Отопление под контролем. Зональное управление

03 апреля 2020, 15:49

Введение

В предыдущей статье был рассмотрен пример погодозависимого управления отопительной системой. Для многих небольших домов такой вариант будет достаточен. Но, если в нашем доме предусмотрены помещения с разными тепловыми режимами, то без зонального управления не обойтись. Для реализации зонального управления отопительной системой, на рынке присутствуют специализированные профессиональные контроллеры Kromschroeder, SmartWeb, CalorMatic, Diematic и другие. Они отлично справляются со своими обязанностями, но стоят очень недешево и их сложно включить в контур управления умного дома.

Предлагаю пример реализации зонального управления с помощью наших хороших знакомых – контроллера Wiren Board 6 (WB6) и универсального шлюза OpenTherm-Modbus (BCG-3.0.1). В помощь им добавим несколько пультов ПУ-3 (по количеству отдельных зон регулирования) и релейные актуаторы для управления термоэлектрическими приводами контуров.

Центральным элементом отопительной системы нашего дома является одноконтурный отопительный котел со встроенным циркуляционным насосом. Котел нагревает теплоноситель и подает его в отопительный коллектор. От коллектора по дому разведены отдельные контура отопления (зоны отопления). На коллекторе для каждого контура установлены термоэлектрические приводы для управления подачей теплоносителя в конкретный конур. Включение привода обеспечивает управляемое контроллером реле. В каждой зоне отопления установлен датчик температуры, по данным от этого датчика производится управление приводом на коллекторе. Данная гидравлическая схема является упрощенной. В реальных отопительных системах, в зависимости от их размеров и характеристик, возможно, потребуется применить гидравлический разделитель (гидрострелку), дополнительные циркуляционные насосы с соответствующей обвязкой.

Одновременно выполняются два процесса управления – управление отоплением в отдельных зонах и управление теплогенерацией на котле.  

Алгоритм управления отоплением в отдельной зоне

  • Измеряем температуру воздуха в управляемой зоне.
  • Сравниваем измеренную температуру с уставкой для данной зоны. Если измеренная меньше уставки , то открываем привод контура зоны и отправляем котлу запрос тепла, иначе - закрываем привод контура зоны и снимаем запрос тепла для котла.

Это самый простой способ управления (on/off). Вместо него может быть реализован PID-регулятор с дискретным выходом (так называемым медленным ШИМом). Надо иметь в виду, что среднее время открытия и закрытия термоэлектрического привода составляет около трех минут. Поэтому частота ШИМ должна быть меньше 10 тактов в час (обычно период следования 10 минут).

Алгоритм управления котлом

Если установлен запрос тепла хотя бы от одной зоны отопления, то котлу устанавливается рабочее значение целевой температуры теплоносителя (например, 70°C), иначе - котлу устанавливается нерабочее значение целевой температуры теплоносителя (например, 20°C). В качестве рабочего значения может быть использовано значение, вычисленное по эквитермической кривой в зависимости от температуры на улице.

В этом случае мы комбинируем погодозависимое управление с зональным.

Практическая реализация

Представляю вниманию читателей пример реализации, а не полностью завершенный и готовый к тиражированию проект. И пример этот будет логическим продолжением и развитием примера погодозависимого управления отоплением.

В котельной трудится одноконтурный котел с интерфейсом управления OpenTherm.

В щитке автоматики установлен зональный контроллер отопления в лице WB6. В связке с ним трудится универсальный шлюз BCG 3.0.1, который обеспечивает связь контроллера с котлом.

Рядом со щитком установлен центральный пульт управления отоплением, с помощью него пользователь может руками (без компьютера и гаджетов) задать основные режимы погодозависимого управления отоплением. В роли такого пульта используем ПУ-3.

В каждой отдельно управляемой зоне (комнате) устанавливаем датчик температуры. И опять здесь очень полезен будет пульт ПУ-3: в нем есть встроенный датчик температуры воздуха, его можно использовать для индикации измеренной температуры воздуха и, главное, на нем можно руками задать уставку температуры воздуха для данной зоны.

Пульты управления всех зон и шлюз BCG 3.0.1 связаны с WB6 в щитке автоматики по четырехпроводному кабелю (два провода – питание 24 В, два провода – RS-485).

Контуры отопления по зонам разведены от отопительного коллектора, расположенного в коллекторном щите.

На каждый контур установлен термоэлектрический привод, управляемый силовым дистанционно управляемым реле в соседнем электрощите. В данном примере я использовал реле SDD-0.1.1-WF. Эти реле  взаимодействуют с контроллером WB6 непосредственно через встроенный в контроллер MQTT-брокер (такой способ взаимодействия контроллера WB6 с внешними устройствами стоит вынести в отдельную статью).

Все перечисленные устройства присутствуют в WEB-интерфейсе контроллера WB6 и их каналы доступны в node-red благодаря специализированной ноде node-red-contrib-wirenboard  автора Andrej_Popov. Как и в предыдущем примере, я реализовал всю автоматику средствами node-red на WB6 (flow "Зональный регулятор" и flow "Погодозависимый регулятор").

Отдельно рассмотрим часть потока, реализующего управление температурой в одной из зон.

Из соответствующих каналов комнатного пульта получаем измеренную температуру в комнате и уставку температуры для данной комнаты.

Для управления клапаном отопительного контура зоны воспользуемся связкой из двух специализированных нод PID и timeprop. Нода PID выполняет функции PID-контроллера и предназначена для формирования управляющего воздействия на процесс в зависимости от измеренной температуры в зоне и величины уставки. Обратите внимание на очень большую функциональность этой ноды, которую можно реализовать, если должным образом устанавливать параметры ее настройки.

Очень подробно методика настройки внутренних параметров этой ноды описана в статье автора ноды. Так, например, если установить параметр Proportional band в ноль, то управление нагрузкой вместо алгоритма PID будет производиться по алгоритму on/off с нулевым гистерезисом. Для фильтрации нестабильных данных от датчика температуры можно задействовать встроенный фильтр скользящего среднего, если установить параметр Derivative smoothing factor в значение 3, например (скользящее среднее по трем значениям). Выходным значением этой ноды является величина выходной мощности регулятора в диапазоне от 0 до 1 с плавающей точкой.

Нода timeprop из аналогового сигнала 0..1 формирует управляющий сигнал для реле термоэлектрического привода. При заданном периоде модуляции 10 минут и при входном сигнале 0,2 выход ноды 8 минут будет в состоянии 0 и 2 минуты в состоянии 1.

Для еще двух зон отопления выполняем аналогичные действия. Нода Chart «Зона 1» позволит в целях отладки наблюдать за состоянием привода зоны.

Чтобы котел грел теплоноситель только в то время, когда тепло необходимо хотя бы одной зоне отопления, создадим flow формирования запроса тепла.

В этом flow регулярно опрашивается состояние приводов каждой зоны и функция «Запрос тепла» записывает в глобальную переменную HeatingRequest значение 1, если открыт хотя бы один клапан. Функция «Максимальная из уставок» определяет максимальное значение из уставок, заданных по зонам. Это максимальное значение используется для управления режимом нагрева погодозависимого регулятора котла в flow "Погодозависимый регулятор".

В функцию «Вычисление температуры подачи по кривой», по сравнению с предыдущей статьей, внесены изменения: анализируем значение глобальной переменной HeatingRequest и, если ее значение равно 0 (нет запроса тепла), то целевая температура для котла устанавливается 20°C. Это приведет к тому, что в то время, когда запрос тепла отсутствует, котел на нагрев включаться не будет.

Итог

  • В каждой зоне установлен пульт ПУ-3, с помощью которого можем наблюдать текущую температуру и руками установить желаемую температуру.
  • На отопительном коллекторе установлены термоэлектрические приводы на контур каждой зоны. Приводы управляются контроллером WB6 через реле.
  • Около котла установлен ПУ-3 в качестве пульта управления погодозависимым режимом отопления. Без этого пульта можно легко обойтись, оставив вместо него только виртуальное устройство «Терморегулятор».
  • На контроллере WB6 создано виртуальное устройство «Терморегулятор», которое позволяет через WEB-интерфейс контроллера задавать параметры погодозависимого режима котла.
  • Средствами node-red на контроллере реализованы алгоритмы управления приводами отопительных контуров в каждой зоне отопления.

Теперь можно «прокидывать» все это в Sprut.Hub и тогда отопление вашего дома будет доступно в Apple HomeKit. Об этом будет отдельная статья.


Все новости мира умных домов - t.me/SprutAI_News или Instagram
Остались вопросы? Мы в Telegram - @SprutAI

Хочешь умный дом но нет времени разбираться?
Посмотри примеры работ и выбери себе интегратора.
  1. (puchowik15)
    (puchowik15) год назад

    А есть вариант погодозависимого управления трехходовым клапаном ?Сейчас установлен механический регулятор с датчиком на обратке.

    • Константин Бродкин (KVBr)
      Для управления трехходовым клапаном вместо релейного управления надо применить оконечное оборудование, которое будет соответствовать типу привода Вашего клапана. Это оконечное оборудование должно обеспечивать открытие клапана на величину, пропорциональную сигналу с ноды PID. Соответственно, вместо ноды timeprop надо будет реализовать преобразование сигнала PID в управляющий сигнал для оконечного оборудования.

  2. Maксат Умиров (Maxat_Shymkent)

    где можно посмотреть исходники для нод более детально 

  3. Herbert Wells (hjw)
    Herbert Wells (hjw) год назад

    Здравствуйте.

    1.На нормально открытых аналогичных термоголовках возможно сделать ?

    2. Почему использовали термоголовки именно Oventrop ?

    • Константин Бродкин (KVBr)
      Константин Бродкин (KVBr) отредактировано год назад
      Комментарий удален
    • Константин Бродкин (KVBr)

      Добрый день.

      Можно сделать на НО термоголовках двумя способами:

      1. В настройках ноды timeprop активировать чекбокс Invert output. Тем самым Вы инвертируете выходной сигнал на исполнительное реле.
      2. Подключить обмотку термоголовки не к нормальнооткрытым, а к нормальнозамкнутым клеммам реле.

      Использовали такие термоголовки, потому что на объекте они уже были установлены ранее.

  4. (praded2007vivaldi)
    (praded2007vivaldi) год назад

    Я нахожусь в начале пути построения "умного" дома и далек от программирования. Но я хороший пользователь и обучаем. Вот уже 15 лет использую 100% половое отопление в двух уровнях. Напольный котелок Buderus с дутьевой горелкой и полная обвязка...краны, насосы, бойлер и т.д, датчик наружной температуры, реле-датчики в комнатах ( еще проводные), сервоприводы (220 В) на гребенках. Все функционирует. Как человек в теме , выскажитесь, пожалуйста, о возможности  реализации управлением сервоприводами контуров по следующей схеме : Home Assistant ( Raspberry ), Zigbee датчики температуры в в зонах (Xiaomi; почему то предвзято отношусь к Wifi и считаю BT  менее опасным для "здоровья"), управляющее реле (само реле управление+ модуль "ввода-вывода" ??) и мои сервоприводы\ гребенки\контура. 

    ))). Конечно, можете сказать, типа делай кап. ремонт всего дома и меняй проводку под описанную в статье схему, за одно и...научишься. 

  5. Константин Бродкин (KVBr)

    Предлагаемый Вами вариант управления приводами контуров возможен, но, на мой взгляд, у него есть несколько недостатков.

    1. Если использовать датчики температуры Xiaomi, то данные о температуре контроллер получит, а вот уставку температуры в помещении Вы руками (без смартфона, например) задать не сможете. Из моего опыта для многих пользователей, особенно старшего возраста, предпочтительным является наличие в системе ручных пультов.
    2. Использование беспроводных датчиков (Zigbee, Z-Wave и др.) в большом доме связано с необходимостью обеспечить очень качественную стабильную и надежную связь датчиков с контроллером. То, что прекрасно работает в маленькой квартире, начинает терять связь в коттедже. Не спасает даже mesh-технология. Сталкивались с этим на многих объектах. Это замечание не означает, что применять беспроводные датчики не надо. Надо быть готовым к тому, что придется исполнять определенные "танцы с бубном", чтобы добиться стабильного результата.
    3. Такое же замечание относится к организации связи контроллера и модуля ввода-вывода, управляющего реле. Здесь однозначная рекомендация - использовать интерфейс, гарантирующий доставку.

    Можно и нужно максимально использовать уже существующую у Вас инфраструктуру. Но, коль скоро предстоят большие ремонтные работы, то стоит проложить дополнительные провода, чтобы новая система управления надежно и стабильно функционировала долгие годы.

    И последнее - описанная в статье схема не является единственно допустимой. Это пример возможной реализации.

    Желаю Вам успехов в Ваших начинаниях. 

  6. (Teemon)
    (Teemon) 10 месяцев назад

    Как думаете, использование аналогового управления 0-10В оправдано для поддержания температуры пола \ воздуха в помщеении?

    • Константин Бродкин (KVBr)
      Константин Бродкин (KVBr) 10 месяцев назад
      Аналоговое управление 0-10В оправдано в том случае, если у Вас на контурах отопления установлены смесительные узлы с трехходовыми клапанами, приводы которых обеспечивают их открытие пропорционально управляющему сигналу. Такие смесительные узлы выпускают все серьезные производители отопительного оборудования.

      • (Teemon)
        (Teemon) 10 месяцев назад

        Ну я имел ввиду аналоговое управление на каждую ветку тёплого пола...

        • Константин Бродкин (KVBr)
          Константин Бродкин (KVBr) 10 месяцев назад
          Аналоговое управление на каждую ветку теплого пола есть смысл ставить, если у Вас исполнительные  механизмы (регуляторы) в этих ветках тоже аналоговые установлены. Но это уже накладно получится. Управление должно соответствовать исполнительным устройствам.

К списку статей

Устройства в материале

Wiren Board 6

Производитель: WirenBoard

Шлюз OpenTherm-ModBUS

Производитель: Невотон

Одинарное Wi-Fi реле

Производитель: Невотон

Скидки для сообщества

Wiren Board

+7 495 150-66-19
Промокод:
SPRUTDELIVERY
Размер скидки:
0%
Вы получите бесплатную доставку.

Z-Wave Ukraine

+380 68 641 9670
Промокод:
Sprut-UA
Размер скидки:
15%

Тематические чаты

Похожие статьи

17 декабря 2019, 17:49
Универсальный привод для автоматического удаленного открытия окон с простой интеграцией в умные дома.
27 октября 2018, 12:20
Нативный Термостат для котла на ESP8266 с поддержкой Apple HomeKit
20 октября 2018, 22:57
Теоретические основы протокола MQTT и описание того, как он работает и для чего используется
02 июля 2020, 07:24
Я хочу поделиться своей разработкой: "умным открывателем пластикового окна". В статье вы найдете все необходимое, чтобы повторить проект и изготовить собственный привод для открывания окна с использованием штатной фурнитуры окна.
18 февраля 2020, 17:06
В данной статье описывается сборка слаботочного эл. щита на базе Wiren Board 6, а так же силового щита для небольшой квартиры.
29 октября 2019, 07:59
Умный домофон на базе nodeMCU с прошивкой ESPHome.
15 июня 2018, 12:13
Охранная система в гараж на ESP8266 с интеграцией в Apple HomeKit
20 января 2019, 15:09
Использование ESPHomeLib в связке с Home Assistant
29 апреля 2019, 15:54
Siri Shortcuts теперь может с легкостью создать автоматизации, оперируя с любыми переменными Apple HomeKit
24 сентября 2019, 09:08
Интеграция Wi-Fi кондиционера в Apple HomeKit без ИК пульта.