители — Gira, BTicino, Jung, ABB (хотя ABB и ПЛК выпускает) и многие другие. Европейские производители с мировым именем. Crestron — это США.

Вот шинная система. Шина — это кабель типа витой пары (рекомендуется специальный кабель для сетей KNX 2x2x0.8), который обходит все «умнодомные» устройства, все они общаются по своему протоколу, в каждом из них есть свой «мозг». У каждого модуля есть адрес. Например, мы нажимаем на кнопку №2 выключателя №3. В его процессоре запрограммировано, что при нажатии на эту кнопку надо отправить в шину сигнал на включение лампочки №10, что он и делает: отправляет адрес актуатора, управляющего лампочкой №10, на включение. То же касается и датчиков температуры/движения/газа и так далее — они висят на шине вместе с выключателями, у каждого свой процессор, каждый посылает сигнал в шину о своих событиях.

Актуатор — это устройство, которое что-то запускает. От слова act — действовать. Это реле, диммер, модуль управления шторой, модуль управления каким-либо приводом. Все актуаторы также висят на шине, их можно разнести по дому.

Плюсы распределённой системы:
  • Простота расширяемости. Докупаем актуаторы и красивые выключатели, вешаем на шину и настраиваем. Топология шины может быть любой. Главное, чтобы кабель был протянут в нужное место.
  • Большое количество производителей компонентов, можно выбирать внешний вид на свой вкус, всё будет работать друг с другом.
  • Высокая надёжность системы при качественных компонентах. Если вдруг один актуатор или выключатель откажет, остальная система будет продолжать работать.
Минусы распределённой системы:
  • Самый главный минус — цена системы. В каждом выключателе находится процессор для общения с шиной и передачи/приёма команд, поэтому стоят они достаточно много. Выключатели (самые обычные, не сенсорные и без экрана) — от 150 евро, актуаторы примерно от 100 евро за выход, диммеры от 200 евро за канал, блоки питания шины от 350 евро (за всего 320 миллиампер) и так далее. Всякие мелочи вроде накладок, рамок, клавиш — очень дорогие. Использовать обычные «классические» выключатели мы сможем через специальный KNX-переходник, который будет стоить не меньше специального knx-выключателя. Цены я привёл за оборудование Jung, есть производители дешевле, например, HDL или Zennio.
  • Соответственно, датчики всех типов также очень дорогие. Движения — от 200 евро, температуры — запросто от 300 евро, метеостанция — 500 евро. Подключить обычные аналоговые датчики температуры или движения можно, но нужны модули ввода аналоговых сигналов.
  • Для программирования системы нужно купить программное обеспечение, достаточно недешёвое. Называется ETS.

Центральная система — это система, в которой всем управляет центральный контроллер (ПЛК), провода от всех-всех подключенных устройств идут к контроллеру.

От выключателей — слаботочные кабели в щит (обычно это FTP 5 категории), а от лампочек, вентиляторов, розеток, сервоприводов — силовые кабели в щит. В щите стоит центральный контроллер, который через реле или диммеры управляет электроприборами.

Датчики всех типов также подключаются к ПЛК, от каждого датчика отдельный провод.

Плюсы центральной системы
  • Мы можем использовать любые выключатели, любые датчики температуры, движения и всего остального. Следствие — сильное удешевление системы и свобода выбора компонентов.
  • Кабели от всех компонентов приходят в щит, следовательно, мы в щите можем собрать что угодно, хоть вообще не делать умный дом.
  • При навыках работы с ПЛК (программирования) пользователь может самостоятельно всё настраивать. Не нужно покупать программное обеспечение. Вы не зависите от интегратора, программиста ПЛК найти проще, чем наладчика KNX.
  • Практически неограниченная интеграция с разным оборудованием. Можно даже использовать красивые настенные панели KNX при желании, Beckhoff с ними совместим.
  • Промышленный контроллер гарантирует крайне высокую надёжность системы при должной защите от замыканий и скачков, а эту защиту обеспечить несложно. Главное, использовать именно промышленный контроллер известного производителя, а не блок GSM сигнализации 🙂
Минусы центральной системы
  • Отсутствие красивых настенных панелей как у KNX, но это устранимо (см. преимущество №4)
  • Если контроллер выйдет из строя, то система встанет. Это часто повторяют сторонники шинных систем. Но см. преимущество №5.
  • Так как от каждого устройства управления идёт свой кабель в щит, то кабеля будет больше, чем в шинной системе. Но кабель FTP недорогой, в отличие от шинного кабеля для систем KNX. И при разводке кабеля для центральной системы мы получим универсальный вариант, в будущем можно уйти от умного дома в сторону почти классической электрики либо поменять систему на другую.

Кстати, на базе ПЛК мы можем построить такую «центрально-распределённую» систему, в которой будет несколько контроллеров в одной сети Ethernet, или можно использовать шину Beckhoff E-bus, которая позволяет разносить модули расширения по большой площади. Можно объединять несколько контроллеров в одной сети Ethernet, если программное обеспечение это позволяет. НО! Для подавляющего большинства квартир и домов (даже крупных) будет гораздо удобнее, если щит будет один большой, чем несколько поменьше. Удобнее для сборки, для обслуживания. И дешевле. А вот в другую постройку можно поставить отдельный контроллер, это будет лучше, чем тащить пучок кабелей под землёй.

Вот небольшая статья О кабелефобии для тех, кто боится большого количества кабелей.

Я являюсь сторонником центральной системы. Она мне нравится за свободу выбора компонентов, за бОльшую гибкость, за возможность сделать систему совсем недорогой. Мне не нравится зависимость от одного производителя или одного протокола, я люблю универсальность.

Логический контроллер — это устройство, используемое для управления различными техпроцессами. Включать свет по датчику движения или таймеру — это уже некий техпроцесс. Программируемый логический контроллер — контроллер, программу которого мы можем написать сами. Промышленный контроллер отличается тем, что у него гораздо более высокая надёжность (отказоустойчивость). Вот немецкий промышленный контроллер Beckhoff CX8080:

У контроллера есть входы и выходы. Входы — это разъёмы для подключения к контроллеру чего-то, что посылает на него информацию. Например, датчиков всех типов. Выходы — это разъёмы, которые меняют своё состояние согласно программе контроллера. Входы и выходы могут быть дискретными или аналоговыми. Дискретный — это либо наличие, либо отсутствие сигнала. То есть, логический 0 или 1. Датчик движения подаёт сигнал на дискретный вход контроллера, так как сигнал с него либо идёт либо не идёт. Контроллер подаёт на лампочку дискретный сигнал включиться или не включаться.

Аналоговый вход — это вход, способный видеть не только наличие-отсутствие сигнала, но и его значение. Например, сигнал с датчика температуры — аналоговый. Аналоговый выход — сигнал на диммирование лампочки или изменение скорости вращения вентилятора конвектора или вентиляции.

ВходВыход
Дискретный (0 или 1)
  • Датчик движения
  • Выключатель клавишный
  • Датчик протечки воды
  • Датчик утечки газа
  • Счётчик
  • Вход от внешней системы (например, панели пожарной сигнализации или кодовой клавиатуры)
  • Допконтакты автоматов и УЗО
  • Реле для управления любым электроприбором или лампочкой
  • Сервопривод отопления
  • Штора с электроприводом
  • Сигнал «сухой контакт» на внешнюю систему
Аналоговый (значение)
  • Датчик температуры
  • Датчик влажности
  • Датчик уровня освещённости
  • Любой другой датчик с аналоговым выходом
  • Диммер для освещения
  • Регулятор скорости вращения вентилятора

Вот тут-то и удобство системы на ПЛК — мы можем подключать любые устройства, какие заходим, напрямую к контроллеру. То есть, можем решить почти любую задачу в пределах поддерживаемых типов сигналов входа-выхода контроллера. А количество сигналов зависит от производителя ПЛК.

Например, простые и недорогие контроллеры X-Logic (китайский клон Siemens Logo) поддерживают следующие сигналы:

ВходВыход
Дискретный (0 или 1)
  • релейный 3-10А
  • транзисторный 0,3А
Аналоговый (значение)
  • 0-10В
  • PT100 (резистивные датчики температуры)

Ещё у них есть модуль RS485 (с ограниченной функциональностью) и Ethernet для управления контроллерами по ModBus.

Овен — это уже профессиональные отечественные промышленные контроллеры. Отличаются в хорошую сторону наличием на сайте инструкций и видеоуроков по программированию, а также быстрой и грамотной техподдержкой. На самом ПЛК есть некоторое количество входов и выходов (достаточно для многих задач), есть дополнительные модули, подключаемые по RS485. Минус системы — при большом количестве модулей расширения входов-выходов (более 2) система начинает ощутимо тормозить, то есть, на опрос модулей расширения по шине RS485 требуется некоторое время (порядка секунды на модуль), команды срабатывают с запаздыванием. Если речь идёт о подключении на дополнительные модули управления климатом, то никто не заметит задержки (скажем, тёплый пол включится на секунду позже), а если свет будет включаться с задержкой даже в секунду, это может немного раздражать. При количестве управляемых электроприборов до 30 Овен будет хорошим решением, при бОльшем — можно задуматься о переходе на Beckhoff или что-то со своей шиной связи.

Beckhoff (Германия) — суперпрофессиональные промышленные контроллеры мирового уровня, у них есть модули расширения на всё, что можно представить, всё работает мгновенно и беспроблемно благодаря собственной шине K-Bus. Поэтому я на них и строю систему чаще всего при большом количестве входов-выходов.

Три основных преимущества системы умный дом на промышленном контроллере:

  1. На промышленном контроллере мы можем сделать всё что угодно.  Совместиться с любой системой по протоколу, установить выключатели или панели любого типа, написать приложение для управления для любой системы. Написать любой алгоритм работы, какой только можно придумать. Ограничения могут быть только в связи с закрытыми протоколами других систем..
  2. Система универсальна. При желании можно будет поменять центральный контроллер на другую модель, все датчики и исполнительные устройства подойдут. Даже сама программа, скорее всего, будет перенесена на новый контроллер без особой доработки.
  3. Мы не привязаны ни к какому производителю. Все элементы системы могут быть такими, какими захочется, лишь бы они выдавали универсальный сигнал известного промышленного протокола, «сухой контакт» или 0-10, 4-20мА. Любые датчики, любые выключатели, любые приводы. И, если уж на то пошло, не нужно искать интегратора конкретной системы, всегда можно найти программиста ПЛК, способного разобраться с системой.

Управление системой на ПЛК

Способы управления системой автоматики на промышленном контроллере следующие:

  • Через входы контроллера, то есть, с обычных выключателей. Нажимаем на выключатель, контроллер видит нажатие на своём дискретном входе и делает что-то согласно своей программе. Включает свет или открывает штору или ставит на охрану или запускает какой-то сценарий. Я считаю, что все основные функции (свет, шторы) должны иметь возможность управляться с обычных выключателей, не с приложения и не с панелей.
  • Через интерфейсы RS485, RS232, KNXи прочие. Например, мы можем использовать настенную сенсорную панельку, работающую по RS485, такие есть у производителя ICPDAS (https://icp-das.ru/catalog/paneli-operatora-i-monitory/paneli-operatora/). Или GSM модем по RS232 сообщает о том, что пришло управляющее смс-сообщение.
  • Через Ethernet, то есть, компьютерную сеть. Работа идёт по протоколу ModBusTCP, у контроллера есть определённый IP адрес в локальной сети. Возможен доступ к контроллеру через интернет при соответствующих настройках роутера. У контроллеров Beckhoff, Овен, EasyHomePLC и ещё многих нет web-интерфейса, только передача команд по ModBusTCP. У контроллеров WirenBoard и RazumDom есть web-интерфейс для настройки. В любом случае, контроллер может управляться с приложения на любой системе, которое будет отправлять команды и запросы на IP адрес и порт контроллера. Бесплатных программ громадное количество, платные профессиональные программы EasyHome (заточен именно под ПЛК, максимально прост в настройке интерфейса) и Iridium Mobile (работает с большим количеством систем, сложнее в настройке интерфейса).