Mais automação de um por cento

No final do último artigo, decidi listar uma lista interminável de soluções técnicas que realmente quero implementar como parte da automação de todo, bem, não do país, mas da casa de campo.

Anteriormente, o consumo total era controlado por um medidor monofásico com uma interface Modbus. É útil monitorar as leituras atuais de consumo para não exceder os limites razoáveis ​​e não esperar pela desconexão das máquinas do grupo. Ele lidou com essa tarefa com um estrondo. Mas é muito mais interessante monitorar cada consumidor individualmente. Para o que e como fazer isso, tentarei dizer neste artigo.

Antes de mais, gostaria de dizer muito obrigado, colegas, pelo seu interesse no artigo anterior. Responder aos seus comentários não foi menos divertido do que escrever o próprio artigo. Um leitor atento percebeu que o filtro de água áspera está instalado de cabeça para baixo!

A Wiren Board produz vários modelos de medidores de potência modbus multicanais: o monstro trifásico de quatro canais WB-MAP12H (e seu irmão mais novo de um canal WB-MAP3H ), o WB-MAP6S de seis canais monofásicos e o modelo separado WB-MAP3E , usado em casos especiais quando é necessário diagnosticar curto e ondas poderosas.

Os contadores da série WB-MAP medem um grande número de parâmetros de rede: parâmetros instantâneos de tensão, corrente, frequência, potência (ativa, reativa, total), fatores de potência, ângulos de fase; valores de energia acumulados para cada canal. Entre outras coisas, os contadores MAP permitem medir coeficientes harmônicos por tensão e corrente, o que é importante para avaliar a qualidade da eletricidade em redes com consumidores "maus".

A tensão é fornecida diretamente aos terminais dos medidores e a corrente para cada canal é medida por transformadores de corrente destacáveis. Isso é muito conveniente ao instalar o medidor em um painel acabado.


Instalação de contadores
Instalação de transformadores de corrente bipartida.

Nos painéis de exibição, os transformadores atuais são bonitos e arrumados (como na imagem no título do post); na vida real, você precisa colocar os transformadores onde eles se transformam. E sim, os escudos devem ser grandes!

O projeto de automação da minha casa de campo, como detalhei no artigo anterior, é baseado na versão anterior do nosso controlador Wiren Board 5, ao qual vários módulos de relés, atuadores e sensores são conectados via interface Modbus.

Antes do fim de semana, eu me armava com dois contadores WB-MAP6S e um WB-MAP12H e fui direto ao assunto. As estimativas iniciais do número de canais de medição mostraram-se, é claro, incorretas: havia mais consumidores que eu queria observar, então tive que gastar algum tempo pensando em quais grupos medir o consumo.

Entrada geral, cargas após o estabilizador e o inversor, convectores e condicionadores de ar (cada um separadamente), duas caldeiras, um gabinete de telecomunicações, portões automáticos, uma geladeira e um piso quente foram escolhidos.

Os contadores coletam um grande número de parâmetros (o WB-MAP12H possui mais de mil registros), mas mesmo uma pesquisa constante de várias dezenas de parâmetros de cada contador se torna uma carga significativa no barramento RS-485 se você os interrogar com muita frequência. Reduzi os modelos padrão que acompanham o controlador aos parâmetros mínimos exigidos.

Transferi os contadores para o segundo barramento RS-485 do controlador Wiren Board, para não interferir na operação normal dos módulos e sensores de relés e aumentei a velocidade para 115200 kbit / s. Nessa configuração, o levantamento de medidores começou a ser realizado com muita alegria e não interferiu no funcionamento do restante da automação.

Antes de prosseguir com o uso prático dos resultados obtidos, eles devem ser analisados ​​por todos os lados. O controlador Wiren Board possui um banco de dados interno e ferramentas simples de visualização, mas para tarefas sérias, vale a pena usar ferramentas mais sérias.

Lembrando que depois de tudo que eu tinha o Zabbix CP, decidi implantar o monitoramento nele, mas o desejo por um novo prevaleceu e decidi tentar usar o popular pacote Influxdb + Grafana para armazenar e exibir dados. O controlador converte todos os dados na forma de tópicos mqtt em um broker mqtt separado no servidor, onde o script Python os processa e os armazena no Influx. Lá, o Grafana é instalado para exibir tudo e tudo.

Os primeiros resultados não me decepcionaram. Aqui estão alguns exemplos.


Tensão de rede

Todas as falhas, com raras exceções, ocorrem por volta das 21:00 - 23:00 horas e são especialmente visíveis nos finais de semana. Picos - de manhã cedo.

É assim que o trabalho de dois estabilizadores se parece (linhas amarelas e azuis):



Estes são estabilizadores de relé comuns conhecidos em grandes círculos do fabricante letão-chinês, com um passo suficientemente grande para alterar a tensão de saída. Não há nada de especial, embora seja claro que um deles esteja inclinado a mudar para valores de tensão muito extremos (que, no entanto, se encaixam na estrutura do GOST). O primeiro candidato a substituição.

Os valores instantâneos são exibidos na forma de tais widgets graphan:



Simples e intuitivo, adequado para saída para uma tela de informações ou tablet na parede.

O gráfico instantâneo de energia para todos os consumidores parece muito pitoresco (clique na imagem para abri-lo em grande escala):



Grande e verde não é um crocodilo, mas a potência total de entrada.

O Grafana permite selecionar no gráfico não apenas tudo, mas um ou mais indicadores de interesse.

Fator de potência (cos φ). Nos dispositivos domésticos modernos, é muito bom para si. Examinei a operação de três consumidores: um ar condicionado, uma geladeira e um aquecedor de água.

No momento da operação ativa, o aquecedor de água possui um fator de potência de 1 - “alto” (0,95 ... 1), um refrigerador 0,85 - “bom” (0,8 ... 0,95); o fator de potência do ar condicionado (0,76) está no limite superior da faixa “satisfatória” (0,65 ... 0,8).

Inversor de ar condicionado:

Operação no modo de resfriamento normal e a estrutura de um pico separado no compressor (à direita)

Picos visíveis na partida inicial do compressor da unidade externa, modo de operação estável, modo de espera.

Como funciona uma geladeira? "Dr-dr-dr-dr-dr-dr-dr?" Quase isso. O compressor inicia periodicamente à medida que se aquece dentro das câmaras:


Inclusão periódica do compressor da geladeira


Estrutura de potência de pico único

Ciclo separado: a oscilação de energia é visível quando o compressor do refrigerador é ligado. Os contadores WB-MAP são bastante sensíveis: veja esses pequenos picos, cerca de uma dúzia de watts? Essa luz acendeu dentro da geladeira: alguém entrou nela!

O toalheiro aquecido opera em um ciclo contínuo de ligar / desligar para manter a temperatura definida:

À direita, há uma imagem mais detalhada dos picos de consumo individuais.

A placa funciona aproximadamente da mesma maneira:



Parece ter feito meu café da manhã.

Um perfil energético interessante para portões automáticos:



Eles consomem cerca de 5 watts no modo de espera, durante a operação, o perfil de consumo de energia permite que você veja as fases individuais do movimento das válvulas: a primeira começa a abrir, depois a segunda começa, então elas se abrem juntas e depois param e os motores de acionamento desligam.

A caldeira mantém a temperatura da água, a frequência e o tempo de ligação dependem do consumo de água quente:



Não aguentarei mais os leitores com gráficos - mostrarei um tablet! (O Grafana pode não apenas plotar, mas também exibir dados em tabelas e gráficos de barras.)



A etiqueta é simples e permite rastrear o consumo total de energia por hora, além de avaliar o custo de cada hora, de acordo com a tarifa atual. A versão antiga do Influxdb, instalada a partir dos repositórios da versão atual do Ubuntu no servidor, não sabe como fazer as amostras usuais a partir das amostras, portanto não foi possível adicionar uma coluna com o custo de cada hora.

No gráfico, o consumo é assim:



Como o Gafana pode gerar mensagens de alarme, o resultado é suficiente para a versão light do monitoramento da fonte de alimentação.
No entanto, quero resolver problemas mais emocionantes.

• Harmônicas de corrente e tensão. Eles fornecem informações úteis para o lar? Frequentemente, maus consumidores ou contatos brilhantes geram harmônicos de alta ordem. Quanto tempo a resolução temporária dos contadores é suficiente para detectá-los e tomar algumas decisões sobre a desativação de "cargas ruins"? Ou apenas dar alertas?
• Condicionadores de ar e convectores. Se você começar a partir da temperatura na sala, poderá entender em que modo o ar condicionado funciona: ele tenta resfriar o convector com tenacidade descontrolada (o convector deve ser desligado) ou eles trabalham juntos para aquecer rapidamente a sala, se o ar condicionado funcionar no modo reverso, para aquecer?
• Gates. Se o perfil de consumo de energia mudar e começar a diferir significativamente do normal, isso pode indicar que há algum tipo de obstáculo, o óleo nos inversores engrossou devido à baixa temperatura, alguém abre e fecha o portão com muita frequência. Aqui você pode enviar avisos, desligar a energia. Existe controlador suficiente, Influx e Grafana para isso? Talvez essas coisas precisem ser implementadas em um script separado, inscrito apenas em mensagens com os valores dos parâmetros de consumo de energia do portão.
• Estação de bombeamento e bomba de poço. Juntamente com a avaliação do fluxo de água, é possível rastrear a queda no desempenho devido a algumas avarias, vazamentos, problemas com os tanques de armazenamento.
• A operação do compressor de fossas sépticas também pode ser estimada pelo consumo de energia, embora o consumo de ar seja mais informativo, na minha opinião.
• Aquecedores de água. A água no poço é muito dura, a escama é formada rapidamente. Consequentemente, os elementos de aquecimento precisam trabalhar mais e de modo mais severo, aquecendo a água sob a cobertura adicional da escória (ela também começa a queimar se for bastante espessa). Será interessante entender se a análise do consumo de energia é suficiente para detectar a escala formada (as caldeiras não possuem uma interface para relatar a temperatura da água no tanque)?
• Consumo total de energia - se as correntes estiverem próximas dos seus valores limite, as cargas de baixa prioridade podem ser desativadas.

Eu ficaria feliz se alguém oferecer uma opção inesperada e interessante para usar o monitoramento de energia de dispositivos individuais.

Até mais, amigos!