Входы и выходы контроллера

Для расчёта системы Умный Дом в первую очередь требуется определиться с количеством входов и выходов контроллера, которые нам понадобятся. Также входы и выходы могут быть дискретными и аналоговыми, бывают также выходы ШИМ для управления светодиодными лентами. При настройке контроллеров понимание этих понятий также является необходимым.

Рассмотрим их по очереди, затем разберём пример расчёта нужного нам количества.

Входы и выходы контроллера

Вход контроллера позволяет ему получать информацию от какого-то элемента. Ко входам подключаются все датчики всех типов и выключатели. Выключатель или датчик даёт сигнал о нажатии или о срабатывании, контроллер его получает, значит, для контроллера это вход.

Контроллер не посылает на датчики и выключатели никаких сигналов, только получает сигналы от них.

Выход контроллера позволяет контроллеру выдавать сигнал. То есть, управлять чем-то. Например, светом, шторами, приводами радиаторов, сиреной, дверным замком, розетками - чем угодно, подавая на него напряжение или замыкая контакты.

Дискретные и аналоговые сигналы

Вход или выход может быть дискретным либо аналоговым.

Дискретный сигнал - это либо единица, либо ноль. Грубо говоря, либо есть сигнал, либо нет.

Датчик движения либо видит движение, либо нет, промежуточных состояний у него нет. Поэтому он подключается к дискретному входу контроллера. То есть, контроллер получает от него либо сигнал "движение есть" либо сигнал "движения нет".

Аналогично, выключатель либо нажат, либо не нажат. На дискретный вход либо приходит напряжение, либо не приходит.

Дискретный выход - это наличие управляющего воздействия или его отсутствие. Свет включен или выключен. Шаровый кран открыт или закрыт. В розетке есть напряжение или нет, без промежуточных вариантов. Такой сигнал даёт дискретный выход контроллера.

Аналоговый сигнал может принимать разные значения. Самые распространённые варианты сигналов это напряжение от 0 до 10 вольт и ток от 4 до 20 миллиампер. Иногда встречается напряжение от 1 до 10 вольт (чтобы при минимальном сигнале 1 вольт давал понять о том, что устройство подключено) или ток от 0 до 20 мА.

Аналоговый сигнал дают датчики различных переменных значений. Например, датчики температуры с выходным сигналом от 0 до 10 вольт. Если известно, что датчик измеряет температуру в диапазоне от 0 до +50 градусов Цельсия, то 0 вольт на выходе датчика соответствуют 0 градусов, 5 вольт соответствуют 25 градусам, 9 вольт соответствуют 45 градусам. Может использоваться датчик влажности воздуха, датчик уровня углекислого газа, датчик температуры пола или любых других параметров. Все эти датчики дают аналоговый сигнал, подключаются к аналоговому входу контроллера.

Аналоговый выход используется контроллером для передачи управляющего сигнала 0-10 вольт на какое-либо устройство. Например, на диммер освещения или регулятор скорости вентилятора.

Выход ШИМ

ШИМ расшифровывается как "широтно-импульсная модуляция". В наших задачах он используется для регулирования яркости светодиодных лент. На один цвет ленты нужен один выход ШИМ. Контроллер EasyHomePLC имеет на борту 6 выходов ШИМ с мощностью каждого до 1,4 ампер. Если подключаемая лента требует больший ток (скорее всего, это так), то надо использовать усилитель сигнала ШИМ для светодиодной ленты, они бывают в отдельном корпусе или на DIN рейку.

Контроллер Beckhoff не имеет собственных ШИМ выходов, для регулировки яркости ленты в нём используется аналоговый выход 0-10 вольт и отдельный диммер для светодиодных лент.

Порты RS485 и RS232

Через эти порты мы можем подключать различные дополнительные устройства к контроллеру.

По RS232 подключается только GSM модем, он используется для отправки тревожных сообщений и приёма управляющих сообщений, и приёмопередатчик беспроводной системы управления светом и климатом Noolite.

По RS485 подключается огромное множество устройств: многие кондиционеры, вентмашины, генераторы, модули входов и выходов контроллера разного типа, диммеры, конвекторы Varmann и даже приводы электроштор.

У контроллера EasyHomePLC на борту два порта 232 и два порта 485. У контроллера Beckhoff по одному порту, но мы можем ставить дополнительные модули расширения и увеличивать количество портов.

Расчёт количества входов и выходов

Для подсчёта необходимого количества модулей расширения контроллера надо подсчитать, сколько нам понадобится всего входов и выходов. Возьмём для примера 2-комнатную квартиру.

10 групп света - это 10 дискретных выходов.

3 радиатора - это ещё 3 выхода.

Два крана перекрывания подачи воды в квартиры. Они работают одновременно, так что можно считать 1 дискретный выход.

Три электрошторы. У каждой может быть сигнал открывания и закрывания, так что это 6 выходов.

3 электрических тёплых пола это 3 дискретных выхода.

Посчитаем также общее отключение розеток квартиры (1 выход) и вытяжку санузла (ещё 1 выход).

Нужно ли нам диммирование каких-то групп света? Если да, то считаем аналоговые выходы по количеству диммируемых групп.

Далее считаем входы:

12 выключателей освещения,

3 выключателя штор,

3 датчика движения,

1 датчика открывания входной двери,

3 датчика протечки воды.

Аналоговые входы: 3 датчика температуры воздуха и 3 датчика температуры тёплого пола.

Итого получаем: 25 дискретных выходов, 22 дискретных входа, 6 аналоговых входов.

Если хотим подключить к системе GSM модем, то нам нужен порт RS-232.

Если хотим подключить управление кондиционером, то нам нужен порт RS-485 для подключения ИК-передатчика.

Контроллер EasyHomePLC даёт нам 32 входа, 16 из которых могут быть использованы как дискретные, что полностью покрывает наши потребности по входам.

Также у контроллера есть порты RS232 и RS485.

У контроллера 9 встроенных реле (дискретных выводов), нам нужен дополнительно блок 16 дискретных выходов Овен. Итого, вся автоматика Умный Дом обойдётся в 40 000  рублей + 12 000 рублей, всего 52 тысячи. Добавляем к комплекту модем, реле, приводы радиаторов, ИК-передатчики для кондиционеров, получим стоимость всего комплекта в районе 100 тысяч рублей (зависит от точного количества элементов).

На контроллере Beckhoff такую систему реализовывать нецелесообразно, у центрального контроллера CX8080 нет собственных входов и выходов, придётся набирать их модулями расшинения. Но при желании можно, стоимость контроллера и модулей расширения составит порядка 135 тысяч рублей (без датчиков).