Plus un pour cent d'automatisation

À la fin du dernier article, je me suis contenté d'énumérer cette liste interminable de solutions techniques que je veux vraiment mettre en œuvre dans le cadre de l'automatisation de l'ensemble, enfin, pas pays, mais maison de campagne.

Auparavant, la consommation totale était contrôlée par un compteur monophasé avec une interface Modbus. Il est utile de surveiller les relevés de consommation actuels afin de ne pas dépasser les limites raisonnables et de ne pas attendre la déconnexion des machines du groupe. Il a fait face à cette tâche avec un bang. Mais il est beaucoup plus intéressant de surveiller chaque consommateur individuellement. Pour quoi et comment faire, je vais essayer de le dire dans cet article.

Tout d'abord, je tiens à vous remercier, chers collègues, de l'intérêt que vous portez à l'article précédent. Répondre à vos commentaires n'était pas moins amusant que d'écrire l'article lui-même. Un lecteur attentif a remarqué que le filtre à eau agitée est installé à l'envers!

Le Wiren Board produit plusieurs modèles de wattmètres modbus multicanaux: le monstre triphasé à quatre canaux WB-MAP12H (et son frère cadet à canal unique WB-MAP3H ), le WB-MAP6S monophasé à six canaux et le modèle séparé WB-MAP3E , qui est utilisé dans des cas particuliers lorsqu'il est nécessaire de diagnostiquer un court et des surtensions puissantes.

Les compteurs de la série WB-MAP mesurent un grand nombre de paramètres de réseau: paramètres instantanés de tension, courant, fréquence, puissance (active, réactive, totale), facteurs de puissance, angles de phase; valeurs d'énergie accumulées pour chaque canal. Entre autres choses, les compteurs MAP vous permettent de mesurer les coefficients harmoniques par tension et courant, ce qui est important pour évaluer la qualité de l'électricité dans les réseaux avec des consommateurs "mal".

La tension est fournie directement aux bornes des compteurs et le courant pour chaque canal est mesuré par des transformateurs de courant détachables. Ceci est très pratique lors de l'installation du compteur dans un panneau fini.


Installation de compteurs
Installation de transformateurs de courant séparés.

Dans les panneaux d'affichage, les transformateurs actuels sont beaux et soignés (comme dans l'image dans le titre de l'article), dans la vraie vie, vous devez placer les transformateurs là où il se trouve. Et oui, les boucliers doivent être gros!

Le projet d'automatisation de ma maison de campagne, comme je l'ai détaillé dans l'article précédent, est basé sur la version précédente de notre contrôleur Wiren Board 5, auquel divers modules de relais, actionneurs et capteurs sont connectés via l'interface Modbus.

Avant le week-end, je me suis armé de deux compteurs WB-MAP6S et d'un WB-MAP12H et je me suis mis au travail. Les estimations initiales du nombre de canaux de mesure se sont révélées, bien sûr, incorrectes: il y avait plus de consommateurs que je voulais observer, j'ai donc dû réfléchir à quels groupes mesurer la consommation.

L'entrée générale, les charges après le stabilisateur et l'onduleur, les convecteurs et les climatiseurs (chacun séparément), deux chaudières, une armoire de télécommunication, des portes automatiques, un réfrigérateur, un plancher chaud ont été choisis.

Les compteurs collectent un grand nombre de paramètres (le WB-MAP12H a plus d'un millier de registres), mais même une interrogation constante de plusieurs dizaines de paramètres de chaque compteur devient une charge importante sur le bus RS-485 si vous les interrogez trop souvent. J'ai réduit les modèles standard fournis avec le contrôleur aux paramètres minimum requis.

J'ai transféré les compteurs sur le deuxième bus RS-485 du contrôleur Wiren Board, afin de ne pas interférer avec le fonctionnement normal des modules de relais et des capteurs, et j'ai augmenté la vitesse à 115200 kbit / s. Dans cette configuration, le relevé des compteurs a commencé à être effectué assez gaiement et n'a pas interféré avec le fonctionnement du reste de l'automatisation.

Avant de procéder à l'utilisation pratique des résultats obtenus, ils doivent être analysés de toutes parts. Le contrôleur Wiren Board possède une base de données intégrée et des outils de visualisation simples, mais pour les tâches sérieuses, il vaut la peine d'utiliser des outils plus sérieux.

En me souvenant qu'après tout, j'avais Zabbix CP, j'ai décidé de déployer la surveillance sur celui-ci, mais l'envie d'en créer un nouveau était maîtrisée et j'ai décidé d'essayer d'utiliser le populaire bundle Influxdb + Grafana pour stocker et afficher des données. Le contrôleur traduit toutes les données sous la forme de mqtt-topics vers un courtier mqtt distinct sur le serveur, où le script Python les traite et les stocke dans Influx. Là Grafana est installé pour afficher tout et tout.

Les premiers résultats ne m'ont pas déçu. Voici quelques exemples.


Tension secteur

Tous les échecs, à de rares exceptions près, se produisent vers 21h00 - 23h00 et sont particulièrement visibles le week-end. Pics - tôt le matin.

Voici à quoi ressemble le travail de deux stabilisateurs (lignes jaunes et bleues):



Ce sont des stabilisateurs de relais ordinaires connus dans de larges cercles du fabricant letton-chinois, avec un pas suffisamment grand, modifiant la tension de sortie. Il n'y a rien de spécial, même s'il est clair que l'un d'eux est enclin à passer à des valeurs de tension très extrêmes (qui, cependant, s'inscrivent dans le cadre de GOST). Le premier candidat de remplacement.

Les valeurs instantanées sont affichées sous la forme de ces widgets graphins:



Simple et intuitif, adapté à la sortie vers un écran d'information ou une tablette au mur.

Le graphique de puissance instantanée pour tous les consommateurs est très pittoresque (cliquez sur l'image pour l'ouvrir en pleine échelle):



Grand et vert n'est pas un crocodile, mais la puissance d'entrée totale.

Grafana vous permet de sélectionner sur le graphique non seulement tout, mais un ou plusieurs indicateurs d'intérêt.

Facteur de puissance (cos φ). Dans les appareils ménagers modernes, c'est assez bon pour lui-même. J'ai examiné le fonctionnement de trois consommateurs: un climatiseur, un réfrigérateur et un chauffe-eau.

Au moment du fonctionnement actif, le chauffe-eau a un facteur de puissance de 1 - «élevé» (0,95 ... 1), un réfrigérateur 0,85 - «bon» (0,8 ... 0,95); le facteur de puissance du climatiseur (0,76) est à la limite supérieure de la plage «satisfaisant» (0,65 ... 0,8).

Climatiseur inverter:

Fonctionnement en mode de refroidissement normal et structure d'un pic séparé sur le compresseur (à droite)

Pics visibles au démarrage initial du compresseur de l'unité externe, mode de fonctionnement stable, mode veille.

Comment fonctionne un réfrigérateur? "Dr-dr-dr-dr-dr-dr-dr?" Presque ça. Le compresseur démarre périodiquement lorsqu'il se réchauffe à l'intérieur des chambres:


Inclusion périodique du compresseur du réfrigérateur


Structure de puissance à pic unique

Cycle séparé: une surtension est visible lorsque le compresseur du réfrigérateur est allumé. Les compteurs WB-MAP sont assez sensibles: voyez ces petits pics, une dizaine de watts environ? Cette lumière s'est allumée à l'intérieur du réfrigérateur: quelqu'un y est monté!

Le porte-serviettes chauffant fonctionne selon un cycle marche / arrêt continu pour maintenir la température réglée:

À droite, une image plus détaillée des pics de consommation individuels.

La table de cuisson fonctionne à peu près de la même manière:



Il semble avoir préparé mon café du matin.

Un profil énergétique intéressant pour les portails automatiques:



Ils consomment environ 5 watts en mode veille, pendant le fonctionnement, le profil de consommation d'énergie vous permet de voir les phases individuelles du mouvement des soupapes: la première commence à s'ouvrir, puis la seconde démarre, puis elles s'ouvrent ensemble, puis s'arrêtent à tour de rôle et les moteurs d'entraînement s'arrêtent.

La chaudière maintient la température de l'eau, la fréquence et l'heure d'allumage dépendent de la consommation d'eau chaude:



Je n'ennuierai plus les lecteurs avec des graphiques - je montrerai une tablette! (Grafana peut non seulement tracer, mais également afficher des données dans des tableaux et des graphiques à barres.)



L'étiquette est simple et vous permet de suivre la consommation totale d'énergie à l'heure, ainsi que d'évaluer ce qu'elle coûte chaque heure conformément au tarif en vigueur. L'ancienne version d'Influxdb, qui est installée à partir des référentiels de la version actuelle d'Ubuntu sur le serveur, ne sait pas comment faire les échantillons habituels à partir des échantillons, il n'a donc pas été possible d'ajouter une colonne avec le coût de chaque heure.

Sur le graphique, la consommation ressemble à ceci:



Étant donné que Gafana peut générer des messages d'alarme, le résultat est tout à fait suffisant pour la version légère de la surveillance de l'alimentation.
Cependant, je veux résoudre des problèmes plus excitants.

• Harmoniques de courant et de tension. Fournissent-ils des informations utiles pour la maison? Souvent, les mauvais consommateurs ou les contacts étincelants génèrent des harmoniques d'ordre élevé. Combien de temps la résolution temporaire des compteurs est-elle suffisante pour les détecter et prendre des décisions sur la désactivation des «mauvaises charges»? Ou simplement diffuser des alertes?
• Climatiseurs et convecteurs. Si vous partez de la température de la pièce, vous pouvez comprendre dans quel mode le climatiseur fonctionne: essaie-t-il de refroidir le convecteur avec une ténacité sauvage (le convecteur doit être éteint) ou fonctionnent-ils ensemble pour chauffer rapidement la pièce, si le climatiseur fonctionne en mode inverse, pour chauffer?
• Portes. Si le profil de consommation d'énergie change et commence à différer de manière significative du profil normal, cela peut indiquer qu'il y a une sorte d'obstacle, l'huile dans les entraînements s'est épaissie en raison de la basse température, quelqu'un ouvre et ferme la porte trop souvent. Ici, vous pouvez envoyer des avertissements, couper l'alimentation. Y a-t-il suffisamment de contrôleurs, Influx et Grafana pour cela? Peut-être que de telles choses doivent être implémentées dans un script séparé, abonné uniquement aux messages avec les valeurs des paramètres de consommation d'énergie de la porte.
• Station de pompage et pompe de puits. Parallèlement à l'évaluation du débit d'eau, il est possible de suivre la baisse de performance due à certains dysfonctionnements, fuites, problèmes avec les réservoirs de stockage.
• Le fonctionnement du compresseur de la fosse septique peut également être estimé par la consommation d'énergie, bien que la consommation d'air soit plus informative, à mon avis.
• Chauffe-eau. L'eau dans le puits est très dure, le tartre se forme assez rapidement. En conséquence, les éléments chauffants doivent travailler plus et dans un mode plus sévère, chauffant l'eau sous le couvercle d'écume supplémentaire (elle commence également à brûler si elle est assez épaisse). Il sera intéressant de comprendre si l'analyse de la consommation électrique est suffisante pour détecter l'échelle formée (les chaudières n'ont pas d'interface pour signaler la température de l'eau dans le réservoir)?
• Consommation électrique totale - si les courants sont proches de leurs valeurs limites, les charges de faible priorité peuvent être désactivées.

Je serais heureux si quelqu'un propose une option inattendue et intéressante pour utiliser la surveillance de l'énergie de chaque appareil.

À bientôt, mes amis!