Мы много рассказываем о проектах на оборудовании Wiren Board, на это обращают внимание начинающие пользователи и видно, что у них есть затруднения с выбором оборудования под задачу.

Конечно, в документации на каждое устройство есть схема подключения и назначение, но мы подумали, что собрать в одном месте популярные будет полезно. А тут ещё Быстрый Modbus заехал, который позволяет по-новому взглянуть на создание системы УД.

Статья будет полезна всем, кто задумывался о построении умного дома, офиса, теплицы и любого другого объекта с автоматизацией и диспетчеризацией. Если вы представитель DIY сообщества, можете использовать наши устройства в своих проектах — они работают по открытому протоколу Modbus RTU, библиотеки и драйвера под который есть в любом софте или фреймворке. Примеры таких DIY решений есть и про один такой опыт мы скоро расскажем.

Шина RS-485 и Modbus RTU

Почти все устройства Wiren Board имеют на борту порт RS-485 с поддержкой протокола Modbus RTU — это значит, что устройства можно подключать последовательно и на один кабель можно повесить целую кучу устройств. До 247, если быть точнее, мы проверяли.

Всего в контроллере Wiren Board 7 может быть до пяти портов RS-485: два встроенных и три можно добавить с помощью модулей расширения WBE2-I-RS485-ISO. То есть он может работать одновременно с пятью шинами RS-485, подключёнными напрямую. Если нужно больше — используйте шлюзы Modbus RTU — Modbus TCP, например, WB-MGE v.2.

При проектировании системы нужно учитывать возможные проблемы, связанные с особенностями протокола Modbus RTU и шины RS-485.

Ошибки обмена на шине из-за наводок от силовых проводов решаются с помощью витой пары, прокладки кабеля шины на расстоянии 10-15 см от силовых проводов, их пересечении под прямым углом, а также правильного заземления экрана при использовании экранированного кабеля. 

Если вы строите систему в квартире, где не так много источников сильных помех, — смело берите витую пару без экрана, с ней потенциально будет меньше проблем. Если берёте экранированную, то экран обязательно заземляйте, притом только с одной стороны — иначе вы получите отличный распределённый трансформатор для сбора наводок. Ток по экрану течь не должен.

Медленный опрос входов. Из-за особенностей протокола Modbus RTU, контроллер опрашивает все устройства по очереди, поэтому если на шине два-три десятка устройств с кучей регистров, то опрос каждого устройства происходит довольно медленно, от 500 мс до нескольких секунд. С отправкой команд проблемы нет — драйвер всегда отправляет их вне очереди, поэтому исполнительное устройство, например реле, срабатывает мгновенно.

Два способа уменьшить время отклика:

1. В настройках нашего драйвера пользователь может выставлять приоритеты опроса каналов, что позволяет гарантированно опрашивать в средней инсталляции два-три десятка входов с периодом до 300 мс — это не заметная глазу задержка от момента команды до реакции системы на неё. Этот подход можно использовать для работы с оборудованием сторонних производителей или на старых версиях ПО контроллера и прошивках устройств.

2. Наше расширение Быстрый Modbus — это вольная интерпретация событий CAN в родных абстракциях Modbus за счёт использования зарезервированных, но неиспользуемых в протоколе функций.

Быстрый Modbus — это наше открытое расширение стандартного протокола, которое реализует поддержку событий, что позволяет контроллеру почти мгновенно вычитывать изменение регистров в устройствах на шине без перебора всех их регистров. Не мешает работе обычного Modbus, внутри выглядит также, подробнее читайте или смотрите в нашем докладе. События сегодня есть в модулях входов WB-MCM8 и WB-M1W2, в модулях реле WB-MR, диммере светодиодных лент WB-LED и датчике движения в универсальном датчике WB-MSW v.3. На днях события появились в диммере ламп накаливания и светодиодных ламп WB-MDM3.

Про электрику

Основы надо знать

Статья у нас про основные принципы построения системы автоматизации, поэтому я не буду рассказывать основы электрики, как выбирать провода и какими автоматическими выключателями их защищать — это отдельная тема, которая тянет на цикл статей. В интернете полно информации на эту тему, например, в Заметках электрика — там и про выбор кабеля и про подбор автоматических выключателей и советы по монтажу. 

По этой же причине на схемах в статье не указано сечение проводов и нет автоматических выключателей — их надо выбирать под задачу и условия эксплуатации, если вам не хватает знаний для этого, обратитесь к электрику, он поможет.

То есть если вы решили лезть в электрический щит, считаем, что у вас достаточно знаний и опыта для этого.

Как делают другие

Ниже в двух словах расскажу, что используют обычно в проектах автоматизации проектировщики — это не рекомендация к действию, а лишь информация для размышления. 

Кабели:

• для розеток — кабель ВВГ с тремя медными жилами сечением 2.5 мм²;

• для освещения — кабель ВВГ с тремя медными жилами сечением 1.5 мм²;

• для шины RS-485, eBus, OpenTherm и выключателей — витую пару, например, ParLan Patch U/UTP Cat5e PVC 2х2х0.35 мм² — кабель с гибкими (многопроволочными) жилами без экрана. Конечно, можно использовать и классический UTP-кабель для интернета с цельной жилой, но его тяжелее прокладывать, сложнее зажимать в клеммные колодки и надо выбирать именно медные — жилы омеднённого кабеля легко ломаются.

Для соединения силовых проводов обычно используют специальные гильзы. От скруток в 21 веке большинство электриков отказались.

Автоматические выключатели или дифференциальные автоматы:

• каждую группу розеток обычно защищают автоматом на 16 А;

• каждую группу света — автоматом на 10 А.

Важно понимать, что автоматы защищают не столько технику, сколько проводку, поэтому и выбираться они должны исходя из используемого кабеля, а также с учетом типа и мощности нагрузки.

И не забывайте соединять вместе PE проводники от всех устройств в щите или по пути в него — это важно.

Питание для устройств на шине

У контроллеров Wiren Board есть выход Vout, расположенный на одной клеммной колодке с клеммами шины RS-485, но использовать его для подачи питания устройств в большой инсталляции не стоит. У него есть ограничение по току в 1 А на оба выхода и при превышении потребляемого тока выходы будут отключены автоматически.

Мы рекомендуем запитывать устройства непосредственно  с блока питания — с того же самого, от которого питается контроллер, или другого БП. Если вы используете разные блоки питания, объедините их клеммы GND (-V).

Также следите за сечением проводов используемого кабеля:если кабель длинный, а провода в нём тонкие — падение напряжения будет большим и подключённые устройства будут работать нестабильно. Подробные рекомендации по выбору кабеля для шины, примеры расчётов падения напряжения и другие советы смотрите в нашей документации по ссылке RS-485:Физическое подключение.

Основные подходы к проектированию

Чаще всего используют два подхода — централизованный (все провода в щит) и распределенный (модули ввода/вывода располагаются по месту, а в щит к контроллеру идёт только шина RS-485).

У каждого подхода есть плюсы и минусы, ниже я расскажу про них. Мы рекомендуем подходить к проектированию творчески и совмещать оба подхода, ориентируясь на задачи, бюджет и личные предпочтения.

Централизованный — все провода в щит

Все исполнительные устройства ставятся в один большой щит, а кабели из него расходятся пучками по квартире.

Плюсы:

• Всё оборудование в одном месте, проще получить к нему доступ для обслуживания, что бывает критично, когда проект делает интегратор и клиенты не любят, чтобы по квартире или дому ходили чужие люди.

• Если ошиблись с выбором какого-то устройства — есть пространство для манёвра: добавить ещё один модуль, заменить один на другой. Поэтому всегда закладывайте свободное место в щите, обычно это около 25 % от всех запланированных модулей.

Минусы:

• По объекту прокладывается много проводов от каждой управляемой группы освещения, или конечного устройства в щит автоматизации.

Распределённый — маленький щит, модули ввода/вывода по месту

Подход хорошо знаком по KNX-системам — это когда, например, релейный модуль, ставится как можно ближе к исполнительному устройству, а в щит идёт только кабель шины.

Так довольно часто делают в системах автоматизации, где контроллер управляет несколькими подсистемами, например, стеллажи в теплицах. Там каждый стеллаж оснащён модулями ввода/вывода и датчиком, а с контроллером оборудование на стеллажах соединяется по шине RS-485. Это позволяет без проблем масштабировать систему автоматизации — добавляются новые стеллажи с устройствами и подключаются к общей шине.

Практически каждое периферийное Modbus-устройство Wiren Board в меру самостоятельно:

1. WB-MDM3 умеет изменять яркость подключенных ламп с кнопок, также есть распознавание типов нажатий и гибкая настройка реакции диммера на выключатели.

2. WB-LED в зависимости от выбранного режима может с кнопок менять яркость подключённых лент, их цвет или цветовую температуру.

3. WB-MWAC по сигналу с датчиков протечки перекрывает краны подачи воды, оповещает о протечке звуковым сигналом и выставляет флаги в регистрах, чтобы передать информацию на контроллер.

4. Реле семейства WB-MR* реагируют на четыре вида нажатий и управляют выходами по заложенной пользователем логике. Ещё в них есть безопасный режим, который активируется при прекращении опроса контроллером — это позволяет пользователю настроить ожидаемое поведение устройства, если оно вдруг осталось без управления. Например, при штатной работе системы вы можете обрабатывать входы реле программно на контроллере, а в случае аварии заставить реле реагировать на замыкания входов локально. Или отключить выходы реле и не дать бойлеру стать кипятильником.

И это всё без участия контроллера Wiren Board, который является важным, но необязательным звеном системы.

Между собой устройства общаться пока не умеют, поэтому вы не сможете включать вентиляцию по датчику CO2 без контроллера. Однако вы без проблем сможете настроить наше реле так, что оно включит вентилятор вытяжки в случае прекращение опроса контроллером или сможет управлять вентилятором с локального выключателя.

Плюсы:

• Почти классическая электропроводка в помещении, понятная каждому электрику, который будет тянуть вам провода.

• Понятная схема УД: есть оконечное устройство, рядом есть модуль умного дома — входы или реле.

• Минимум дополнительных кабелей — только шина RS-485, которая опоясывает объект. Десятки метров в бытовых условиях на 115200 кбит/с работают без проблем при соблюдении требований по выбору кабеля и прокладке.

• Меньше и дешевле щит автоматизации, где ставятся только контроллер, блоки питания и пара-тройка устройств. Остальное оборудование распределено по квартире, если это возможно.

Минусы:

• Оборудование автоматизации раскидано по всему объекту, поэтому на большой площади тяжелее обеспечить доступ посторонним людям для его наладки и обслуживания.

• Почти нет права на ошибку — если вы заложили в подрозетник реле и плохо посчитали нагрузку — вы не сможете заменить его на «помощнее», или на тот же контактор.

• Не все устройства достаточно компактны для скрытого размещения по месту. Например, диммер светодиодных лент WB-LED есть только на DIN-рейку, и обусловлено это тем, что для питания лент всё равно нужны мощные блоки питания, а значит место для небольшого диммера точно найдётся рядом с ними.

Освещение

Есть много мнений на тему автоматизации освещения, и у всех сторон  есть свои разумные аргументы. Одни говорят — зачем прокладка между выключателем и лампочкой, другие возражают — чтобы лишний раз пятую точку с дивана не поднимать.

У меня есть пара своих аргументов.

Проходные выключатели. Да, есть специальные выключатели, которые делают что-то подобное, но это сильно усложняет проводку и заставляет продумывать всё до мелочей сразу. С использованием реле всё просто: вы просто назначаете в системе, какими группами света управлять с этого выключателя, а самое главное — это всегда можно потом поменять.

Сценарные выключатели. В современном жилье очень много групп света. Особенно это заметно там, где ремонт делали по дизайн-проекту. Без системы автоматизации управление такими группами превращается в кошмар: большие пианино из выключателей на стенах, назначение которых надо заучивать наизусть.

А ведь на самом деле почти нет жизненных ситуаций, когда надо управлять каждой группой светильников отдельно, зато есть понятные сценарии: ужин, романтика, выключить всё и т.п.

Эти сценарии можно запрограммировать в систему автоматизации и включать их голосом, по времени суток или с одного-двух локальных выключателей. Например, я довольно часто встречаю два режима: включено/выключено всё — одно нажатие; приглушённый свет — долгое нажатие.

Эффект присутствия. Например, у вас загородный дом и вы там бываете крайне редко — брошенный дом заветное лакомство местных воришек. Автоматическое включение/выключение освещения в комнатах создаёт эффект присутствия людей, чем вводит в заблуждение потенциальных злоумышленников. Ещё вместе со светом обычно включают радио, музыку или телевизор.

Используемые в наших модулях реле выдерживают пусковой ток до 80 А, что важно при управлении светодиодным освещением. Дело в том, что в светодиодной лампе стоит блок питания с большим конденсатором на входе, который при включении заряжается, что и приводит к большому пусковому току. Подробнее мы рассказывали в статье О реле замолвим мы слово.

Реле в подрозетнике

В подрозетник с выключателем заходит фаза и провод к светильнику — это классическая разводка электрики по квартире. Дополнительно в этот же подрозетник заводят шину RS-485 и ставят реле WB-MRM2-mini. Подрозетник надо выбрать поглубже — модуль помещается чуть под углом.

Выключатель замыкает вход реле, которое включает светильник или группу светильников. Всё это работает автономно без контроллера.

Но вместе с тем, контроллер понимает, какой вход реле был замкнут и как именно: один раз, два раза или пользователь долго держал кнопку, — и может обработать эту команду в сценариях. 

По желанию можно отключить прямую реакцию реле на выключатель, то есть пока есть связь с контроллером — управлять светом только по сценариям, а в случае аварии — управлять локально с выключателей. Это возможно благодаря безопасному режиму во всех модулях реле Wiren Board.

В подрозетник установлено реле WB-MRM2-mini, которое управляет освещением и передаёт информацию о нажатиях на контроллер для использования в сценариях

В подрозетнике только модуль входов

Альтернатива — в подрозетник заходит только шина RS-485, туда же подключается модуль входов WB-M1W2, а компактное реле без входов WB-MR6CU ставится в щит, куда приходят провода от светильников. 

В этом случае управление освещением лежит полностью на скриптах автоматизации в контроллере: он получает команды пользователя и включает нужные группы света. Так как реле без входов, то в аварийном режиме невозможно прямое управления с выключателя, но можно настроить какое-то специальное состояние реле, например включить какую-то группу аварийного освещения.

Реле в щите

Это классический способ подключения освещения к системе автоматизации — кабель от каждой группы и выключателей светильников идёт в щит.

В щите обычно ставится многоканальный модуль реле WB-MR6C v.2, к выходам которого подключаются группы освещения, а к входам — выключатели.

Модуль может работать автономно, управляя освещением по командам пользователя с выключателей, а также в составе системы автоматизации — это позволяет реализовать любые сценарии использования.

При автономной работе пользователь может настроить модуль на управления любыми выходами от любых входов, например управлять с одного выключателя разными группами светильников или с нескольких выключателей одной группой.

Также без проблем можно комбинировать локальное управление со входов и удалённое с помощью сценариев автоматизации, работающих в контроллере Wiren Board.

Умная электрика без контроллера

Не всегда задачи гибкого управления освещением требуют целой системы автоматизации. Например, у вас небольшая квартира-студия и вам надо из любой точки квартиры управлять любой группой света.

В классической схеме вы бы ставили несколько проходных выключателей, хитроумно соединяя их. Мы же предлагаем использовать модуль реле WB-MR6C v.3 с автономным питанием.

Модуль реле занимает в щите три модуля, питается от 230 В переменного тока и позволяет управлять шестью группами света с семи выключателей.

Вы можете запрограммировать в модуле нужное вам поведение, притом любой вход может управлять любым выходом или сразу несколькими. Сценарии могут самыми разными, например короткое нажатие на выключатель зажжет/погасит свет в гостиной зоне, двойное в бра, а длинное — погасит в студии весь свет.

Диммирование ламп

Если вы решили диммировать освещение в квартире, то важно знать нюанс — обычные недорогие светодиодные лампы при диммировании мерцают и греются, нужно использовать специальные диммируемые, что сокращает ассортимент доступных ламп и повышает затраты на эксплуатацию.

WB-MDM3 позволяет подключить до трёх групп освещения мощностью до 300 Вт каждая. При автономной работе модулем можно управлять с выключателей без фиксации, а при работе в составе системы автоматизации — из интерфейса системы или с помощью сценариев.

Альтернативное решение — применение компактных беспроводных диммеров с Zigbee или Z-Wave, которые размещаются в подрозетник и управляются контроллером «по воздуху».

Диммирование светодиодных лент

Последнее время всё чаще в дизайн-проектах встречается светодиодная подсветка, которую используют как фоновое освещение для создания атмосферы.

Есть много видов светодиодных лент: цветные (RGB, RGB+W), жёлто-белые (CCT) или белые (W). Для управления лентами нужно специальное устройство — диммер светодиодных лент.

Мы предлагаем использовать WB-LED — это четырёхканальный универсальный диммер с 11 режимами работы и прямым управлением со входов.

Диммер устанавливают в шкаф с блоками питания для лент, он может работать с лентами до 48 В и выдавать ток до 5 А на канал. Если этого мало — есть усилитель WB-AMPLED, который обеспечивает до 10 А на канал.

Типов светодиодных лент много, схемы подключения разные — я лишь приведу картинку из документации на диммер.

Из особенностей — надо правильно выбирать сечение жил кабеля для подключения лент. При прокладке кабелей к разным лентам старайтесь не располагать их рядом, так как возможны взаимные наводки. Нередко проблемы возникают от незаземлённого профиля, на которые монтируются ленты (что является нарушением требований ПУЭ) — некоторые светодиоды ленты в выключенном состоянии слабо светятся.

Всё это подробно описано в документации на диммер.

Шторы

Это может быть не совсем очевидно, но шторы — это часть системы освещения, а иногда и отопления. Поэтому об автоматизации штор стоит хотя бы подумать.

Сценарии из практики:

• Автоматически закрывать/открывать шторы по времени суток или отъезде/приезде хозяев.

• Снижать нагрев комнат в летнее время за счёт закрытия штор с солнечной стороны здания.

• Управление освещением: пока освещённости хватает, шторы открыты и комнату заливает солнечный свет. Как только освещённость падает ниже определённого уровня — шторы закрываются и включается верхний свет.

• Сценарий «Кино»: по одной кнопке или голосовой команде закрываются шторы, выключается свет и включается телевизор или проектор с любимой подборкой фильмов.

По шине RS-485

Управление по шине RS-485 — самый гибкий способ управления по проводам. Можно не только открывать и закрывать шторы, но и приоткрывать их на определённый процент, а также получать текущее положение. Знать положение шторы может быть полезно, если пользователь комбинирует управление с пульта или ручное с автоматическим.

Софт контроллера Wiren Board поддерживает некоторые протоколы производителей приводов, поэтому интеграция с поддерживаемыми моторами происходит бесшовно: подключаете мотор и мышкой в веб-интерфейсе выбираете шаблон, указываете параметры подключения. Сегодня поддерживаются шторы производителей Akko, Dooya, WinDeco, Somfy, SunFlower, список постепенно пополняется.

Важный нюанс — часто параметры порта RS-485 приводов штор жестко заданы 9600N1, а внутри шины используется свой протокол . Поэтому, чтобы шторы не мешали быстрой работе остальных Modbus модулей,  рекомендуем выделить для них отдельную шину, которая может идти поверх свободных пар проводов в общем кабеле шины RS-485 с Modbus RTU.

Фазное

Исторически сложилось, что это самый популярный способ управления приводом штор — коммутируются обмотки привода, что заставляет его вращаться в одну или другую сторону.

К мотору подключают рабочий ноль N и защитное заземление PE, а фаза L подаётся на один из проводов направления: закрыть или открыть.

Здесь важно исключить одновременную подачу фазы на оба управляющих провода — привод штор просто сгорит. Поэтому для управления используется специальный модуль WBIO-DO-R10R-4, который ставится в щите. Этот способ не очень вяжется с концепцией «меньше проводов», но как пример, показать его нужно.

Сухой контакт

Способ чем-то похож на фазное управление, но вместо специального модуля используется компактное реле WB-MRM2-mini v.2, а вместо подачи фазы на один из двух проводов направления мы замыкаем специальные выходы типа «сухой контакт» на общий провод GND.

К приводу штор подключаются провода фазы L, рабочий ноль N и защитное заземление PE. Замыкая с помощью модуля реле один из контактов Открыть и Закрыть на общий провод GND, выбираем направление движения шторы.

Аналогично можно управлять приводом, если реле стоит в щите, для этого вам понадобится пятипроводной кабель, идущий от шторы в щит.

Беспроводные шторы

Если провода для штор протянуть затруднительно, можно воспользоваться беспроводным вариантом управления по протоколам Zigbee или Z-Wave. Именно такой способ выбрал интегратор для проекта автоматизации модульного дома из статьи Купил, привез, поставил: экскурсия по модульному умному дому.

Для этого понадобится установить в контроллер Wiren Board один из радиомодулей с нужным протоколом и соответствующее программное обеспечение. Конечно, кроме наших встраиваемых модулей, можно использовать USB-стики других производителей.

Всё, что потребуется протянуть — это провод с напряжением 230 В переменного тока для питания.

Вытяжка

Про построения «взрослой» системы вентиляции у нас есть серия статей Управление вентиляцией: собираем, интегрируем, экономим, а про подключение готовой установки с Modbus — Автоматизируем вентиляцию в квартире площадью 200 м²: бюджет не ограничен. 

Здесь же я буду говорить о вытяжке в санузле или на кухне. Видел много квартир в новостройках с классической электрикой, где вентилятор вытяжки в санузле подключен в параллель освещению, и получается, что работает он только, когда включен свет. Это неудобно: принял душ, выключил свет и вся влага осталась в помещении.

Есть мнение, что вентилятор вытяжки в санузле не надо выключать никогда — такой подход имеет право на жизнь, там есть понятные аргументы, но мы тут про управление, поэтому не буду приводить доводы за или против. Вы сами решите, надо вам управлять вентилятором как-то или нет.

Классический сценарий, который используют интеграторы, — управление вытяжкой по датчику влажности. Ещё бывает управление по таймеру: включили свет, включается вытяжка, выключили свет — через несколько минут вытяжка сама выключается. Выключение по таймеру часто встречаю в гостиницах.

Управление через реле

Рядом с местом размещения вентилятора ставим подрозетник, куда заводим фазу L, рабочий ноль N, защитный проводник PE, шину RS-485 и реле WB-MRM2-mini. В комнате ставим датчик климата WB-MSW v.4 и подключаем к шине RS-485, которая проходит через всю квартиру.

Если вы строите систему централизованным способом — вам потребуется кабель с тремя проводами из щита к месту установки вентилятора.

Контроллер получает показания и состояние от выключателя освещения. Далее по заложенному сценарию: включает вытяжку при повышенной влажности или вытяжка начинает работать при зажженном  свете, а отключается по таймеру. Можно комбинировать оба сценария: реагировать на включение света, движение или поддерживать нужный уровень влажности. 

Также можно подключить к входам реле выключатель и управлять вытяжкой вручную. Наличие безопасного режима добавляет гибкости: можно при потере связи с контроллером держать вентилятор включённым и/или передавать управление на локальный выключатель.

По аналогии можно придумать сценарии и интегрировать в общую систему автоматизации и вытяжку над плитой на кухне.

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 самодельщик 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 о софте для нашего контроллера я расскажу в одной из следующих статей, а пока несколько скриншотов.

Ещё скриншоты веб-интерфейса контролера

Скриншоты стороннего ПО

Заключение

В статье я рассказал о принципах построения системы автоматизации на оборудовании Wiren Board. Показал разные подходы и примеры схем подключения инженерных систем к контроллеру Wiren Board.

Читайте наш блог на Хабре, статьи по подбору у нас на сайте, а также смотрите обзоры и рассказы о внедрении от наших партнёров и пользователей. Вступайте в нашу Телеграм-группу Wiren Board — это неформальный чатик сообщества.

Если есть вопросы, пишите комментарии — я и мои коллеги с удовольствием ответим на них. Пожелания тоже оставляйте — они лягут в основу будущих статей.

Приходите к нам работать — прямо сейчас мы ищем инженеров техподдержки и инженера-электронщика, ещё нам нужен технический писатель в отдел документирования — если любите писать технические статьи и инструкции, напишите мне в личку, я обо всём расскажу.