Умный Дом на ПЛК: управление климатом

Функция управления отоплением объединяет управление следующими системами:

• Радиаторное отопление (пассивные или с вентилятором)
• Водяной тёплый пол
• Электрические конвекторы
• Электрический тёплый пол
• Кондиционеры
• Вентиляция

ПЛК — это программируемый логический контроллер, который может быть центром системы Умный Дом для квартиры или загородного дома. Примеры ПЛК: EasyHomePLC, Beckhoff, Овен, Wirenboard и много других.

Преимущества системы управления климатом с ПЛК

• Не нужно управлять каждым устройством по отдельности: задаём желаемую температуру, а система её поддерживает, согласовывая работу всех систем
• Управление всеми системами обогрева/охлаждения с одного пульта — смартфона или планшета
• Работа климата по сценариям и по расписанию, возможность перевести весь дом или этаж в экономичный режим или в ночной режим
• Удалённое управление и контроль температуры через интернет,
• Управление климатом раздельно по каждой зоне. Например, в одной комнате любят, чтобы пол был потеплее, а воздух попрохладнее, а во второй — чтобы и пол и воздух были тёплыми.

Теперь о том, как это делается.

В каждой зоне (замкнутом помещении) ставятся датчики температуры воздуха и пола. Для работы в составе системы управления климатом с ПЛК используются датчики температуры воздуха (опционально ещё и влажности) с выносным сенсором температуры пола с выходным сигналом 0-10 вольт постоянного тока. Такой сигнал заходит на аналоговых вход контроллера. Если датчик работает с температурным диапазоном от 0 до +50 градусов, то выход 0 вольт соответствует 0 градусов, а 10 вольт соответствует +50 градусам, характеристика линейна. Есть датчики с диапазоном -50..+50 градусов для улицы или 0..+125 для сауны.

Подготовка для установки датчика воздуха с выносным сенсором пола выглядит так:

В одной рамке с выключателями (то есть, на высоте 900-1200мм) делается дополнительный подрозетник. В подрозетник из щита автоматики ведётся кабель FTP 5 категории (экранированная витая пара). По кабелю будет передано питание 12-24 вольта от блока питания на датчик (2 жилы) и сигнал от 0 до 10 вольт от датчика на контроллер на аналоговый вход. Поскольку ток потребления датчика очень мал, длина кабеля может составлять несколько сотен метров. Аналоговый сигнал может быть искажён наводками, поэтому кабель датчика, как и любой слаботочный кабель, следует монтировать на удалении от силовых трасс.

Выносной сенсор температуры пола подключается к плате датчика температуры воздуха и питается от неё. Сенсор пола опускается в пол в медной трубке или гладкой ПНД трубе диаметром 10-12мм. Гладкие внутренние стенки нужны для того, чтобы в случае необходимости датчик можно было заменить. На плате датчика температуры воздуха может быть также и сенсор влажности воздуха.

Датчики в своих проектах я использую эти. Компактные, устанавливаются в подрозетник с заглушкой, питание 12 вольт, на выходе от 0 до 10 вольт. Есть исполнения для улицы (-50..+50 градусов) и для сауны (0..+125 градусов), есть исполнения с датчиком освещённости или влажности воздуха.

Управление радиатором и водяным тёплым полом

Управление контурами водяного тёплого пола или радиаторами осуществляется за счёт термоприводов, устанавливаемых на коллектор или сам радиатор. Вот коллектор с установленными приводами контуров:

На каждом контуре мы видим привод. Привод может перекрывать подачу воды в контур, что приведёт к его медленному остыванию. Когда температура в помещении опустится ниже желаемой (заданной пользователем с приложения), привод откроет подачу воды в контур. За счёт этого температура воздуха или пола в помещении всегда будет соответствовать желаемой.

Если помещение отапливается одновременно и водяным тёплым полом и радиаторами, необходимо предусмотреть интеллектуальный алгоритм работы приводов, обеспечивающий желаемую температуру воздуха и максимально приближённую к желаемой температуру пола.

Привод может быть установлен и прямо на радиатор, у него стандартное посадочное место М30х1,5 (30мм -диаметр посадочного места, 1,5мм — шаг резьбы). Вот привод на радиаторе:

Лучше, конечно, всегда ставить привод на коллекторе, так как меньше кабеля и не портит вид, но не всегда такая возможность есть. Например, при двухтрубной системе отопления нужно ставить приводы на каждый радиатор, иначе не получится управлять отоплением позонно.

От каждого термопривода тянем кабель МКШ или КВВГ 2х0,75 на выход контроллера. У модуля дискретных выходов контроллера Beckhoff на выходе во включенном состоянии появляется напряжение 24 вольта, ток до 0.5А, то есть, привод может быть подключен напрямую на выход контроллера без промежуточного реле.

Приводы могут быть дискретные (открыто-закрыто) или аналоговые (можно открыть в любое положение). Дискретные приводы подключаются к дискретному выходу контроллера, в этом случае надо выбирать приводы с напряжением питания 24 вольта если дискретный выход даёт 24 вольта, либо 220 — если выход даёт 220, это зависит от контроллера. Привод может быть нормально-закрытым или нормально-открытым, первые ставятся на коллектор тёплого пола (чтобы при отключении контроллера пол не перегревался), вторые — на радиаторное отопление (чтобы при отключении радиаторы не остывали). Либо нормально-открытые приводы и на воздух, и на пол, если только постоянный нагрев пола ничему не навредит.

Аналоговые приводы помимо питания 24 вольта требуют сигнал управления 0-10 вольт, в зависимости от которого они открываются. Управление 0-10 вольт имеет важно преимущество — уменьшение колебания температуры воздуха. Но имеют и ряд недостатков:

• аналоговый привод в несколько раз дороже дискретного
• аналоговый выход контроллера всегда дороже дискретного
• нужен алгоритм ПИД-регулирования, заложенный в контроллер, и его отладка после введения системы в эксплуатацию

В большинстве случаев использование аналоговых приводов не оправдано. При работе с водяными тёплыми полами их использование вообще не имеет смысла, так как тёплый пол очень инертный (очень медленно нагревается и остывает), отклонение его температуры от желаемой не так заметно.

Управление электрическим тёплым полом

Вот схемы управления тёплым полом в классическом варианте и через ПЛК:

Классическое управление — через термостат в комнате. Термостат может быть простой или программируемый (с возможностью задавать время включения и выключения). При управлении с ПЛК термостатов нет, регулирует температуру программа контроллера, а программу задаёт пользователь с планшета-смартфона.

Управление кондиционером

Есть два варианта управления кондиционерами: попроще и посложнее. Попроще — это управление инфракрасными командами через ИК-передатчик, работающий через RS-485. Например, много модели выпускают Icpdas и Wirenboard. Передатчик кладётся на внутренний блок кондиционера (его не видно), команды от него отражаются от стены и попадают на приёмник кондиционера.

После обучения необходимые команды передатчик отправляет на кондиционер. Плюс этого решения — невысокая стоимость и универсальность, подойдёт для любого кондиционера с инфракрасным приёмником. Минус решения — отсутствие обратной связи, то есть, если кондиционер выключен (на него не подаётся питание) или находится в состоянии аварии, то ПЛК не будет знать его состояние, не сможет знать установку температуры кондиционера. Таким образом управлять можно не только кондиционером, но и аудио-видео техникой, имеющей ИК-пульты.

От передатчика в щит тянем кабель FTP, по которому передаётся питание передатчика (обычно 12 или 24 вольта) и две жилы на RS485. Либо звездой (от щита на каждый блок отдельный кабель), либо шлейфом (от щита последовательно обходим все блоки кабелем). Я обычно предпочитаю звездой, так надёжнее. И удобнее вести кабель вместе с кабелями питания блоков от щита.

Более дорогое и качественное решение вопроса — использовать шлюз внутренней шины кондиционера на протокол RS485 ModBus. От каждого внутреннего блока кондиционера тянем управляющий кабель FTP для RS485. Но в этом случае обычно нужны ещё блоки-переходники с кондиционера на шину. Например, для кондиционеров Mitsubishi используется блок Intesis Box ME-AC-MBS-1, нужен для каждого внутреннего блока, стоит от 400 долларов. Есть аналогичные блоки на Daikin и другие кондиционеры. Иногда (обычно при использовании промышленных кондиционеров), можно поставить один модуль ModBus на все кондиционеры, например, есть блок на 48 блоков Mitsubishi Heavy, стоит от 4 тысяч долларов.

При связи контроллера с программным обеспечением EasyHome с кондиционером система кондиционирования включается в алгоритм терморегулирования, то есть, в зависимости заданной пользователем температуры и текущей температуры в помещении контроллер сам определяет режим работы кондиционера (обогрев или охлаждение), управляет мощностью. При полном управлении по ModBus будет также работать считывание ошибок кондиционеров.

На оба варианта управления кабель монтируется одинаково: витая пара до каждого внутреннего блока, ведь в обоих случаях управление по RS-485 либо кондиционерами, либо ИК-передатчиками.

Для систем Умного Дома, которые не поддерживают работу с ModBus, возможен только вариант управления через ИК-передатчики. Например, все беспроводные системы (включая Z-Wave, Fibaro).

121,642 просмотров всего, 190 просмотров сегодня

Управление водяным теплым полом: блок управления, автоматика

Сейчас многие задумываются об улучшении условий проживания, качестве быта, условиях комфорта. Современное развитие высоких технологий, бытовой техники значительно упрощает решение этого вопроса. Система «умный дом» — это совмещение новейших инженерно-технических и компьютерных разработок.

Система «умный дом».

Эта система позволяет решать целый комплекс задач для комфортного и безопасного проживания. Она интегрирует в себе управление следующими функциями дома:

• Освещение. Сюда входит контроль над использованием различных типов осветительных приборов, как внутри, так и снаружи дома.
• Безопасность. Различные виды охранной, пожарной сигнализации. Слежение за утечкой воды, газа. Контроль доступа в помещение. Управление камерами видеонаблюдения.
• Включение, выключение бытовой, аудио, видео техники в разных комнатах.
• Контроль средств связи.
• Отопление и установка микроклимата в доме.
• Открытие, закрытие ворот, шлагбаумов гаража.
• Удаленное слежение и управление системами дома.

Управление через планшет

Все управление перечисленными выше функциями передается в единый центр. С его помощью, легко контролировать все технические процессы, происходящие в доме. Одним из важных и наиболее интересных функций – является программирование. Это выполнение заданных функций при различных стандартных и нестандартных ситуациях.

Одним из важных факторов в устройстве микроклимата комнаты является подогрев полов. Он используется как отдельно, так и в комплексе с другими видами отопления. Может применяться в квартире, частном доме, на даче. На данный момент существует два варианта сделать полы теплыми –

1. Электрический. Обогрев осуществляется с помощью нагревательных кабелей.
2. Водяной. В этом случае нагревательным элементом являются сеть трубок, по которым циркулирует горячая вода.

Принцип устройства данного вида отоплений заключается в установке обогревающих элементов под напольное покрытие помещений. Функции, которые выполняет умный теплый пол, разнообразны:

1. Позволяет значительно экономить расход электроэнергии. Это достигается регулировкой и программированием терморегулируемых датчиков.
2. Возможность устанавливать температуру в зависимости от времени года, погодных условий, а так же для разных дней отдельно (будни, выходные).
3. Контролировать подачу тепла в отсутствии хозяев (удерживать установленный режим). Повышать или понижать температуру в разное время суток автоматически.

Управление теплым полом выполняется несколькими способами:

• Ручной
• Автоматический
• Дистанционный с помощью звуковых команд
• пультом управления

Удаленный (с помощью сети интернет)

Управление происходит благодаря использованию терморегуляторов, которые регулируют повышение или понижение температуры обогревающих элементов.

Управление кондиционером

Есть два варианта управления кондиционерами: попроще и посложнее. Попроще — это управление инфракрасными командами через ИК-передатчик, работающий через RS-485. Например, много модели выпускают Icpdas и Wirenboard. Передатчик кладётся на внутренний блок кондиционера (его не видно), команды от него отражаются от стены и попадают на приёмник кондиционера.

После обучения необходимые команды передатчик отправляет на кондиционер. Плюс этого решения — невысокая стоимость и универсальность, подойдёт для любого кондиционера с инфракрасным приёмником. Минус решения — отсутствие обратной связи, то есть, если кондиционер выключен (на него не подаётся питание) или находится в состоянии аварии, то ПЛК не будет знать его состояние, не сможет знать установку температуры кондиционера. Таким образом управлять можно не только кондиционером, но и аудио-видео техникой, имеющей ИК-пульты.

От передатчика в щит тянем кабель FTP, по которому передаётся питание передатчика (обычно 12 или 24 вольта) и две жилы на RS485. Либо звездой (от щита на каждый блок отдельный кабель), либо шлейфом (от щита последовательно обходим все блоки кабелем). Я обычно предпочитаю звездой, так надёжнее. И удобнее вести кабель вместе с кабелями питания блоков от щита.

Более дорогое и качественное решение вопроса — использовать шлюз внутренней шины кондиционера на протокол RS485 ModBus. От каждого внутреннего блока кондиционера тянем управляющий кабель FTP для RS485. Но в этом случае обычно нужны ещё блоки-переходники с кондиционера на шину. Например, для кондиционеров Mitsubishi используется блок Intesis Box ME-AC-MBS-1, нужен для каждого внутреннего блока, стоит от 400 долларов. Есть аналогичные блоки на Daikin и другие кондиционеры. Иногда (обычно при использовании промышленных кондиционеров), можно поставить один модуль ModBus на все кондиционеры, например, есть блок на 48 блоков Mitsubishi Heavy, стоит от 4 тысяч долларов.

При связи контроллера с программным обеспечением EasyHome с кондиционером система кондиционирования включается в алгоритм терморегулирования, то есть, в зависимости заданной пользователем температуры и текущей температуры в помещении контроллер сам определяет режим работы кондиционера (обогрев или охлаждение), управляет мощностью. При полном управлении по ModBus будет также работать считывание ошибок кондиционеров.

На оба варианта управления кабель монтируется одинаково: витая пара до каждого внутреннего блока, ведь в обоих случаях управление по RS-485 либо кондиционерами, либо ИК-передатчиками.

Для систем Умного Дома, которые не поддерживают работу с ModBus, возможен только вариант управления через ИК-передатчики. Например, все беспроводные системы (включая Z-Wave, Fibaro).