Как я строил дом. Электрика (часть 6).

Электрика.

Я большой любитель всяческих гаджетов и систем автоматизации, но так же я всё-же мало-маломальский инженер-электронщик, то есть при всей любви к гаджетам понимаю, что элекричество они пока берут не из эфира, а по проводам. Кроме того, из моего опыта вытекала одна простая формула, что чем больше проводов и меньше содинений недоступных точках, тем проще модернизировать систему потом (СКС). А модернизировать точно придётся ибо новые системы продолжают появляться и делать жизнь намного интересней. Частный дом всегда имеет ограничение по проводке связанное с дизайном в который не реально вписать кабель-каналы или изобилие лючков в потолке и стенах. Так что, кабельную систему для дома я разрабатывал сам, но для разработки некоторых подсистем привлекал специалистов ибо были сомнения в актуальности моих знаний, да и сроки поджимали иногда.
При строительстве обычно критичным ресурсом являются деньги и так как системы «умного дома» стоят открвоенно дорого, то я решил реализовать «гибридную» схему. Суть в том, что возможно как обычное управление, так и управление через умный дом. В ходе изучения я быстро пришел к выводу, что тратиться сразу на управление освещением через умный дом слишком накладно и даёт только возможность реализации сценариев (включение одной кнопкой разрозненные светильников или устройств). Штука интересная, конечно, но я решил отложить приобретение исполнительных устройств на потом. В этом палне я точно не ошибся, так как цены на исполнительные устройства падают, а внедрить мне их в существующую систему очень просто. А за счёт того, что все силовые кабели сводятся в электрощиты без распред-коробок я имею возможность использовать недорогие релейные блоки с  Ethernet для реализации функций умного дома, устанавливаемые в щиты или отдельные ящики (если места мало).
Ключевой момент проектирования определиться с местами подключения побребителей (розетками или светильниками, например). Тут я сразу скажу, что вмешивался в работу дизайнеров настивая на установке дополнительных розеток и выключателей. Одно из ключвых требований у меня было, что на каждой стене и почти в каждом углу должны быть силовые розетки (минимум 2 чистая и грязная) и информационная розетка. Конечно, по мере проработки проекта часть откровенно лишних розеток вычеркнули. Из-за числа проводов было решено делать два электрощита: в гараже настенного исполнения и на втором этаже скрытой установки с лючком и картинкой поверх лючка.

Силовая электропроводка.

У меня в доме сделано 4 подсистемы электропроводки 220В. В доме практически нет скрытых мест соединения, точнее они применены только там где уже точно нет вариантов иной коммутации. Все кабели, в том числе от выключателей, сводятся в элеткрощиты, где коммутируются сообразно текущим потребностям. Например, сегодня розетка независимая, а завтра к ней подключен торшер, который включается вместе с фоновой подсветкой комнаты. Или вчера светильник работал от отдельного выключателя, а сегодня он работает от датчика освещённости, кстати, у меня один датчик освещения на фонарики расположенные в разных частях двора и дома, что позволяет их включать и выключать одновременно и, конечно, это можно делать через «умный дом»

  • Грязная фаза
  • Чистая фаза
  • Освещение
  • Кондиционеры

Чистая и грязная фаза — это слэнгове названия из СКС, которые обозначают то, что «чистая» фаза прошла подготовку типа выравнивания напряжения, фильрацию помех и подключена к резервному источнику, то есть при отключении городской электросети потребители «чистой» фазы продолжат работать какое-то время. Для защиты людей от ударов электрическим током на все ветки устнаовлены дифф-автоматы (они очень быстро срабатывают на слабые токи утечки на землю). По-хорошему надо ставить на кажду линию, конечно, но я решил, что отключение одной из 4-х веток не столь трагично. На практике запуск заметно усложнился именно из-за такого объединения и срабатываний по «непонятным причинам». Хотя когда причины стали понятны, то их удалось устранить и уже год я не имею проблем с электрикой. Но, самое главное, что от каждой розетки, лампочки (блока питания) и выключателя кабель идёт не в распред-коробку, а в этажный элеткрощит, где далее комумтируется по нужным образом. Конечно, расход кабеля из-за этого решения вырос, особенно, на освещении, где традиционно выключатель со светильником коммутируется в распред-коробке.
В ходе проектирования стало ясно обще количество розеток и кабелей, которые нужно заводить в щиты и распределительные устройства. Количество получилось очень большое, так что, было произведена следующая оптимизация числа и размерностей кабелей:

  • к одному блоку розеток подводится 5-тижильный кабель сечениме минимум 1,5мм² из котрого один провод общая защитная земля, ну и две пары ноль-фаза, которые разводятся на разные автоматы;
  • освещение разводилось 2-хжильным кабелем без защитной земли сечением 0,75мм², так как все светильники светодиодные;
  • в узлах установки блоков питания светодиодных светильников (на первом и втором этаже все блоки питания сведены в узлы) подаётся один кабель питания и есть окончание цифровой шины KNX (надо было еще Ethernet делать для снижения будущих затрат!).

Кондиционеры отличаются тем, что кроме питания внешнего и внутреннего блока им требуется ещё один или несколько проводов между блоками. В этом моменте из-за изобилия кабелей в основной системе я не стал настивать на разводке «звездой» через коммутацию в щитах и зря! То есть у меня кабели от кондиционеров и блоков продолжены как отдельная подсистема и так как в ней не хватает узлов коммутации, то сейчас приходится разрезать кабели что бы выполнить коммутацию нужную для новых моелей кондиционеров, например. Так что, рекомендую всем настаивать на подключении кондиционеров тоже через электрощиты, что бы потом можно было использовать новые модели кондиционеров. В частности, есть варианты, когда фаза подаётся на внутренний блок через наружный, а бывает, когда блоки имеют независимую фазу, но должы иметь общий ноль и один провод соединяющий блоки для взаимодействия.

Цифровая шина EIB/KNX.

В ходе проектирования я потратил некоторое время на изучение вариантов реализации функций умного дома. Концептуально есть два направления: цифровые шины или беспроводные или Ethernet системы (я их рассматриваю как одно и то же по сути своей). Цифровые шины могут иметь питание, а беспроводные и ethernet требуют подачи фазы к месту установки исполнительного устройства. При новом строительстве цифровые шины являются предпочтительными, так как они надёжнее и имеют отдельное питание управляющих эелементов, так что могут не зависеть от силовой электропроводки. В частности у отопление (газовый котёл. циркуляционнные насосы, контроллеры и клапаны) у меня подключены через ИБП. Цифровых шин сущесвтует масса и они делятся на две принципиальных класса: стандартные и частные. Частные системы обычно чуточку дешевле или имеют узкую специфику, но всегда они имеют жесткую привязку к производителю и как следствие ограниченный выбор перефирии. Стандартные устройства я бы разделил на до KNX эпоху и KNX.  KNX — это успешный коммерческий стандарт совместимость с которым есть у почти всех мало-мальски известных производителей электрооборудования, в том числе есть и шлюзы из частных стандартов в KNX, как решение «на костялых». Коммерческая часть стандарта накладывает некоторый отпечаток на цену оборудования, так как все производители платят за использование стандарта. Мне довелось изучить варианты решений частных шин от Legrand и многих других производителей, однако, Legrand стоит упомянуть от того, что это французы и оно принципаильано не стыкуется с KNX. У других разработчиков сосбтвенные шины крайне похожи на KNX и имеют шлюзы с оным, очевидно, тут можно скоратить расходы на отчисления консорциуму KNX.  Среди разработчиков KNX наиболее продвинутый, конечно, Gira в плане дизайна. С дизайном больная проблема: дело в том, что я не люблю сенсорные кнопки, особенно без понятно обратной связи ибо они просто неудобны в повседневном использовании, когда многимы выключателями пользуешься «вслепую». Сенсорные кнопки всегда имеют неоднозначное срабатывание, не говоря уж о том, что велик соблазн повесить много функций используя разные типа прикосновений, которые приводят к тому, что пользоваться может уже не кто-угодно, а только специально подготовленные люди. Конечно, это иногда нужно, но не всегда. В результате я пошел по пути, когда можно использовать традиционные выключатели-клавиши в наиболее востребованных местах в том числе и через умный дом.
Довольно подробно я описывал KNX в заметке сделанной при запуске усправления тёплыми полами. Добавлю лишь, что ключевым элементом взаимодействия в KNX является GA — групопвой адрес, который нужно создавать в программе ETS и прописывать во все устройства имеющие отношения к  конкретному GA. Взаимодействие с «мозгом» возможно тоже только через эти групповые адреса. На каждое взаимодействе нужно создавать GA с одним передатчиком и массой приёмников. Например, что бы работал термостат, нужно объединить в одной группе: данные датчика температуры, вход термостата (это логическая функция, но выглядит как устройство), индикацию температуры на каком-нибудь табло. Конечно, сделать это несложно, но всё же требует массы ручных действий и сосредоточенности, так как ошибиться несложно, а ошибку потом найти — куча времени. Лично у меня были типичные ошибки — путаница цифр, когда, например температура с одного датчика подавалась на вход термостата управляющего совсем другим клапаном из-за того, что мышкой промахнулся.
Цифровая шина умногодома у меня подведена к следующим точкам:

  • всем выключателям;
  • некоторым блокам розеток;
  • ко всем окнам;
  • ко всем узлам установки внешних блоков питания светодиодных светильников;
  • к элекрощитам первого и второго этажа;
  • в телекоммуникационный шкаф.

Небольшой лайфхак: для снижения затрат удалось найти вариант бюджетного кабеля как  KNX без надписи про KNX (она резко цену увеличивает), так и просто кабель для пожарной сигнализации тоже в точности соответсвует.

Пожарно-охранная сигнализация.

Этот раздел проекта мне разрабатывал сторонний проектировщик, если кому нужен — пишите, дам контакты ибо проектом и сроками выполнения я остался доволен. При проектировании была поставлена задача иметь возможность «сдачи на пульт» (это обязательно в случае хранения оружия, например) и цифровой протокол для взаимодействия с умным домом что бы иметь данные с датчиков дверей и окон в первую очередь. Так что, в проекте заложен прибор имеющий  ModBus и даже имеющий пример стыковки с OpenHab.
К сожалению у меня пока не дошли руки до реализации от того, что оружия у меня нет, то есть нет острой необходимости с однй стороны, а внедрением умного дома я пока занимаюсь только в свободное время, котрого мало и вот часть его я убиваю на написание этих статей.

Компьтерная сеть.

Компьютерная сеть уменя совершенно простейшая: все кабели сведены в телекоммуникационный шкаф высотой в 42U, где расположены патч-панели с разъёмами RJ-45 и активное оборудование, соединённые патч-кордами. Кроме медных кабелей есть и оптичекий до ближайшего столба с оптическим кроссом. Мне повезло купить на распродаже за смешные деньги (если н ошибаюсь 9к₽ он всего стоил) коммутатор  Alcatel имеющий 48 гигабитных портов с PoE (дистанционное питание) и пару 10Гбитных комбо-портов  (OmniSwitch 6850E-P48X). Переживаю, что порты у него уже на исходе. Много портов заняли всяческие «гаджеты», например, те же  WiFi точки, коих потребовалось 5 штук для охвата как всех помещений, так и прилегающей территории. На чердак у меня штук 6 витых пар уходит и большая часть занята уже.
Ethernet кабели так же выведены на улицу в трубах уложенных под землёй, что позволило подключить не только метеостанцию или радиорелейку, но и массу IP-камер видео-наблюдения. Так как дом имеет надёжное заземление, то на всех кабелях выходящих на столбы установлена грозозащита (заземление очень важно для её работы).

Домашний кинотеатр.

Для разводки кабелей домашнего кинотеатра я пригласил специалиста и обсудил с ним какие провода «хоронить» (замуровывать), а какие прятать в гофро-трубы, заложенные в стены. Советы оказались очень дельными и были реализованы в полной мере. Гофро-трубы проложены к фронтальным колонкам и вертикальная труба в стене между телевизором и стойкой, то есть проводов между телевизором и скойкой не видно. Так же я заложил кроншнейн и проводку для проектора и экрана, однако, пока не вижу на рынке мало-мальск разумных предложений проекторов UHD разрешения, так что, провода заложены, а перспктива покупки девайса очень туманная.

Итого

В ходе реализации подсистем основная проблема была их совместимость в пространстве. Так как низвовольтные цепи критичны к уровнм помех, то есть требования по их прокладке на нкеотором удалени от силовых кабелей и пересечении только под прямым углом. На практике есть узкие места где кабели разынх подсистем идуть паралельно. Однако, так как длины невелики, то и проблем с помехами не возникло, но при новом строителmcndt лучше всё же прокладывать силовую и слаботочную проводку отдельными трассами.
По идее туту надо много фоток, но так как у меня нет под рукой актуальных, то пока выложу заметку без фото, а позже дополню. Я старался «Быть кратким», но готов ответить на конкретные вопросы.
Вернуться к началу

Пара слов про умный дом и стандарты

Тема умного дома нынче довольно модная, однако, на самом деле она довольно старая и на этой почве аде есть некоторые стандарты!!! Сразу скажу, что вся прелесть стандарта возможность использования оборудования разных производителей как железок (обратите внимание на фото контроллеры разных производителей), так и софта, при этот, конечно, есть и  издержки в виде некоей наценки за сертификацию (участие вендоров в альянсе), ну и громоздкость как плата за универсальность. На мой взгляд дилетанта наиболее внятный стандарт для управления устройствами умного дома KNX ибо он представляет собой вполне так себе полноценную сеть где каждый может общаться с каждым, что важно.
С физической точки зрения шина KNX/EIB — это 4-х жильный фольгированный кабель с двумя парами одножильных проводников скрученных попарно и имеющих сечение 0,8мм. Кабель соединяется «древовидно» или последовательно или параллельно, главное что бы н было колец и выдерживались ограничения на длину кабеля и число устройств, что в индивидуальном жилом доме достичь не реально на мой взгляд. Но даже если не хватает одного сегмента, то можно сразу сказать, что сегментов можно делать много, так что размер сети может охватывать огромные здания. Короче, с масштабированием тут всё очень хорошо и главное, что при этом сохраняется сетевая возможность «каждый с каждым»! По первым двум парам идёт питание и сигнал, по вторым дополнительное питание. Напряжение питания 29В. Однако, важно отметить, что KNX бывает и беспроводный и через сеть 230В и даже через ИК, однако, наиболее популярны устройств именно на отдельную шину. Кстати, для KNX есть всякие разные шлюзы, наиболее полезный, конечно же в IP.
Устройства обмениваются между собой «телеграммами», то есть по сути пакетами данных, а коллизии в среде решаются методом подобным Ethernet. То есть, KNX — это некое подобие Ethernet со скоростью 9600 бит/сек и очень неприхотливый к проводам. Для программирования всей этой радости есть фактически одна программная оболочка (ETS) выпускаемая ассоциацией, которая тоже продаётся за деньги (бесплатная версия имеет ограничение в 5 устройств, что очень мало, конечно. Ну и существует это ПО только для Windows, при чём текущая версия под XP уже работать отказывается, так что мне приходится запускать это дело через Parallels, но работает оно через него нормально и вполне резво, как ни удивительно. Однако, так как софтина одна, то скажем прямо, что она вовсе не лучшее что можно придумать и интуитивность или удобством интерфейса в ней и близко не пахнет.
У каждого устройства есть адреса каждого датчика и исполнительного устройства, кроме свойств адреса есть ещё понятие «флагов», то есть свойств конкретного адреса. Тут есть некоторая «засада», точнее концептуальная особенность технологии. Для того что бы разные модули разных устройств могли общаться между собой создаются «групповые адреса», куда можно включить ТОЛЬКО одного вещателя (флаг Т) и любое количество «слушателей»при этом вещатель может участвовать только в одой группе! Однако, в этом есть здравая логика и проблем при создании взаимодействий она не создаёт.
Что бы жизнь мёдом не казалась каждое устройства имеет собственные программы (их можно обновлять) и собственные настройки (благо они через ETS все) и в зависимости от настроек у устройства могут меняться доступные адреса! Например, когда я настирывал актюратор (контроллер приводов клапанов тёплого пола), то оказалось, что он может управлять как прицезионными кланами, так как заточенными под ШИМ, то есть бинарными с положениями открыто и закрыто, но переключается это индивидуально на каждый канал и по умолчанию настроено на прицезионные датчики, а адреса бинарных не доступны. То есть надо сначала устройство настроить, а потом уже его в группу объединять. Короче, не самая очевидная система, нос если зазубриться то всё работает. А ещё у разных адресов разная размерность: бит, байт, два байт и куча странных размерностей типа «процентов». Однако, это всё, очевидно, используется в каких-то вариантах устройств, так что, настройка требует вдумчивого изучения документации зачастую.
Однако, всё это ради чего? Ради того что бы с одного пульта или с мобильного телефона можно было управлять всеми тёплыми полами, например. Пока я начал запускать тёплые полы, следующий этап — освещение приделать, точнее диммеры сделать для светодиодов (все блоки питания у меня с входом 0-10В), потом подумаю о жалюзи и надо будет чрез OpenHAB приделать вентиляцию (она на RS485 живёт). Конечно, после всего этого опрос о безопасности сети станет для меня ещё более важным чете сейчас, то есть все сетевые радости требуют усилий по обеспечению безопасности.
В моём случае за счёт стандартов удалось использовать совсем недорогие сенсорные панели Zennio (испания), которые имеют огромные возможности (если кому интересно полистайте инструкцию). Актюраторы я купил модульные Theben, то есть на один контроллер вешается гирлянда ключей управления данном случае до 3-х модулей по 6 портов, но мне пока 2-х моделей хватит. По идее актюратор может не только тёплыми полами управлять просто включать-выключать любую нагрузку с ограниченной, конечно, мощностью, то есть можно прожектор какой-нибудь подключить или просто лампочки.
Короче, вот такой вот «конструктор» для взрослых… для полноты отчёта приложу скриншот ETS с моей конфигурацией. Она пока тестовая, так как у меня были сомнения (совершенно оправданные) в том сколько каких устройств и сколько мне нужно. Более того я изначально очень сомневался устроит ли меня качество панелей Zennio, так что пока взял одну, а сейчас закажу все остальные.
На картинке раскрыта группа управления двумя клапанами. В группу включены:

  • индикатор нагрева пола (см на картинке иконку внизу слева);
  • два исполнительный устройства на 3 и 4-м канале;
  • управляющая переменная с термостата ( у неё стоит флажок  Т).

В остальных группах объединяются адреса самой панели для отображения и управления. По мере записка системы картинка будет, конечно сильно иная, но пока я получил наконец-то понимание того что именно мне нужно заказывать!
ETS screenshot