Розумний будинок на промисловому контролері ПЛК

Що таке ПЛК

Розподілена та центральна система

Входи та виходи контролера

Управління Розумним Будинком на ПЛК

Пишу не для програмістів і не для інженерів, а для кінцевих користувачів системи чи людей, які бажають розібратися у такій системі. Нюансів програмування, коду, алгоритмів роботи чи детальних схем підключення обладнання не буде. Будуть загальні принципи, нюанси збирання систем, монтажу кабельних трас та використання. Як приклад розглядаю контролери Овен (Україна) та Beckhoff (Німеччина), також мені дуже подобається EasyHomePLC, але є й багато інших виробників. Центральними системами також називаються системи не на промисловому контролері, а на програмованих реле, наприклад Овен ПР або Siemens Logo, X-Logic. У реле, що програмуються, набагато менший функціонал, зате в рази менше і вартість рішення.

Всі описані рішення багато разів перевірені на реальних об'єктах: квартирах та заміських будинках рівня від економ до «luxury».

Почнемо з того, що має на увазі «розумний будинок» в даному випадку.

Якщо ми говоримо про розумний будинок на промисловому контролері (далі писатимуПЛК — програмований логічний контролер ), то основна ідея — централізація управління. "Підключити до розумного будинку" передбачає підключення до ПЛК.

Спочатку розповім трохи про розподілену систему.Розподілена система - це не система на ПЛК. Це, скажімо так, конкурент. Точніше, альтернатива.

Розподілена (шинна) система - це широко відомі KNX/EIB, HDL, Clipsal, Crestron - досить довго існуючі та поширені по всьому світу системи. Це системи, заточені саме під Розумний Дім. ВиробникиGira, BTicino, Jung, ABB (хоча ABB та ПЛК випускає) та багато інших. Європейські виробники зі світовим ім'ям. Crestron – це США.

Актуатор - це пристрій, який щось запускає. Від слова act діяти. Це реле, диммер, модуль керування шторою, модуль керування будь-яким приводом. Усі актуатори також висять на шині, їх можна рознести по будинку.

Плюси розподіленої системи:

Простота розширюваності. Докуповуємо актуатори та гарні вимикачі, вішуємо на шину та налаштовуємо. Топологія шини може бути будь-якою. Головне, щоб кабель був протягнутий у потрібне місце.
Велика кількість виробників компонентів, можна вибирати зовнішній вигляд на свій смак, все працюватиме один з одним.
Висока надійність системи за якісних компонентів. Якщо раптом один актуатор чи вимикач відмовить, решта системи продовжуватиме працювати.

Мінус розподіленої системи:

Найголовніший мінус – ціна системи. У кожному вимикачі знаходиться процесор для спілкування з шиною та передачі/прийому команд, тому коштують вони досить багато. Вимикачі (звичайні, не сенсорні і без екрана) - від 150 євро, актуатори приблизно від 100 євро за вихід, димери від 200 євро за канал, блоки живлення шини від 350 євро (за всього 320 міліампер) і так далі. Будь-які дрібниці на зразок накладок, рамок, клавіш — дуже дорогі. Використовувати звичайні «класичні» вимикачі ми зможемо через спеціальний KNX-перехідник, який коштуватиме не менше спеціального knx-вимикача. Ціни я привів за обладнання Jung, є виробники дешевші, наприклад, HDL або Zennio.
Відповідно, датчики всіх типів також дуже дорогі. Рухи – від 200 євро, температури – запросто від 300 євро, метеостанція – 500євро. Підключити стандартні аналогові датчики температури або руху можна, але потрібні модулі введення аналогових сигналів.
Для програмування системи необхідно придбати програмне забезпечення, досить дороге. Називається ETS.

Центральна система- це система, в якій усім керує центральний контролер (ПЛК), дроти від усіх-всіх підключених пристроїв йдуть до контролера.

Датчики всіх типів підключаються до ПЛК, від кожного датчика окремий провід.

Плюси центральної системи

Ми можемо використовувати будь-які вимикачі, будь-які датчики температури, руху та всього іншого. Наслідок — сильне здешевлення системи та свобода вибору компонентів.
Кабелі від усіх компонентів приходять у щит, отже, ми в щиті можемо зібрати будь-що, хоч взагалі не робити розумний будинок.
При навичках роботи з ПЛК (програмування), користувач може самостійно все налаштовувати. Не потрібно купувати програмне забезпечення. Ви не залежите від інтегратора, програміста ПЛК знайти простіше, ніж налагоджувача KNX.
Практично необмежена інтеграція із різним обладнанням. Можна навіть використовувати гарні настінні панелі KNX за бажанням, Beckhoff з ними сумісний.
Промисловий контролер гарантує дуже високу надійність системи при належному захисті від замикань та стрибків, а цей захист забезпечити нескладно. Головне, використовувати саме промисловий контролер відомого виробника, а не блок GSM сигналізації 🙂

Мінус центральної системи

Відсутність гарних настінних панелей як у KNX, але це можна усунути (див. перевагу №4)
Якщо контролер вийде з ладу, система встане. Це часто повторюють прихильники шиннихсистем. Але див. перевагу №5.
Так як від кожного пристрою керування йде свій кабель у щит, то кабелю буде більше, ніж у шинній системі. Але FTP кабель недорогий, на відміну від шинного кабелю для систем KNX. І при розведенні кабелю для центральної системи ми отримаємо універсальний варіант, в майбутньому можна уникнути розумного будинку в бік майже класичної електрики або поміняти систему на іншу.

До речі, на базі ПЛК ми можемо побудувати таку «центрально-розподілену» систему, в якій буде кілька контролерів в одній мережі Ethernet, або можна використовувати шину Beckhoff E-bus, яка дозволяє розносити модулі розширення великою площею. Можна об'єднувати кілька контролерів в одній мережі Ethernet, якщо це дозволяє програмне забезпечення. АЛЕ! Для переважної більшості квартир і будинків (навіть великих) буде набагато зручніше, якщо щит буде один більший, ніж трохи менше. Зручніша для складання, для обслуговування. І дешевше. А ось в інше будівництво можна поставити окремий контролер, це буде краще, ніж тягнути пучок кабелів під землею.

Я прихильник центральної системи. Вона мені подобається за свободу вибору компонентів, за більшу гнучкість, за можливість зробити систему зовсім недорогою. Мені не подобається залежність від одного виробника чи одного протоколу, я люблю універсальність.

Логічний контролер — це пристрій, що використовується для керування різними техпроцесами. Вмикати світло за датчиком руху або таймером - це вже якийсь техпроцес. Програмований логічний контролер - контролер, програму якого ми можемо написати самі. Промисловий контролер відрізняється тим, що він набагато вища надійність (отказоустойчивость). Ось німецький промисловий контролер Beckhoff CX8080:

У контролера євходи та виходи. Входи - це роз'єми для підключення до контролера чогось, що посилає на нього інформацію. Наприклад, датчики всіх типів. Виходи - це роз'єми, які змінюють свій стан згідно з програмою контролера. Входи та виходи можуть бути дискретними або аналоговими. Дискретний - це наявність, або відсутність сигналу. Тобто, логічний 0 або 1. Датчик руху подає сигнал на дискретний вхід контролера, оскільки сигнал із нього або йде або не йде. Контролер подає на лампочку дискретний сигнал увімкнутися чи вмикатися.

Аналоговий вхід - це вхід, здатний бачити не тільки наявність-відсутність сигналу, але його значення. Наприклад, сигнал із датчика температури – аналоговий. Аналоговий вихід — сигнал димування лампочки або зміна швидкості обертання вентилятора конвектора чи вентиляції.

Датчик руху
Вимикач клавішний
Датчик протікання води
Датчик витоку газу
Лічильник
Вхід від зовнішньої системи (наприклад панелі пожежної сигналізації або кодової клавіатури)
Допконтакти автоматів та ПЗВ

Реле для керування будь-яким електроприладом або лампочкою
Сервопривід опалення
Штора з електроприводом
Сигнал "сухий контакт" на зовнішню систему

Датчик температури
Датчик вологості
Датчик рівня освітленості
Будь-який інший датчик з аналоговим виходом

Діммер для освітлення
Регулятор швидкості обертання вентилятора

Ось тут і зручність системи на ПЛК - ми можемо підключати будь-які пристрої, які заходимо, безпосередньо до контролера. Тобто, можемо вирішити майже будь-яке завдання в межах типів, що підтримуються.сигналів входу-виходу контролера. А кількість сигналів залежить від виробника ПЛК.

Наприклад, прості та недорогі контролериX-Logic (китайський клон Siemens Logo) підтримують такі сигнали:

релейний 3-10А
транзисторний 0,3А

0-10В
PT100 (резистивні датчики температури)

0-10В
0-20мА

Ще у них є модуль RS485 (з обмеженою функціональністю) та Ethernet для керування контролерами по ModBus.

Beckhoff (Німеччина) - суперпрофесійні промислові контролери світового рівня, у них є модулі розширення на все, що можна уявити, все працює миттєво та безпроблемно завдяки власній шині K-Bus. Тому я на них і будую систему найчастіше за великої кількості входів-виходів.

Три основні переваги системи розумний будинок на промисловому контролері:

На промисловому контролері ми можемо зробити все, що завгодно. Поєднатися з будь-якою системою за протоколом, встановити вимикачі або панелі будь-якого типу, написати програму для керування для будь-якої системи. Написати будь-який алгоритм роботи, який тільки можна вигадати. Обмеження можуть бути лише у зв'язку із закритими протоколами інших систем.
Система є універсальною. За бажання можна буде поміняти центральний контролер на іншу модель, всі датчики та виконавчі пристрої підійдуть. Навіть саму програму, швидше за все, буде перенесено на новий контролер без особливого доопрацювання.
Ми не прив'язані до жодного виробника. Всі елементи системи можуть бути такими, якими захочеться, аби вони видавали універсальний сигнал відомого промислового протоколу, сухий контакт або 0-10, 4-20мА. Будь-які датчики, будь-які вимикачі, будь-які приводи.І, якщо на те пішло, не потрібно шукати інтегратора конкретної системи, завжди можна знайти програміста ПЛК, здатного розібратися з системою.

Управління системою на ПЛК

Способи керування системою автоматики на промисловому контролері такі: