Al final del
último artículo, decidí enumerar esa lista interminable de soluciones técnicas que realmente quiero implementar como parte de la automatización del conjunto, bueno, no del país, sino de la casa de campo.
Anteriormente, el consumo total estaba controlado por un medidor monofásico con una interfaz Modbus. Es útil monitorear las lecturas de consumo de corriente para no exceder los límites razonables y no esperar la desconexión de las máquinas del grupo. Él hizo frente a esta tarea con una explosión. Pero es mucho más interesante monitorear a cada consumidor individualmente. Para qué y cómo hacer esto, intentaré contarlo en este artículo.
En primer lugar, me gustaría agradecerles, colegas, por su interés en el artículo anterior. Responder a sus comentarios no fue menos divertido que escribir el artículo en sí. ¡Un lector observador notó que el filtro de agua en mal estado está instalado al revés!
Wiren Board produce varios modelos de medidores de potencia modbus multicanal: el monstruo trifásico
WB-MAP12H de cuatro canales (y su hermano menor monocanal
WB-MAP3H ), el
WB-MAP6S monofásico de seis canales y el modelo separado
WB-MAP3E , que se utiliza en casos especiales cuando es necesario diagnosticar corto y oleadas poderosas.
Los contadores de la serie WB-MAP miden una gran cantidad de parámetros de red: parámetros instantáneos de voltaje, corriente, frecuencia, potencia (activa, reactiva, total), factores de potencia, ángulos de fase; valores de energía acumulados para cada canal. Entre otras cosas, los contadores MAP le permiten medir coeficientes armónicos por voltaje y corriente, lo cual es importante para evaluar la calidad de la electricidad en redes con consumidores "malvados".
El voltaje se suministra directamente a los terminales de los medidores, y la corriente para cada canal se mide mediante transformadores de corriente desmontables. Esto es muy conveniente al instalar el medidor en un panel terminado.
Instalación de mostradoresInstalación de transformadores de corriente dividida.En los paneles de visualización, los transformadores de corriente se ven hermosos y limpios (como en la imagen en el título de la publicación), en la vida real hay que colocar los transformadores donde resulta. Y sí, ¡los escudos deben ser grandes!
El proyecto de automatización de mi casa de campo, como detallé en el artículo anterior, se basa en la versión anterior de nuestro controlador Wiren Board 5, al que varios módulos de relé, actuadores y sensores están conectados a través de la interfaz Modbus.
Antes del fin de semana, me armé con dos contadores WB-MAP6S y uno WB-MAP12H y me puse manos a la obra. Las estimaciones iniciales del número de canales de medición resultaron ser, por supuesto, incorrectas: había más consumidores a los que quería observar, así que tuve que pasar un tiempo pensando en qué grupos medir el consumo.
Se eligieron entradas generales, cargas después del estabilizador y el inversor, convectores y aires acondicionados (cada uno por separado), dos calderas, un gabinete de telecomunicaciones, puertas automáticas, un refrigerador y un piso cálido.
Los contadores recopilan una gran cantidad de parámetros (WB-MAP12H tiene más de mil registros), pero incluso una encuesta constante de varias decenas de parámetros de cada contador se convierte en una carga significativa en el bus RS-485 si los interroga con demasiada frecuencia. Reduje las plantillas estándar que vienen con el controlador a los parámetros mínimos requeridos.
Transferí los contadores al segundo bus RS-485 del controlador Wiren Board, para no interferir con el funcionamiento normal de los módulos de relé y sensores, y aumenté la velocidad a 115200 kbit / s. En esta configuración, la encuesta de medidores comenzó a realizarse con bastante alegría y no interfirió con el funcionamiento del resto de la automatización.
Antes de proceder al uso práctico de los resultados obtenidos, deben analizarse desde todos los lados. El controlador Wiren Board tiene una base de datos incorporada y herramientas de visualización simples, pero para tareas serias vale la pena usar herramientas más serias.
Recordando que después de todo lo que tenía Zabbix CP, decidí implementar el monitoreo en él, pero el deseo de uno nuevo se sobrepuso y decidí intentar usar el popular paquete Influxdb + Grafana para almacenar y mostrar datos. El controlador traduce todos los datos en forma de mqtt-topics a un mqtt-broker separado en el servidor, donde
el script Python lo procesa y almacena en Influx. Allí Grafana está instalado para mostrar todo y todo.
Los primeros resultados no me decepcionaron. Aquí hay algunos ejemplos.
Tensión de redTodas las fallas, con raras excepciones, ocurren alrededor de las 21:00 - 23:00 horas y son especialmente notables los fines de semana. Picos - temprano en la mañana.
Así es como se ve el trabajo de dos estabilizadores (líneas amarillas y azules):
Estos son estabilizadores de relé ordinarios conocidos en amplios círculos del fabricante letón-chino, con un paso suficientemente grande, que cambia el voltaje de salida. No hay nada especial, aunque está claro que uno de ellos está inclinado a cambiar a valores de voltaje muy extremos (que, sin embargo, se ajustan al marco de GOST). El primer candidato de reemplazo.
Los valores instantáneos se muestran en forma de tales widgets de gráficos:
Simple e intuitivo, adecuado para la salida a una pantalla de información o tableta en la pared.
El gráfico de potencia instantánea para todos los consumidores se ve muy pintoresco (haga clic en la imagen para abrirla a escala completa):
Grande y verde no es un cocodrilo, sino la potencia de entrada total.
Grafana le permite seleccionar en el gráfico no solo todo, sino uno o más indicadores de interés.
Factor de potencia (cos φ). En los dispositivos domésticos modernos, es bastante bueno para sí mismo. Examiné el funcionamiento de tres consumidores: un aire acondicionado, un refrigerador y un calentador de agua.
En el momento de la operación activa, el calentador de agua tiene un factor de potencia de 1 - "alto" (0,95 ... 1), un refrigerador 0,85 - "bueno" (0,8 ... 0,95); El factor de potencia del aire acondicionado (0.76) está en el límite superior del rango "satisfactorio" (0.65 ... 0.8).
Aire acondicionado inverter:
Operación en modo de enfriamiento normal y la estructura de un pico separado en el compresor (a la derecha)Picos visibles en el arranque inicial del compresor de la unidad externa, modo de operación estable, modo de espera.
¿Cómo funciona un refrigerador? "¿Dr-dr-dr-dr-dr-dr-dr?" Casi eso El compresor arranca periódicamente a medida que se calienta dentro de las cámaras:
Inclusión periódica del compresor frigorífico.
Estructura de potencia de pico únicoCiclo separado: la sobretensión es visible cuando se enciende el compresor del refrigerador. Los contadores WB-MAP son bastante sensibles: ¿ves estos pequeños picos, aproximadamente una docena de vatios? Esta luz se encendió dentro del refrigerador: ¡alguien se subió a ella!
El toallero térmico funciona en un ciclo continuo de encendido / apagado para mantener la temperatura establecida:
A la derecha hay una imagen más detallada de los picos de consumo individual.La encimera funciona aproximadamente de la misma manera:
Parece haber preparado mi café de la mañana.
Un interesante perfil energético para puertas automáticas:
Consumen aproximadamente 5 vatios en modo de espera, durante el funcionamiento, el perfil de consumo de energía le permite ver las fases individuales del movimiento de las válvulas: la primera comienza a abrirse, luego la segunda comienza, luego se abren juntas, y luego se detienen a su vez y los motores de accionamiento se apagan.
La caldera mantiene la temperatura del agua, la frecuencia y el tiempo de encendido dependen del consumo de agua caliente:
Ya no aburriré a los lectores con gráficos, ¡mostraré una tableta! (Grafana no solo puede trazar, sino también mostrar datos en tablas y gráficos de barras).
La etiqueta es simple y le permite rastrear el consumo total de energía por hora, así como evaluar lo que cuesta cada hora de acuerdo con la tarifa actual. La versión anterior de Influxdb, que se instala desde los repositorios de la versión actual de Ubuntu en el servidor, no sabe cómo hacer las muestras habituales de las muestras, por lo que no fue posible agregar una columna con el costo de cada hora.
En el gráfico, el consumo se ve así:
Dado que Gafana puede generar mensajes de alarma, el resultado es suficiente para la versión ligera del monitoreo de la fuente de alimentación.
Sin embargo, quiero resolver problemas más emocionantes.
- Armónicos de corriente y voltaje. ¿Proporcionan información útil para el hogar? A menudo, los malos consumidores o los contactos brillantes generan armónicos de alto orden. ¿Por cuánto tiempo es suficiente la resolución temporal de los contadores para detectarlos y tomar algunas decisiones sobre la desactivación de "cargas malas"? ¿O simplemente dar alertas?
- Aires acondicionados y convectores. Si comienza desde la temperatura de la habitación, puede entender en qué modo funciona el aire acondicionado: ¿trata de enfriar el convector con una tenacidad salvaje (el convector debe estar apagado) o funcionan juntos para calentar rápidamente la habitación, si el aire acondicionado funciona en el modo inverso, para calentar?
- Puertas Si el perfil de consumo de energía cambia y comienza a diferir significativamente del perfil normal, esto puede indicar que hay algún tipo de obstáculo, el aceite en las unidades se ha espesado debido a la baja temperatura, alguien abre y cierra la puerta con demasiada frecuencia. Aquí puede enviar advertencias, apague la alimentación. ¿Hay suficiente controlador, Influx y Grafana para esto? Quizás tales cosas deben implementarse en un script separado, suscrito solo a mensajes con los valores de los parámetros de consumo de energía de la puerta.
- Estación de bombeo y bomba de pozo. Junto con la evaluación del flujo de agua, es posible rastrear la caída en el rendimiento debido a algunos fallos de funcionamiento, fugas, problemas con los tanques de almacenamiento.
- El funcionamiento del compresor del tanque séptico también se puede estimar por el consumo de energía, aunque el consumo de aire es más informativo, en mi opinión.
- Calentadores de agua El agua en el pozo es muy dura, la incrustación se forma bastante rápido. En consecuencia, los elementos calefactores tienen que funcionar más y en un modo más severo, calentando el agua por debajo de la cubierta de espuma adicional (también comienza a arder si es bastante espesa). ¿Será interesante entender si el análisis del consumo de energía es suficiente para detectar la escala formada (las calderas no tienen una interfaz para informar la temperatura del agua en el tanque)?
- Consumo de energía total: si las corrientes están cerca de sus valores límite, se pueden desactivar las cargas de baja prioridad.
Me alegraría si alguien ofrece una opción inesperada e interesante para usar el monitoreo de energía de dispositivos individuales.
¡Nos vemos de nuevo, amigos!