Умный дом на контроллере LOGO от SIEMENS

Наводя порядок в шкафу, я нашел старый контроллер Siemens Logo! и ряд аксессуаров к нему. Когда-то, десять лет назад, я сделал несколько проектов на таких игрушках. Ностальгия и тёплые воспоминания про те времена побудили меня к написанию этого поста.

Под катом много фотографий (geek porn)!

Итак, что такое Siemens Logo!? Фирма Siemens позиционирует данное устройство как «интеллектуальное реле», позволяющее строить несложные системы автоматизации. Примером таких систем могут быть, например, гаражные ворота, лестничное освещение, управление насосами, поддерживающими уровень воды в баке и прочие простые системы, включающие в себя несколько датчиков с дискретными выходами, несколько исполнительных устройств и органы управления (кнопки и переключатели). Датчики с аналоговыми выходами тоже поддерживаются, при наличии специальных модулей расширения.

1. Железо

Семейство Siemens Logo! включает в себя множество разных модулей, но самым главным из них является модуль процессора.

1.1. Модуль процессора

Модуль, который я хочу вам показать, оснащен небольшим монохромным LCD. На нем отображаются меню, нужные при загрузке программы, на нём могут отображаться сообщения при работе программы, с него можно даже, при сильном желании, запрограммировать контроллер без подключения к компьютеру. Выпускаются также «слепые» модули (Pure), не имеющие экрана, но если вы занимаетесь построением систем на Siemens Logo!, нужно иметь хотя бы один модуль с экраном, чтобы иметь возможность копировать модули памяти. Но об этом будет сказано ниже.

Итак, модуль процессора 0BA3 питается от сети 220В, и имеет четыре дискретных выхода (реле) и восемь дискретных входов. Дискретный выход представляет собой реле с нагрузочной способностью до 10А при напряжении до 240В, дискретный вход допускает подключение цепей переменного тока напряжением 220В.

Самое интересное, конечно, внутри. Итак, модуль процессора в разобранном виде:

Модуль состоит из двух плат, на верхней плате расположен сам процессор и LCD, на нижней - блок питания, реле и дискретные входы.

Начнем с верхней платы.

Верхняя плата, верхняя сторона.

То же, со снятым LCD.

Верхняя плата, нижняя сторона.

На верхней плате размещается сам процессор (ASIC, разработанный специально для этого изделия), LCD, микросхема L4949EP (стабилизатор напряжения 5В, схема сброса и супервизор питания), кварц на 8МГц, ещё одна микросхема неизвестного назначения, микросхема Atmel 24C08 (EEPROM на 8 кбит), микросхемы 74hc4066 (4 аналоговых ключа) и 74HC11(?). Также на верхней плате расположены разъемы для подключения нижней платы, модуля расширения и модуля памяти.
Как видим, ничего особо интересного на верхней плате нет. Весь основной функционал заключается в одной специализированной микросхеме.

На нижней плате мы видим более интересные вещи. Здесь расположен источник питания на микросхеме TOP332G. Сама по себе микросхема (контроллер импульсного источника питания) очень распространенная, но здесь она применяется в несколько необычном включении, без трансформатора. Получается простой понижающий импульсный преобразователь напряжения, понижающий напряжения от сетевого (85 - 240В) до 24В постоянного тока. Блок питания не изолирует устройство от сети! Цифровая «земля» и общий провод дискретных входов оказываются связаны с «нулём» сети напрямую, поэтому при монтаже контроллера важно, ради соблюдения техники безопасности, подключать сеть правильно, с учётом того, какой провод нулевой, а какой фазный.

Дискретные выходы представляют собой реле Schrack с обмоткой на 24В. Кстати, маркировка на корпусе реле гласит, что коммутируемый ток составляет 8А, а Siemens заявляет для данного модуля 10А. Непорядок.

Дискретные входы не имеют гальванической развязки. По сути, сетевое напряжение через делитель и фильтр поступает напрямую на логику.

Схема дискретного входа

Также на нижней плате расположены винтовые клеммы, разъем для соединения с верхней платой и пьезопищалка.

1.2. Модуль дискретного ввода-вывода

Модуль дискретного ввода-вывода 0BA0, содержит четыре дискретных выхода (реле), четыре дискретных входа, и, как и другие модули этого семейства, пристыковывается к модулю процессора сбоку.

Отдельно он выглядит так:

И в разобранном виде:

Он также состоит из двух плат, верхней и нижней.

Верхняя плата, вид сверху.

Используются точно такие же реле Schrack на 8А, но на этот раз Siemens заявляет максимальный ток 5А. То есть в случае с процессорным блоком они рискуют тем, что будет превышен максимально допустимый ток через контакты реле, а здесь они перестраховываются.

Верхняя плата, вид снизу.

Здесь мы опять видим специализированную микросхему и уже знакомый нам стабилизатор питания L4949.

Нижняя плата содержит ещё два реле, источник питания и четыре дискретных входа. Все эти узлы аналогичны используемым в процессорном модуле.

1.3. Загрузочный кабель

Кабель предназначен для загрузки программ через порт RS-232. Кабель имеет гальваническую развязку.

Посмотрим, что внутри.

Внутри гибко-жесткая печатная плата. На одной стороне две оптопары.

Микросхема MAX3221 (порт RS232) и буфер (74НС14 или какой-то аналог).

1.4. Модуль памяти

Желтенькая штучка на фото - это модуль памяти. В принципе, Logo! работает и без него, но желтый модуль позволяет копировать программы. После заливки программы в контроллер по кабелю её можно скопировать в желтый модуль и вставить в другой контроллер, скажем, находящийся на объекте. Удобно тем, что монтажнику не нужно брать с собой ноутбук и кабель. Бывают ещё красные модули, они не позволяют скопировать своё содержимое во внутреннюю память контроллера (типа, защита от копирования).

Внутри находится микросхема EEPROM Atmel 24C08, такая же, как в модуле процессора.

2. Пишем программу

Итак, подключаем питание, включаем контроллер, и видим следующее:

Напишем программу «мигания светодиодиком». Светодиодик в кавычках, потому что никакой индикации срабатывания выхода на самом деле нет. Мы просто услышим звук срабатывающего реле. Слово «пишем» тоже можно взять в кавычки, потому что програмы для Siemens Logo! не пишутся, а рисуются в графической среде Logo! Comfort.

«Программы» в этой среде построены из «кубиков», каждый из которых представляет собой логический элемент, реле времени, вход, выход, и т.п.

В этой же среде можно запустить симуляцию программы. В нашем случае программа состоит из одного блока Symmetrical Pulse Generator, одного дискретного выхода, и одной константы (лог. 1), разрешающей работу генератора. Всё предельно просто.

Программное обеспечение позволяет запрограммировать любое поколение контроллеров Logo!, как старые (этот, например, третья модель), так и новые (6-я и 7-я модель). Отличаются они тем, что в новых гораздо больше функций, и гораздо меньше ограничений. Третья модель, например, позволят использовать в программе всего лишь до 56 блоков, в современных моделях блоков может быть и 200.

Достоинством этой среды является то, что в ней можно начать работу «с нуля», не имея опыта программирования логических контроллеров. «Кривая обучения» минимальна и может занять один вечер.

Программное обеспечение хорошо документировано, есть примеры проектов (например, автоматика лестничного освещения).

Теперь самое интересное.

Цены.

Модуль процессора - 4200 р.
Модуль дискретного ввода-вывода - 3000 р.
Кабель - 3800 р.
Модуль памяти - 650 р.

Впечатляет, не правда ли? Особенно на кабель (две микросхемы и две оптопары) и на модуль памяти (одна микросхема стоимостью меньше 10 р.)

Вот и всё. Надеюсь, вам понравилось. Буду рад ответить на ваши вопросы.

Из письма читателя почтовой рассылки: "Используя контроллер LOGO! фирмы SIEMENS хочу на практике научится программировать контроллеры, автоматизировать разные процессы и в перспективе создать создать у себя комплексную систему умный дом. Подскажите возможно ли это и какие дополнительные модули нужно купить к контроллеру LOGO для организации умного дома?" ...

В этой статье попробуем ответить на вопрос читателя рассылки - рассмотрим возможность применения программируемых логических контроллеров для целей и для создания системы "умный дом".

Прежде чем рассматривать применение средств для автоматизации, давайте разберемся, что вообще подразумевается под понятием «умный» дом ? Можно ли считать диммер, установленный в цепи одной из ламп, интеллектуальным домом? Если нет, то с какого момента начинается «интеллектуальность» жилища? Ведь даже при обилии различных устройств, устанавливаемых в наших квартирах, не все их можно привязать к понятию «умного» дома.

Видимо, термин «умный дом» подразумевает некую комплексную систему устройств, повышающих комфорт, безопасность и рациональное использование ресурсов. Тогда в нем должны в том или ином объеме присутствовать несколько подсистем управления. Это охрана помещений, пожарная безопасность, сигнализация аварийных ситуаций с водой или электричеством. Не помешают системы управления отоплением, кондиционированием и вентиляцией. Традиционно необходимы системы управления освещением. А для досуга - управление мультимедийными устройствами.

Исходя из перечисленного, далеко не полного перечня задач, можно переходить к выбору устройств, на базе которых будет строиться интеллектуальная система. Из обилия предложений на ранке попробуем примерять на эту роль .

При первом знакомстве с линейкой логических контроллеров LOGO возникают сомнения: это очень сложно, непонятно и для домашнего применения совсем не годится. Не будем торопиться. У всех без исключения изделий и стандартов есть свои плюсы и свои недостатки. У одних, как , слабая помехоустойчивость, другие не подходят по цене или необходимости часто менять источники питания.

Если сложность контроллеров заключается в процедуре программирования и необходимости дополнительных блоков (питания, расширения), то и достоинства весомы: сделал систему, настроил и... забыл о ее существование. Тем более, это справедливо по отношению к контроллерам Siemens, у которых высочайшая надежность и разнообразие сфер применения.

Коротко о составе и назначении модулей. Контроллеры включают в себя два вида модулей: LOGO!Basic, который имеет дисплей и клавиатуру для ввода программ вручную и LOGO!Pure, в который программы заносятся с компьютера через интерфейсный кабель, или путем установки карты памяти с записанной программой. Память контроллеров рассчитана на 200 программных блоков (операций). Всего выпускается 8 модификаций, отличающихся напряжением питания, количеством каналов ввода/вывода и наличием часов реального времени.

Кроме этого, серия LOGO содержит 9 видов модулей расширения для увеличения числа входов/выходов. Есть в серии и блоки питания для датчиков и модулей расширения. В набор аксессуаров входят кабель для программирования контролеров с компьютера, программа Soft Comfort. Она предназначена для создания алгоритмов управления и эмуляции работы схемы. Дополнительно предлагается дисплей для отображения информации LOGO! TD.

А теперь вернемся к «умному» дому. Первое и самое серьезное возражение против контроллеров LOGO заключается в том, что задача автоматизации дома не является простой по определению. Если решать проблему «в лоб», то сосуществование нескольких подсистем управления потребует электрического шкафа, соизмеримого по размерам со шкафом для одежды.

Вторым, не менее важным обстоятельством, является необходимость прокладки силовых и сигнальных проводов. А для этого необходимо сразу иметь на руках исчерпывающий проект автоматизации для закладки необходимого количества проводников. Если замахнуться на реализацию всех перечисленных выше подсистем, то количество проводов составит десятки разнородных проводов, а общая их длина под километр.

Третий недостаток связан с самой концепцией построения систем управления на программируемых контроллерах. Она предусматривает наличие центрального единого управляющего щита, в который стекается вся информация с датчиков и выдаются командные сигналы. Пользоваться такой системой без выносных пультов крайне неудобно, а мобильные устройства в серии контроллеров отсутствует.

Поэтому перспектива получить громоздкую систему, с процедурой опутывания проводами квартиру, и не позволяющую переконфигурировать ее после элементарного перемещений мебели, делает эту элементную базу совершенно не привлекательной.

Есть и еще одно соображение, скорее психологическое. Автоматизацией своих домов занимаются люди своеобразного склада характера: беспокойные и увлекающиеся. То, что сегодня для них верх совершенства и предмет гордости, завтра становится обыденным, а послезавтра постылым. Руки начинают чесаться: хочется что-то переделать, усовершенствовать или перепрограммировать.

Вот тут контроллеры LOGO и могут проявить свой “нордический” характер. Не хватает линий связи, число выходов или входов ограничено, щиток забит модулями до отказа. Еще хуже ситуация, если предстоит переезд. Для жилых помещений это редкое, если не сказать, экзотическое событие. Но для офисов, оборудованных системой на базе контроллеров LOGO, проблема переноса оборудования почти не осуществима. Изъять модули, как самое дорогостоящее оборудование, еще можно. Но удастся ли быстро восстановить электрические цепи в первоначальном виде - это не факт.

Если перспективы использования контроллеров LOGO столь неутешительны, почему в сети массово появляются сообщения об их успешном применении? Причин может быть несколько: авторы по работе связаны с использованием контроллеров на производстве, и для них адаптация в домашнюю среду устройств не представляет трудностей. Другой вариант печальней: продавцы изделий настойчиво рекламируют эту серию как простейшее изделие, применить которое может даже школьник младших классов.

На самом деле не надо забывать, что логические контроллеры предназначались изначально для управления простым, единичным оборудованием в производстве. По сути, это набор различных программируемых устройств в одном корпусе. Поэтому достаточно просто можно их использовать для управления отдельным насосом, вентилятором или несколькими лампами. Но попытка связать эти функции в одну систему с разнообразными сценариями сразу резко усложняет ее состав и стоимость.

Кстати, о стоимости. Контроллер без блоков расширения стоит от 123 евро типа Pure и до 180 евро исполнения Basic. Ставить такое устройство для управления несколькими лампами - это сущее разорение. А прокладывать дополнительные провода в квартире после недавнего ремонта ради нескольких домашних устройств - это еще большее разорение. Еще серьезней цена возрастет при попытке оснастить систему датчиком (температуры, влажности или иным).

Контролер воспринимает входные аналоговые сигналы только стандартного типа, например, 0-20мА. Поэтому датчики должны иметь нормализованные выходные сигналы. Стоимость таких датчиков сравнима с контроллером. Поэтому программируемые контроллеры, и не только LOGO, сегодня получили ограниченное распространение в домашней автоматизации.