В рамках данной статьи рассматриваются основы функционирования и применения программируемых логических контроллеров (ПЛК) в системах автоматизации жилых и коммерческих объектов. Особое внимание уделяется аспектам интеграции ПЛК в комплексные решения для управления загородными домами, квартирами , а также альтернативным решениям на базе программируемых реле.
Эта статья предназначена не для специалистов в области программирования или инженерии, а для конечных пользователей системы или тех, кто хочет понять, как она работает. В тексте не будет сложных технических терминов, описаний кода, алгоритмов работы или подробных схем подключения оборудования. Вместо этого мы рассмотрим общие принципы работы системы.
Термин "ПЛК" обозначает специализированные вычислительные устройства, предназначенные для автоматизации процессов управления и контроля. В отличие от универсальных компьютеров, ПЛК обладают высокой степенью надежности и адаптированы для работы в жестких условиях эксплуатации.
Следует отметить, что помимо ПЛК Segnetics (Россия) , на рынке представлены и другие решения, такие как программируемые реле. Примером могут служить устройства марки Овен ПР, которые характеризуются более ограниченным функционалом, но при этом обеспечивают экономически эффективное и относительно простое в установке и настройке решение.
Описанные технологии неоднократно апробировались на практике в различных объектах, включая квартиры и загородные дома различной ценовой категории — от эконом-класса до сегмента "luxury".
Если мы говорим об умном доме на промышленном контроллере (далее буду писать ПЛК — программируемый логический контроллер), то основная идея — централизация управления. «Подключить к умному дому» подразумевает подключение к ПЛК.
Распределенная (шинная) система Умный Дом
Сначала о распределённой системе. Распределённая система — это не система на ПЛК. Это, скажем так, конкурент. Точнее, альтернатива.
Распределённая (шинная) система — это широко известные KNX/EIB, HDL, Clipsal, Crestron — достаточно долго существующие и распространённые по всему миру системы. Это системы, заточенные именно под Умный Дом. Производители — Gira, Loxone и многие другие. Европейские производители с мировым именем.
Вот шинная система
Шина — это кабель типа витой пары (рекомендуется специальный кабель для сетей KNX 2x2x0.8), который обходит все «умные» устройства, все они общаются по своему протоколу, в каждом из них есть свой «мозг». У каждого модуля есть адрес. Например, мы нажимаем на кнопку №1 выключателя №2. В его процессоре запрограммировано, что при нажатии на эту кнопку надо отправить в шину сигнал на включение лампочки №3, что он и делает: отправляет адрес актуатора, управляющего лампочкой №3, на включение, команду получают все устройства на шине, но то, которому команда была адресована, выполняет её. То же касается и датчиков температуры/движения/газа и так далее — они висят на шине вместе с выключателями, у каждого свой процессор, каждый посылает сигнал в шину о своих событиях.
Актуатор — это устройство, которое что-то запускает. От слова act — действовать. Это реле, диммер, модуль управления шторой, модуль управления каким-либо приводом. Все актуаторы также висят на шине, их можно разнести по дому.
Плюсы распределённой системы: Простота расширяемости. Докупаем актуаторы и красивые выключатели, вешаем на шину и настраиваем. Топология шины может быть любой. Главное, чтобы кабель был протянут в нужное место. Большое количество производителей компонентов, можно выбирать внешний вид на свой вкус, всё будет работать друг с другом. Высокая надёжность системы при качественных компонентах. Если вдруг один актуатор или выключатель откажет, остальная система будет продолжать работать. Минусы распределённой системы:
Самый главный минус — цена системы. В каждом выключателе находится процессор для общения с шиной и передачи/приёма команд, поэтому стоят они достаточно много. Выключатели (самые обычные, не сенсорные и без экрана) — от 150 евро, актуаторы примерно от 100 евро за выход, диммеры от 200 евро за канал, блоки питания шины от 350 евро (за всего 320 миллиампер) и так далее. Всякие мелочи вроде накладок, рамок, клавиш — очень дорогие. Использовать обычные «классические» выключатели мы сможем через специальный KNX-переходник, который будет стоить не меньше специального knx-выключателя.Гарантия 1-3 года.Дорогие расходные компоненты , дороже в закупке, нужно искать. Большая часть устройств стоят на полу или висят на стене. Цены я привёл за оборудование Jung, есть производители дешевле, например, HDL или Zennio.
Соответственно, датчики всех типов также очень дорогие. Движения — от 200 евро, температуры — запросто от 300 евро, метеостанция — 500 евро. Подключить обычные аналоговые датчики температуры или движения можно, но нужны модули ввода аналоговых сигналов. Для программирования системы нужно купить программное обеспечение, достаточно недешёвое.
Центральная система управления
Центральная система — это структура, в которой все процессы контролирует центральный контроллер (ПЛК). К нему ведут кабели от всех подключенных устройств.
От выключателей идут слаботочные кабели (обычно FTP 5 категории), а от лампочек, вентиляторов, розеток и сервоприводов — силовые кабели. В щите установлен центральный контроллер, который управляет электроприборами через реле или диммеры.
Датчики различных типов также подключаются к ПЛК с помощью отдельных проводов.
Преимущества центральной системы
- Свобода выбора компонентов. Мы можем использовать любые выключатели и датчики, что значительно снижает стоимость системы.
- Универсальность. Все кабели сходятся в щите, что позволяет легко модифицировать или отключить систему умного дома.
- Самостоятельное программирование. При наличии навыков работы с ПЛК пользователь может самостоятельно настроить систему без дополнительных затрат на программное обеспечение.
- Широкая интеграция. Система легко интегрируется с различным оборудованием, включая красивые настенные панели KNX.
- Надёжность. Промышленный контроллер обеспечивает высокую надежность при правильной защите от замыканий и скачков напряжения.
Недостатки центральной системы
- Отсутствие красивых панелей. Хотя это можно компенсировать использованием совместимых панелей
- Риск отказа системы. При выходе из строя контроллера вся система перестает работать. Однако это не является критическим недостатком, учитывая простоту настройки и доступность специалистов.
- Больше кабелей. По сравнению с шинными системами, в центральной системе требуется больше кабелей. Однако кабели FTP недороги и обеспечивают универсальность.
Центрально-распределённая система
На базе ПЛК можно создать «центрально-распределённую» систему с несколькими контроллерами в одной сети Ethernet или с использованием шины MTBus. Это позволяет распределять модули расширения по большой площади. Однако для большинства квартир и домов удобнее иметь один большой щит, что упрощает сборку и обслуживание. В крупных или сложных проектах можно установить отдельные контроллеры для разных частей здания.
Центральная система управления предлагает гибкость, свободу выбора компонентов и возможность создания недорогой системы. Она универсальна и не зависит от одного производителя или протокола.
ПЛК, входы и выходы
Логический контроллер — это устройство, используемое для управления различными техпроцессами. Включать свет по датчику движения или таймеру — это уже некий техпроцесс. Программируемый логический контроллер — контроллер, программу которого мы можем написать сами. Промышленный контроллер отличается тем, что у него гораздо более высокая надёжность (отказоустойчивость).
Вот промышленный контроллер MATRIX:
У контроллера есть входы и выходы. Входы — это разъёмы для подключения к контроллеру чего-то, что посылает на него информацию. Например, датчиков всех типов. Выходы — это разъёмы, которые меняют своё состояние согласно программе контроллера. Входы и выходы могут быть дискретными или аналоговыми.
Дискретный — это либо наличие, либо отсутствие сигнала. То есть, логический 0 или 1. Датчик движения подаёт сигнал на дискретный вход контроллера, так как сигнал с него либо идёт либо не идёт. Контроллер подаёт на лампочку дискретный сигнал включиться или не включаться.
Аналоговый вход — это вход, способный видеть не только наличие-отсутствие сигнала, но и его значение. Например, сигнал с датчика температуры — аналоговый.
Аналоговый выход — сигнал на диммирование лампочки или изменение скорости вращения вентилятора конвектора или вентиляции.
Вот тут-то и удобство системы на ПЛК — мы можем подключать любые устройства, какие захотим, напрямую к контроллеру. То есть, можем решить почти любую задачу в пределах поддерживаемых типов сигналов входа-выхода контроллера. А количество сигналов зависит от производителя ПЛК.
Также у них есть модуль RS485 с ограниченной функциональностью и Ethernet для управления контроллерами по ModBus.
Segnetics (Россия) — это тоже профессиональные отечественные промышленные контроллеры. Они отличаются наличием инструкций и по программированию на сайте, а также быстрой и грамотной технической поддержкой.
На самом контроллере есть несколько входов и выходов (достаточно для большинства задач), а также дополнительные модули, которые можно подключить по RS485 и ModbusTCP.
Segnetics (Россия) — это суперпрофессиональные промышленные контроллеры мирового уровня. У них есть модули расширения для всего, что только можно представить, и всё работает мгновенно и без проблем благодаря собственной шине MTBus. Поэтому я использую их для создания систем с большим количеством входов и выходов.
Три основных преимущества системы «умный дом» на промышленном контроллере:
- Универсальность. На промышленном контроллере мы можем реализовать всё, что угодно. Мы можем интегрировать его с любой системой через протокол, установить выключатели или панели любого типа, написать приложение для управления для любой системы. Мы можем создать любой алгоритм работы, который только можно придумать. Ограничения могут быть связаны только с закрытыми протоколами других систем.
- Гибкость. При необходимости можно заменить центральный контроллер на другую модель, и все датчики и исполнительные устройства будут работать без проблем. Даже программа, скорее всего, будет перенесена на новый контроллер без особых изменений.
- Независимость от производителя. Все элементы системы могут быть любыми, главное, чтобы они выдавали универсальный сигнал известного промышленного протокола, например, «сухой контакт» или 0-10, 4-20 мА. Мы можем использовать любые датчики, выключатели и приводы. И, если на то пошло, нам не нужно искать интегратора конкретной системы, всегда можно найти программиста ПЛК, который сможет разобраться с системой.
Управление системой на ПЛК
Существует несколько способов управления системой автоматики на промышленном контроллере:
- Через входы контроллера, то есть, с обычных выключателей. При нажатии на выключатель контроллер видит нажатие на своём дискретном входе и выполняет определённое действие в соответствии с программой. Например, включает свет или открывает штору или ставит систему на охрану или запускает определённый сценарий. Я считаю, что основные функции, такие как свет и шторы, должны управляться и с обычных выключателей, и с приложения или панелей.
- Через интерфейсы RS485, RS232, KNX и другие. Например, мы можем использовать настенную сенсорную панель, которая работает по RS485 или по ModbusTCP .GSM-модем или телеграмм-бот сообщает о том, что пришло сообщение от контроллера
- Через Ethernet, то есть, компьютерную сеть. Работа идёт по протоколу ModBusTCP, у контроллера есть определённый IP адрес в локальной сети. Возможен доступ к контроллеру через интернет при соответствующих настройках роутера. У контроллеров есть web-интерфейс для настройки. В любом случае, контроллер может управляться с приложения на любой системе, которое будет отправлять команды и запросы на IP адрес и порт контроллера.
Хотите знать сколько будет стоить ваш умный дом? По ссылке можно пройти на сайт "ТЕХНОЛОГИИ ПРОСТРАНСТВА" и посмотреть презентацию с подробной сметой.