Sterowanie ogrzewaniem za pomocą Raspberry PI

Sterowanie grzejnikiem o mocy 2000 W za pomocą Raspberry Pi

Podstawowym elementem inteligentnego domu jest pomiar temperatury i sterowanie ogrzewaniem. Takie rozwiązania stają się coraz bardziej powszechne wśród osób posiadających domki jednorodzinne.

Na rynku jest wiele rozwiązań w różnych przedziałach cenowych. Jednak mając Raspberry Pi jesteśmy wstanie sami  wykonać prostą instalację automatyki sterującą ogrzewaniem. 

Co będziemy potrzebować do wykonania naszej automatyki sterującej ogrzewaniem?,

 

  Sercem naszego systemu będzie Raspberry Pi 

do, którego jako pierwszy element wykonawczy podłączymy kartę przekaźnikową PAM 4PK .

 

Elementem pomiarowym będzie czujnik temperatury oparty o cyfrowy czujnik DS18B20 w osłonie.

Dodatkowo dodamy linijkę diodową LED jako element sygnalizacyjny pokazujący nam stan przekaźników na karcie. I oczywiście taśma połączeniowa 2x13 GPIO 10cm lub 5 cm.   Nasze ogrzewanie będziemy sterować ręcznie za pomocą Internetu. Oczywiście możemy sterować naszym ogrzewaniem w sposób automatyczny, na podstawie ustalonego harmonogramu czasowego czy też na podstawie ustalonej temperatury. Ale na początek zajmiemy się prostym sterowaniem zdalnym za pomocą przycisków umieszczonych w naszej aplikacji. 

Sterowanie będzie się odbywało za pomocą strony internetowej naszej aplikacji w przeglądarce

W pierwszej kolejności musimy podłączyć nasz komputer Raspberry PI z kartą przekaźnikową za pocą taśmy 2x13 GPIO. Do karty przekaźnikowej podłączymy czujnik temperatury i linijkę diodową.

Kolejnym etapem jest podłączenie wszystkich elementów razem . 

Sposób podłączenie przedstawiłem na schemacie aplikacyjnym przykładowej instalacji elektrycznej.

Wykonując prace instalacyjne musimy pamiętać o tym aby nie zasilać urządzeń, które pobierają dużą moc bezpośrednio z karty przekaźnikowej.

Ktoś mógłby powiedzieć, przecież na karcie znajdują się przekaźniki których styki wytrzymują 10A przy napięciu 230V.

Po prostym przeliczeniu

I=P/U     I=2000W/230V = 8,69 A

gdzie:

I – prąd płynący przez styki

P – moc pobierana przez grzejnik

U – napięcie zasilania grzejnika

Prąd płynący przez styki naszego przekaźnika jest mniejszy niż ten na jaki jest zbudowany przekaźnik. Jednak trzeba brać pod uwagę również przełączania przekaźnika. Przy takiej mocy w pełnym obciążeniu w momencie załączania lub wyłączania zasilania na stekach przekaźnika pojawia się łuk elektryczny, jest to moment, w którym nasz przekaźnika jest najbardziej narażony na zniszczenie. Dodatkowo jeśli nasze przełączenie nastąpi w momencie kiedy sinusoida będzie przechodzić przez ZERO  to jest to dodatkowy czynnik źle wpływający na wszelkiego rodzaju elementy stykowe. Nawet dla zwykłego włącznika światła ten moment jest niekorzystny i wpływa na czas pracy styków.  

Można by się pokusić o badanie przejścia przez ZERO układami detekcji, ale takie systemy dodatkowo rozbudowują naszą instalację.

Dlatego aby nie zniszczyć naszej płytki przekaźnikowej i nie uszkodzić Raspberry PI zalecam zastosowanie albo stycznika albo przekaźnika półprzewodnikowego.

 

Dla urządzeń zasilanych trójfazowo możemy zastosować stycznik, jego budowa ( styki ) są przystosowane do przełączania dużych mocy i obciążeń. Jednak działanie stycznika jest głośne. Nie zależnie czy stosujemy małe stycznik jednofazowe czy trójfazowe  nawet te, które są montowane w tablicach rozdzielczych.  Innym rozwiązaniem jest zastosowanie przekaźników półprzewodnikowych, które są ciche w działaniu jednak występuje w nich efekt grzania. I czasem trzeba stosować radiatory odprowadzające ciepło. 

Musimy też pamiętać, że dodatkowe elementy sterujące w postaci stycznika lub przekaźnika półprzewodnikowego zastosowanego w obwodzie wymagają dodatkowego zasilania pomocniczego do sterowania nimi.

 

Wybierając stycznik lub przekaźnik półprzewodnikowy musimy dobrać odpowiedni zasilacz, z którego będziemy zasilać cewkę stycznika czy nasz przekaźnik półprzewodnikowy.

Jeśli już mamy już wszystkie elementy to przez styki naszych przekaźników na płytce PAM 4PK lub PAM 8PK podajemy napięcie sterujące na cewkę stycznika, lub na zaciski sterujące przekaźnika półprzewodnikowego.  Dzięki takiemu rozwiązaniu będziemy pewni że nasza instalacja jest bezpieczna i nie uszkodzimy karty PAM 4PK lub naszego Raspberry PI.

Wróćmy jednak do naszego Raspberry Pi, które będzie nam załączało ogrzewanie w naszym domu.  Jeśli zamontowaliśmy już wszystkie elementy pamiętajmy o odpowiednim doborze przewodów w naszej instalacji elektrycznej. Osobiście posiadam ogrzewanie elektryczne w mieszkaniu i przewody na obwody grzewcze mają przekrój 2,5mm2 oraz są zabezpieczone wyłącznikiem nadprądowym o odpowiedniej wartości.

Teraz uruchommy nasz system, dzięki oprogramowaniu dodawanemu do karty PAM 4PK mamy możliwość kontrolowania temperatury za pomocą wykresu i wartości liczbowych. W zakładce sterowanie mamy możliwość załączenia dowolnego przekaźnika, który poda napięcie sterujące na cewkę przekaźnika lub przekaźnik półprzewodnikowy. Natomiast te elementy wykonawcze załączą zasilanie naszych grzejników i w tym momencie przejmą pełną moc obciążenia w naszej instalacji grzewczej.

W następnym przykładzie pokazującym zastosowanie Raspnerry Pi postaram się przedstawić pracę w trybie automatycznym załączania obwodów grzewczych na podstawie ustawionej temperatury alarmu.  Sposób automatyczny również będziemy realizować za pomocą karty PAM 4PK.