Чтобы сделать газовый котел «умным», необходимо оснастить его системой дистанционного управления, например, с помощью специального термостата, который можно подключить к Wi-Fi. Это позволит пользователям регулировать температуру в доме удаленно через мобильное приложение и настраивать режимы работы котла.
Кроме того, интеграция с системами умного дома обеспечит автоматизацию отопления в зависимости от погодных условий и привычек жильцов. В результате, это не только повысит комфорт, но и поможет сократить расход газа, что будет выгодно и для бюджета, и для экологии.
От желания управлять газовым котлом удалённо до полной автоматизации отопления дома
В статье расскажу про свой путь разработки DIY железок для работы с Home Assistant с целью автоматизации отопления в частном доме.
Глава 0. Предыстория
Захотелось построить дом. Дом построили, встал вопрос с отоплением и управлением, а так как в доме иногда отсутствовали по несколько месяцев, то переплачивать за газ не очень-то и хотелось. Газа ведь магистрального нет, но «мы скоро проведем». До этого «скоро» закопали газгольдер, а газ там в +-10 раз дороже магистрального.
Пытливый ум решил: будем поддерживать в доме температуру 15 градусов, когда там никого нет. Как это сделать? Повесить контроллер/термостат для котла. Есть ли готовые решения на рынке? Есть, но мало.
Или плохо искал.
Глава 1. Изучаем рынок
На рынке есть некоторые готовые решения, например, ZONT. Для большинства он бы подошел, но в моём случае хотелось управлять всем этим добром из Home Assistant, потому что зоопарк из приложений не нравится. А оно этого не умеет. Точнее, умеет, но через непубличное API.
А это значит, что в самый неподходящий момент кто-то из разработчиков задеплоит новую версию API и наша «интеграция» превратится в тыкву. Все остальные предложения оказались такими же «облачными». Хотя сейчас есть железо и софт от WirenBoard, но сейчас это уже не важно. В итоге, встает выбор, использовать ZONT и костыли, либо делать что-то своё.
Глава 2. Делаем что-то своё
Ищем документацию по OpenTherm, а её особо-то и нет, кроме OpenTherm Protocol Specification v2.2 от 2003 года, всё очень секьюрно. На github нашлась единственная нормальная библиотека для работы с протоколом — OpenTherm Library. И там же примеры. Простенькие и без деталей. Спустя 20 минут пару дней получаем что-то, что умеет чуть-чуть управлять котлом.
Добавляем WiFiManager для удобства настройки подключения к Wifi и… оно нормально не работает. Потому что OpenTherm Library по дефолту блокирующая. То есть, когда в коде ожидается ответ от котла, то микроконтроллер занят ожиданием. Фиаско. Ладно, подумал я, добавим шедулер! Пока библиотека ждет ответа, займемся чем-нибудь другим, например, веб-сервер ответит на запросы.
Звучит прекрасно. Правда, шедулер пришлось чуть-чуть переписать. И в OpenTherm Library внести небольшое изменение. В какой-то момент я хотел все сжечь, установить Zont и прибить его костылями к HA. Но, спустя некоторое время месяц получили вполне себе результат: из Home Assistant можно устанавливать температуру теплоносителя.
Но задача была другая – поддерживать заданную температуру в доме, а не в теплообменнике котла.
Глава 3. Всё еще делаем что-то своё
Как подобрать температуру теплоносителя, необходимую для поддержки заданной температуры воздуха в доме? Исторически сложилось, что эмпирически. Дома холодно – повышаем, дома жарко – понижаем. С точки зрения разработки – PID регулятор. Дописываем код, тестируем.
Видим медленный нагрев дома или раскачку системы, когда в доме то 25, то 19 градусов, а стабилизация занимает время. Всё из-за того, что отопление – процесс инертный. Изучив другие возможные варианты, останавливаюсь на погодозависимом регулировании (эквитермических кривых). Алгоритм худо-бедно описан в документации к некоторым термостатам для котлов, но формул для расчёта нет.
Максим Вдовин провел аппроксимацию и выложил данные для расчёта, за что ему спасибо. Пишем небольшую библиотеку для расчёта температуры теплоносителя в зависимости от температуры на улице и температуры в доме, добавляем ее в контроллер, дописываем логику. Тестируем, подбираем коэффициенты, и чудо случилось – оно работает! В доме воцарилась желаемая температура.
Впервые за пару месяцев не нужно ничего вручную регулировать. Первые несколько месяцев я брал уличную температуру из интеграции Weather в Home Assistant, но точность её оставляла желать лучшего, поэтому температура в доме немного плавала, в пределах 1-2 градуса от установленной. Решение оказалось простое – вынос внешнего датчика на улицу и съем показаний с него.
Пока ехал датчик DS18B20, напечатал будку Стивенсона (метеорологическая будка), чтобы исключить влияние осадков и солнца на показания. Пару часов на дописывание прошивки, добавление фильтрации показаний от шума. Заливаем. Подозрительно посмотрев на то, что всё работает так, как задумано, оставил в покое почти на полтора года.
Глава 4. Тесты и наблюдения
За оставшиеся 3-4 холодных месяца и всю следующую зиму контроллер показал себя весьма достойно: невзирая на суточные колебания температуры от -30 до +2, в доме поддерживалась установленная температура. За лето были добавлены новые функции, причёсан код, добавлена полная интеграция в HomeAssistant через MQTT Auto Discovery, спроектирована и собрана нормальная плата.
После тестов решил выложить проект на Github. Код открыт и бесплатен. На странице есть файлы для производства и сборки платы. В последней версии также стало возможно подключать еще один датчик DS18B20 для определения температуры внутри дома. Но лично мне удобнее через MQTT отправлять на контроллер температуру с ZigBee датчиков. В целом, работа контроллера меня сейчас более чем устраивает.
За кадром осталось много не очень интересного и скучного: разработка заняла около года и ведется до сих пор.
Глава 5: магистрального газа все еще нет
Так как «скорое подключение» затянулось, а газ временами был по 25-35р за литр, не давала покоя мысль, что по ночному тарифу отапливать дом электричеством вроде бы дешевле. Набросав табличку в Excel с расчётами, было ясно, что мысль была неплохой. В среднем, в смешанном цикле (днем – газ, ночью – электричество) за год должно получиться дешевле на 24%.
При стоимости электрического котла в 57 000 р., окупаемость такого решения чуть больше 2.5 лет. 
Этим же годом Baxi выпустили электрический котел Ampera, который, по удачному совпадению, умеет Opentherm. Случайности не случайны, и спустя некоторое время котёл был установлен параллельно газовому. 
Глава 6. Телеметрия
Как писал ранее, из-за отсутствия магистрального газа, у меня закопан газгольдер. По умолчанию на них установлен механический уровнемер поплавкового типа с таким же механическим индикатором. Например такой
То есть, если хочется зимой проверить уровень, то будь добр его найти под снегом, раскопать крышку от снега и посмотреть. И потом желательно закопать. Изучив рынок, снова не нашел решений, которые могут работать локально и могут интегрироваться в Home Assistant. Или опять плохо искал. Гуглится по запросу: телеметрия для газгольдера.
В процессе изучения рынка стало понятно, что нужно отдельно искать датчик и документацию к нему с референсными значениями. Все доступные датчики работают по принципу датчика холла, в России возможно приобрести SRG 487-530-2001, под который и был написан софт. SRG 487-530-2001
Дабы не утомлять читателя очередной историей с разработкой девайса, скажу так: всё было гораздо проще и быстрее. От макета до нормальной платы ушло чуть больше пары месяцев. Дальше приходилось немного корректировать матрицу показаний, так как референсных значений для этого датчика найти не удалось.
Для отслеживания расхода газа в Home Assistant (через панель Energy) была добавлена функция счётчика. С ней не всё гладко, так как в HA невозможно считать газ в литрах, поэтому используется конвертация в м3, возможно в дальнейшем это исправят. Проект тоже был опубликован на Github. Там же есть файлы для производства и сборки платы.
Глава 7. Заключительная
Собственно для чего все это делалось? Для автоматизации процессов и удобства, для управления всеми устройствами умного дома из одного приложения. И по фану. Так что цель достигнута. Примеры дополнительных автоматизаций в HA, которые можно создать:
- Push уведомления, если любой из котлов падает в ошибку
- Push уведомления при критически низком уровне газа в газгольдере
- Push уведомления при затоплении газгольдера (грунтовыми водами)
- Автоматическое переключение на электрический котел, когда действует ночной тариф (23:00-07:00) при условии, что цена за кВт тепла из газа выше, чем цена за кВт тепла из электричества.
- Установка температуры в доме на 15 градусов, когда дом встает на охрану (когда никого нет)
- Установка комфортной температуры, когда дом снимается с охраны.
- Установка ночной температуры, когда дом переводится в режим «ночь»
Еще скриншоты
Планы на будущее
Несмотря на то, что более чем за несколько лет платы ESP8266 чувствуют себя нормально и зависаний не замечено, в сети бытует мнение, что аппаратный watchdog на них работает некорректно и у людей в целом на этой плате встречаются зависания. Для исключения этой проблемы люди делают внешний watchdog на attiny13 или рекомендуют использовать esp32. Поэтому в будущем есть в планах перейти на эту платформу, прикрутив возможность использования BLE датчиков температуры.
Ссылки на репозитории
- https://github.com/Laxilef/OTGateway
- https://github.com/Laxilef/GasholderMon
Источник3: pushok.io
Умный котел — автоматизация управления газовым котлом
Большинство газовых котлов имеет вход для подключения комнатного выносного термостата. Управление по этому входу заключается в размыкании и замыкании контактов: замкнули — котел греет, разомкнули — котел не греет. Вместе с этим входом часто предусмотрен температурный сектор на регуляторе температуры котла, отмеченный как "auto". При установке температуры в этом секторе котел будет стремиться менять температуру теплоносителя в определенных пределах (обычно 40–60 градусов), в зависимости от того, как быстро или медленно приходит сигнал от термостата на включение и выключение. Таким образом, для минимальной автоматизации котла необходимы реле (например, POK008) и термометр (например, POK005). Автоматизация при этом будет выглядеть следующим образом:
Состояния: РелеКотла [Реле Котла.Состояние] Уставка [] КомнатаТемпература [Комнатный термометр.Температура] Процессы: СбойКотла Оповещения: "Сбой отопления", когда СбойКотла запущен Правила: РелеКотла := Включено, если КомнатаТемпература < (Уставка - 0.5) РелеКотла := Отключено, если КомнатаТемпература >(Уставка + 0.5) Запускать СбойКотла на 3600 секунд, если (РелеКотла == Включено) (КомнатаТемпература < (Уставка - 5))В данной автоматизации непосредственно котлом управляют два правила — когда он должен включиться и когда выключиться.
Два правила необходимы, чтобы не включать котел слишком часто, предусмотрев так называемый гистерезис. Отдельно необходимо отметить состояние "Уставка": это так называемое локальное состояние, часть автоматизации. В состояние "Уставка" можно записать требуемую температуру и использовать ее в других автоматизациях или добавить на экран быстрого доступа.
Предположим, что мы задали "Уставка" равной 23 градусам. Тогда котел включится, когда температура упадет ниже 22,5, а выключится, когда она возрастет выше 23,5. Помимо регулировки температуры, мы добавили правило запускать процесс "СбойКотла", если подан сигнал на нагрев, а температура при этом значительно ниже заданной. Процесс "СбойКотла" нужен для оповещения.
Итак, с выносным термостатом разобрались. Реалии сегодняшнего дня таковы, что перепады температуры в 20 градусов стали нормой. Может возникнуть ситуация, когда сегодня требуется работа котла, а завтра — кондиционера. Кроме того, в нашей практике мы сталкиваемся с ситуациями, когда котел не очень хорошо работает с системой отопления.
Причины бывают разные: особенности котла или плохо спроектированная система. Из особенностей котла можно отметить работу котлов Beretta (и, возможно, других), когда в момент розжига горелка включается в режим "адского пламени" на 15 секунд, чего часто хватает, чтобы котел тут же отключился из-за аварийного перегрева. Обычно можно услышать, что это нормальный режим, котел "тактует". Но согласитесь, трудно считать нормальным, когда котел включается каждую минуту, и только один из десяти раз переходит в режим нормального нагрева. Кажется очевидным, что на износ котла влияют не столько длительные периоды работы, сколько такие ложные запуски.
Учитывая вышеизложенное, перейдем на новую ступень. Автономное реле POK008 имеет дополнительный вход для датчика температуры и режим термостата, в котором оно самостоятельно поддерживает температуру на заданном уровне с заданным гистерезисом. При этом оптимально разместить датчик температуры на подводящей трубе котла (обратке).
Таким образом, установив основной регулятор котла на заведомо высокую температуру, мы сможем регулировать температуру теплоносителя через наше реле. Установка датчика на обратке позволит отключать котел, когда вся система прогрелась, и включать, когда температура опустится ниже порога, при котором случался ложный запуск. В целом, с таким подходом можно сократить частоту включения котла в несколько раз, что положительно скажется на его ресурсе. В качестве дополнения потребуется еще один термометр POK005 для установки на улице.
Состояния: УлицаТ [Уличный Термометр.Температура] КотелТ [Реле Котла.Температура] КотелС [Реле Котла.Состояние] УставкаК [Реле Котла.Цель] Уставка [] КомнатаТемпература [Комнатный термометр.Температура] Процессы: СбойКотла Оповещения: "Сбой котла", когда СбойКотла запущен Правила: УставкаК := 31 - (УлицаТ * 0.8) + (Уставка - КомнатаТемпература) * 5 Запускать СбойКотла на 3600 секунд, если (КотелТ < (УставкаТ - 10)) И КотелСНесмотря на то что теперь мы учитываем шесть состояний, количество правил в автоматизации даже уменьшилось.
Ключевым является расчет желаемой температуры теплоносителя. В формуле мы учитываем температуру на улице и разницу между желаемой и фактической температурой в помещении. Константы 31, 0.8 и 5 необходимо подбирать экспериментально для вашего помещения. В этой формуле основное влияние оказывает внешняя температура.
Например, если температура на улице 0 градусов, а температура в помещении равна желаемой, то 31 — это та температура теплоносителя, которой достаточно для поддержания нужных условий. Коэффициент 0.8 указывает, насколько нужно увеличивать температуру на каждый градус изменения температуры на улице.
Можно исходить из привычной минимальной отрицательной температуры и максимальной комфортной температуры теплоносителя. Например, в нашем регионе редко бывают морозы ниже -35, а 60 градусов теплоносителя достаточно, чтобы справиться с ними. Подставив цифры в формулу, получаем, что при -35 и коэффициенте 0.8 температура теплоносителя составит 60.
Последний компонент формулы — это корректировка температуры в зависимости от разницы с фактической температурой в помещении. Полностью ориентироваться на температуру на улице нельзя, так как может светить солнце или дуть холодный ветер. В нашей формуле указано, что если температура ниже уставки, добавь 5 градусов на каждый градус разницы.
Если будет теплее, температура будет снижаться пропорционально. Как вы заметили, довольно полезная как с точки зрения комфорта так и с точки зрения экономии ресурсов автоматизация достаточно проста, а для удобства мы предлагаем готовый комплект со всеми нужными устройствами и дополнительным ретранслятором для увеличения дальности. Все в наших руках!
Источник4: pushok.io
Источник5: kpdsklad.ru
Как подключить котёл отопления к Wi-Fi
В регионах с холодным климатом отопление домов – это одна из основных задач, с которой приходится работать всю зиму. Обогрев позволяет создать условия, приемлемые для проживания, при этом контролировать их удаленно очень сложно. Избавиться от этой проблемы можно установкой Wi-Fi-модуля.
Артем
Техническая сторона вопроса
- Получает показатели, связанные с климатом помещения, регистрируемые электронными компонентами котла.
- Значения передаются на смартфон или компьютер пользователя.
- При желании повысить или понизить температуру оператор использует функции приложения или сайта.
Системы управления также дополняются датчиками и другими устройствами, в зависимости от сложности системы управления. Чем больше дополнительных приспособлений, тем больше возможностей у пользователя.
Что доступно оператору, если воспользоваться базовыми предложениями:
- Координация режимов работы котла. Подразумевается управление функциями, предусмотренными отопительным оборудованием.
- Составление графиков включения. Актуально для загородных домов, не используемых для регулярного проживания, где достаточно кратковременной работы техники для недопущения промерзания конструкции.
- Изучение отчетов о срабатывании системы и показателях в доме. Пользователь также получает сигналы о сбоях.
- Настройка эконом-режимов. Специальные функции, позволяющие снизить расход топлива, когда нет потребности в стандартном обогреве.
- Выбор зон обогрева. Настройка позволяет потратить больше энергии на те помещения, которые в этом нуждаются.
Весь функционал переносится на мобильное устройство пользователя. Остается Возможность настройки оборудования через панель контроллера при нахождении оператора в доме.
Пример готового модуля
Устройство TECH ST-507 – модуль дистанционного управления для газовых котлов, позволяющий удаленно настраивать работу отопительного оборудования. Пользователю доступен весь функционал, описанный ранее, в том числе касающийся изменения температуры в определенных зонах, а также настройки графика включения системы.
Информация с устройства передается на смартфон и компьютер. Встроенные базы сохраняют данные по всем изменениям в работе котла, там же находятся температурные значения всех зон. Указываются они в виде удобочитаемых графиков, поэтому специального обучения не требуется.
Подключение
Соединение устройства с отопительным оборудованием не требует специальных знаний. Достаточно подключить модуль к контроллеру с помощью RS-кабеля, соединить приспособление с интернетом и провести кабель питания.
Если все сделано верно, то откроется меню установщика, с помощью которого проводится регистрация устройства на специальном сайте. Оборудование генерирует код, который нужно запомнить или записать на бумагу. Далее он понадобится для работы на сайте.
Важно помнить, что предоставленный код активен только в течение часа. Если за это время не провести регистрацию устройства на сайте, то числовую последовательность придется запрашивать заново.
Сайт для регистрации: emodul.tech. У других модулей предусмотрены иные сервисы, указанные в сопроводительной документации и инструкциях. При успешной верификации оборудования по ранее предоставленному коду остается только придумать название для модуля.
Работа на сайте
Основная информация о работе отопительного оборудования представлена на главной странице сайта. На ней указываются текущие характеристики подключенных устройств. Оператор может взаимодействовать с каждым параметром для его изменения.
Вид главной страницы подлежит изменению под требования пользователя. Допускается перестановка параметров, а также их удаление, если какие-то из характеристик покажутся лишними. Их можно вернуть обратно в любой момент.
Параметры главного контроллера, управляющего отопительным оборудованием, указываются на соответствующих вкладках. Меню, представленное на сайте, соответствует интерфейсу элемента управления котлом.
Рассматриваемое приспособление подходит только для тех котлов, которые получают топливо, независимо от нахождения оператора в доме. Твердотельные модели такими возможностями управления не обладают, поэтому для них Wi-Fi-модули не выпускаются.
Источник6: kpdsklad.ru