เปิดมหากาพย์ Project วัดและจัดการไฟบ้านด้วย Sonoff SPM

เมื่อไม่กี่เดือนก่อน เราติดตั้งระบบ Solar และ Battery Backup ของ Sigenergy ไป ทีนี้ เราเลยอยากจะทำระบบสำหรับ Power Monitoring และ Smart Switch สำหรับ Circuit Breaker เข้าไป เพื่อเสียบเข้ากับ Home Assistant และทำ Automation เลยเกิด เป็น Project นี้ขึ้นมา บอกเลยว่า ตอนแรกคิดว่าไม่ยาก แต่สรุปปวดหัวสุด ๆ แบบ หยุดไม่อยู่

Requirements

ใน Project นี้เราต้องการหลัก ๆ ทั้งหมด 2 เรื่องด้วยกัน คือ การวัดการใช้พลังงานของแต่ละวงจร และ การสั่งเปิดปิดแต่ละวงจรผ่าน Home Assistant

เริ่มจากการ วัดพลังงานของแต่ละวงจร ก่อนหน้านี้ เราใช้ CT Clamp ที่ต่อกับระบบของ Tuya โดยอุปกรณ์วัดที่เราเลือกใช้งานมันออกแบบมาให้เราวัดไฟ 3-Phase ทำให้แต่ละตัว มี CT Clamp 3 ตัว วิธีการติดตั้งคือ เราจะต้องเจาะติดอุปกรณ์เข้ากับกำแพง ต่อสาย AC ไปที่ทางออกบน MCB แต่ละตัว และเอา CT Clamp มาคล้องที่สายไฟที่ออกจาก MCB อีกที ปัญหาที่เจอคือ ตู้ Consumer มันเล็กเกินไป จนยัด CT Clamp เข้าไปลำบากมาก ๆ และปิดตู้ไม่ได้อีก ทำให้ ในระบบใหม่ ตอนนั้นเราคิดว่า ถ้าเราจะใช้ CT Clamp เราจะต้องไปอยู่แยกตู้ออกไปเลย หรือ อาจจะใช้ระบบอื่นที่สามารถวัดกำลังไฟฟ้าได้ในตัวเองเลย

กับอีกอย่างคือ เราต้องการให้สามารถสั่งปิดวงจรได้ เพราะ ตอนนี้เรามีระบบ Backup แล้ว เราอยากให้ ถ้าเกิดไฟดับ เราสามารถที่จะปิดบางวงจร เช่น เครื่องทำน้ำอุ่น หรือ ไฟบางอย่างเพื่อให้เราไม่เผลอใช้ไฟเยอะเกินจนแบตหมด และทั้งหมดนี้จะต้องสามารถให้ Home Assistant สั่งคำสั่งเพื่อเปิดปิดได้ เราจะได้สามารถทำ Automation ในการจัดการอีกทีนึง

และสุดท้าย อันนี้เป็น Non-Functional Requirement คือ การเชื่อมต่อจะต้องมีความเสถียร เชื่อมต่อผ่านสายแลนเท่านั้น เพราะเราต้องการให้การอัพเดทค่ามันมีความถี่ หากเป็น WiFi มันก็จะต้องไปแย่ง Airtime กับอุปกรณ์ IoT อื่น ๆ อีก นอกจากนั้น ตำแหน่งวางตู้ควบคุมอันนี้มันอยู่ใกล้ตู้ Network Rack อยู่แล้ว ทำให้การเดินสายแลนไปเสียบตรงเลย คิดว่าน่าจะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่ามาก ๆ

แผนที่วางเอาไว้

จาก Requirement ที่เราตั้งไว้ เราเลยไปหา Hardware ว่าเราน่าจะใช้ตัวไหนดี อย่างแรกที่เราตัดทิ้งก่อนเลย คือ อะไรก็ตามที่ใช้ Tuya เราไม่เอาเลย เพราะการจะ Integrate มันเข้ากับ Home Assistant เราจะต้องไปเอา local_key ผ่าน Tuya API นั่นนี่ซึ่ง ที่ผ่านมา รู้สึกว่ามันยุ่งยากพอสมควร กับอีกอันที่ไม่เอาคือ ประกอบเอง เพราะไม่ได้ว่างขนาดมานั่งเขียนแบบวงจรไปสั่งบ้านหม้ออะไรแบบนั้น อยากได้อะไรที่สำเร็จรูปพร้อมใช้งานได้เลย

ซึ่งก่อนหน้านี้ เราค่อนข้างโอเคกับอุปกรณ์ของ Sonoff อยู่แล้ว ไล่ ๆ ไปเรื่อย ๆ เจอกับ Sonoff Stackable Power Meter หรือย่อ ๆ ว่า Sonoff SPM เจ้าอุปกรณ์ตัวนี้ มันจะมี Controller และชุด Relay

โดยที่ Controller เราสามารถ เสียบ SD Card เพื่อ Log ข้อมูลการใช้พลังงาน กำลังไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า และ กระแส เก็บไว้ใน SD Card ให้เรามาเซฟข้อมูลออกไปได้ และเข้า Requirement เรามากคือ มันเชื่อมต่อเข้า Network ได้ทั้งผ่าน WiFi และการใช้ Ethernet ได้หมดเลย โดยจะเป็นแค่ FE 100 Mbps เท่านั้น ซึ่งแน่นอนว่า มันเพียงพอกับการแค่ส่งข้อมูล Log ออกมาอย่างแน่นอน

ส่วนตัว Relay มันทำหน้าที่เป็นแค่ชุดสำหรับ เปิดปิดวงจรเท่านั้น โดยใน 1 ชุด สามารถควบคุมอุปกรณ์สูงสุดได้ 4 ตัว ๆ ละ 20A

และเชื่อมต่อกลับไปที่ Controller ด้วย RS485 ที่เราเจอในกลุ่มพวก PLC ตามโรงงานอยู่แล้ว เรื่องความเสถียรก็ถือว่าใช้งานได้สบาย ๆ ยาว ๆ แถมในแต่ละ Relay เราสามารถ วัดแรงดัน กระแส และพลังงานได้เลย โดยที่เราไม่ต้องใช้ CT Clamp แยกเลย เรียกว่า ตัวเดียว ครบจบในที่เดียว

แต่ปัญหาต่อไปคือ มันจะมีอุปกรณ์บางอย่างที่เราผูกมันกับ MCB ขนาดสูงกว่า 20A คือพวก 32A ทั้งหลาย เราไม่น่าจะใช้งาน Relay ตัวนี้ได้ เราเลยคิดว่าจะต้องหา CT Clamp อีกสัก 2-3 วงจร แต่เราไม่อยากใช้ CT Clamp ตัวเดิม เลยต้องไปหาตัวอื่น ที่สามารถเสียบ Ethernet จนไปเจอของ Shelly Pro 3EM เข้ามาแทน

เมื่ออุปกรณ์ครบแล้ว เราเลยลองมาวาด Schematics คร่าว ๆ ตอนนั้นเราคิดง่าย ๆ เลยว่า งั้นเราเอา Output ของ MCB ในตู้ Consumer ต่อเข้ากับ L ของ Relay และขาออกจาก Relay เราค่อยวิ่งกลับไปที่ Load ส่วน สาย N เราจะมีส่วนที่อยู่หน้า และ หลังของ RCBO ขออย่างเดียวคือ เราจะต้องใช้ N ให้ถูกเส้น วงจรไหนอยู่หน้า RCBO ก็ต้องใช้ N จากบาร์ที่อยู่หน้า RCBO ห้ามใช้หลังเด็ดขาด ไม่งั้น RCBO มันจะดีด เพราะเข้าใจว่า ไฟรั่ว แค่นั้นเลย

ทีนี้ ในการจะรวมมันเป็น Package เดียว เราคิดว่า จะต้องใช้ตู้ ที่ด้านในมี DIN Rail สำหรับยึดอุปกรณ์ทั้งหมดเข้าด้วยกัน เป็นชั้น ๆ โดยด้านบนสุดจะเป็น Controller และ Relay ชุดแรก แล้วแถวต่อ ๆ ไป ก็จะเป็น Relay อีก 2 ชุดไล่ลงไปเรื่อย ๆ เราไปลองหาตู้สำเร็จรูป ปรากฏว่า มันไม่มีตู้ในลักษณะแบบนั้นเลย สุดท้ายคิดว่า น่าจะต้องเป็นการสั่งทำตู้เหมือนพวกตู้อุปกรณ์ของ Solar Cell

เมื่องานเข้า ผิดแผน กินเวลาไป 3 วัน

ตอนเราสั่งงาน เราก็สั่งเท่าที่ Schemetics เราเขียนเลย และไปคุยเรื่องตู้ สรุปเลย คิดว่าเป็นตู้เหล็กที่มีกระจกข้างหน้าเพื่อให้เราเห็นสถานะของอุปกรณ์ภายใน โดยเราก็จะสั่งให้เขาเอา DIN Rail ประกอบ และใส่อุปกรณ์เข้าไปในตู้ให้เรียบร้อย

การติดตั้ง เราคิดว่า น่าจะแค่เอาสาย L ที่ออกจาก MCB แต่ละลูกจั้มมันเข้ากับสายที่ต่อไปที่ L-in ของ Relay และ N เราก็แค่เอาจากบาร์ N มาใส่เท่านั้นเอง แต่ความชิบหายมันเริ่มต้นขึ้นตรงนี้แหละ

ปัญหามันอยู่ที่ว่า ตอนสร้างบ้าน ตู้ Consumer มันเป็นแบบตอนเดียว ที่ไม่มี RCBO ด้วยซ้ำ ทำให้ ไม่ว่าช่างที่ทำบ้าน เขาจะจั้มสาย L หรือ N มั่วซั่วได้เลย สุดท้าย มันก็จะโผล่มาที่เดียวกัน ไม่มีผลอะไรอยู่ดี แต่พอ เรามี 2 ตอนแล้ว ปัญหาอยู่ที่ ห้ามใช้ N สลับกันมั้ว ทำให้งานเกิดคือ ต่อไปปรากฏว่า พอยก Breaker ขึ้น RCBO ดีดทันที สุดท้ายช่างต้องใช้เวลา 3 วันในการไล่สายไฟของทุกวงจร เรียกว่าชิบหายมาก ๆ แล้วคิดดูนะว่า พอช่างต้องไล่สายไฟทั้งหมด หนึ่งในนั้นคือแอร์ แปลว่า เปิดแอร์ไม่ได้ในหน้าร้อน ก็คือ เหงื่อท่วม ๆ กันหมด เอาซะสงสารช่างเลยละ คิดว่าพี่ช่างน่าจะ PTSD กับอีกล่องคุมไฟนี้ไปอีกนาน กำหมัดสุด ๆ แน่นอน

Sonoff เปลี่ยนไม่ให้ดึงค่าแล้ว Tasmota ไปสิ

ความชิบหายยังไม่ได้จบแค่เรื่อง Hardware มาที่ Software ด้วย เพราะหลังจาก Integrate Sonoff SPM เข้าไปใช้งานใน Home Assistant เจอปัญหาว่า ค่าแรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า และ กำลังไฟฟ้า มันไม่ยอม Update แบบ Realtime ซึ่งแปลกมาก เมื่อก่อน เราใช้ Smart Plug ของ Sonoff มันก็อัพเดทค่าแบบ Realtime มาก ๆ ใช้งานได้เสถียรจนเราชอบมาก ๆ

จนไปดูใน Community ของ Home Assistant User ปรากฏว่า ในช่วงนั้น Sonoff พึ่งออก Policy ใหม่คือ ค่ากระแส แรงดัน และกำลังไฟฟ้า จะไม่อัพเดท จนกว่าเราจะเปิด App และเข้าไปที่อุปกรณ์ตัวนั้น ๆ มีคนไปแกะว่า มันจะมีการส่ง Signal ไปที่ Server ของ Ewelink และจะให้ Update Realtime ได้แค่ไม่กี่นาทีเท่านั้น เหตุที่เขาทำแบบนั้น เพราะที่ผ่านมาที่เราเห็นว่า มัน Update แบบ Realtime มันคือการที่อุปกรณ์ยิงค่าขึ้นไปที่ Server ของ Ewelink แล้วเราก็อ่านค่ามา พออุปกรณ์มันเยอะ ๆ เข้า Server มันก็ไม่ไหวเหมือนกัน เลยต้องแก้ปัญหาแบบนี้

นั่นแปลว่า ที่เราต้องการอ่านค่าแบบ Realtime มันก็ไม่ได้ละสิ ทำได้แค่เปิดปิดเท่านั้น เลยคิดว่างั้นเราจะต้องหาวิธีใหม่ละแหละ โดยใช้อุปกรณ์เดิมได้ แว่บแรกคิดถึงคือใช้ Tasmota หรือ ESPHome แต่ด้วยความง่ายของ Tasmota ที่เขามี Config Preset สำหรับ Sonoff SPM อยู่แล้ว ก็เลยเลือก Tasmota นั่นแปลว่า เราไม่ต้อง Config อะไรเยอะเลย เหลือแค่ Config Communication เท่านั้นเอง

แต่ความปวดหัวอยู่ที่การติดตั้ง Tasmota ลงไป สำหรับคนที่เคยใช้งานอยู่แล้ว น่าจะรู้ดี คือ เราจะต้องแกะฝาของ Controller ออกมาแล้วก็จิ้ม Pin เพื่อทำการ Flash ถ้าใครที่คุ้ยเคยกับการ Flash Board หรืองาน Electronic อยู่แล้ว เราคิดว่าไม่ใช่ปัญหาสักเท่าไหร่

ซึ่งการ Integrate Tasmota กับ Home Assistant คือ โคตรจะง่าย และ Local สุด ๆ ด้วยการทำงานผ่าน MQTT Server ที่เราใช้งานอยู่แล้ว เราก็แค่เอาค่าใส่เข้ามาก็จบเลย เราก็จะได้ค่าทั้งหมดเข้ามาใน Home Assistant แบบสวย ๆ Realtime และเป็น Local ทั้งหมด ไม่ต้องออกอินเตอร์เน็ตเลย

Home Assistant Setup

สำหรับใน Home Assistant เราจะเริ่มตั้งค่า 3 เรื่องใหญ่ ๆ ด้วยกันคือ ระบบ Energy Monitoring, Dashboard Control และ Automation

อย่างแรกคือ ระบบ Energy Monitoring มันมี Total Energy นั่นทำให้เราสามารถไปต่อกับ Utility Meter ของ Home Assistant หรือเอาเข้าระบบ Energy Management ของ Home Assistant โดยตรงได้เลย สิ่งที่เราทำคือ เราสร้าง Template Sensor สำหรับบอกค่าพลังงานของแต่ละอุปกรณ์ และบอกค่าพลังงานที่เราใช้ในเดือนด้วย

พอเราทำแบบนั้น เราสามารถแยกออกมาเป็นสัดส่วนพลังงานได้ด้วย เช่น พลังงานที่กินกับแอร์, ชาร์จรถ, แสงสว่าง และปลั๊กไฟ ทั้งหมดมันกินคิดเป็นสัดส่วนเท่าไหร่ หรือ การใช้พลังงานของชั้นไหนที่ใช้เยอะใช้น้อย และในอนาคตจะมีเพิ่ม Power Metre ของปลั๊กทุกตัวในบ้านด้วย ก็จะเห็นข้อมูลได้ละเอียดขึ้นกว่าเดิมมาก ๆ ถ้าไม่ขี้เกียจ เราสามารถทำ Sankey Chart แยกแต่ละประเภทของอุปกรณ์ได้เลย

ส่วนของ Dashboard Control เราทำหน้าเพิ่มขึ้นมาสำหรับการจัดการ Circuit ต่าง ๆ เป็นหน้ารวมก่อน ที่จะบอกสถานะ และการโหลดของแต่ละวงจร ว่าตอนนี้วงจรไหนโหลดอยู่เท่าไหร่บ้าง

เมื่อกดเข้าไป เราสามารถที่จะ เปิด หรือ ปิด วงจรนั้นได้ และยังสามารถเลือก Backup Plan สำหรับวงจรนั้น ๆ ได้ด้วย เช่น No-Backup หมายความว่า หากไฟดับ วงจรนี้จะปิดตัวทันที และเมื่อกลับมา มันก็จะกลับมาเปิดใหม่อีกรอบ, Nice to Have หมายความว่า หากไฟดับ และ SoC ต่ำกว่าที่กำหนดไว้ มันจะตัดวงจรนี้ออก และสุดท้าย Must Have หมายความว่า วงจรนี้ไม่ว่าจะเกิดอะไรขึ้น มันจะต้อง Online อยู่ตลอด และยังบอกอีกว่า ในเดือนนี้วงจรนี้ใช้พลังงานไปเท่าไหร่บ้าง คิดเป็นกี่เปอร์เซ็นต์ของการใช้พลังงานทั้งหมดในเดือน และถ้าวงจรนั้นประกอบด้วยอุปกรณ์หลายชิ้น และมีการวัดค่า เราก็จะแสดง List ของชื่อและกำลังไฟ และพลังงานที่ใช้ในเดือนนั้นประกอบ บางอันที่สามารถ เปิดหรือปิดได้ ก็สามารถที่จะกด Toggle ได้ด้วย

โดยหน้าจอนี้ เราสามารถเข้าถึงได้จาก หน้าเว็บ, Application บน โทรศัพท์ และหน้าจอที่อยู่ใต้ตู้ควบคุมด้วย ซึ่งหน้าจอนี้ ตอนแรกเราคิดว่า จะใช้เป็น Tablet แล้วหา Mount มาติด แต่มันแอบหายาก เราเลยเลือกเป็น Sonoff NSPanel Pro แล้วให้มัน Launch Home Assistant Application ตอนที่เปิดเครื่องได้

สุดท้ายคือ Automation หลัก ๆ จะเป็นการให้ระบบ Interact กับการเปลี่ยนแปลงช่วงที่ เปลี่ยนผ่านจาก On-Grid เป็น Off-Grid และกลับกัน รวมไปถึง Interaction ช่วงที่เปิด ปิด วงจร Nice to Have และ Backup อีกอย่างที่อยากทำ แต่ยังไม่ว่างทำคือ การตรวจจับความผิดปกติของการใช้ไฟฟ้า เช่นสมมุติว่า ตู้เย็น ทำไมอยู่ ๆ ลักษณะการใช้พลังงานเปลี่ยนไปมันน่าจะพังหรือเปล่า หรือว่าเกิดความผิดปกติอะไรขึ้นกันนะ ถ้าเรามีการแจ้งเตือนล่วงหน้า เราก็จะสามารถทำ Preventive Maintenance ได้

มี Alternative Solution แบบอื่นบ้างมั้ย

ทีนี้ หากคิดว่า การใช้งาน Sonoff SPM มันดูยุ่งยากเกินไป มี Alternative Solution อื่นมั้ย หากเราต้องการ ทั้ง Monitor และ Control วงจรด้วย อีกอันที่เราคิดว่าเป็นไปได้คือของ Shelly Pro 1 PM, 2PM หรือ 4 PM เลยก็ได้ อันนี้มันสามารถเสียบเข้า Network ผ่าน Ethernet ได้เลย แต่ข้อเสียคือ หากในบ้านเรามีวงจรเยอะมาก ๆ เราจะต้องมีช่องเสียบ Ethernet เยอะมาก ๆ เช่นกัน วิธีการคือ เราอาจจะมี Network Switch อันนึงเสียบแยกออกมาเลย แล้วเอาสายแลนเส้นเดียวเสียบเข้า Network ของบ้านเราได้เลย เดี๋ยวนี้ Switch ราคาไม่แพงเลย

หรือถ้าตัดเรื่องการ Control ออกไปเลย คิดว่า มีตัวเลือกให้เยอะมาก มีตั้งแต่แบบที่ Compact มาก ๆ เป็นอันเล็ก ๆ ไม่ต้องติดตั้งหรือเจาะตู้เพิ่ม หรือเป็นแบบเดิมที่เราใช้งานก่อนหน้านี้ก็ได้อีกเหมือนกัน ขึ้นกับที่เราอยากได้เลย

สรุป

บอกเลยว่า Project นี้วางแผนมานานมาก ๆ ว่าจะทำยังไงดี กว่าจะออกมาได้ก็ถือว่าลากเลือดเหมือนกัน จนถึงตอน Implement ก็ปัญหาเยอะมากอีก แต่สุดท้ายออกมา ก็ถือว่า ใช้ได้เลยละ ลงทุนรวมค่าแรงทั้งหมด เกือบ 2 หมื่นกว่าบาท ซึ่งถามว่า เทียบกับ Off the shelf Solution อย่าง Span ที่อยากได้ และไม่มีเข้ามาในไทย คิดว่า ถ้าสั่งนำเข้ามารวมติดตั้ง ราคาอาจจะโหด และยุ่งยากกว่านี้ก็ได้ เลยคิดว่า Solution ที่เราทำออกมารอบนี้ น่าจะง่ายกว่า และยังสามารถ Custom Software เองได้หลาย ๆ อย่างน่าจะเหมาะกับบ้านของเรามากกว่า ใครอยากทำตาม ก็เอาเลยจัดไปโลด