Виртуальное устройство "Тёплый пол"

Актуально начиная с версии xiot 14.1-1.

Тёплый пол

Тёплый пол — виртуальное устройство для управления электрическим или водяным тёплым полом. Мы настраиваем его как самостоятельный терморегулятор: указываем датчики, исполнительные устройства, режим управления и параметры регулирования.

Устройство может работать отдельно или под управлением климат-контроля. Если тёплый пол привязан к климат-контролю и скрыт из пользовательского приложения, пользователь работает с единой системой климата, а тёплый пол получает уставки от климат-контроля.

Основная идея

У тёплого пола есть два разных сценария работы:

• комфорт пола — мы поддерживаем температуру поверхности пола;
• комфорт воздуха — мы используем тёплый пол как отопительный прибор для поддержания температуры воздуха.

Это разные режимы. В режиме комфорта пола целевая температура означает температуру пола. В режиме комфорта воздуха целевая температура означает температуру воздуха.

Создание устройства

В редакторе добавляем виртуальное устройство Тёплый пол и назначаем его в нужную комнату.

Минимально включаем характеристику:

• включение.

Дополнительно включаем характеристики по составу системы:

• температура пола — если есть датчик температуры пола;
• температура воздуха — если тёплый пол должен учитывать воздух или работать по воздуху;
• целевая температура — если нужно задавать температуру пола или воздуха;
• состояние реле (нагрева) — чтобы видеть, греет пол сейчас или нет;
• процент открытия сервопривода — если используется водяной пол с сервоприводом;
• расписание работы — только для электрического пола, если нагрев должен быть разрешён в заданные дни и интервалы;
• ошибка работы — для диагностики датчиков, реле и нагрева.

Привязка устройств

После создания тёплого пола привязываем устройства в соответствующие блоки.

Блок в редакторе	Что добавляем	Для чего используется
Датчики температуры пола	Один или несколько датчиков температуры пола	Измеряют поверхность пола. Нужны для режима комфорт пола и для ограничения перегрева пола.
Датчики температуры воздуха	Один или несколько датчиков температуры воздуха	Нужны для режима комфорт воздуха и для ограничения нагрева пола по температуре помещения.
Реле	Реле включения электрического пола или насоса/клапана	Используется для включения и выключения нагрева.
Сервопривод	Сервопривод водяного коллектора	Используется для плавного открытия контура водяного пола.

Если датчиков несколько, устройство усредняет актуальные значения.

Тип тёплого пола

В параметре Тип тёплого пола выбираем:

• электрический;
• водяной.

Для электрического пола важна защита по датчику пола. Если нужный датчик в ошибке, нагрев блокируется, чтобы не перегреть покрытие.

Для водяного пола обычно используем сервопривод и плавное регулирование. Если датчика пола нет, мы можем управлять только по воздуху, а ограничение температуры поверхности должно обеспечиваться гидравликой: температурой подачи, смесительным узлом или настройкой коллектора.

Режим управления

В параметре Режим управления выбираем, что является основной целью.

Комфорт пола

Выбираем комфорт пола, когда нужно поддерживать приятную температуру поверхности: плитка в санузле, кухня в цоколе, холодная зона у входа.

В этом режиме:

• целевая температура означает желаемую температуру пола;
• основное регулирование идёт по датчику пола;
• если включено ограничение по воздуху, пол не будет перегревать помещение.

Пример:

желаемая температура воздуха в комнате: 22 °C
смещение пола от климат-контроля: +2 °C
тёплый пол получает целевую температуру: 24 °C

Пол стремится к 24 °C по поверхности, но при превышении желаемой температуры воздуха сам ограничивает нагрев.

Комфорт воздуха

Выбираем комфорт воздуха, когда тёплый пол является отопительным прибором для помещения.

В этом режиме:

• целевая температура означает желаемую температуру воздуха;
• основное регулирование идёт по датчику воздуха;
• датчик пола, если он есть, используется как ограничитель максимальной температуры поверхности.

Такой режим подходит для водяного пола без отдельной задачи «сделать поверхность тёплой». Летом при работе через климат-контроль такой пол обычно выключается, чтобы не конфликтовать с охлаждением.

Расписание работы

Характеристика расписание работы является опциональной и доступна только для электрического тёплого пола. Включаем её, когда электрический пол должен работать только в заданные периоды, например утром и вечером.

При выборе типа водяной редактор скрывает эту характеристику, пользовательское приложение не показывает блок расписания, а PLC игнорирует сохранённое ранее расписание. Работа водяного пола расписанием не ограничивается.

На странице управления тёплым полом появится блок Расписание работы. В нём можно:

• выбрать количество периодов;
• включить или выключить каждый период;
• задать время начала и окончания;
• выбрать дни недели.

Характеристика включение остаётся главным разрешением работы устройства. Расписание добавляет к нему ещё одно условие:

• если устройство выключено, нагрев не работает независимо от расписания;
• если устройство включено и текущее время входит в активный период, тёплый пол регулирует температуру обычным способом;
• вне активных периодов реле выключается, а сервопривод закрывается;
• при наступлении следующего периода устройство возобновляет регулирование автоматически, характеристика включение при этом не сбрасывается.

Для периода, который переходит через полночь, например с 22:00 до 06:00, выбранный день относится ко времени начала. Такой период, включённый для пятницы, работает с вечера пятницы до утра субботы.

Если характеристика расписание работы не включена, расписание полностью игнорируется и старые проекты продолжают работать без изменений. Если характеристика включена, но нет ни одного активного текущего периода, нагрев блокируется.

Ограничение по воздуху

Параметр Ограничивать нагрев при превышении желаемой температуры воздуха в помещении используется в режиме комфорт пола.

Если параметр включён, тёплый пол продолжает держать поверхность, но не даёт помещению перегреваться. Уставка воздуха берётся из комнаты, в которой находится тёплый пол.

Для релейного управления это работает как ограничение включения нагрева: если воздух выше желаемой температуры с учётом гистерезиса, нагрев выключается.

Для водяного пола с сервоприводом начиная с xiot 14.1-1 ограничение работает плавно:

• сначала рассчитывается допустимое открытие по температуре воздуха;
• отдельно рассчитывается открытие по температуре пола;
• итоговое открытие сервопривода берётся как меньшее из двух значений.

То есть если воздух ещё допускает нагрев на 100%, пол регулируется по температуре поверхности. Если воздух приближается к желаемой температуре, он начинает ограничивать открытие сервопривода.

Максимальная температура пола

Параметр Макс. температура пола используется как ограничение поверхности в режиме комфорт воздуха.

Если тёплый пол работает по воздуху, он может продолжать греть, пока воздух не достигнет цели. Датчик пола при этом нужен как защита поверхности: когда температура пола выше указанного значения, нагрев ограничивается.

Если датчика пола нет, этот параметр не может реально ограничить поверхность. В таком случае ограничение делаем физически: температурой подачи, смесительным узлом или настройкой коллектора.

Гистерезис реле

Для релейного управления используются два параметра:

• Верхний гистерезис для реле;
• Нижний гистерезис для реле.

Значения задаются в десятых долях градуса.

Пример:

значение 5 = 0.5 °C

Нижний гистерезис определяет, насколько температура должна опуститься ниже цели, чтобы нагрев включился. Верхний гистерезис определяет, насколько температура должна подняться выше цели, чтобы нагрев выключился.

Импульсный режим реле

Параметр Импульсный режим работы реле ограничивает непрерывную работу реле.

Если режим включён, нагрев работает циклами:

• Макс. время непрерывной работы реле — сколько секунд реле может быть включено;
• Мин. пауза в работе реле — сколько секунд реле должно быть выключено.

Это полезно для электрического пола, особенно если нет полноценного датчика поверхности или нужно снизить риск перегрева.

Если у электрического пола есть корректный датчик пола и требуется обычное термостатическое управление, импульсный режим можно выключить.

Контроль прогрева электрического пола

Для электрического тёплого пола доступен параметр Время ожидания прогрева до ошибки. По умолчанию используется 240 минут.

Когда нагрев включается, PLC запоминает текущую температуру пола и запускает контроль прогрева. Если за заданное время температура пола не выросла, фиксируется ошибка работы с кодом ошибки нагрева, нагрев отключается и реле выключается.

Эта защита применяется только для электрического пола. Для водяного тёплого пола контроль прогрева не используется: водяной контур инерционный и такая ошибка не является признаком опасной работы. При выборе типа водяной таймер контроля прогрева сбрасывается, а ошибка нагрева очищается.

Если значение параметра равно 0, контроль прогрева отключается.

Сервопривод и PID

Если вместо реле используется сервопривод, тёплый пол регулируется плавно. Мы привязываем сервопривод в блок Сервопривод и включаем характеристику процент открытия сервопривода.

Параметры PID:

• Время цикла PID регулирования сервопривода;
• Пропорциональный коэффициент PID сервопривода;
• Интегральный коэффициент PID сервопривода;
• Дифференциальный коэффициент PID сервопривода.

Обычно начинаем с параметров по умолчанию. Если привод слишком резко открывается и закрывается, уменьшаем пропорциональный коэффициент. Если система долго не доходит до температуры, аккуратно увеличиваем интегральный коэффициент.

Полный расчёт PID выполняется по параметру Время цикла PID регулирования сервопривода. В этот период пересчитываются интегральная и дифференциальная части, поэтому частые небольшие изменения показаний датчиков не накапливают лишнюю ошибку и не дёргают сервопривод.

Когда пользователь меняет целевую температуру, включение или режим управления, тёплый пол реагирует сразу: регулятор сбрасывает накопленную ошибку и делает быстрый расчёт по пропорциональной части. Если приходит то же самое значение, сброс не выполняется.

Для водяного пола не стоит делать слишком короткий цикл PID: пол инерционный, и быстрые пересчёты могут давать лишние движения сервопривода без реального эффекта.

Типовые настройки

Электрический пол с датчиком пола

Используем:

• тип пола — электрический;
• режим управления — комфорт пола;
• датчик температуры пола — обязательно;
• реле — обязательно;
• ограничение по воздуху — по задаче.

Такой вариант подходит для плитки в санузле, прихожей, зоне кухни.

Водяной пол с сервоприводом и датчиком пола

Используем:

• тип пола — водяной;
• режим управления — комфорт пола;
• датчик температуры пола — желательно;
• датчик температуры воздуха — желательно;
• сервопривод — обязательно для плавного регулирования;
• ограничение по воздуху — включаем, если пол не должен перегревать помещение.

Это хороший вариант для зон, где пол должен быть тёплым как поверхность, но не должен бороться с кондиционером или радиаторами.

Водяной пол без датчика пола

Если датчика пола нет, не используем режим комфорт пола как точное управление поверхностью: устройству нечем измерить температуру пола.

В таком случае выбираем:

• тип пола — водяной;
• режим управления — комфорт воздуха;
• датчик температуры воздуха — обязательно;
• сервопривод — желательно;
• ограничение поверхности — физически на смесительном узле или коллекторе.

Работа с климат-контролем

Если тёплый пол привязан к климат-контролю, управление отдельным устройством можно скрыть из пользовательского приложения. Пользователь меняет только климат комнаты, а тёплый пол получает команды от климат-контроля.

Для электрического пола расписание остаётся локальным дополнительным разрешением. Климат-контроль может включить устройство и передать ему уставку, но нагрев начнётся только внутри активного периода расписания. На водяной пол это ограничение не распространяется.

При этом режим самого тёплого пола остаётся важной инженерной настройкой:

• если выбран комфорт пола, климат-контроль задаёт температуру поверхности пола через смещение от желаемой температуры воздуха;
• если выбран комфорт воздуха, климат-контроль передаёт тёплому полу желаемую температуру воздуха;
• летом пол в режиме комфорт воздуха выключается, чтобы не работать против кондиционера;
• летом пол в режиме комфорт пола может оставаться включённым для комфорта плитки или холодного цокольного этажа;
• зимой климат-контроль может дать тёплому полу небольшой приоритет перед радиаторами и конвекторами.

Ограничение по воздуху в самом тёплом полу оставляем включённым, если поверхность должна быть тёплой, но помещение не должно перегреваться.

Уставки от климат-контроля

Климат-контроль рассчитывает уставку тёплого пола от желаемой температуры воздуха:

целевая температура тёплого пола = желаемая температура воздуха + смещение

Для лета и зимы задаются отдельные смещения, а внутри каждого сезона — отдельные значения для дня и ночи.

Пример для лета:

желаемая температура воздуха: 22 °C
смещение пола летом днём: +2 °C
уставка тёплого пола: 24 °C

Если тёплый пол работает в режиме комфорт пола, это будет уставка поверхности пола. Если пол работает в режиме комфорт воздуха, зимой это будет уставка воздуха для пола как отопительного прибора.

Летний режим

Летом климат-контроль может:

• выключать все привязанные тёплые полы;
• включать только те тёплые полы, где выбран режим комфорт пола.

Полы в режиме комфорт воздуха летом выключаются. Такой пол считается отопительным прибором, поэтому при включённом кондиционере он не должен пытаться догревать помещение.

Для пола в режиме комфорт пола летом обычно включаем ограничение по воздуху. Тогда пол может держать приятную температуру поверхности, но сам будет поджимать нагрев, когда воздух подходит к желаемой температуре.

Зимний режим и каскад

Зимой климат-контроль включает привязанные тёплые полы и передаёт им уставку с зимним смещением.

Если включён приоритет тёплого пола, радиаторы и конвекторы не выключаются полностью. Они получают пониженную уставку, а их собственная логика плавно закрывает или открывает сервоприводы.

Радиаторы и конвекторы получают полную уставку, если:

• воздух заметно ниже желаемой температуры;
• тёплый пол уже дошёл до своей уставки, но воздух ещё не достиг цели.

Такой режим полезен, когда тёплый пол должен быть первым источником тепла, но радиаторы или конвекторы должны быстро помогать при большом недогреве.

Проверка после настройки

После настройки проверяем:

• устройство включено;
• датчик пола показывает реальную температуру поверхности;
• датчик воздуха показывает реальную температуру помещения, если он используется;
• при снижении целевой температуры нагрев выключается или сервопривод закрывается;
• при повышении целевой температуры реле включается или сервопривод открывается;
• при превышении желаемой температуры воздуха в режиме комфорт пола нагрев ограничивается;
• у электрического пола внутри активного периода расписания нагрев разрешён, а вне периода реле выключено;
• период через полночь продолжает работать до времени окончания на следующий день;
• в отладке нет ошибок датчиков и ошибок работы реле.

Для проверки реле задаём целевую температуру выше текущей и смотрим, что нагрев включился. Затем задаём цель ниже текущей и проверяем выключение.

Для проверки сервопривода смотрим на процент открытия сервопривода. При большом недогреве процент должен расти, при приближении к цели — уменьшаться.

Рекомендации

• Для режима комфорт пола всегда стараемся устанавливать датчик температуры пола.
• Для электрического пола датчик пола особенно важен как защита покрытия и кабеля.
• Для водяного пола с сервоприводом используем PID и не ставим слишком короткий цикл регулирования.
• Если пол работает вместе с кондиционером, выбираем комфорт пола и включаем ограничение по воздуху.
• Если пол должен быть основным отопительным прибором, выбираем комфорт воздуха.
• Если пол управляется климат-контролем, не оставляем пользователю отдельную ручную уставку тёплого пола в приложении, чтобы не было двух независимых органов управления.