Автоматизация квартиры

Предыстория

Давняя мечта об автоматизации квартиры начала свое превращение в реальность с покупки квартиры в новостройке. Уже на этапе планирования ремонта вырисовались основные требования к инженерным сетям:

1. гибкое управление освещением, водоснабжением, вентиляцией, отоплением и силовыми нагрузками;
2. возможность реализации сценариев;
3. удаленное управление и оповещение;
4. централизованное отключение всего освещения;
5. централизованное отключение неприоритетных нагрузок и водоснабжения;
6. в перспективе – возможность голосового управления.

Электрика

Так как для меня наиболее надежным вариантом управления является проводная схема, реализацию идеи было решено начать с переделки электрики.

По проекту застройщика, все нагрузки были поделены на 4 группы:

• котел;
• освещение;
• розетки кухни и коридора;
• всё остальное.

Вся модульная автоматика была расположена в этажном щите, в квартиру заходили 4 кабеля – 2 3х2,5 мм2 и 2 3х1,5 мм2, что не соответствовало моим потребностям. Было принято решение о перетяжке кабеля от этажного щита и переносе распределительного щита непосредственно в квартиру. В результате в этажном щите остался счетчик и вводной автоматической выключатель на 40А, далее кабель 3х6 мм2 до квартирного щита.

При проектировании квартирного щита учитывались следующие требования:

• защита от перенапряжений;
• приоритетная (неотключаемая) нагрузка;
• неприоритетная (отключаемая) нагрузка;
• дифференциальная защита на «опасных» группах (все, что эксплуатируется во влажных помещениях, все что связано с водой и все, до чего могут дотянуться дети).

В итоге вырисовалась следующая схема:


Все нагрузки были поделены на отключаемую и неотключаемую группы. К неотключаемой группе относятся: питание холодильника, котла, слаботочного шкафа и контроллера. Отключаемая группа, к которой относятся все остальные нагрузки, запитана через общий автоматический выключатель и контактор, который будет управляться сигналами с контроллера, также с контактора в контроллер будем забирать сигнал состояния.

Для размещения всей необходимой модульной автоматики был выбран встраиваемый щит на 72 модуля (как впоследствии выяснилось – места в щите много не бывает).

Начался процесс полной переделки электрики внутри квартиры. Из особенностей – кабельные трассы от всех источников освещения и выключателей были заведены непосредственно в квартирный щит.

Автоматика

В силу того, что в своей практике приходилось сталкиваться с промышленной автоматикой, в качестве устройства управления рассматривались разные варианты ПЛК и ПЛР от Siemens, ABB, Schneider-Electric, Овен и т.д. В итоге выбор пал на программируемое логическое реле ONI PLR (PLR-S-CPU-1004R-AC-BE, далее, для краткости – контроллер). Почему именно так:

• встроенная шина RS-485 с поддержкой протокола Modbus;
• дискретные выходы, реализованные в виде 3-х и 10-ти амперных реле;
• питание от 220В;
• компактные размеры;
• форм-фактор для установки на DIN-рейку;
• наличие экрана и органов управления непосредственно на корпусе;
• цена.

Так как 10 дискретных входов и 4 релейных выходов было недостаточно, в дополнение к основному блоку, было выбрано два модуля расширения по 8 дискретных входов, 4 релейных выхода 3А, 4 релейных выхода 10А. Разработка под данное реле ведется с использование языка функциональных диаграмм (FBD).

Водоснабжение

Водоснабжение квартиры застройщик реализовал таким образом, что в квартире находятся 3 стояка холодной воды. Т.к. горячая вода готовится в газовом котле, то для полного отключения воды, например в ванной комнате, необходимо перекрыть как стояк в ванной, так и стояк на кухне, от которого питается котел. Исходя из этого, для управления подачей воды и в качестве системы защиты от протечек были приобретены 3 комплекта Гидролок (приводы с автономным питанием и датчики), которые имеют возможности объединения в единую систему, централизованного внешнего управления, а также съема сигнала о срабатывании датчиков протечки. К месту установки каждого привода от квартирного щита был подведен кабель STP.

Установленный шаровый кран с приводом:

Выбор ПО управления

Т.к. являюсь пользователем различных гаджетов компании Samsung, в качестве программной платформы для управления решил остановиться на ПО SmartThings, которое поддерживает интеграцию через облачный коннектор. Для стыковки ONI PLR со SmartThings Cloud потребуется разработать OPC-сервер и CloudConnector.

На перспективу запланирована интеграция с GSM-модемом в качестве резервного канала управления, а также для аварийного оповещения о внештатных ситуациях.

В итоге вырисовалась следующая схема взаимодействия компонентов системы:

Реализация

Самой большой проблемой на данном этапе была поставка комплектующих, т.к. начало работ совпало с началом периода самоизоляции. И так как время на ремонт квартиры было весьма ограничено, всю начинку для щита пришлось собирать по 5 поставщикам.

Все необходимые кабели были раскинуты по квартире, заведены в щит и соответствующим образом промаркированы. Промежуточный результат можно увидеть на фото ниже:


Для реализации возможности привычного управления освещением непосредственно из комнат, были использованы стандартные одноклавишные и двухклавишные выключатели с нефиксируемым положением.

Подключение выключателей и нагрузок к контроллеру осуществлялось по следующей схеме:



Выключатели:


В процессе пуско-наладки контроллера и отладки ПО были замечены странные задержки в 0,5 — 1 секунду при включении/отключении релейных выходов, находящихся в модулях расширения. Проблема оказалась весьма банальной – невнимательное изучение мануалов. Перед подключением необходимо было выставить DIP-переключателями адреса для модулей расширения, как только это было сделано, контроллер заработал как часы.

В настоящее время собранный щит в интерьере выглядит следующим образом:


На текущий момент реализованы следующие функции:

• управление освещением с выключателей, для ряда помещений – из нескольких мест;
• простые сценарии с автоматическим включением вентиляции в помещениях с повышенной влажностью (пока без соответствующих датчиков, только на основании типовых поведенческих сценариев, исходя из времени нахождения людей в помещениях);
• общее отключение освещения (отдельный выключатель);
• принудительное отключение водоснабжения;
• отключение водоснабжения при намокании датчиков.

В ближайших планах реализация взаимодействия с экосистемой SmartThings, реализация более сложных сценариев работы. На текущий момент завершаются отделочные работы, реализация программной части проекта запланирована после переезда.

UPD: 14.06.2020

Как и обещал в комментариях, выкладываю однопроводную схему щита: