ควบคุมเครื่องทำน้ำอุ่นโดยอัตโนมัติด้วยโมดูล SCR แบบ Wi-Fi

บทความนี้แนะนำวิธีการควบคุมเครื่องทำน้ำอุ่น (boiler heater) โดยอัตโนมัติด้วยโมดูล SCR แบบ Wi-Fi (SCR_485) ร่วมกับมิเตอร์วัดพลังงาน IAMMETER เพื่อเพิ่มอัตราการใช้ไฟฟ้าที่ผลิตเองจากระบบโซลาร์เซลล์ (PV)

โดยการปรับกำลังเอาต์พุตของโมดูล SCR แบบเรียลไทม์ตามกำลังไฟฟ้าที่จ่ายกลับเข้าสู่โครงข่าย (grid power feed-in) เพื่อให้ใช้พลังงานที่จ่ายกลับคืนมาให้ได้มากที่สุด และเพิ่มอัตราการใช้ไฟฟ้าที่ผลิตเองจากระบบ PV

ก่อนหน้านี้ เราเคยมีบทช่วยสอนที่สอนวิธีใช้โมดูล SCR แบบ Wi-Fi กับเฟิร์มแวร์ ESP Home เพื่อปรับกำลังเอาต์พุตของโหลดแบบ Resistive แบบเชิงเส้น สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติม โปรดดูที่ลิงก์ต่อไปนี้: ESP32 + SCR module: Linearly adjust the power output of resistive loads, such as heaters

การแสดงผล

ดังที่แสดงในรูปภาพ หลังจากเปิดใช้งานโหมด Auto (โหมดอัตโนมัติ) ค่า "Set Power" ของคอนโทรลเลอร์ SCR จะถูกปรับอย่างต่อเนื่องแบบเรียลไทม์ตามกำลังไฟฟ้าที่จ่ายกลับเข้าโครงข่าย โดยรักษาค่ากำลังไฟฟ้าที่จ่ายกลับไว้ที่ประมาณ 0W

Control the power of the heater according to the grid power

Grid Power REV: กำลังไฟฟ้าที่จ่ายกลับเข้าโครงข่าย (Feed-in power)

SCR_485 Power: "Set Power" ของ SCR_485

เกี่ยวกับ SCR_485

ตัวควบคุมกำลังแบบเชิงเส้นที่มีกำลังเอาต์พุตสูงสุด 4 kW (ระบบ 220V) สามารถปรับกำลังเอาต์พุตในช่วง 0-4 kW ได้แบบเชิงเส้น แนะนำสำหรับควบคุมโหลดแบบ Resistive (เช่น เครื่องทำน้ำอุ่น) และมีฟังก์ชันเชื่อมต่อ Wi-Fi

SCR_485,linear power contrllor,voltage regulator for the resistive load

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม ดูที่ลิงก์นี้

เฟิร์มแวร์

SCR_485 ใช้ เฟิร์มแวร์ ESP Home ซึ่งได้ถูกตั้งค่าไว้ล่วงหน้าก่อนจัดส่ง

YAML

ไฟล์ YAML: SCR-485.yaml

ลูกค้าต้องกำหนดค่า IP address และข้อมูลเฟสที่เกี่ยวข้องตามการใช้งานมิเตอร์วัดพลังงานจริงของตน

การเดินสายไฟของระบบ

การเดินสายไฟของระบบแสดงในรูปภาพด้านล่าง โดยมีส่วนประกอบหลักดังนี้:

มิเตอร์วัดพลังงานสามเฟสของ IAMMETER ใช้สำหรับวัดกำลังไฟฟ้าของโครงข่าย (grid power) เนื่องจากมิเตอร์วัดพลังงานของ IAMMETER เป็นมิเตอร์แบบสองทิศทาง (bidirectional meter) จึงสามารถวัดกำลังไฟฟ้าแบบสองทิศทางได้ (กำลังไฟฟ้าที่ดึงจากโครงข่ายและกำลังไฟฟ้าที่จ่ายกลับเข้าสู่โครงข่าย) และมี API สำหรับอ่านผลการวัดแบบเรียลไทม์
SCR_485: โมดูล SCR แบบ Wi-Fi ที่อ่านค่ากำลังไฟฟ้าจากมิเตอร์ IAMMETER ผ่าน API และปรับกำลังเอาต์พุตแบบเรียลไทม์เพื่อขับเคลื่อนเครื่องทำน้ำอุ่น

ปรับกำลังเอาต์พุตของโมดูล SCR_485 โดยอัตโนมัติตามกำลังไฟฟ้าของโครงข่าย

หลังจากเดินสายไฟระบบเสร็จแล้ว ลูกค้าต้องดำเนินการดังต่อไปนี้:

กำหนดค่าการเชื่อมต่อ Wi-Fi ของ "SCR_485"
กำหนดค่ามิเตอร์วัดพลังงาน IAMMETER ในไฟล์ YAML ของ ESP Home
ตั้งค่าพารามิเตอร์

กำหนดค่าการเชื่อมต่อ Wi-Fi ของ "SCR_485"

configure the wifi credentials in esp home

กำหนดค่ามิเตอร์วัดพลังงาน IAMMETER ใน ESP Home

เปิดหน้าเว็บใน ESP Home ในภาพคุณจะสังเกตเห็นอุปกรณ์หกชิ้นที่แสดงอยู่ เนื่องจากปัจจุบันเรามี SCR_485 จำนวนหกตัวที่กำลังทดสอบในห้องปฏิบัติการของเรา

SCR_485 in ESP Home

อัปเดตไฟล์คอนฟิกูเรชัน YAML โดยใช้ scr-485.yaml

ปรับเปลี่ยนคอนฟิกูเรชัน YAML ตามประเภทของมิเตอร์วัดพลังงานที่ใช้งาน

WEM3080

WEM3080 เป็นมิเตอร์วัดพลังงานเฟสเดียวของ IAMMETER ดังนั้นหากคุณใช้ WEM3080 หมายความว่าค่ากำลังไฟฟ้าที่วัดได้คือกำลังไฟฟ้าของโครงข่าย (Grid Power) และคุณเพียงแค่ต้องตั้งค่า IP address ของมิเตอร์ดังนี้:

เปลี่ยน IP (10.10.30.33) ในไฟล์ YAML เป็น IP ของมิเตอร์วัดพลังงาน

yamlCopy codeinterval:
  - interval: 5s
    then:
      - if:
          condition:
            lambda: 'return id(auto_mode);'
          then:
            - http_request.get:
                url: "http://10.10.30.33/monitorjson"
                headers:
                  Content-Type: "application/json"
                verify_ssl: false

WEM3080T/WEM3046T/WEM3050T:

WEM3080T/WEM3046T/WEM3050T ล้วนเป็นมิเตอร์วัดพลังงานสามเฟสของ IAMMETER หากใช้มิเตอร์สามเฟส นอกจากกำหนดค่า IP address แล้ว คุณยังต้องเลือกเฟสเฉพาะที่ใช้ในการวัดกำลังไฟฟ้าของโครงข่าย (Grid Power)

ตั้งค่า IP address ของมิเตอร์

เปลี่ยน IP 10.10.30.33 ในไฟล์ YAML เป็น IP ของมิเตอร์วัดพลังงาน

เลือกเฟสเฉพาะของมิเตอร์เพื่อวัดกำลังไฟฟ้าของโครงข่าย

หากแหล่งจ่ายไฟฟ้าของโครงข่ายเป็นแบบเฟสเดียว สามารถใช้เฟสใดก็ได้ของมิเตอร์สามเฟสในการวัดกำลังไฟฟ้าของโครงข่าย (ดังที่แสดงในส่วนการเดินสายไฟของระบบ เฟส B ถูกใช้ในการวัดกำลังไฟฟ้าของโครงข่าย)

หากแหล่งจ่ายไฟฟ้าของโครงข่ายเป็นแบบสามเฟส ควรใช้กำลังไฟฟ้ารวมของมิเตอร์สามเฟสเพื่อแสดงกำลังไฟฟ้าของโครงข่าย

หมายเหตุดังในโค้ดด้านล่าง:

yamlCopy codeinterval:
  - interval: 5s
    then:
...

int16_t power_value = root["Datas"][1][2];
# power value in phase A:  ["Datas"][0][2], 
# power value in phase B: it is ["Datas"][1][2]
# power value in phase C: it is ["Datas"][2][2]
...

ตั้งค่าพารามิเตอร์

เข้าสู่ระบบหน้าเว็บ คำอธิบายพารามิเตอร์มีดังนี้:

Auto Mode: โหมด Manual (โหมดด้วยตนเอง) / โหมด Automatic (โหมดอัตโนมัติ)

Threshold: ค่าขีดแบ่งของวงควบคุม

Hysteresis: พารามิเตอร์ฮิสเทอรีซิสของ Schmitt trigger เนื่องจากใช้การควบคุมแบบสูงและต่ำ จึงเพิ่มพารามิเตอร์ "Hysteresis" เพื่อป้องกันการแกว่ง การทำงานจะถูกกระตุ้นเมื่อ Grid Power > threshold + Hysteresis หรือ Grid Power < threshold - Hysteresis

Set power: กำลังเอาต์พุตที่ตั้งค่าโดย SCR_485

Set the parameters in SCR-485,threshold,hysteresis

ตั้งค่า Max Power

พารามิเตอร์นี้คือกำลังสูงสุดของโหลดที่ควบคุมโดย SCR_485 เนื่องจาก SCR_485 ควบคุมโหลดโดยการปรับแรงดันเอาต์พุต จึงต้องใช้ค่า Max Power นี้เป็นค่าอ้างอิงเมื่อคำนวณ Set Power

ตัวอย่างเช่น หากตั้งค่ากำลังสูงสุดเป็น 3.3 kW SCR จะถือว่ากำลังเอาต์พุตเป็น 3.5 kW ที่แรงดันทำงาน 220V หลังจากนั้น หากต้องปรับ Set Power เป็น 0.875 kW SCR_485 จะลดแรงดันไฟฟ้าลงเป็น 110V

ตั้งค่า Threshold และ Hysteresis

การนำฮิสเทอรีซิสมาใช้เพื่อป้องกันการทำงานบ่อยครั้งของระบบควบคุม คล้ายกับหลักการของ Schmitt trigger เฉพาะเมื่อค่าที่วัดได้ (กำลังไฟฟ้าของโครงข่าย) มากกว่า "threshold + hysteresis" หรือน้อยกว่า "threshold - hysteresis" จึงจะดำเนินการ (ปรับกำลังเอาต์พุตของ SCR_485)

เช่น: Threshold = -20 W, Hysteresis = 50 W

การตั้งค่าทั้งสองนี้จะเพิ่ม Set Power ของ SCR_485 เมื่อกำลังไฟฟ้าของโครงข่ายน้อยกว่า -70 W (-20-50)

การตั้งค่าทั้งสองนี้จะลด Set Power ของ SCR_485 เมื่อกำลังไฟฟ้าของโครงข่ายมากกว่า 30 W (-20+50)

โปรดทราบว่าในการวัดแบบสองทิศทางของมิเตอร์วัดพลังงาน IAMMETER ค่ากำลังไฟฟ้าที่เป็นลบแสดงว่าระบบ PV กำลังจ่ายไฟฟ้ากลับเข้าสู่โครงข่าย ในขณะที่ค่ากำลังไฟฟ้าที่เป็นบวกแสดงว่าระบบกำลังใช้ไฟฟ้าจากโครงข่าย

Set the parameters in SCR-485,threshold,hysteresis