Умные розетки и основы автоматизации аквариума

Какие нагрузки аквариума можно вешать на умную розетку (свет, клапан CO2), какие должны сохранять своё управление (нагреватели, помпы фильтра), отказы при потере питания и сети, защита УЗО.

Что такое умная розетка

Wikipedia определяет умную розетку как переходник между шнуром прибора и стенной розеткой, работающий как дистанционно управляемый выключатель питания и превращающий обычный прибор в устройство, подключённое к сети. Управление идёт по Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee или Z-Wave через приложение на телефоне, хаб домашней автоматизации или голосового ассистента; большинство моделей поддерживают расписания и имеют встроенный амперметр, записывающий потребление в киловатт-часах. В аквариуме этот журнал энергии сам становится датчиком: нагреватель или помпа, не потребляющие ток, когда должны работать, — это отказ оборудования, по которому можно поднимать тревогу. Устройства, добавляющие к простому переключению датчики и логику управления, описаны в aquarium-controller-guide.

Нагрузки, которые безопасно ставить на расписание

Освещение

Tropical Fish Hobbyist рекомендует включать аквариумный свет по таймеру для постоянства режима и отмечает, что многие светильники теперь имеют встроенные таймеры с плавным рассветом и закатом. Освещение — хрестоматийный случай для расписания: отказавшая розетка оставляет свет выключенным или включённым, и ни одно из состояний не опасно.

Электромагнитный клапан CO2

Клапан CO2 открыт только пока на него подано питание; статья Wikipedia о принципе fail-safe называет электромагнитные клапаны, закрывающиеся пружиной при потере питания, стандартным элементом отказоустойчивости. Причина вообще переключать его следует из прудовой химии, описанной Texas A&M AgriLife Extension: в световой период растения забирают углекислый газ и pH растёт, а ночью CO2 накапливается и pH падает. Работа клапана по тому же расписанию, что и свет, чтобы газ шёл только тогда, когда растения могут его использовать, следует этой логике. При отказе розетки, сети или электропитания клапан закрывается — это безопасное направление.

Помпы

Расписания для помп — самый сложный случай. UF/IFAS относит отказ водяной помпы и воздушного компрессора к аварийным ситуациям, для которых рециркуляционной системе нужен письменный протокол, потому что остановленная помпа означает остановку подачи кислорода. Помпа на умной розетке наследует все отказы розетки. Поэтому любую помпу, обеспечивающую кислородом рыб или биофильтр, вообще не следует переключать по расписанию, а у переключаемой помпы состоянием по умолчанию должна быть работа.

Нагрузки, которые должны сохранять собственное управление

Нагреватели

Каждый аквариумный нагреватель на рынке управляется термостатом (TFH). Термостат — это двухпозиционный регулятор со встроенным гистерезисом, поэтому вода колеблется примерно на 1–2 °C вокруг заданного значения, а не стоит точно на нём (Wikipedia). Умная розетка или внешний терморегулятор могут добавить второе, независимое отключение выше собственной точки переключения нагревателя — эта схема описана в temperature-controller-guide, — но внутренний термостат нагревателя должен оставаться на месте. Розетка, переключающая нагреватель по единственному датчику, не защищена ни от собственного отказа, ни от расписания, работающего пока датчик вынут из воды. TFH добавляет, что два нагревателя меньшей мощности замедляют перегрев при залипании одного из них, и рекомендует держать запасной нагреватель на случай полного отказа.

Фильтры и помпы биофильтра

Биологический фильтр — живой потребитель кислорода. UF/IFAS указывает, что при нехватке кислорода нитрифицирующие бактерии перестают работать или гибнут, а аммиак и нитрит растут. Поэтому помпы фильтров и аэрации никогда не должны стоять на расписании, которое их выключает, а их розетки по умолчанию должны быть включены. UF/IFAS требует от рециркуляционных хозяйств резервирования фильтров и помп; дома это означает вторую помпу или источник воздуха, не сидящие на той же розетке или умном выключателе.

Состояния при потере питания и сети

Автоматизация добавляет аквариуму два новых пути отказа: может пропасть электропитание, а может пропасть сеть при сохранившемся питании. Для каждой автоматизированной нагрузки вопрос в том, что делает розетка в обоих случаях. Принцип fail-safe по Wikipedia состоит в том, что отказ должен сам по себе оставлять систему в наименее вредном состоянии: обесточенный клапан закрывается, обесточенный нагреватель остывает, обесточенная помпа останавливается — и приемлемы только первые два исхода. Расписания должны выполняться локально на устройстве, а не зависеть от облачного соединения, а нагрузку с опасным выключенным состоянием не следует автоматизировать вовсе.

Статья Wikipedia о сторожевом таймере показывает схему, применяемую во встраиваемых контроллерах: таймер, который управляющая программа должна периодически сбрасывать и который по истечении времени переводит выходы в безопасное состояние, отключая нагреватели, либо перезагружает контроллер. Та же логика применима к мониторингу: контроллер, переставший слышать датчик или розетку, должен поднимать тревогу по молчанию — по аналогии с нормально замкнутой цепью сигнализации, где обрыв провода вызывает сигнал. Действия при отказе самого электропитания описаны в power-outage-aquarium-guide.

Защита УЗО (GFCI/RCD)

Устройство защитного отключения (УЗО, RCD; в Северной Америке — GFCI) сравнивает ток, уходящий по фазному проводнику, с током, возвращающимся по нейтральному; когда они перестают совпадать, ток утекает на землю, возможно через человека, и устройство срабатывает (Wikipedia). Устройства для защиты человека срабатывают при 30 мА в странах МЭК и при 5 мА в США и Канаде и рассчитаны на отключение за 25–40 мс — достаточно быстро, чтобы предотвратить фибрилляцию желудочков. УЗО не защищает от перегрузки или короткого замыкания между фазой и нейтралью; это остаётся задачей предохранителя или автоматического выключателя, а комбинированный дифавтомат (RCBO) делает и то и другое. У каждого устройства есть кнопка «Тест», имитирующая утечку, и Wikipedia отмечает, что регулярная проверка не даёт механизму залипнуть. Повторные срабатывания — диагностика: деградация изоляции — документированная причина, так что неисправность обычно в приборе, а не в УЗО.

Практические правила TFH завершают картину: вся аквариумная электрика под защитой GFCI, капельная петля на каждом шнуре, чтобы вода стекала по кабелю и капала ниже розетки, удлинители закреплены вертикально на задней стенке тумбы и никогда не лежат на полу или основании тумбы, куда попадают капли, а солевой налёт вокруг соединений очищается еженедельно, потому что солёная вода и электричество несовместимы. Умная розетка сама является электронным устройством рядом с водой, поэтому к ней применимы те же правила капельной петли и крепления.