Теги: EasyHomePLC, автоматизація, розумний будинок

Зміст

  • Контролер EasyHomePLC
  • Датчики
  • Виконавчі пристрої
  • GSM-модем
  • Сенсорна панель
  • Підключення та початок роботи з системою
  • Висновок

Раніше на нашому ресурсі ми розглядали переважно розподілені системи автоматизації. Звичайна схема в цьому випадку виглядає так: центральний контролер плюс різні датчики та виконавчі пристрої «на місцях». Зв’язок між елементами здійснюється по кабелях (наприклад, KNX) або без проводів (зокрема, Z-Wave). Перевагами таких рішень є масштабованість, гнучкість вибору та зміни конфігурації, часткова незалежність елементів (при виході з ладу датчика, все інше продовжить працювати). Бездротовий варіанті є також істотний плюс — можливість побудови системи автоматизації без прокладання нових кабелів і ремонту. Основний недолік безпосередньо випливає з переваг — наявність відносно складних «мізків» в елементах системи відображається в їх вартості. Крім того, особливо варто записати обмежений, в порівнянні з «звичайним» сегментом електровстановлювальне обладнання, асортимент компонентів (наприклад, сенсорів або вимикачів), хоча, справедливості заради, це рідко є проблемою.

Іншим варіантом системи є схема з центральним контролером. В цьому випадку всі обчислювальні та виконавчі елементи знаходяться в одному пристрої — контролері. Управління він здійснює через звичайні реле, а збирає інформацію з простих датчиків без власних мікроконтролерів. В результаті вартість проекту зазвичай виходить істотно нижче. Можна використовувати будь-які вимикачі, джерела світла, жалюзі і т. п. Крім того, у такій системі при необхідності можна замінити і сам контролер на іншу модель, оскільки його зовнішні інтерфейси стандартні. Основним мінусом рішення є необхідність прокладки окремих кабелів від кожного керованого або керуючого елемента до місця установки контролера. Зрозуміло, що це можливо тільки на етапі будівництва або з серйозним ремонтом. Ще один момент, який потрібно враховувати, — можливі втрати або спотворення деяких сигналів при великій довжині кабелю або неправильної прокладці.

Звичайно, не можна однозначно говорити про те, що один з підходів є правильним, найкращим, оптимальним, вигідним і так далі. Вибір буде залежати переважно від вимог і можливостей користувача.

У цьому матеріалі ми познайомимося з однією з реалізацій центральної системи. В даному випадку її ключовим елементом буде виступати програмований логічний контролер (ПЛК, PLC) EasyHomePLC. Це відносно недорогий пристрій випускається вітчизняною компанією і орієнтоване на роботу з програмним забезпеченням EasyHome. При цьому операції низького рівня програмування в даному продукті сховані від користувача і йому для налаштування алгоритмів роботи надаються зручні графічні інтерфейси, що дозволяє самостійно програмувати і перепрограмувати продукт безпосередньо кінцевим споживачем без залучення фахівців.

Рішення поставляється як у вигляді компонентів, так і як готові комплекти для реалізації найбільш затребуваних сценаріїв, наприклад управління температурою в квартирі.

Продукт розрахований на установку самими користувачами і інсталяторами, в тому числі і без спеціальної підготовки. Зараз, за інформацією від виробника, на першу групу припадає більше половини продажів.

Оскільки з подібним обладнанням ми зустрічаємося в перший раз, то матеріал поділено на дві частини — в першій ми опишемо обладнання, його можливості і підключення, а друга буде присвячена безпосередньо програмування схем, алгоритмів і користувальницьких інтерфейсів.

Контролер EasyHomePLC

Пристрій виконаний у форматі для установки на стандартну DIN-рейку в електрощит, як і інші аналогічні продукти, і займає на ній дев’ять місць (габаритні розміри 160×57×90 мм). Однак для підключення кабелю локальної мережі потрібно додатковий простір ліворуч. Зовнішній корпус виготовлений з сірого пластику. На верхній панелі наводиться інформація про пристрої, а також є логотипи виробника і значки сумісних з фірмовим додатком операційних систем.

І зверху і знизу знаходяться колодки для підключення кабелів виконавчих пристроїв, датчиків, інтерфейсів та іншого обладнання. Всі вони підписані, так що розібратися буде нескладно. Однією з основних характеристик контролерів на базі ПЛК є набір передбачених виробником входів і виходів. Він повинен відповідати розробленим проектом автоматизації та/або забезпечувати можливості розширення.

У контролері EasyHomePLC передбачені наступні входи і виходи:

  • 9 реле бистабильного типу, максимальний струм 16 А;
  • 9 виходів на транзисторних ключах (до 60 мА);
  • 32 входу для бінарних датчиків;
  • 16 аналогових входів від датчиків 0..10 В (суміщені з цифровими входами);
  • вихід 12 В 250 мА для живлення датчиків;
  • 6 каналів ШИМ з власним живленням 5..32 до 1,4 А кожен;
  • два інтерфейсу RS-485;
  • два інтерфейсу RS-232 (5);
  • один порт для підключення до локальної мережі (100 Мбіт/с);
  • окремий вхід живлення контролера DC 18..27 Ст.

Більшість портів мають світлодіодні індикатори, що спрощує настройку і діагностику. Вбудовані реле зібрані в три групи по три і для кожної передбачені окремі входи. Так що можна комутувати не тільки 220 В, але і інші напруги при наявності зовнішніх блоків живлення. Зазначимо лише що вхідні клеми третього блоку поєднані із входом вбудованого блоку живлення самого контролера.

За інформацією виробника, в контролері використовується процесор з архітектурою Cortex M4F виробництва TI, що працює на частоті 120 МГц. Споживання самого контролера заявлено на рівні 3 Вт і забезпечується або подачею зовнішнього постійної напруги або через вбудований блок живлення від мережі 220 В.

У базовому комплекті з контролером додатково йде флеш-накопичувач з програмним забезпеченням та документацією та дві клемні колодки Wago на десять ліній кожна для установки на DIN-рейку, що частково компенсує обмежене число контактів живлення і землі на самому контролері.

Шкода тільки, що деяка електронна документація відформатовано для друку в портретному режимі, більш зручно, на наш погляд, використовувати ландшафтний. Його і з екрану читати зручніше, та й повернути папір не складно.

На перший погляд, контролер не має більше ніяких органів управління. Однак насправді верхню кришку корпусу можна зняти і таким чином отримати доступ до кнопок скидання (мережевих налаштувань та конфігурації в цілому), перемикачів і порту USB для оновлення прошивки пристрою. Правда друкована плата з-за наявності великої кількості перемичок виглядає дещо схожою на налагоджувальний продукт, ніж на закінчене рішення. Хоча звичайно на працездатність це не впливає.

Датчики

Для підключення зовнішніх датчиків, що застосовуються цифрові і аналогові входи. Нагадаємо, що всі датчики повинні підключатися безпосередньо до контролера, кожен своїм кабелем на свій вхідний порт. Одним з найбільш поширених в автоматизації є датчик руху. В даному випадку можна використовувати будь-які моделі від стандартних охоронних систем з живленням 12 В і вбудованим реле на замикання. При бажанні можна підключити до контролера і кнопку відкриття корпусу датчика. У даному тестуванні використовувалася модель FP0572 компанії Pyronix.


Другий поширений сенсор — датчик температури. Спеціально для контролерів даного типу компанія пропонує власну лінійку, доступну в різних конфігураціях. В ній застосовується єдина друкована плата, розрахована на обслуговування до трьох сенсорів у різних поєднаннях.



Зокрема, це можуть бути температури (від одного до трьох сенсорів, в тому числі виносні, наприклад, для підлоги, вулиці або спеціальних приміщень), вологість (один на платі) і освітленості (теж один на платі). Датчик вимагає живлення 12 В і має на платі мікросхему операційного підсилювача та інші компоненти.

Сценарій захисту від протікання може бути цікавий і в міській квартирі, і в заміському будинку. Для ефективної його реалізації необхідно мати не тільки датчик протікання, але і керований кран для блокування подачі води з стояка. Враховуючи, що сенсор явно зазвичай буде стояти на значній відстані від контролера, використання електронної схеми з дискретним сигналом тут цілком виправдано.

В даному випадку використовувалася модель «Альянс «Комплексна безпека». Датчик має компактний корпус (захист рівня IP55) з парою електродів з нержавіючої сталі. Розташувати його потрібно в безпосередній близькості від підлоги або прямо на підлозі.

У загальному випадку, максимальна дальність установки датчиків залежить від їх типу і наявності перешкод. Продуктивно заявляє, що для цифрових сенсорів можна використовувати і кілька сотень метрів.

Виконавчі пристрої

На додаток до вбудованим в контролер реле, виробник пропонує модуль для додавання ще дев’яти таких же реле на 16 А через інтерфейс розширення (цифрові виходи транзисторних ключів).

Відповідний блок виконаний в аналогічному контролеру корпусі. Порти підключення також аналогічні — три незалежних блоку з власним живленням по три реле.

Підключається блок звичайним плоским кабелем, що йдуть в комплекті поставки.

Для тестування також використовувався зовнішній керований диммер Finder 15.11, який приймає на вхід аналоговий сигнал від 0 до 10 В та в відповідності з ним регулює навантаження мережі живлення 220 Ст. Дана модель підтримує роботу з лампами розжарювання до 400 Вт, а також зі світлодіодними і люмінесцентними лампами до 100 Вт.

На корпусі передбачений перемикач режиму, індикаторний світлодіод і регулятор мінімального рівня керування яскравістю. Для підключення пристрою до виходів контролера з ШІМ потрібна додаткова RC-ланцюжок.

У загальному випадку, реле і диммер покривають більшість поширених сценаріїв управління в системах автоматизації. Зокрема, реле і може комутувати не тільки світло, але і жалюзі, вентилятори, ворота, крани, тепла підлога та інше «просте» обладнання.

GSM-модем

Оскільки сам контролер працює з локальною мережею, в загальному випадку зазвичай можна реалізувати взаємодію з ним з будь-якої точки світу, де є доступ до інтернету (не забуваючи про безпеку звичайно). Але часто є необхідність забезпечити і резервний канал або ж контроль віддаленого об’єкта, де немає підключення до інтернету. У цій ситуації найбільш простим варіантом буде GSM-модем. Розглянутий контролер має штатну підтримку подібного обладнання по стандартному послідовному інтерфейсу. Зокрема, у тестуванні використовувався модем iRZ MC52iT.

Він виконаний у вигляді компактного блоку з декількома роз’ємами — харчування, послідовний порт, вхід зовнішньої антени, порт для гарнітури. Всі необхідні кабелі йдуть в комплекті поставки.

Повнорозмірна SIM-карта встановлюється в лоток. Передбачено тільки один індикатор стану. Модем підтримує роботу в мережах другого покоління, відправку і передачу SMS, а також підключення до інтернету через GPRS.

Сенсорна панель

Незважаючи на те, що дане обладнання прекрасно працює з звичайними вимикачами, часто споживачам потрібні більш сучасні пристрої контролю з розширеними можливостями. Так що в асортименті продуктів компанії присутні і спеціальні сенсорні панелі, які здатні виконувати не тільки функції управління, але і відображати дані з контролера, наприклад, поточну температуру.

У лінійку входять моделі з екранами різних розмірів. В даній публікації використовується пристрій з діагоналлю 2,8″. Зараз ця версія вже не продається, але для ілюстрації можливостей вона, звичайно, підійде. Крім того, є і панель з екраном до 17″. Також при необхідності ви можете використовувати будь-планшет з встановленою програмою EasyHome, так що за фактом додати зручне сенсорне управління і дисплей праці не складає.

Розглянута панель виконана у форматі для установки в прямокутний підрозетник з габаритними розмірами 10×6 сантиметрів. Для її роботи потрібно підвести живлення 5 В (приблизно 1 Вт), а спілкування з контролером здійснюється через бездротову мережу в діапазоні 2,4 ГГц (одна антена, максимальна швидкість підключення 65 Мбіт/с).

Глибина самої панелі — близько 15 мм, так що в більшості випадків можна буде вмістити в коробці, блок живлення. Кріплення панелі до коробки здійснюється з використанням спеціальної рамки та двох магнітів, що досить зручно.

Зовнішні розміри даної модифікації складають 8×12 сантиметрів. Екран займає приблизно 4,5×6 див. Він має дозвіл 240×320 крапок, TN-матрицю і резистивний сенсор. Орієнтація панелі може бути тільки вертикальна. Так що, звичайно, більш цікаво і красиво використовувати смартфони або планшети, але для них треба буде придумати зручне кріплення.

Налаштування підключення панелі здійснюється вбудованим в неї графічним меню. Панель може працювати тільки з одним контролером. Через конструкції панелі, зокрема металевої рамки, якість бездротового зв’язку невелика. З хорошим роутером на шести метрах через одну некапитальную стіну рівень сигналу вже мінімальний. За деякими ознаками, панель використовує апаратну платформу ESP. Для оновлення вбудованої прошивки на панелі передбачений слот для карти пам’яті microSD.

На панелі користувач може запрограмувати кілька сторінок з текстовою і графічною інформацією, на кожній розмістити кнопки або відображати дані з контролера. Для такої діагоналі розумне число кнопок на одному екрані — до дев’яти. Передбачено регулювання яскравості і сплячий режим з вимкненням екрану. Відзначимо, що якщо необхідно, то розробники виробника за спеціальним запитом можуть створити і інший варіант інтерфейсу.

Підключення та початок роботи з системою

Перед конфігурацією контролера варто підготувати схему підключень, передбачити необхідні датчики і виконавчі пристрої, продумати алгоритми взаємодії елементів системи. Ці питання виходять за рамки статті, оскільки нас більше цікавить, що ж у цілому можна зробити на базі цього контролера і наскільки це зручно.

При підключенні пристроїв до контролера варто врахувати, що коннектори для низьковольтних комунікацій дуже дрібні. Так що, по-перше потрібна відповідна викрутка, а по-друге варто передбачити загальні зовнішні шини для землі і харчування для датчиків, оскільки на самому контролері штатно є тільки одна земля і два виходи живлення (частково це питання вирішується комплектними клемниками Wago). Крім того, якщо проводка використовувала з якоїсь причини товсті проводи (наприклад, для вимикачів), треба буде якось їх перевести на тонкі для введення в контролер. І, звичайно, якщо робити все правильно з самого початку, варто використовувати екрановану виту пару. Оскільки вона має багато жив, зручно поєднувати в одному місці клавішні вимикачі, наприклад, датчики температури.

Мінімальний для роботи набір підключень контролера включає в себе харчування і власне датчики і виконавчі пристрої. Але звичайно варто підключити і порт локальної мережі, що дозволить програмувати пристрій, а також забезпечити його оперативне управління по мережі, в тому числі і з описаною вище сенсорної панелі. Харчування, нагадаємо, може бути як від 220 В, так від джерела постійного струму.

В локальній мережі контролер вміє використовувати тільки постійна адреса, отримання його по DHCP не підтримується. При необхідності зміни адреси потрібно спочатку підключитися до старого. Можливо, для цього буде потрібно тимчасово поміняти адресу комп’ютера.

Звернемо увагу, що мережеві комунікації з контролером, для яких застосовується протокол ModbusTCP, захищені на мінімальному рівні — паролем доступу за замовчуванням, який прописаний в контролері і в програмі, а довжина його складає два байти. Тобто будь-який пристрій в локальній мережі, на якому запущена програма, а в ній вказаний мережевий адресу контролера, може зробити з ним все, що завгодно, якщо цей пароль не змінено установником. Додатково в контролері можна прописати фільтр для MAC-адрес пристроїв, з якими він буде працювати. На жаль, в документації цьому питанню не приділяється належної уваги. На наш погляд, це досить серйозна проблема, з якою виробнику необхідно розібратися, як можна швидше, особливо якщо він розраховує на використання пристрою на масовому ринку. Звичайно, можна сказати, що питання перекладається на плечі самого користувача — що б він сам забезпечив наявність локальної мережі авторизованих пристроїв, відсутність «зловредів» на комп’ютерах тощо, це явно не додає привабливості продукту.

Далі виробник рекомендує скористатися інженерним інтерфейсом комплектної програми EasyHome, доступною тільки для операційних систем сімейства Windows. Інтерфейс утиліти, чесно кажучи, коментувати не хочеться.

Думаємо, що по скріншотам можна скласти про нього своє власне враження, і малоймовірно, що воно буде позитивним. Але плюси треба записати можливість створення власного дизайну всіх елементів в інтерфейсі, з якими буде мати справу споживач.

У нашому випадку програма шукала контролер не на тій адресі, який в ньому використовувався за замовчуванням, що неприємно. Так що довелося витратити ще трохи часу на розбір цієї ситуації.

На щастя, це виявилося відносно нескладно (враховуючи, що в тестовій локальної мережі застосовується інша адресація) і в результаті ми отримали підключення програми до контролера в штатному режимі. До речі, що стосується дистанційного керування, то в даній системі немає для цього ніяких спеціальних сервісів. Виробник рекомендує тільки загальний варіант — підключення через роутер з білим адресою з пробросом порту або VPN для доступу клієнта в локальну мережу з контролером. Враховуючи, що жодних паролів користувачів-прав для доступу до контролеру ні, перший варіант використовувати сьогодні просто протипоказано.

Аналогові і цифрові датчики підключаються до відповідних входів. Для більшості з них потрібно також харчування, яке можна взяти від вбудованого в контролер блоку.

З підключенням навантаження до реле проблем немає. Якщо застосовується живлення контролера від 220 В, то перші три реле також будуть комутувати це напруга. Другий і третій більш універсальні, оскільки мають незалежні входи. Зауважимо, що всі реле працюють тільки на включення (замикання), але це не дуже критично, оскільки в контролері є можливість на кожному порту використовувати інверсію. Але сценарії перемикання на штатних реле вже не реалізувати. У цьому випадку буде потрібно встановити додаткові зовнішні реле і керувати ними від вбудованих або через цифрові виходи контролера (або витратити два внутрішніх реле, встановивши один з них в режим інверсії).

Для виходів з ШІМ передбачена подача незалежного живлення 5-32 В постійного струму, так що при необхідності можна мати до шести достатньо потужних споживачів з регулюванням яскравості. У разі, якщо навантаження має працювати від 220 В змінного струму, потрібно додати в схему керовані диммери і RC-ланцюжка для них. За замовчуванням частота ШІМ становить 100 Гц, при необхідності можна змінити її через налаштування регістрів контролера.

Модем підключається до одного з послідовних портів контролера. Харчування він теж може отримувати від його вбудованого блоку живлення, при цьому передбачена можливість перезавантаження модему по харчуванню, якщо контролер вирішить, що він не відповідає. Антену можна винести з щитка для забезпечення якісного зв’язку.

Що стосується інших зовнішніх пристроїв на RS-485 (зокрема, інтерфейсів для управління кондиціонерами і басейнами або зчитування показань електролічильника), то для роботи з ними на контролері потрібно явна підтримка конкретної моделі (драйвер). На момент підготовки матеріалу повного списку гарантовано працюють варіантів не було і для уточнення цієї інформації потрібно звертатися безпосередньо до виробника.

Сенсорна панель закріплюється в коробці на стіні або іншій вертикальної поверхні до неї підводиться харчування. Для налаштування підключення до бездротової мережі є вбудоване меню.



Пошук здійснюється автоматично, можливості підключення до прихованої мережі немає. Для введення паролю потрібно буде використовувати «телефонну клавіатуру, що не дуже зручно. Для підвищення надійності є можливість програмування додаткової бездротової мережі. Крім того, потрібно вказати IP-адресу контролера. При необхідності можна встановити в ручному режимі і адресу самої панелі.

Система може масштабуватися до десяти контролерів з одним головним (керуючим). За інформацією виробника, у цьому випадку затримки при проходженні сигналів не перевищують однієї секунди. При цьому протоколи зв’язку між контролерами закриті, як і код самих контролерів.

Треба тут зазначити наявність можливості оновлення прошивки самого контролера, в нових версіях якої виробник реалізує підтримку нових сценаріїв і алгоритмів автоматизації. При цьому операція формально доступна і підготовленим користувачам, але самі файли прошивки і необхідні утиліти відсутні у відкритому доступі, а надаються техпідтримкою. Процес здійснюється фірмовою утилітою при підключенні комп’ютера з Windows до внутрішнього USB-порту плати контролера. На час оновлення пристрій повинен бути видимий спеціальний режим і не виконує свої основні функції.

Ще однією корисною програмою є утиліта для доступу до вбудованої файлової системи контролера через локальну мережу. Вона також є тільки у версії для операційної системи Windows.

Програма дозволяє завантажувати двійкові дані конфігурації контролера з метою резервного копіювання, а також завантажувати їх назад. Крім того, саме через цю утиліту завантажуються текстові документи з повідомленнями для сервісу SMS-повідомлень.

Висновок

У даній статті ми познайомилися з одним із доступних на ринку варіантів контролера для побудови систем автоматизації на базі PLC, який реалізує схему з центральним управлінням. Питання плюсів і мінусів цієї схеми і порівняння її з іншими варіантами, обладнаними більш «розумними датчиками», безумовно, цікавий, але виходить за рамки матеріалу. У будь-якому випадку при виборі рішення потрібно враховувати безліч чинників, включаючи підготовку приміщення, вимоги щодо комунікацій, бюджету, плани розширення і багато іншого, так що однозначної універсальної відповіді тут бути не може.

Насамперед, варто озвучити вартість розглянутих продуктів. На момент підготовки статті контролер EasyHomePLC пропонувався за 40 тисяч рублів. При цьому в комплект входить ліцензія на використання програми EasyHome для необмеженого числа клієнтів при роботі з цим контролером. Що стосується додаткового обладнання, то наведемо ще кілька цифр для орієнтиру: модем — 11 600 руб., панель 2,8″ — 7200 руб., датчики температури/вологості/світла — від 2550 до 3900 руб., датчики руху — від 790 руб., датчик протечки — 850 руб., датчики витоку газу — 2270 руб., датчик диму — 2020 руб., блок реле — 13 750 руб., керований диммер — 4560 руб., кульовий кран — від 7400 руб. в залежності від діаметру труби. Нагадаємо ще раз, що в цьому контролері використовуються прості інтерфейси — цифрові і аналогові входи і виходи, так що питання сумісності не варто. Споживач може вибрати потрібне йому обладнання з дуже великого асортименту, представленого на ринку. З іншого боку, якщо хочеться чогось незвичайного, наприклад модем або сенсорну панель, то вартість вже складно назвати невисокою. У будь-якому випадку, проект потрібно оцінювати в комплексі з розробкою, обладнанням, монтажем, налагодженням та обслуговуванням, а орієнтуватися тільки на «залізо» некоректно. Але все-таки зауважимо, що порівняння з доступними на нашому ринку продуктами з бездротовим стандартом Z-Wave вже не дозволяє говорити про однозначну перевагу рішення з центральним контролером на базі PLC. Все буде залежати від особливостей та умов проекту.

Завдяки наявності великої кількості вбудованих входів і виходів, EasyHomePLC дозволяє створювати досить складні проекти автоматизації для квартир і невеликих об’єктів. З плюсів також треба відзначити наявність кількох послідовних інтерфейсів, канали ШІМ, масштабованість за кількістю контролерів в одній системі, можливість простого додавання дискретних каналів, підтримку модемів та інших зовнішніх пристроїв по різних інтерфейсах. З того, що не дуже сподобалося, насамперед відзначимо мале увагу розробників до безпеки. Мати незахищений доступ до управління контролером по мережі сьогодні просто протипоказано зі всіх точок зору незалежно від рівня проекту. Другий момент, який ускладнює знайомство з системою — незручний інтерфейс програми установки. Звичайно, добре, що вона дозволяє встановлювати велику кількість внутрішніх параметрів, однак відсутність чіткої і логічної документації дуже заплутує новачків.

У другій частині статті ми познайомимося з можливостями продукту при роботі зі сценаріями автоматизації і створенням користувальницьких інтерфейсів.