Умный дом на плк своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 18.09.2024

Итак, я решил взять за основу своего умного дома промышленный контроллер (PLC). При этом, очевидно, что хочется сэкономить (контроллеры тоже бывают разные). Давайте немного посмотрим что вообще бывает в этой области.

Самые дешевые – так называемые программируемые реле. Они есть в линейке продуктов почти всех производителей контроллеров и типичным их представителем является Siemens Logo!

Обычно это центральный блок с процессором и контактами ввода-вывода, к которому могут добавляться модули расширения – дополнительные каналы ввода-вывода и модули для связи. Стоят такие вещи от 6 тыс. рублей. Мне вроде бы сначала понравилось – все просто и понятно. Но с раширяемостью в таких устройствах проблема. Дело в том, что количество модулей расширения обычно ограничено. То есть в сумме, я, например, упрусь в 24 входа и 16 выходов – маловато для дома. Судите сами – каждый выключатель – вход или даже два (например кнопки упр. яркостью). Плюс датчики движения – освещенности. Кроме того, подобные устройства обычно не имеют Ethernet модуля. PC можно к ним прицепить, но только с помощью некоего адаптера – например rs485. В общем при всей привлекательности, я решил что-то посущественней посмотреть.

Тут уж вообще глаза разбегаются. Чего только нет. Очнь доступны по цене контроллеры и модули Овен.

Есть системы с инерфейсом (в промышленной автоматизации называется HMI – human-machine interface) – Unitronics например, или Segnetics. У монстров типа Siemens, Allen-Bradley, Omron вообще всего куча, но и стоят они подороже. Кроме того, есть очень красивые модульные системы у Beckhoff и Wago – вот такие:

Любой из свободно программируемых контроллеров подойдет для решения моих задач. Но тут стоит заметить что каждая модель помимо цены еще обычно оптимизирована под ту или иную нишу применения. Те же Unitronics удобно ипользовать в системах управления всякими котельными – они и в приборную доску хорошо вставляются и имеют PID регуляторы. А в электрощите будут совсем не к месту. И наоборот, Oвен будет сидеть на DIN рейке, питаться 220v и не жужжать.

Еще одним аспектом на который следует обратить внимание является программирование контроллера. Хотя языки программирования промышленных контроллеров стандартизованы (для того, чтобы было надежно и чтобы любой мог разобраться в том, что там напрограммировал предыдущий хацкер), средства программирования у всех свои. Вернее, у части свои, а у остальных – система CoDeSys. Средства программирования могут быть бесплатными или платными. CoDeSys сама бесплатная, но некоторые производители делают из нее свой вариант и берут за него деньги (Beckhoff TwinCAT). Вариант с CoDeSys хорош тем, что для него есть много библиотек и они более или менее совместимы между собой. Не знаю понадобится это мне или нет, но наличие CoDeSys или ее клона я считаю за плюс.

В общем, после просмотра нескольких вариантов я решил что мне нравятся контроллеры Овен за дешевизну и простоту использования, и Beckhoff – Wago за красотищщу и модульность. Я так понимаю, что раньше Beckhoff и Wago были одной конторой, а потом их пути разошлись. У Wago больше продукции в области клеммных соединений, у Beckhoff больше всего в области автоматизации. По ценам они сходные, раза в два дороже Овен. Но зато их довольно много продается поюзанных на Ebay – иногда за смешные деньги. Я пока для себя решил что хочу Beckhoff – у него более разнообразная линейка процессорных модулей с ethernet, и есть какие-то программные средства для автоматизации зданий. Не знаю, пригодится ли это мне. Попробую раздобыть себе что-нибудь и поиграться.

Какие бывают датчики

Датчики предназначены для преобразования физической величины в электрический сигнал. В результате мы можем измерить эту величину количественно (температура, влажность) или зафиксировать ее изменение (распознать движение). Ниже перечислены датчики, доступные в свободной продаже у большинства крупных игроков рынка:

движения/присутствия;
открытия окон/дверей;
освещенности;
параметров окружающей среды;
протечки;
задымления;
разбития стекла;
утечки газа;
мониторинга качества воздуха;
видеокамеры.

Какие бывают актуаторы

Под актуаторами понимают исполнительные устройства, генерирующие сигналы для воздействия на другие элементы умного дома. Это прямое воздействие либо сигналом (кнопка), либо посредством привода (электронный клапан). Исполнительным устройством может быть также и бытовой прибор, управляемый со смартфона, например, умный кондиционер. При этом можно управлять и обычным кондиционером, но уже с помощью умного пульта, который станет посредником между прибором и смартфоном. Задача в данном случае одна, а варианты решения разные. Отдельный класс устройств составляют интеллектуальные световые приборы. Про умный свет подробно рассказано в недавней статье.

Перечень умных исполнительных устройств:

многофункциональная кнопка;
выключатель;
реле;
розетка;
световые приборы (лампа, цоколь, светильник, светодиодная лента);
бытовая техника (холодильник, кондиционер, кофеварка и т. д.);
инфракрасный пульт;
электронный клапан;
привод для штор.

Рассмотрим подробнее, какие устройства являются самыми необходимыми для построения базовой системы домашней автоматизации. Есть несколько вариантов готовых стартовых наборов от производителя.

Каждый из них не полностью закрывает минимальные потребности, будучи более ориентированным либо на безопасность, либо на удобство. Соберем комплект, удовлетворяющий обеим задачам.

Датчики движения

Старожилы умного дома, известные еще со времен первых пультовых охранных систем. Чаще всего встречаются пассивные инфракрасные датчики (PIR-сенсоры). Они содержат чувствительный пироэлектрический элемент, регистрирующий изменение инфракрасного излучения при движении объекта в зоне контроля. Радиус такой зоны составляет 4-8 метров, что позволяет охватить комнату одним датчиком. Стандартное расположение — верхний угол стены, противоположной входу в помещение.

Датчики движения настолько распространены, что являются, в том числе, частью других устройств, например, лампочек. Наиболее активно такие датчики используются именно в сценариях освещения: автоматическое включение и отключение света, исходя из активности в помещении. В плане интеграции с остальной системой умного дома нет проблем, поскольку представлено множество девайсов с различными интерфейсами. Эти датчики, имеющие большое количество сценариев применения, железно входят в основу умного дома.

Датчики открытия окон/дверей

Датчики открытия дверей и окон состоят из двух частей — геркона и магнита. Они устанавливаются на дверной коробке/оконной раме и створке, а при их разъединении происходит срабатывание датчика.

Простая и долговечная конструкция давно зарекомендовала данные сенсоры как неотъемлемую часть охранных систем. Также они широко используются в сценариях умного света. Умный дом сложно представить без этих устройств.

Датчики протечки воды

В большинстве своем работают за счет разницы электропроводности воздуха и воды. Когда вода попадает на один из контактов, расположенных на дне устройства, возникает сигнал. Датчики устанавливаются в непосредственной близости от вероятных источников протечки: под шлангом стиральной машины, рядом со стояками, раковиной, радиатором отопления. Также в случае, если есть небольшой уклон, удачной для монтажа будет самая низкая по уровню точка.

Чтобы система не только сигнализировала о происшествии, но и предотвращала его последствия, применяют устройства, перекрывающие подачу воды. Обычно это специальный электронный клапан, но есть и оригинальные воплощения китайской инженерной мысли в виде электропривода для рукоятки шарового крана.

С точки зрения интеграции в умный дом данная система не всегда удобна, поскольку идет как самостоятельный комплект. Проприетарный контроллер не подружится с общим шлюзом и останутся только варианты с работой через умную розетку или поддержкой голосового помощника. Поэтому в основной состав проходят только датчики, а актуаторы — в запасной.

Датчики задымления

По принципу действия аналогичны стандартным пожарным извещателям, которые в обязательном порядке устанавливаются в новых домах. При попадании частиц дыма в поле фотоприемника датчика, изменяется интенсивность излучения и происходит срабатывание. При этом активируется сирена, а если извещатель адресный, то он передает сигнал на пульт пожарной охраны. При наличии такого оборудования смысла в дополнительном датчике дыма нет. В обратном случае датчик обязателен.

Датчики утечки газа

Реагируют на повышение концентрации бытового газа в воздухе. Имеет смысл использовать при наличии газовой плиты и (или) колонки. Устанавливать такие датчики необходимо поблизости от газовых приборов.

Датчики температуры и влажности

Контроль параметров окружающей среды — еще одна важная функция умного дома. Хороший климат в доме полезен для здоровья семьи, питомцев и комнатных растений. Измерения температуры и влажности все чаще доступны в рамках одного устройства. Без этих датчиков невозможно представить умный дом. К ним добавляют атмосферное давление, но на этот показатель повлиять нельзя, поэтому он носит справочный характер. А двумя основными параметрами управлять можно и нужно.

Для этого мы пользуемся кондиционерами и увлажнителями воздуха. Это уже более дорогие аппараты по сравнению с датчиками, их можно рассмотреть для приобретения в долгосрочной перспективе. Они также бывают умными и помогают полностью автоматизировать процесс регулировки погоды в доме. В случае выхода температуры или влажности за пределы заданных порогов, включится соответствующий прибор. Он будет работать до достижения необходимых показателей.

Кстати, не забудьте про уход за климатической техникой. Про кондиционеры мы писали тут.

Определяемся с актуаторами

В качестве базовых исполнительных устройств предлагаем рассмотреть умные розетки, выключатели, кнопки и лампы.

Некоторые умные розетки позволяют не только управлять состоянием светильников и бытовых приборов, но и вести учет потребляемой мощности. Выключатели и кнопки также пригодятся для реализации сценариев освещения и включения/выключения техники.

Еще одна удобная вещь — умный инфракрасный пульт. Им можно заменить все остальные пульты для телевизора, кондиционера и т. п. Представьте, что вам теперь вообще не придется их искать!

Шлюзы поддерживают различные протоколы беспроводной передачи данных, необходимых для обмена данными со всеми компонентами системы: Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, Z-Wave, RF. Если устройств много, их объединяют в группы, для чего используются хабы.

Особняком стоят несколько облачных систем умного дома, не требующие управляющего блока. Это платформы Apple HomeKit, Google Home и Умный дом Яндекса. В таком случае команда из приложения улетает прямиком в облако, где обрабатывается при помощи библиотеки функций от производителя конкретного устройства. На примере Яндекса схематически это выглядит так:

Приложения для смартфонов

Каждый производитель имеет собственное приложение для управления умным домом. Все они умеют отображать список устройств, показания датчиков и передавать команды. Пример настройки Mi Home здесь, а Rubetek — здесь. С точки зрения поддержки сторонних вендоров хорошо себя зарекомендовал Mi Home.

Будьте услышанным

Голосовое управление тесно интегрируется в умный дом. Все три рассмотренных выше разработчика облачных платформ развивают собственных голосовых помощников: Siri, Alexa и Алиса. На русском языке полноценно понимает только Алиса. Управление голосом выводит систему умного дома на совершенно иной уровень, но ему свойственны и некоторые недостатки.

По сравнению с приложениями производителей умных устройств голосовые помощники обладают более скромными возможностями по поддержке устройств и их функций. Список устройств, которые можно подружить с Mi Home, гораздо шире. Кроме того, Алиса пока не воспринимает все команды для устройств, доступных в приложении. Тем не менее, перечень будет расширяться, а удобство управления голосом нивелирует эти несовершенства.

Далее необходимо выбрать производителя и на соответствующей вкладке объединить аккаунты, например, с Mi Home. После этого устройства будут отображены с доступными голосовыми командами.

Можно управлять отдельными устройствами и объединять их в группы. Для более комфортного общения с Алисой используйте умную колонку.

На видео демонстрируются несколько сценариев умного дома Xiaomi + Алиса.

Команда умного дома

Подведем итог в подборке минимального комплекта умных устройств:

датчик движения;
датчик открытия двери;
датчик протечки воды;
розетка;
выключатель;
кнопка;
IR-пульт;
лампа;
шлюз;
колонка с Алисой.

Если пока нет четкого понимания, какие сценарии будут использоваться, то можно взять все устройства в одном экземпляре. Одно из преимуществ системы — масштабируемость. Большинство датчиков работает от батареек и крепятся на 3М-скотч, поэтому добавить такие элементы не составит труда. Не забывайте предварительно почитать про совместимость оборудования и приложения или голосового помощника. Если вы планируете монтаж на этапе ремонта, то рассмотрите варианты с умными реле и заранее определите выводы питания под устройства умного дома.

Добавление в систему датчиков и актуаторов у всех производителей максимально упрощено и состоит из нескольких шагов:

Подключите устройство к сети электропитания (если требуется).
Инициируйте добавление устройства в приложении. Далее действуйте в соответствии с инструкциями приложения. Обычно достаточно несколько раз нажать кнопку на устройстве.
После сопряжения с устройством в приложении появится перечень доступных функций. Их можно использовать независимо либо включать в сценарии автоматизации совместно с другими элементами умного дома.

Умный дом — отдельная инженерная система, заслуживающая вдумчивого проектного подхода. В этом случае умные устройства станут вашими надежными помощниками по дому.

В статье рассказывается, на что следует обратить внимание при выборе устройства. Также приводится несколько советов для дальнейшей установки.

Принцип работы

С помощью контроллера для умного дома автоматизируются многие привычные процессы. Для этого можно оставить данные, которые были установлены по умолчанию, либо настроить систему конкретно под свои нужды. Так, следует запланировать выполнение различных действий в конкретные временные рамки, установив график работы приборов.

Централизованный и децентрализованный комплекс

Существует два вида системы управления:

Централизованная.
Умным домом управляет только один контроллер, обладающий подходящим функционалом. В пластиковый корпус встроен мини-компьютер с собственной ОС. В его комплектацию может входить GSM-модуль (для удалённого доступа) и сенсорный экран с кнопочным веб-интерфейсом. Есть все необходимые для подключения к сети разъёмы.
Децентрализованная (региональная).
Используется более одного контроллера. Каждый из них отвечает ограниченному функционалу и контролирует работу похожих приборов или приборов, находящихся в определённой комнате. Встроенные электронные логические блоки не имеют собственной ОС. Исполняются простейшие сценарии действий.

Централизованная система, как правило, более функциональна, нежели региональная.

Варианты подключения

Подключить контроллер к сети умного дома можно следующими способами:

Беспроводная локальная связь.
Такой тип связи может базироваться на радиосигнале, сети Wi-Fi или Bluetooth. Следовательно, радиус действия ограничен. Управление возможно из любой части дома и территории рядом с ним. Но возникнут проблемы, если дом имеет несколько этажей или обшит материалом, который портит качество сигнала. В этих случаях понадобится встраивать дополнительные радиоточки или приборы, которые улучшат качество сигнала.
Удалённая беспроводная связь.
Связь возможна только при соединении контроллера умного дома с глобальными сетями, системами расширения связи. Например, можно использовать GSM, GPRS и мобильный интернет. Так, данные о состоянии умного дома будут просматриваться с телефона, компьютера, ноутбука и планшета.
Проводная локальная связь.
Данный способ уже редко используют, несмотря на его достоинства. Он подходит для любого контроллера. Связь проходит с помощью кабеля или электрической проводки. Далее применяется сетевой коммутатор (устройство для соединения разных узлов компьютерной сети).Управление будет осуществляться с помощью компьютера или кнопок, расположенных на сенсорной/механической панели управления.
Проводная удаленная связь.
Такой способ является наиболее дорогим, потому что требует проложенных кабелей специально для умного дома. Связь проходит при помощи специальных программ, установленных на компьютер. Это удобно только для государственных учреждений и промышленных предприятий. Для дома проводная удалённая связь применяется очень редко.

Как сделать правильный выбор

При выборе контроллера следует обратить внимание на его размер, уровень автоматизма, самоконтроля и точность управления. Последний пункт легко проверить по отзывам.

Существуют очень дорогие контроллеры для больших и многофункциональных систем умного дома. Но всегда можно найти аналог дешевле, и соответственно, с менее широкими возможностями.

Также важно обратить внимание на функционал. Не все контроллеры могут выполнять эти действия:

управление освещением в доме, в дополнительных сооружениях и на приусадебном участке;
контроль над температурой и влажностью воздуха;
открытие и закрытие окон, дверных проёмов;
контроль над охранной системой (камеры видеонаблюдения, сигнализации);
управление электропитанием, автоматическое отключение розеток;
включение телевизора и аудиосистемы;
контроль над стиральной и посудомоечной машиной;
наблюдение за детьми и домашними животными.

Где купить

Из чего состоит умный дом

На сегодняшний день существует множество модификаций и конфигураций системой управления умным домом, это зависит от того:

Каких целей хочет достичь хозяин жилья;
Материальных возможностей;
Размеров и функциональности дома.

В любом случае основными составляющими системы являются:

Контроллер выполняет роль руководствующего и регулирующего механизма между модуляторами ввода и вывода. То есть основной соединительной частью между управляющим человеком и нужным процессом;
Системы расширения связи, включает в себя всевозможные роутеры, коммутаторы, GPS/GPRS модули;
Приборы коммутации электрической цепи с их помощью происходит включение или выключение нужного механизма или устройства. Это реле, блоки питания, различные диммеры;
Датчики и сенсоры, а также измерительные приборы разного направления. Они могут измерять движение, температуру, насыщенность света, влажность и т. д.;
Элементы, за счёт которых, происходит непосредственное управление всей системой или её частями;
Механизмы, приводящие в исполнение сигнал от контроллера, то есть превращающие электрический сигнал в соответствующий выбранному устройству. Это двигатели вентиляции, роллеты, клапаны подачи воды, осветительные приборы, обогревательные элементы и т. д.

Что собой представляет контроллер для управления

Сердце этой системы контроллер не только руководит всеми потребителями и приборами входящими в систему умного дома, но ещё и высылает отчёт хозяину о том в каком состоянии той или иной прибор в данный момент. Он может быть запрограммирован на выполнение различных действий в нужный промежуток времени или же по утверждённому графику включения. Вся система умного дома может работать в автономном режиме, то есть без участия человека, связь с ней происходит несколькими способами через:

Компьютерную сеть;
Мобильный телефон;
По радиопередатчику.

Выбор контроллера нужно выполнять в зависимости от архитектуры системы управления. То есть весь комплекс может быть:

Централизованный, который управляется за счёт одного-единственного контроллера с высокой производительностью и возможностями. Он имеет свою операционную систему на базе небольшого компьютера, смонтированного в небольшого размера пластиковый корпус. В зависимости от комплектации в него встроен может быть GSM модуль который нужен для удаленного доступа, а также сенсорный экран с кнопочным интерфейсом. Для подключения к сети имеются всевозможные разъемы;
Децентрализованный (региональный), состоит из нескольких систем управления, то есть в него входит несколько более простых контроллеров. Каждый из них выполняет меньше функций и отвечает за управление определенным помещением, комнатой или же группой приборов и устройств определённого назначения. Обладает маломощным электронным логическим блоком без операционной системы. Настраивается он на элементарные задания и сценарии, которые могут основаны на времени или же состоянии датчиков. Например, датчик света, подключенный к нему, даёт управляющий сигнал на включение освещения при наступлении темноты. Сам процесс включения, естественно, осуществляется через реле.

Принцип работы контроллера

Основный принцип работы всей системы интеллектуального дома базируется на автоматизации и контроле всех процессов, происходящих в нём. Первоначально всё управление настраивается на самостоятельные включение и отключение тех или иных механизмов, упрощающих жизнь человека в доме. Контроллер умного дома может выполнять и контролировать задачи которые заложены у него в программе или же ранее были выставлены пользователем. При этом обязательна обратная связь между человеком управляющим домом и контроллером. Все системы, завязанные на работе с контроллером имею один или группу датчиков, и поэтому пользователю остаётся выбрать только режим их срабатывания, или же попросту отключить их автоматическую работу. А вот насколько полезна вся информация, подающаяся с контролера, это уже вопрос. Так как часть их может быть неинтересна обычному обывателю, не вникающему в подробности работы системы. Поэтому во время настройки и установки всей системы умного дома, хозяин должен решить насколько он будет автоматизирован. Так как, например, не всем нужно знать давление воды в магистрали холодной воды, или же напряжение в сети.

Типы связи систем

Связь для управления этой довольно сложной системой является немаловажным компонентом. Существует несколько основных типов связи:

То есть устройства, за счёт которых, и происходит непосредственное управление чаще всего идут в комплекте. Представляют они из себя графические панели управления с кнопочным или сенсорным воздействием, также это могут быть пульты дистанционного управления, настроенные на радиочастоту передатчика. Такие приборы управления, как мобильные телефоны, компьютеры или планшеты, естественно, приобретаются отдельно. Связь через них и управление происходит при помощи специально разработанного программного управления, которое и обеспечивает удалённый доступ при помощи интернета.

Основные варианты конфигураций

Постоянно, стремясь к совершенству и автоматизации, человек изобретает всё новые и новые механизмы для этого. Также это стремление направлено и на уменьшение габаритов устройств без потерь их функциональных особенностей.

Для контроллера управляющего механизмами так и для всей системы умный дом есть основные требования это:

автоматизм;
самоконтроль;
чёткость управления, без совершения ошибок.

Варианты конфигурации любой такой системы зависят от многих факторов, о который уже говорилось выше, вот варианты систем которое могут подключаться к контроллеру:

Регулировка и управление освещением как в самом помещении, так и на придомовой территории, и в местах архитектурных сооружений;
Климатические установки (кондиционирование, вентиляция, обогрев);
Закрывание и блокировка дверей, ворот и окон;
Аудиосистемы, и телевидение, домашний кинотеатр;
Управление шторами, жалюзи и солнцезащитными роллетами;
Системой водоснабжения;
Кормление домашних животных и аквариумных рыбок.

То есть всё заключается в желании клиента и его материальных возможностей.

Распространённые марки контроллеров

Качество выполнения команд и функциональность любой системы интеллектуального дома напрямую зависит от контроллера и его производителя.

VeraEdge

Модель семейства Vera отличается большим запасом доверия пользователей, из-за применения их аппаратуры в данной отрасли уже многие годы. Основные преимущества данной модели это:

Высокая производительность;
Эргономика;
Компактность;
Надёжность.

Разработчики применили здесь новую платформу, дающую высокие показатели производительности под названием SoC, её частота составляет 600 МГц, а оперативная память увеличена до 128 Мб. Основное нововведение реализовано на чипе Z-Wave Plus являющимся пятым поколением данных микросхем. Пользователь одновременно может контролировать и управлять механизмами количество которых доведено до 200 устройств. Оборудован контроллер VeraEdge модулем связи через Wi-Fi. Одним из недостатков которые всё же имеются в любой системе можно считать отсутствие интегрированного блока бесперебойного питания, который можно докупить и установить дополнительно.

Arduino

Siemens

Положительные и отрицательные стороны контроллеров

Бесспорное достоинство применения контролеров для управления домом или помещением направлено на эффективное решение разнообразных задач, а также на воспроизведение интеллектуальных способностей, казалось бы, у самых простых и элементарных механизмов. Домовладельцы реально избавляются от многих рутинных действий. Однако как и у каждой системы существуют обязательно недостатки. К ним стоит отнести:

сложность подключения и введение в работу;
дорогостоящее обслуживание и стоимость всех элементов системы.

Читайте также:

Умный дом на плк своими руками

Какие бывают датчики

Какие бывают актуаторы

Датчики движения

Датчики открытия окон/дверей

Датчики протечки воды

Датчики задымления

Датчики утечки газа

Датчики температуры и влажности

Определяемся с актуаторами

Приложения для смартфонов

Будьте услышанным

Команда умного дома

Принцип работы

Централизованный и децентрализованный комплекс

Варианты подключения

Как сделать правильный выбор

Популярные модели контроллеров

VeraEdge

Arduino

Siemens

Где купить

Рекомендации по установке контроллеров

Из чего состоит умный дом

Что собой представляет контроллер для управления

Принцип работы контроллера

Типы связи систем

Основные варианты конфигураций

Распространённые марки контроллеров

VeraEdge

Arduino

Siemens

Положительные и отрицательные стороны контроллеров