Plus ein Prozent Automatisierung

Am Ende des letzten Artikels habe ich mich entschlossen, diese endlose Liste technischer Lösungen aufzulisten, die ich wirklich als Teil der Automatisierung des gesamten Landes implementieren möchte, also nicht des Landes, sondern des Landhauses.

Bisher wurde der Gesamtverbrauch von einem einphasigen Messgerät mit Modbus-Schnittstelle gesteuert. Es ist nützlich, die aktuellen Verbrauchswerte zu überwachen, um angemessene Grenzwerte nicht zu überschreiten und nicht auf das Trennen der Gruppenmaschinen zu warten. Er bewältigte diese Aufgabe mit einem Knall. Viel interessanter ist es jedoch, jeden Verbraucher einzeln zu überwachen. Wofür und wie ich das machen werde, werde ich in diesem Artikel versuchen zu erzählen.

Zunächst möchte ich mich ganz herzlich bei Ihnen, Kollegen, für Ihr Interesse am vorherigen Artikel bedanken. Das Antworten auf Ihre Kommentare hat nicht weniger Spaß gemacht als das Schreiben des Artikels selbst. Ein aufmerksamer Leser bemerkte, dass der Rohwasserfilter verkehrt herum installiert ist!

Das Wiren Board produziert mehrere Modelle von Mehrkanal-Modbus-Leistungsmessern: das vierkanalige dreiphasige Monster WB-MAP12H (und sein einkanaliger jüngerer Bruder WB-MAP3H ), das sechskanalige einphasige WB-MAP6S und das separate Modell WB-MAP3E , das in besonderen Fällen verwendet wird, wenn eine Kurzdiagnose erforderlich ist und starke Wellen.

Zähler der WB-MAP-Serie messen eine Vielzahl von Netzwerkparametern: Momentanparameter von Spannung, Strom, Frequenz, Leistung (aktiv, reaktiv, gesamt), Leistungsfaktoren, Phasenwinkel; akkumulierte Energiewerte für jeden Kanal. Mit MAP-Zählern können Sie unter anderem Oberschwingungskoeffizienten anhand von Spannung und Strom messen. Dies ist wichtig für die Beurteilung der Stromqualität in Netzen mit "bösen" Verbrauchern.

Die Spannung wird direkt an die Klemmen der Zähler angelegt, und der Strom für jeden Kanal wird von abnehmbaren Stromwandlern gemessen. Dies ist sehr praktisch, wenn Sie das Messgerät in eine fertige Platte einbauen.


Installation von Zählern
Installation von Split-Stromwandlern.

In den Anzeigetafeln sehen die aktuellen Transformatoren schön und ordentlich aus (wie auf dem Bild im Titel des Beitrags). Im wirklichen Leben müssen Sie die Transformatoren dort platzieren, wo sie sich herausstellen. Und ja, Schilde müssen groß sein!

Das Automatisierungsprojekt meines Landhauses basiert, wie ich im vorherigen Artikel ausführlich beschrieben habe, auf der vorherigen Version unseres Wiren Board 5-Controllers, an den verschiedene Relaismodule, Aktoren und Sensoren über die Modbus-Schnittstelle angeschlossen sind.

Vor dem Wochenende habe ich mich mit zwei WB-MAP6S-Zählern und einem WB-MAP12H bewaffnet und bin zur Sache gekommen. Die anfänglichen Schätzungen der Anzahl der Messkanäle erwiesen sich natürlich als falsch: Es gab mehr Verbraucher, die ich beobachten wollte, daher musste ich einige Zeit darüber nachdenken, welche Gruppen den Verbrauch messen sollten.

Es wurden allgemeine Eingaben, Lasten nach Stabilisator und Wechselrichter, Konvektoren und Klimaanlagen (jeweils separat), zwei Kessel, ein Telekommunikationsschrank, automatische Tore, ein Kühlschrank und ein warmer Boden ausgewählt.

Zähler erfassen eine große Anzahl von Parametern (WB-MAP12H hat mehr als tausend Register), aber selbst eine konstante Abfrage von mehreren zehn Parametern von jedem Zähler wird zu einer erheblichen Belastung des RS-485-Busses, wenn Sie sie zu oft abfragen. Ich habe die mit dem Controller gelieferten Standardvorlagen auf die minimal erforderlichen Parameter reduziert.

Ich habe die Zähler auf den zweiten RS-485-Bus des Wiren Board-Controllers übertragen, um den normalen Betrieb der Relaismodule und Sensoren nicht zu beeinträchtigen, und die Geschwindigkeit auf 115200 kbit / s erhöht. In dieser Konfiguration begann die Vermessung von Zählern recht fröhlich und beeinträchtigte die Funktionsweise des Restes der Automatisierung nicht.

Bevor die erzielten Ergebnisse in die Praxis umgesetzt werden, müssen sie von allen Seiten analysiert werden. Der Wiren Board-Controller verfügt über eine integrierte Datenbank und einfache Visualisierungstools. Für ernsthafte Aufgaben lohnt es sich jedoch, ernstere Tools zu verwenden.

Nachdem ich Zabbix CP hatte, entschied ich mich, die Überwachung darauf zu implementieren, aber das Verlangen nach einem neuen überwältigte mich und entschied mich, das beliebte Influxdb + Grafana-Bundle zum Speichern und Anzeigen von Daten zu verwenden. Der Controller übersetzt alle Daten in Form von mqtt-Themen in einen separaten mqtt-Broker auf dem Server, wo das Python-Skript sie verarbeitet und in Influx speichert. Dort ist Grafana installiert, um alles und jeden anzuzeigen.

Die ersten Ergebnisse haben mich nicht enttäuscht. Hier sind einige Beispiele.


Netzspannung

Alle Ausfälle, mit seltenen Ausnahmen, treten zwischen 21:00 und 23:00 Uhr auf und sind besonders an Wochenenden bemerkbar. Gipfel - am frühen Morgen.

So sieht die Arbeit zweier Stabilisatoren aus (gelbe und blaue Linien):



Dies sind gewöhnliche Relaisstabilisatoren, die in weiten Kreisen des lettisch-chinesischen Herstellers mit einem ausreichend großen Schritt bekannt sind und die Ausgangsspannung ändern. Es gibt nichts Besonderes, obwohl klar ist, dass einer von ihnen dazu neigt, auf sehr extreme Spannungswerte umzuschalten (die jedoch in den Rahmen von GOST passen). Der erste Ersatzkandidat.

Sofortwerte werden in Form solcher Graphan-Widgets angezeigt:



Einfach und intuitiv, geeignet für die Ausgabe auf einem Informationsbildschirm oder Tablet an der Wand.

Das Momentanleistungsdiagramm für alle Verbraucher sieht sehr malerisch aus (klicken Sie auf das Bild, um es in vollem Umfang zu öffnen):



Groß und Grün ist kein Krokodil, sondern die gesamte Eingangsleistung.

Mit Grafana können Sie nicht nur alles auf dem Diagramm auswählen, sondern auch einen oder mehrere interessante Indikatoren.

Leistungsfaktor (cos φ). In modernen Haushaltsgeräten ist es ziemlich gut für sich. Ich habe den Betrieb von drei Verbrauchern untersucht: einer Klimaanlage, einem Kühlschrank und einem Warmwasserbereiter.

Zum Zeitpunkt des aktiven Betriebs hat der Warmwasserbereiter einen Leistungsfaktor von 1 - "hoch" (0,95 ... 1), ein Kühlschrank 0,85 - "gut" (0,8 ... 0,95); Der Leistungsfaktor der Klimaanlage (0,76) liegt an der Obergrenze des „zufriedenstellenden“ Bereichs (0,65 ... 0,8).

Wechselrichter-Klimaanlage:

Betrieb im normalen Kühlmodus und Aufbau einer separaten Spitze am Kompressor (rechts)

Sichtbare Spitzen beim ersten Start des Kompressors der externen Einheit, stabiler Betriebsmodus, Standby-Modus.

Wie funktioniert ein Kühlschrank? "Dr-dr-dr-dr-dr-dr-dr?" Fast das. Der Kompressor startet regelmäßig, wenn er sich in den Kammern erwärmt:


Periodischer Einschluss des Kühlschrankkompressors


Single Peak Power Struktur

Separater Zyklus: Beim Einschalten des Kompressors des Kühlschranks ist ein Stromstoß sichtbar. WB-MAP-Zähler sind sehr empfindlich: Sehen Sie diese kleinen Spitzen, etwa ein Dutzend Watt? Dieses Licht ging im Kühlschrank an: jemand stieg hinein!

Der beheizte Handtuchhalter arbeitet in einem kontinuierlichen Ein / Aus-Zyklus, um die eingestellte Temperatur aufrechtzuerhalten:

Rechts sehen Sie ein detaillierteres Bild der einzelnen Verbrauchsspitzen.

Das Kochfeld funktioniert ungefähr genauso:



Es scheint meinen Morgenkaffee gebrüht zu haben.

Ein interessantes Energieprofil für automatische Tore:



Sie verbrauchen im Standby-Modus etwa 5 Watt. Während des Betriebs können Sie anhand des Energieverbrauchsprofils die einzelnen Phasen der Bewegung der Ventile sehen: Die erste beginnt sich zu öffnen, die zweite beginnt, dann öffnen sie sich zusammen und halten dann an und die Antriebsmotoren schalten ab.

Der Kessel hält die Wassertemperatur aufrecht, die Häufigkeit und die Zeit des Einschaltens hängen vom Warmwasserverbrauch ab:



Ich werde die Leser nicht mehr mit Grafiken langweilen - ich werde ein Tablet zeigen! (Grafana kann nicht nur Daten zeichnen, sondern auch in Tabellen und Balkendiagrammen anzeigen.)



Das Etikett ist einfach und ermöglicht es Ihnen, den Gesamtenergieverbrauch stundenweise zu verfolgen und die stündlichen Kosten gemäß dem aktuellen Tarif zu bewerten. Die alte Version von Influxdb, die aus den Repositorys der aktuellen Version von Ubuntu auf dem Server installiert wird, weiß nicht, wie die üblichen Samples aus den Samples erstellt werden sollen, sodass es nicht möglich war, eine Spalte mit den Kosten pro Stunde hinzuzufügen.

In der Grafik sieht der Verbrauch folgendermaßen aus:



Da Gafana Alarmmeldungen generieren kann, reicht das Ergebnis für die Light-Version der Stromversorgungsüberwachung völlig aus.
Ich möchte jedoch aufregendere Probleme lösen.

• Oberschwingungen von Strom und Spannung. Bieten sie nützliche Informationen für zu Hause? Oft erzeugen schlechte Verbraucher oder funkelnde Kontakte Harmonische höherer Ordnung. Wie lange reicht die vorübergehende Auflösung der Zähler aus, um sie zu erkennen und Entscheidungen über das Deaktivieren von „schlechten Lasten“ zu treffen? Oder einfach nur Warnungen ausgeben?
• Klimaanlagen und Konvektoren. Wenn Sie von der Temperatur im Raum ausgehen, können Sie verstehen, in welchem ​​Modus die Klimaanlage funktioniert: Versucht sie, den Konvektor mit wilder Zähigkeit zu kühlen (der Konvektor sollte ausgeschaltet sein) oder arbeiten sie zusammen, um den Raum schnell zu heizen, wenn die Klimaanlage im umgekehrten Modus arbeitet, um zu heizen?
• Tore. Wenn sich das Energieverbrauchsprofil ändert und sich erheblich vom regulären unterscheidet, kann dies darauf hinweisen, dass es ein Hindernis gibt, das Öl in den Antrieben aufgrund der niedrigen Temperatur verdickt ist und jemand das Tor zu oft öffnet und schließt. Hier können Sie Warnungen senden, die Stromversorgung ausschalten. Gibt es genug Controller, Influx und Grafana dafür? Möglicherweise müssen solche Dinge in einem separaten Skript implementiert werden, das nur Nachrichten mit den Werten der Gate-Energieverbrauchsparameter abonniert.
• Pumpstation und Brunnenpumpe. Zusammen mit der Bewertung des Wasserflusses ist es möglich, den Leistungsabfall aufgrund einiger Fehlfunktionen, Undichtigkeiten und Probleme mit Lagertanks zu verfolgen.
• Der Betrieb des Klärgrubenkompressors kann auch anhand des Energieverbrauchs geschätzt werden, obwohl der Luftverbrauch meiner Meinung nach informativer ist.
• Warmwasserbereiter. Das Wasser im Brunnen ist sehr hart, Schuppen bilden sich recht schnell. Dementsprechend müssen die Heizelemente mehr und in einem strengeren Modus arbeiten und das Wasser unter der zusätzlichen Schaumabdeckung erwärmen (es beginnt auch zu brennen, wenn es ziemlich dick ist). Es wird interessant sein zu verstehen, ob die Analyse des Stromverbrauchs ausreicht, um die gebildete Skala zu erfassen (die Kessel haben keine Schnittstelle zur Meldung der Wassertemperatur im Tank).
• Gesamtstromverbrauch - Wenn die Ströme nahe an ihren Grenzwerten liegen, können Lasten mit niedriger Priorität deaktiviert werden.

Ich würde mich freuen, wenn jemand eine unerwartete und interessante Option für die Energieüberwachung einzelner Geräte anbietet.

Wir sehen uns wieder, Freunde!