Система управления энергообеспечением загородного дома ТСС-Коттедж это:

• Управление системой отопления
• Управление системой горячего водоснабжения
• Управление резервным электрогенератором
• Настройка и мониторинг систем с компьютера или смартфона.
• Использование основного (Интернет) и резервного канала связи (SMS/GSM).

Предисловие от разработчика или почему ТСС-Коттедж

Система управления теплоснабжением ТСС-Коттедж появилось благодаря следующим обстоятельствам.

Один мой знакомый, завершивший строительство своего загородного дома, в разгар отопительного сезона (проще говоря, в самые морозы) выяснил, что оборудование управления системой отопления, со слов поставщика полностью отвечающее концепции «Умный дом», мягко говоря, не оправдало его надежды.

И после неоднократных поездок за сто километров с целью спасения от замораживания того, что еще не успело заморозиться, он решил учредить «Клуб любителей тепла». Вскоре к нему примкнули еще три товарища по несчастью.

Члены клуба, провели заседание, греясь возле самой надежной системы теплоснабжения – печки, и разработали концепцию «Идеальной системы управления теплоснабжением».После чего, для реализации теплой концепции был привлечен ваш покорный слуга.

Первое, что слуга трех господ сделал –вычеркнул из эпохальной концепции пункты об универсальности, глобализации, экологичности, а также упоминания о вечных двигателях трех или четырех родов, оставив только более приземленные пункты, как то:

Устройство не должно иметь стоимость среднемагистрального самолета.

Устройство должно гибко адаптироваться к большинству применяемых схем теплоснабжения.

Первичная конфигурация и управление устройством должно быть максимально простым, не требующим навыков программирования.

Интерфейс пользователя должен предоставлять этому пользователю исчерпывающую информацию о происходящем в системе. При этом он (интерфейс) должен быть интуитивно понятен и не требовать от него (пользователя) наличия специальных знаний.

Базовый комплект должен позволять доконфигурировать систему новыми устройствами и функционалом.

Изделие должно быть ремонтопригодно, в том числе в «полевых» условиях (здесь уже при наличии необходимых навыков).

Изделие должно иметь связь с внешним миром по двум каналам: Интернет и GSM. Основным каналом для обмена «большими данными» (интерфейс пользователя) является Интернет. Резервным – для передачи «малых данных» (тревожных сообщений и команд управления) – SMS.

Алгоритмы управления изделия должны обеспечивать максимальную живучесть системы при различных авариях, за исключением, разумеется, выхода из строя критических элементов (сломался котел, вытек антифриз, не запускается генератор).

Но и при фатальной аварии изделие должно максимально уменьшить размер бедствия (включить защитные блокировки) и в любом случае (даже при полном обесточивании) послать хозяину сигнал тревоги.

Концепцию утвердили, обмыли и обещали профинансировать.

И вот с этим докладом (то есть с концепцией) я вошел к своему руководству и попытался его заинтересовать.

Руководство естественно (что еще ждать от начальства) заявило, что на этот бред сумасшедшего у него нет денег, впрочем, их нет и на любой другой бред, и даже не на бред, а просто нет.

Впрочем – сказало руководство точно в тот продуманный момент, когда я ступил за порог – если вам удастся содрать деньги с тех трех идиотов, то можно попробовать…

Вот с этой эпохальной фразы и начался проект ТСС Коттедж.

Долго ли коротко, но через некоторое (вполне себе разумное) время первые варианты этого изделия были торжественно внедрены у всех трех идиотов, пардон - членов клуба «Любителей тепла». И теперь они, вальяжно попивая чай на зимних квартирах, блаженно созерцают на экранах смартфонов, как в их очень-очень удаленных коттеджах совершенно волшебным (то есть автоматическим) образом поддерживается греющая душу температура в градусах исключительно выше нуля.

Часть первая. Как это устроено

Описываемая система управления теплоснабжением ТСС-Коттедж предназначена для управления автономными системами отопления, горячего водоснабжения и резервного электропитания небольших зданий, в том числе. загородных домов и производственных помещений.

Система автоматического управления отоплением и ГВС ориентирована на управление системами теплоснабжения, имеющими в своем составе:

Одноконтурный отопительный котел,

бойлер косвенного нагрева,

резервный электрогенератор.

Реальное оборудование на объекте не обязательно должно состоять из перечисленных устройств – возможно автоматическое управления системами отопления, ГВС и электрогенератором по отдельности, в любой конфигурации. Также может быть различным и состав оборудования самих этих устройств.

Минимально достаточный состав оборудования для функционирования системы автоматического управления отоплением:

котел,

насос,

датчик температуры в прямой магистрали.

Система автоматического управления отоплением и ГВС гибко адаптируется к различным схемам и оснащению систем теплоснабжения и резервного электропитания. Настройка автоматики отопительных систем под конкретную схему и состав оборудования на объекте предельно проста и не требует специальных знаний.

Единожды настроенная система управления отоплением и ГВС начинает работать в автоматическом режиме.

Конфигурирование системы управления теплоснабжением и резервным электрогенератором выполняется на смартфоне, планшете, компьютере – либо локально, либо через Интернет.

Часть вторая. Как это работает

Система в целом обеспечивает управление системами теплоснабжения, горячего водоснабжения и резервного энергообеспечения, а именно:

Поддерживает установленную пользователем температуру в помещениях и в «теплых полах», в том числе в соответствии с заданным расписанием.

Поддерживает установленную пользователем температуру горячей воды, в том числе в соответствии с заданным расписанием.

При отключении основного электропитания обеспечивает корректный запуск двигателя электроагрегата резерва, прогрев и включение нагрузки.

Выполняет контроль за состоянием систем и оповещение пользователя при возникновении нештатных ситуаций.

Автоматически выполняет сервисные функции, такие как: подпитка системы теплоносителем, подкачка котлового топлива, подогрев двигателя электроагрегата и его периодическую гонку.

Позволяет гибко обрабатывать аварийные ситуации с целью максимально возможного предотвращения ущерба.

Осуществлять связь с пользователем системы по (ЛВС, Интернет и СМС) каналам.

Возможности системы (набор функций, удобство управления, достигаемый уровень комфорта) зависят от технических особенностей объекта управления, в том числе от типа примененного котла, типа построения и состава оборудования системы теплоснабжения, наличия электроагрегата резерва.

Одним из определяющих значений является способ управления выбранным котлом. Современные отопительные котлы имею следующие способы управления:

С одноступенчатым управлением горелкой (включение / выключение).

С двухступенчатым управлением горелкой (включение 1-й ступени / включение 2-й ступени / выключение).

С модулируемой горелкой (то есть с плавным изменением мощности горелки). В этом случае поддерживаются сигналы управления 0-10В и (или) 4-20мА.

С управлением через внутренний контроллер котла. В этом случае появляется возможность более продвинутого управления. В настоящее время реализован протокол обмена OpenTermLite и OpenTerm+V.2.

Понятно, что первый способ управления предполагает минимальные возможности системы, тогда как последний обеспечивает набольшую функциональность.

Выбор оборудования также определяет устойчивость системы в целом к аварийным ситуациям. Так, например, продолжительное отключение электроэнергии в зимнее время практически безусловно приведет к катастрофическим последствиям, тогда как в случаях использования электроагрегата резерва или самотечной системы с котлом имеющим пьезоэлектрический поджиг, можно избежать аварии.

Часть третья. Возможности системы

Ниже перечислен базовый функционал системы, полная реализация которого зависит от возможностей выбранного оборудования для каждой из задействованных систем (котлы, бойлеры, теплые полы, электрогенераторы).

Подробное описание нижеперечисленных функций и варианты их настройки приведены в документе «Руководство пользователя».

1. Автоматическое управление системами теплоснабжения, в том числе:

1.1.   Управление всеми исполнительными устройствами систем отопления и ГВС как единой системой;

1.2.   Поддержание установленной пользователем температуры в помещениях, в том числе в соответствии с произвольно программируемым недельным расписанием, имеющим два уровня дискретизации по времени - суточные установки и часовые установки.

1.3.   Поддержание индивидуально установленной пользователем температуры в девяти обособленных зонах отопления. В том числе в соответствии с недельным расписанием.

1.4.   Поддержание установленной пользователем температуры поверхности «Теплых полов», или температуры теплоносителя в контуре полов в зависимости от используемой схемы системы отопления. В том числе в соответствии с недельным расписанием.

1.5.   Нагрев и поддержание установленной пользователем температуры расходной воды в системе горячего водоснабжения, в том числе в соответствии с недельным расписанием.

1.6.   Управление циркуляцией расходной воды во 2-м контуре системы горячего водоснабжения, в том числе в соответствии с недельным расписанием.

1.7.   Обеспечение дежурного режима поддержания установленной минимальной температуры в помещениях и системе горячего водоснабжения, во избежание предотвращения выпадения конденсата в помещениях и размораживания системы ГВС, в том числе в соответствии с недельным расписанием.

1.8.   Автоматическое управление циркуляционными насосами, их включение и отключение исходя из состояний систем в целях экономии ресурса и уменьшения энергопотребления, в том числе их периодическое профилактическое кратковременное включение в случае отсутствия активности более суток, во избежание выхода из строя в результате коксования.

1.9.   Автоматическое управление 3-ходовым краном, смесительными кранами и термоэлектрическими клапанами, в том числе периодическое профилактическое переключение электромеханической запорной арматуры в случае отсутствия активности (переключений) более суток, во избежание ее выхода из строя в результате коксования.

1.10.          Автоматическое поддержание давления теплоносителя в системе (уровня в расширительном баке при открытой системе), с выполнением защитных блокировок (контроль времени восстановления давления или уровня).

1.11.          Автоматическое поддержание уровня топлива в расходном баке при работе котла на жидком топливе, с выполнением защитных блокировок (контроль аварийного уровня и осушения насоса).

1.12.          Управление разным типам котлов, как оборудованных внешними одноступенчатыми, двух ступенчатыми и модулируемыми горелками, так и котлов с внутренними горелками, оборудованных собственной автоматикой по протоколам OpenTermlite, OpenTerm+.

1.13.          Автоматический переход между алгоритмами управления “Зима-Лето”, исходя из значений температуры наружного воздуха, накопленных за прошедшую неделю с включением обогрева теплых полов в режиме “Зима”.

1.14.          Автоматическое изменение температурного графика отопления, т.е. изменение температуры теплоносителя в системе отопления в зависимости от температуры наружного воздуха («погодозависимая автоматика»).

1.15.          Обеспечение “форсированного” режима отопления при значительной разнице текущей и установленной температуры в помещении.

2. Автоматическое управление системами бесперебойного энергоснабжения здания, в том числе:

2.1.   Автоматическое управление резервным электроагрегатом с двигателем внутреннего сгорания, работающим на жидком (в том числе дизельным) или газовом топливе.

2.2.   Автоматический запуск, прогрев (в т.ч. с переключением на газовое топливо) двигателя электроагрегата в случае прекращения энергоснабжения с последующим охлаждением и выключением после его возобновления.

2.3.   Автоматическое периодическое выполнение контрольных запусков двигателя электроагрегата резерва в целях поддержания его в работоспособном состоянии.

3. Связь пользователя с объектовым оборудованием обеспечивается:

3.1.   Подключением к информационной сети по протоколу TCP/IP по проводному интерфейсу, или интерфейсу WiFi – как локально, так и через Интернет.

3.2.   Получением информации по состояниям системы, локальное и (или) удаленное управления  функциями комплекса по сети Ethernet, посредством терминала (виртуальной панели управления), доступной с персонального компьютера или мобильного телефона (смартфона).

3.3.   Наличием резервного канала для информирования об аварийных ситуациях и экстренном управлении системой

4. Обработка аварийных ситуаций, в том числе:

4.1.   Оповещение пользователя по аварийным событиям в системе посредством рассылки информационных сообщений по электронной почте и (или) СМС.

4.2.   Выполнение защитных блокировок в случаях выхода из строя критических элементов, во избежание развития аварийной ситуации.

4.3.   Контроль наличия сетевого напряжения и автоматический переход системы в «режим ожидания» до момента возобновления энергоснабжения.

4.4.   Контроль состояния аккумулятора блока резервного питания управляющего контроллера.

4.5.   Автоматический переход в системы в защитный режим – режим работы с сохранением жизненно важного функционала и максимального предотвращения возможного ущерба.

5. Программное обеспечение обеспечивает:

5.1.   Гибкое конфигурирование программного обеспечения комплекса в соответствии с текущим составом оборудования систем.

5.2.   Накопление и хранение информации по температурам и событиям в системе, вывод пользователю архивной информации в графическом и текстовом виде.

5.3.   Отображение в режиме реального времени температур в помещениях, наружного воздуха и теплоносителя, а также состояния оборудования.

5.4.   Управление настройками и режимами работы оборудования.

5.5.   Визуальное оповещение о внештатных ситуациях.

6. Масштабирование системы:

6.1.   Большой запас по сенсорным входам и управляющим выходам позволяет расширять функционал системы и подключать дополнительные устройства без внесения конструктивных изменений.

Часть четвертая. Защитный режим

При обнаружении неисправности в работе оборудования система управления отоплением и ГВС автоматически переходит в «Защитный режим».

Этот режим, как следует из названия, обеспечивает максимально возможную защиту оборудования системы и объекта в целом от ущерба, к которому может привести неисправность отдельных элементов системы.

Система управления постоянно контролирует состояние своих элементов (датчиков температуры и давления, состояние кранов и прочее), и, в случае их неисправности,  автоматически изменяет алгоритмы работы, пытаясь (естественно, не в ущерб общей безопасности) обеспечить максимально возможную функциональность комплекса. Возможности «Защитного режима» в большой степени зависят от существующей схемы построения системы,

Так, например, при выходе из строя датчика температуры в контуре отопления в режиме работы с «Горячей буферной емкостью», может привести к подаче перегретого теплоносителя в контур отопления или, напротив, к прекращению отопления здания, что в холодное время года чревато проблемам.

 В этом случае система, имея данные о температуре с других датчиков, идет по пути «наименьшего зла», а именно: во избежание попадания перегретого теплоносителя в систему отопления, снижается температура нагрева теплоносителя в первом контуре до температуры, необходимой для нужд отопления. При этом нарушится работа ГВС, но отопление помещений продолжится.

При выходе из строя датчика температуры в прямой магистрали, дальнейшая работа системы, без контроля температуры нагрева теплоносителя невозможна. Но в случае работы с котлом по протоколу «OpenTerm+», выход из строя датчика уже не будет рассматриваться системой управления как критическая неисправность, так как в этом случае существует возможность использовать данные по температуре теплоносителя, полученные от контроллера котла и сохранить полную работоспособность системы с некоторым не критичным ухудшением регулировочных характеристик.

При выходе из строя датчика температуры в одной из зон отопления, отопление этой зоны будет осуществляться по факту потребности в тепле в остальных зон отопления. В случае использования только одной зоны отопления или при выходе из строя датчиков температуры во всех зонах одновременно, система, используя косвенные данные с некоторым ухудшением регулировочных характеристик, продолжит подачу тепла.

В аварийных ситуациях, таких, например, как отключение электроэнергии (особенно в зимнее время), возможности защитного режима во многом будут зависеть от состава и типа используемого оборудования.

Понятно, что в этом случае при использовании электрического отопительного котла, выполнение основной функции системы – поддержание заданной температуры в помещении – в рамках разумного решения не имеет.

Однако для других типов котлов (на дизельном или газовом топливе) и при наличии в системе аккумуляторных батарей и (или) резервного электроагрегата, система сможет продолжать работу в нормальном режиме.

Время ее работы будет обусловлено количеством и мощностью потребителей (насосов и прочего) и мощностью и запасом топлива электроагрегата.

В случае полного прекращения электропитания, система будет находиться в режиме ожидания до исчерпания емкости аккумулятора в блоке питания контроллера, после чего корректно выключится. Если энергоснабжение возобновиться до наступления этого момента, то работа системы немедленно продолжится в обычном режиме. При более продолжительном отключении энергоснабжения, после его возобновления система автоматически включится и после кратковременного подзаряда аккумулятора собственного блока питания (~5-10% емкости) возобновит нормальную работу.

Часть пятая. Варианты построения

Так как система отопления более инертна чем система ГВС (то есть колебания температуры в ней менее заметны для пользователя), то управление происходит по принципу «преимущество ГВС» – при потребности ГВС в нагреве происходит безусловное переключение в режим ГВС, в остальное время котел обслуживает систему отопления. Переключение происходит посредством 3-х ходового крана, перенаправляющего поток теплоносителя от котла в тот или иной контур (естественно с изменением температуры его нагрева). На этом основана самая простая схема работы – схема прямого включения. Основными недостатками такого варианта являются: практически полное отсутствие возможности использования «Теплых полов», и неудовлетворительная работа системы на частичных нагрузках в случае применения котла (горелки) с режимом работы «Вкл./Выкл.», то есть происходит более частое включение/выключение котла, что в том числе негативно сказывается на экономичности системы. В настоящее время подобные схемы применяются достаточно редко, тем не менее, система управления обеспечивает работу с подобной схемой.

Другим типом построения системы теплоснабжения является схема с «Гидроразделителем», образующим два дополнительных контура с независимой циркуляцией теплоносителя (контур отопления и контур «Теплых полов»). В свою очередь управление контуром «Теплых полов» в реальных системах реализуется различными способами: автономным терморегулятором по температуре теплоносителя, смесительным краном по температуре теплоносителя с контролем температуры поверхности или без такового, управлением циркуляцией с контролем температуры поверхности пола. Заложенные в систему управления алгоритмы обеспечивают все вышеописанные варианты управления.

Развитием схемы с «Гидроразделителем» является схема с буферной емкостью (см. «Схема  с холодной буферной емкостью»). Фактически, эти две схемы отличаются только объемом теплоносителя, то есть буферная емкость выполняет функцию термо аккумулятора, что позволяет улучшить показатели системы при работе в режиме частичных нагрузок, что особенно важно при использовании «Зонирования», то есть разделения помещений на отдельные зоны отопления, с индивидуальным температурным режимом. Несмотря на внешнюю схожесть схем, алгоритмы управления имеют существенные отличия. В схеме с «Холодной буферной емкостью» большую роль играет переход между режимами Зима/Лето.

Вариантом использования буферной емкости является вариант схемы с «Горячей буферной емкости». Основным отличием является то, что теплоноситель в буферной емкости имеет температуру больше чем это необходимо для отопления. В этом случае контур отопления нуждается в регулировании температуры теплоносителя. При такой схеме построения контуры отопления, полов и ГВС работают параллельно, независимо друг от друга. Алгоритм управления данной схемой позволяет использовать «экзотические» источники тепла, в том числе геотермальные.