Eine digitale Schnittstelle für die Trimatik
Die Trimatik-Regelung stammt aus einer Zeit als eine digitale Schnittstelle (für den Endnutzer) völlig unüblich war. Es
existierte damals auch nichts womit man sich hätte verbinden können und WLAN war noch nicht "erfunden". Viessmann hatte
deshalb auch nie irgendwelche Adapter im Programm. Heute befasst sich niemand mehr mit "diesem alten Zeug" und Selbstbau
ist daher die einzige Möglichkeit so etwas zu realisieren.
Eine sehr schöne und gut dokumentierte Lösung ist der
TrimatikLogger. Es ist ein GitHub-Projekt für einen
Datenlogger auf ESP32-Basis der gleichzeitig auch die Zählimpulse des Gaszählers protokoliert.
Dieser Logger basiert auf dem Prinzip die Signale der digitalen Schnittstelle der Regelbox mitzuschneiden. Diese Idee
habe ich aufgegriffen und meine eigene HW- und SW-Lösung entwickelt. Mein Ziel war eine sehr simple Zustandsanzeige
per WLAN und HTML-Seite zu bekommen um zu erkennen ob die Heizung korrekt und fehlerfrei arbeitet.
Bei meinen ersten Versuchen habe ich eine ältere Version der Regelbox (ohne Digitalausgang) verwendet und die
Signale ganz klassisch analog angezapft. Das funktionierte auch sehr gut, war aber deutlich aufwändiger
und komplexer.
Regelbox 7408 217 und Schaltuhr 9519 249
Die ganze Digitalisierung wird drastisch vereinfacht wenn man die Kombination aus
Regelbox 7408 217 und
Schaltuhr 9519 249 verwendet (oder deren Nachfolger).
Diese Kombi "unterhält" sich über eine interne, serielle Schnittstelle
die man recht leicht anzapfen kann.
Der Adapter besteht dadurch im Kern nur noch aus einen ESP-01S und einen Spannungsregler :). Der ESP belauscht passiv
die Kommunikation auf Kanal B und wertet sie aus. Ich habe ihn noch um 2 Digitaleingänge erweitert um optional die
AC-Detektorschaltung für die Brennersignale S3 und B4 anschliessen zu können.
Das Ergebnis ist eine Webseite im hausinternen WLAN mit den wichtigsten Zustandsdaten der Anlage:
Die frühen Varianten der Regelboxen (z.B. 7403 690) sind für diesen
Adapter nicht geeignet weil sie noch keine serielle Schnittstelle zur Schaltuhr haben. Dort funktioniert nur das
im folgenden beschriebene "Anzapfen" der Sensoren.
Als Stromversorgung können die 12V der Regelbox angezapft werden. Das ist leider etwas unelegant weil ein festes
Kabel gezogen werden muss und beide Teile dadurch immer verbunden sind.
Alternativ kann man den "7 VAC"-Kontakt [1] verwenden. Der Bezeichner ist irreführend, dort liegen ebenfalls 12V
an. Allerdings ist seine Strombelastbarkeit viel zu niedrig und muss erhöht werden.
Die Einzelheiten dazu, und welcher Widerstand in der
Regelbox geändert werden muss, werden hier beschrieben.
Erste Versuche, serielle Schnittstelle hinzufügen
Für meine ersten Versuche habe ich eine (alte) 7403 690 Regelbox verwendet. Die dort noch fehlende digitale
Schnittstelle machte es notwendig alle analogen Sensoren und Relais direkt mit einem Adapterboard anzuzapfen. Die
Daten wurden digitalisiert und über eine serielle Schnittstelle ausgegeben.
Der Adapter ist eine kleine Platine mit einem Atmel ATmega328PB-Prozessor
(=Arduino). Die Spannungen der Temperatursensoren werden A/D-gewandelt und die zugehörigen Temperaturwerte
berechnet. Die Signale auf den Ansteuerleitungen der Relais sind bereits digital.
Alle anzuzapfenden elektrischen Signale befinden sich in der Regelbox auf dem Steckverbinder "X1". Eine geregelte
5V-Versorgung, für die Stromversorgung des Atmel, ist praktischerweise ebenfalls vorhanden.
Die Temperatursensoren werden von der Regelbox über jeweils einen
Vorwiderstand mit Spannung versorgt. Die Spannung am Knotenpunkt wird ausgewertet (wie auch von der Regelbox):
- Leerlaufspannung = 10,82V
- Innenwiderstand = 4200 Ohm
Die Temperaturen werden als ganzzahlige Integer ausgegeben. Die Zustände der Relais sind die Logikpegel die zum ULN2004 gehen (invertiert, weil fast alle Relais Öffner sind). Alle Daten sind im lessbaren ASCII-Format.
WLAN Adapter
Die Messdaten zu digitalisieren war nur der erste Schritt um sie ins Heimnetzwerk zu bringen. Es folgt
ein ESP8266 (ESP-01S). Er baut eine WLAN Verbindung auf und stellt einen Webserver bereit der eine HTML-Webseite
mit allen Daten liefert. Für den Zugriff reicht ein beliebiger Webbrowser (linkes Bild).
Der ESP8266 sitzt auf einem ESP-01S-Modul. Es enthält alle Elemente für eine WLAN-Verbindung. Als
Stromversorgung ist ein 5V‑>3V Step-Down Converter vorgesehen (auf der Rückseite) um die Belastung und Verlustleistung
klein zu halten. Die 5V kommen vom Spannungsregler aus der Regelbox.
Die Kaskadierung von 2 Mikroprozessoren wurde notwendig weil der ESP-01S fast keine Schnittstellen hat. Er ist
ursprünglich als super simples AT-WLAN-Modem konzipiert. Der Atmel hingegen hat 8 ADCs und viele freie Digitaleingänge.
Ein grösserer ESP war gerade nicht greifbar, wäre aber die bessere Wahl um das System möglichst simpel zu halten.
Ein Problemchen machen dann aber die vielen notwendigen ADC-Kanäle.
Ein nettes Extra der ESPs sind die Bibliotheken für das Updaten über WiFi.
Die ADC-Messdaten werden mit einer Lookup-Tabelle und Interpolation in Temperaturen umgerechnet. Die Tabelle hat 10
Stützstellen die durch Anlernen mit bekannten Widerständen erzeugt wurden. Zwischenwerte werden linear interpoliert.
Die Elektronik wertet auch den Status der Relais aus. Bei den Pumpen kann man darüber direkt erkennen ob sie
aktiv sind oder nicht. Beim Brenner ist das aber nicht so eindeutig. Während der Warmwasserbereitung wird die
Kesseltemperatur nur über den mechanischen Temperaturregler begrenzt. Die Elektronik hält das Relais
deutlich länger aktiviert und bemerkt nichts von dieser vorzeitigen Abschaltung. Relaiszustand und Brenneraktivität sind
daher im "ON"-Zustand nicht immer synchron. Für genaue Angaben muss man die Aktivierung der Gasventile beobachten. Dafür
gibt es am Brenner-Stecker das Signal B4 "Betriebsstundenzähler".
Der Mischer ist ebenfalls ein wenig besonders. Seine aktuelle Position ist unbekannt. Er wird in einer
Regelschleife nur durch "OPEN" oder "CLOSE" Signale gesteuert. Im stationären Zustand sind beide Signale "OFF". In der
Mischer-Motorelektronik sind Endschalter enthalten.
Signale auf der Hauptleiterplatte
Das Anlöten der Kabel an den Steckverbinder X1 innerhalb der Regelbox ist nicht gerade einfach. Alternativ
kann man aber auch alle Signale direkt auf der Hauptleiterplatte anzapfen.
Der ganze Aufbau wird, besonders wegen der Steckverbinder, deutlich grösser. Weil es genug Platz gab habe ich direkt auch
eine Echtzeituhr hinzugefügt. Der 3V-Schaltregler sitzt an der unteren Platinenkante.
Als optionale weitere Ergänzung gibt es eine AC-Detektorschaltung für die Signale S3 und B4 am Gasfeuerungsautomaten
(Fehlersignal und Betriebsstundenzähler). Damit hat man dann alle wichtigen Infos zum Zustand der Anlage zusammen.
