Project slimme jacuzzi #1 - De proloog

Door larsg op zondag 2 april 2017 13:00 - Reacties (7)
Categorie: Project slimme jacuzzi, Views: 3.952

In mijn vorige blogreeks besprak ik de planning en de constructie van mijn waterput, een blogreeks waar ik eigenlijk nog een conclusie voor moet schrijven. Hier raakte ik in aanraking met de echte mechanische kant van engineering en waterwerken. Het uit-plannen van waterleidingen, druk en capaciteiten bracht een inleiding tot de hydrostatica. Hoewel er veel hard werk bij kwam kijken was het leuk mijn ervaring hiermee uit te breiden. Net als met eerdere projecten die meer gecentreerd waren rond duurzame energie deed ik de planning en installatie zelf. Echter had ik nog totaal geen weet van deze zaken te kunnen automatiseren via een computer, zoals de raspberry pi. Ik zocht al jaren met een reden om mezelf er maar in te gooien. Tenminste tot ik wel moest ...

Elke zomer genieten we van onze jacuzzi, aangedreven door elektriciteit van de zonnepanelen (deels) en soms een beetje verwarmd met de zonneboiler. En sinds kort met heerlijk water uit eigen bron. Een mooie luxe dus! Echter was het apparaat van Chinese assemblage en na 10 jaar sprong de zwakste schakel. De meeste componenten van het apparaat waren van westerse merken en functioneren na 10 jaar nog perfect. Echter waren er 2 componenten van de lokale Chinese markt, de electronica en de transformator die laatste gaf de geest. Op een nogal ... spectaculaire wijze, de omhuizing welke niet waterdicht was, was helemaal gebarsten. Bovendien was deze met schroeven aan bad gemonteerd, niet echt veilig dus... Wat er in de behuizing zat was dit monster:
https://tweakers.net/ext/f/e8zpIKS6GJxXlZMtkOt1YAGc/medium.jpg
Bovendien was er geen opschrift te bekennen op de behuizing, maar het bleek 230 VAC om te zetten naar 12 VAC. Ook de rest van de sturing bleek een beetje onveilig en verouderd. Ook was er een temperatuursensor afgebroken, de soort hiervan was onmogelijk te achterhalen. Omdat er veel documentatie ontbrak moest ik wel een apart systeem bouwen.

Vandaar kwam snel het plan om heel die Chinese zooi te bypassen. Ondanks mijn beperkte kennis van de raspberry pi leek mij dat het moest kunnen via de GPIO poorten en wat python. Mijn enige kennis met betrekking tot deze zaken was het eenmalig opzetten van LIRC als test om de airco's te kunnen controleren. In een verdere gedachtegang zat ik te denken aan een webcontrole via de raspberry pi zodat ik mijn jacuzzi vanop afstand kan laten opwarmen.

Tevens is het een moment om de energieverslinderige neiging van het apparaat aan te pakken. De verwarming bestond uit een weerstand van 3 KW die vaak meerdere uren per dag aan stond, dit kan makkelijk uiteraard vervangen worden door een warmtepomp!

Daaruit kwam een plan!
Alles moet werkzaam blijven via een nieuwe set relais (veel). Daarnaast komen er enkele toevoegingen die de luxe van het apparaat moeten verhogen. De belangrijkste is een energiezuinigere verwarming die tevens een groter vermogen heeft, daarmee weegt het vermogen van de circulatiepomp minder op tegen de verwarming. De oude verwarming laten we maar zitten als backup, maar deze mag alleen aan als daar een knopje voor wordt ingedrukt. Ook moet de temperatuursensor vernieuwd worden, daarbij voeg ik een extra temperatuur sensor toe aan het einde van het verwarmingscircuit. De andere toevoegingen bestaan uit een serie solenoïde kranen dat het legen en vullen controleren. Het legen van het bad doen we bovendien niet enkel meer in de put rond de jacuzzi uit veiligheidsoverwegingen voor de elektronica. De jacuzzi is instap-klaar geplaatst met een tarras wat ervoor zorgde dat er beneden een hoop ruimte was waar het water weg kon. Nu zal via een systeem van 2 automatische kranen het grootste gedeelte in een sloot gepompt worden met behulp van het circulatie circuit. Het restant (10-15%) dumpen we wel weer gewoon in de put, maar hier vormt dat nog geen gevaar. Een water-technisch schema is hier te zien, verdere uitleg komt in een aparte blogpost!
https://tweakers.net/ext/f/PNf00SYnOIs1sDSZMYjvdG6w/medium.png

Micro electronica
Zo'n jacuzzi bevat een hoop functies die degelijk aangestuurd moeten worden door de gebruiker vanuit het bad, in mijn geval spreken we over 3 massagepompen, een circulatiepomp, verwarming en licht. Omdat dit zo waterdicht mogelijk moet zijn plan ik de bestaande console te hergebruiken voor de 3 massagepompen en de verlichting. De bestaande electronica blijft dus in gebruik maar wel op 12 VDC in plaats van 400 VAC. De oude relais zullen dus ook enkel 12 VDC schakelen dat later ingelezen wordt op een GPIO van de raspberry pi. In afstemming met het internet is daar het volgende schemaatje uit gerold:
https://tweakers.net/ext/f/b1QEpkFVS1Od2BvLSkZKjb8X/medium.png
De temperatuur zal via wat knoppen worden ingelezen en via cijferdisplays te zien zijn in een apart waterdicht kastje dat ik naast de jacuzzi plaats.

Ongeveer alle GPIO van de PI zullen opgevuld zijn, dat vereist een hoop printplaat en andere componenten zoals relay borden en power supplies. Omdat veel plaats lekker werkt heb ik een grote IP65 elektriciteitskast gekocht waar alles in kan vertoeven, deze monteren we direct onder het terras.
Voor de relais zijn er genoeg bordjes op het web te vinden waar er meerdere gemonteerd zitten die je direct op je RPI kan koppelen, deze hebben zelfs een schakelvermogen van 10A! Voor de meeste componenten is dit meer dan genoeg echter rijst er voor de pompen een probleem, enkele hebben een vermogen van boven de 10A en pompen zelf vereisen een zwaarder bemeten relais omdat deze nogal een inductieve(???) lading hebben. Dit plan ik op te lossen door contactors of een dubbel relais die de spanning over 2 aparte relais verdeeld.

De software
Uiteraard vereist die hele grapje een hoop lijnen code, dit dacht ik op te lossen met Python. Met wat if statements moet een mens toch ver komen denk ik? :+

Volgende: Project slimme jacuzzi #2 – Analysefase 09-07 Project slimme jacuzzi #2 – Analysefase
Volgende: Let's start drilling #6 - D(ril) - Day 08-'16 Let's start drilling #6 - D(ril) - Day

Reacties


Door Tweakers user Coen Rosdorff, zondag 2 april 2017 13:44

Dit plan ik op te lossen door contactors of een dubbel relais die de spanning over 2 aparte relais verdeeld.
Je wilt natuurlijk de stroom verdelen over twee relais.

Lijkt me tricky. De kans dat beide relais exact op hetzelfde moment schakelen is natuurlijk niet groot. Wat betekend dat de inschakel piek van de pomp op een van de relais neerkomt.

Ik zou iets zoeken als een solid-state-relais. Die moeten wel te vinden zijn voor meer dan 10A. Ik neem aan dat de pompen op 230V draaien, dus dan kan het ook niet heel veel meer dan 10A zijn aangezien de meeste groepen op 16A zijn gezekerd.

Door Stoney3K, zondag 2 april 2017 14:08

Interessant project! Als je de pompen wil schakelen, goed kans dat die 400VAC driefasig zijn en je dus het beste je Pi relaiskaart kan gebruiken als hulpcontact om de (grote) contactors voor de pompen te schakelen. Als je het helemaal netjes wil doen kun je op zoek gaan naar motor-softstarters van bijvoorbeeld Siemens of Schneider.

Dit houd ik zeker in de gaten. Ik heb zelf nog een opblaasbare jacuzzi die ik nog van plan ben om te bouwen, want de hardware die er bij zit is nou niet om over naar huis te schrijven. Een verwarmingsweerstandje, circulatiepomp en een stofzuiger voor de luchtaanvoer. Dat moet zeker beter kunnen, en makkelijker mobiel te maken zijn.

Door Tweakers user larsg, zondag 2 april 2017 23:02

Coen Rosdorff schreef op zondag 2 april 2017 @ 13:44:
[...]


Je wilt natuurlijk de stroom verdelen over twee relais.

...
Bedankt voor de tips!

De pompen en zware elektronica zijn als volgt:

2 x 6,5 A - 230v waterjet pompen: (hierbij wou ik de fase over 2 verschillende relais laten lopen. Ik zou deze 2 gewoon door dezelfde gpio aansturen, of ze gelijk reageren dat weet ik niet maar ik hoop er toch een beetje de opstartroom over te verdelen om de relais langer te laten leven.)
1 x 13 A - 230v luchtpomp: (Deze schakelen we vaak in/uit dus deze zal via een aparte contactor gaan)
1 x 3,25 A - 230v circulatiepomp: (deze gewoon via een enkele relais)
1 x 13 A - 230v weerstand/backup verwarming: (omdat deze weinig wordt gebruikt wou ik er niet teveel geld aan uit geven dus dacht ik een oude contactor uit de oude sturing te slopen, deze kan 30A aan.
1 x 4,5 A - 230v warmptepomp: (ook gewoon via een enkele relais).

We moeten een beetje aan het budget denken natuurlijk en aangezien die relais kaarten echt niks kosten (7 euro voor 8 poorten) vind ik het ook niet zo erg om er één te slopen :+
Heb trouwens net opgezocht en de relais zouden een reactietijd hebben van max 10ms, ik durf het daarmee wel aan dat er vrij weinig spreiding op kan zitten.

Totaal is het hele boeltje afgezekerd op 3x20A. Vreemd genoeg gebruikten de chinezen maar 2 van deze beschikbare fasen waardoor er soms 29A door een enkele fase ging :?

[Reactie gewijzigd op zondag 2 april 2017 23:10]


Door Tweakers user BladeSlayer1000, vrijdag 7 april 2017 10:59

Ik zou zoals Rosdorff aanraad een solid state relais pakken, die bevat geen schakelende delen, waardoor contacten niet kunnen plakken. Ik zou wel een nemen van een goed merk zoals Omron of finder en niet een van een chineze webwinkel.

Denk daarbij ook aan de theorie, de kans dat jij de stroom verminderd over beide relais is nihil aangezien stroom de weg volgt van de minste weerstand, het zou niet veel schelen maar het heeft naar mijn inzien geen nut om dit te doen.

Door Tweakers user AndriesLouw, vrijdag 7 april 2017 20:10

Let er even op of je nu de nominale stroomsterkte aanhoud of de aanloopstroom. Gemiddeld genomen heeft een pomp een 3x hogere aanloopstroom (opstart) dan dat hij tijdens bedrijf (nominaal) neemt. Ik heb gevallen gezien waar dit zelfs 6x nominaal was. Met trage zekeringen is dit voor het afgezekerd vermogen geen probleem, maar alle schakelende componenten moeten dit wel aankunnen. Simpele amperetang kan je in ieder geval uitsluitsel geven over de nominale stromen, en vervolgens zou ik een ruime veiligheidsmarge voor de aanloopstroom nemen (x3 o.i.d.).

Solid state relais, of nette softstarters, zijn hier zeker aan te raden. Met normale relais zouden de contacten kunnen "vastlassen", en in vochtige omgevingen ook snel kunnen corroderen.

Door Tweakers user FrankHe, zondag 9 april 2017 07:07

Een handje vol soft start units is inderdaad wel aan te raden. Of als je zelf wilt klussen kun je met een CD4093 IC wat simpele delay circuits bouwen en met een stel dikke weerstanden een voorschakel stap maken. Gaat de GPIO pin hoog dan schakelt de voorschakel relay in, motor staat in serie met een dikke weerstanden array. Delay timer schakelt na pakweg een seconde of twee de tweede relay in die op zijn beurt de weerstandenbank kortsluit waarmee de motor op volle last draait. Gefeliciteerd je hebt een doe het zelf soft starter. Je moet alleen nog even de weerstandswaarden uitrekenen. Of met een Ampere tang proefondervindelijk onderzoek wat het beste werkt.

[Reactie gewijzigd op zondag 9 april 2017 07:08]


Door Tweakers user larsg, woensdag 12 april 2017 01:22

Die softstarters zijn me toch iets te duur ;) Met dubbele relais ga ik niet meer werken maar wel met contactors voor de pompen van 6,5 amp en daarboven. De software zorgt trouwens wel voor bescherming in de zin dat er tijd zit tussen het aan/uit schakelen van bepaalde pompen.

Binnenkort meer over de schakelingen in 1 van de volgende blogposts :)

Reactie formulier
(verplicht)
(verplicht, maar wordt niet getoond)
(optioneel)

Voer de code van onderstaand anti-spam plaatje in: