Протокол OpenTherm достаточно хорошо защищен от воздействия помех, однако, не всегда справляется с ситуациями, когда неподалеку находится мощный источник, генерирующий помеху сопоставимую по амплитуде основного сигнала. При выключенном источнике помех должно быть вот так, чистенько. 🙂
Сигнал на шине OpenTherm, когда поблизости работает частотный преобразователь Siemens Sinamics V20 нагруженный трехфазным двигателем Grundfos 1,1 кВт.
При такой амплитуде помехи шина OpenTherm периодически отваливается от OpenTherm Master / GSM контроллера. На электрическом котле Эван Expert PLUS/Forward/NEXT PLUS это выглядит как отказ управления по шине OpenTherm и переход в последний заданный режим работы (автономный от внешнего GSM контроллера). GSM контроллер, соответственно, тоже перестает видеть котел, о чем сигнализирует владельцу через WEB/SMS.
Столь мощная импульсная помеха в течении продолжительного времени может приводить к подвисанию входа микроконтролера, считывающего данные по шине OpenTherm. Скорость поступления сигналов помехи на порт микроконтроллера, сходных по амплитуде с рабочим сигналом, значительно возрастает. Микроконтроллер плохо себя чувствует при такой интенсивности поступления информации. При снятии помехи работа шины не всегда восстанавливается самостоятельно. В некоторых случаях требуется перезагрузка котла и/или GSM контроллера (OpenTherm Master) по питанию.
Проблема проявляется в момент включения частотного преобразователя. Наибольшее влияние происходит в случае, когда частотный преобразователь смонтирован на небольшом расстоянии по силовому кабелю и подключен на ту-же фазу, что и электроника котла + GSM контроллер. Помеха может наводится и на соседние фазы, зависит от мощности потребителя частотного преобразователя. Шум от частотника по электросети ЗНАЧИТЕЛЬНО влияет на передачу данных по шине OpenTherm.
Помеха значительно ослабевает с расстоянием. Например, вот как выглядит помеха от такого-же частотного преобразователя + насос той-же мощности, но на расстоянии несколько метров от электрического котла.
Кабель от каждого частотника, в нашем случае, заводится в щит (топология, «звезда») находящийся на расстоянии примерно метров 20 (со всеми изгибами кабеля) от частотного преобразователя. Соответственно, помеха проходит путь от частотного преобразователя соседнего тестового стенда (расстояние между стендами метров 5) до щита и оттуда возвращается на тестовый стенд на котором проводятся испытания, т.е. к которому подключен котел по шине OpenTherm. Суммарно примерно 20 + 20 + 5 метров.
Чтобы убрать помеху мы проводили различные эксперименты. Как оказалось впоследствии, они проводились некорректно, т.к. были искажены самим средством измерения, осциллографом АКИП-4115/4A. Его блок питания, похоже, имеет плохую фильтрацию, гальванически не развязан от электросети и пропускает помеху по питанию на вход осциллографа. Мы сделали несколько неверных экспериментов (экранирование силовых и OpenTherm кабелей), полагая, что помеха распространяется по воздуху.
После того как мы подключили питание осциллографа через инверторный стабилизатор Штиль 300 Вт двойного преобразования (сначала в постоянное напряжение (AC-DC), затем очищенный сигнал вновь в переменное (DC-AC), идеальный синус) картинка на шине OpenTherm стала выглядеть вот так:
Промежуточный вывод говорит о том, что, в ряде случае, достаточно запитать электронику электрокотла Эван Expert Plus/Forward/Next Plus через вход стабилизатора от качественного инверторного стабилизатора, либо фильтра ЭМИ помех, чтобы снизить вероятность появления сбоев при передаче данных по шине OpenTherm.
Более правильный подход — это устранение помехи в месте её формирования. Любой инверторный кондиционер, стиральная машина с регулируемой скоростью оборотов, холодильник, интеллектуальный насос с переменным расходом (скоростью вращения вала) может содержать в составе частотный преобразователь, который формирует на входе электроприбора значительный уровень шумов.
Причем, даже в дорогом частотнике Siemens нет в составе качественного EMI фильтра, дороговато. Однако, в документации к частотнику V20 можно найти упоминание, что нужен внешний фильтр Siemens EMI filter MICROMASTER 4. Схема подключения защиты от электромагнитных помех к частотному преобразователю Siemens Sinamics V20:
В рекомендациях Siemens для уменьшения помехи от частотного преобразователя используются следующие внешние компоненты:
- Экранированный (заземленный) трехфазный кабель от частотного преобразователя к электродвигателю.
- Дроссель на входе (сетевой) и на выходе.
- Фильтр EMI помех на входе.
- Качественное защитное заземление всех электроприборов.
После многочисленных экспериментов полностью устранил помеху недорогой фильтр EMI помех RUICHI DL-20T1 (аналог от Jianli https://en.jsczjianli.com/product/57.html). Эти фильтры есть на Озоне, в Chip&Dip, Компеле. Аналогичный недорогой фильтр (мы его не тестировали) на ток 20А CW4L2-20A-SG есть на Ozon. К сожалению, под болтовое соединение клеммы на таких фильтрах начинаются с 10А (CW4L2-10A-SG). До 10А клеммы фильтров электромагнитных помех идут под пайку, менее удобные для монтажа, поэтому мы брали фильтр с бОльшим запасом, на токи бОльшие, чем было необходимо.
Как только на вход частотного преобразователя Siemens Sinamics V20 подключили фильтр электромагнитных помех RUICHI DL-20T1 сигнал на шине OpenTherm очистился и приобрел нормальный вид, как при отключенном частотнике. Исчезли проблемы с пропаданием шины OpenTherm (переходом котла в последний режим управления) и подвисанием микроконтроллера в электрокотле.
Выводы
- Производители даже дорогих электроприборов не ставят качественные фильтры ЭМИ (EMI) помех на вход приборов даже там, где формируется значительный уровень помех (в составе есть частотные преобразователи). Слишком это дорого, существенно увеличивает себестоимость. Так что «спасение утопающих — дело рук самих утопающих». 🙂
- Если наблюдается нестабильная работа шины OpenTherm (пропадание, вплоть до подвисания) — вероятнее всего, поблизости есть мощный источник помех: инверторный двигатель кондиционера, компрессора холодильника, барабана стиральной машины, насоса, сварочный аппарат и т.п.
- Нужно устранять помеху максимально близко к источнику её формирования, т.е. лечить причину, а не следствие.
- Помеха от частотника влияет на все электроприборы в здании, но, по-разному. Например, в случае электрокотла она видимо влияет только на передачу данных по шине OpenTherm. Эффекты с бытовыми приборами могут быть различные, поэтому лучше убрать первопричину — помеху.
- Наиболее действенный способ устранения помехи — установка фильтра электромагнитных помех на входе шумящего устройства, чтобы отсечь шумы производимые прибором от остальных потребителей.
- Экранирование силовых кабелей, навешивание ферритов на силовые кабели, в нашем случае, практически не сказывается на амплитуду помехи. Можно использовать как дополнение к фильтру EMI, но не вместо.
- Установку дросселей опробовать не довелось, хватило установки фильтра ЭМИ на входе частотника.
- Если по каким-то причинам доступно лечить только следствие — можно запитать электронику котла и GSM контроллера от качественного ИНВЕРТОРНОГО стабилизатора. Это не правильно и может стоить дороже, чем поставить фильтр ЭМИ помех на вход источника помехи.
- Можно также запитать электронику котла и GSM контроллера через фильтр ЭМИ помех. Это лечение следствия, а не причины.
- Не инверторные, дешевые, стабилизаторы, вполне могут пропускать помеху на выход, хотя у качественных экземпляров на входе должен быть достаточно качественный фильтр ЭМИ помех. С инверторным Штилем мы проверили — точно работает.
