Sistem pemantauan penggunaan energi dengan smart plug, Prometheus, dan Grafana

 (ounapuu.ee)
3 poin oleh GN⁺ 2024-05-06 | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp
  • Menghubungkan Tasmota pada smart plug athom.tech EU style plug V3 dengan Prometheus dan Grafana yang sudah ada di home server untuk memvisualisasikan penggunaan listrik jangka panjang perangkat rumah tangga dan peralatan komputasi
  • Strukturnya menjalankan tasmota-power-exporter untuk tiap plug dan Prometheus melakukan scrape setiap 1 detik, sementara Grafana perlu menyetel min step ke 1 detik agar grafik yang rapat bisa terlihat
  • Hasil pengukuran sekitar 4 bulan menunjukkan pemanas air listrik rata-rata memakai 4.51kWh/hari, seluruh meja home office rata-rata 0.95kWh/hari, dan Zimaboard memakai sekitar 7W pada penggunaan normal, lebih rendah daripada modem/router ISP
  • Dari grafik tegangan juga terlihat jam-jam puncak konsumsi daya dan operasi perangkat berdaya tinggi; saat pemanas air, ketel listrik, kompor listrik, dan microwave menyala, tegangan di semua plug sedikit turun
  • Berguna untuk pengukuran jangka panjang, tetapi beberapa plug kadang tidak mengirim statistik tepat waktu atau menghilang dari jaringan sehingga perlu restart daya, dan kontrol otomatis berbasis tarif listrik masih menjadi kandidat eksperimen berikutnya

Melihat penggunaan listrik jangka panjang dengan smart plug

  • Tujuannya adalah melacak secara visual konsumsi daya peralatan seperti home server, router, workstation, dan pemanas air listrik dalam jangka panjang
  • Meter daya digital sederhana yang digunakan sebelumnya cukup untuk melihat nilai sesaat, tetapi punya keterbatasan untuk memahami bagaimana perangkat memakai listrik selama waktu yang lama
  • Produk yang digunakan adalah varian EU style plug V3 dari athom.tech, dan pengiriman ke UE memakan waktu 9 hari termasuk periode Natal
  • Plug tersebut sudah dilengkapi Tasmota dan bisa dihubungkan ke Wi-Fi lalu dikelola lewat browser sesuai panduan yang disertakan
  • Pembaruan firmware bisa dilakukan hingga versi terbaru hanya dengan beberapa klik di web GUI

Struktur pengumpulan dengan Prometheus dan Grafana

  • Data meter daya dikumpulkan ke instance Prometheus yang sudah ada di home server
  • Prometheus digunakan untuk membaca metrik dari berbagai sumber secara berkala, menyimpannya ke disk, lalu melakukan query dan manipulasi di kemudian hari
  • Di server dijalankan tasmota-power-exporter, satu untuk setiap plug
    • Prometheus melakukan scrape ke tiap exporter 1 kali per detik
    • Sebenarnya plug bisa dibuat mengekspor metrik sendiri, tetapi opsi membangun firmware Tasmota secara langsung tidak dipilih
  • Untuk visualisasi, instance Grafana yang sudah ada dipakai kembali
    • Untuk mendapatkan titik data paling detail pada grafik, nilai min step harus diubah menjadi 1 detik

Penggunaan listrik yang diamati selama sekitar 4 bulan

  • Pemanas air listrik

    • Pemanas air listrik 30L adalah perangkat yang paling banyak memakai daya di antara objek pengukuran
    • Ukurannya cukup untuk satu-dua kali mandi cepat atau mencuci banyak piring
    • Hasil pengukurannya sebagai berikut
      • Penggunaan daya tipikal: 4.51kWh/hari
      • Minimum yang teramati: 0.56kWh/hari, biasanya saat tidak ada orang di rumah
      • Maksimum yang teramati: 11.1kWh/hari, terjadi pada hari dengan banyak mencuci dan mandi

  • Home server dan peralatan jaringan

    • Beban kerja home server dijalankan di Zimaboard, dan konsumsi daya rendah merupakan alasan penting pemilihannya
    • Penggunaan daya Zimaboard adalah sebagai berikut
      • Saat idle: sekitar 2W
      • Penggunaan normal dengan semua layanan berjalan: sekitar 7W
      • Konsumsi daya maksimum: sekitar 15W
    • Kotak modem/router dari ISP selalu memakai 12~14W baik dalam mode router maupun bridge, sehingga memakai daya lebih besar daripada Zimaboard
    • Saat menambahkan beban kerja yang sensitif terhadap latensi, home server sempat dikembalikan ke ASRock Deskmini X300
    • Konsumsi daya idle Deskmini cukup buruk dibandingkan Zimaboard, berada di kisaran 15~20W
    • Deskmini tampaknya tidak mengekspos status daya rendah CPU di bawah C3, sedangkan Zimaboard mengekspos C-state hingga C10
    • Tidak ditemukan cara untuk mengekspos C-state yang lebih rendah lewat pengaturan UEFI atau kernel Linux
    • Setelah menambahkan panel konsumsi daya server ke tampilan Prometheus node exporter di Grafana, peningkatan aktivitas CPU juga terlihat jelas pada grafik konsumsi daya

Perubahan tegangan dan pola daya di sekitar meja

  • Perubahan tegangan

    • Plug Tasmota juga melaporkan nilai tegangan saat ini
    • Pada grafik tegangan terlihat pola yang tampak seperti musiman, dan pada jam konsumsi daya puncak secara umum tegangannya turun
    • Bentuk seperti ini bisa menjadi kandidat eksperimen deteksi anomali berbasis Prometheus; bisa merujuk ke artikel deteksi anomali dengan Prometheus dari GitLab
    • Penurunan tegangan juga terjadi saat perangkat berdaya tinggi seperti pemanas air, ketel listrik, kompor listrik, dan microwave beroperasi
    • Pemanas air membuat tegangan di semua plug sedikit turun
    • Saat memasak dengan kompor listrik, siklus hidup-matinya juga terlihat pada pembacaan tegangan semua plug

  • Workstation home office

    • Satu plug mengukur bersama monitor, dock USB-C, light bar monitor, dan perangkat yang diisi daya di meja home office
    • Konsumsi dayanya sangat bervariasi tergantung jam kerja dari rumah atau apakah beberapa perangkat sedang diisi daya
    • Saat bekerja di komputer, konsumsi daya tipikal seluruh konfigurasi adalah 45~60W, dengan puncak di sekitar 90~110W
    • Penggunaan harian yang terukur adalah sebagai berikut
      • Penggunaan daya tipikal: 0.95kWh/hari
      • Minimum yang teramati: 0.07kWh/hari
      • Maksimum yang teramati: 1.52kWh/hari

  • Pola pengisian daya

    • Smart plug juga berguna untuk mengamati pola pengisian daya berbagai perangkat
    • Laptop atau power bank awalnya mengisi dengan cepat, lalu kecepatannya menurun seiring baterai terisi, dan pada titik tertentu muncul fase yang tampak seperti trickle charge hingga penuh
    • Baterai sepeda listrik menjadi pengecualian: konsumsi dayanya justru meningkat sedikit demi sedikit selama pengisian, lalu turun lebih cepat di bagian akhir
    • Sepeda listrik mengonsumsi 0.5kWh untuk jarak tempuh 60km dengan preset Turbo, dan biayanya dihitung setengah sen per km

Masalah stabilitas dan eksperimen berikutnya

  • Stabilitas smart plug secara umum cukup baik, tetapi beberapa plug cukup sering gagal melaporkan statistik tepat waktu
    • Penyebabnya mungkin masalah pada access point Wi-Fi
    • Dua plug sempat benar-benar hilang dari jaringan dan tidak kembali, sehingga perlu beberapa kali restart daya penuh
  • Plug dapat menyalakan dan mematikan perangkat melalui berbagai API termasuk HTTP
  • Ke depan, bisa dicoba pendekatan menyalakan dan mematikan perangkat tertentu berdasarkan tarif listrik saat ini dengan Home Assistant atau skrip sederhana
  • Dalam cakupan yang ditelusuri, ada integrasi nordpool untuk Home Assistant
  • Seluruh konfigurasi ini memungkinkan pengukuran daya yang andal untuk berbagai perangkat komputasi, sehingga membantu menilai efisiensi daya perangkat yang digunakan selanjutnya tanpa harus menebak-nebak

Bacaan terkait

1 komentar

 
GN⁺ 2024-05-06
Pendapat Hacker News

  • Saya membeli pemutus daya Zigbee dan menyambungkannya agar seluruh listrik rumah melewatinya, lalu juga membuat display e-ink yang menampilkan penggunaan daya
    https://www.stavros.io/posts/making-the-timeframe/

    • Di Belanda, semua smart meter yang dipasang operator jaringan listrik wajib mendukung standar P1, sehingga pelanggan bisa membaca penggunaan arus saat ini, akumulasi penggunaan listrik, dan sebagainya lewat antarmuka standar. Biasanya meteran gas juga tersambung bersama
      Jika memasang dongle murah, statistik bisa dilihat di aplikasi; misalnya saya memakai ini: https://www.homewizard.com/nl/shop/wi-fi-p1-meter/
      Meter ini juga menyediakan API jaringan lokal. Saya membuat driver kecil untuk SmartThings Hub agar statistik dan grafik juga bisa dilihat di aplikasi SmartThings, dan saya memakai hub SmartThings untuk perangkat Zigbee/Z-Wave: https://github.com/danieldk/homewizard-energy
    • Sepertinya tautan AliExpress untuk display-nya rusak. Seperti yang sering terjadi
      Target integrasi yang paling alami tampaknya Home Assistant. Saya tidak tahu apakah pemutus Earu sudah punya integrasi yang bisa langsung dipakai di Home Assistant selain membaca nilainya dengan Zigbee2MQTT dan menyiapkan entitas. Namun pola memasang meter ke hub otomasi, lalu hub mendorong gambar berisi data meter dan informasi lain ke display, terlihat bagus
    • Saya suka orang ini karena menarik. Saya juga membeli langganan $12 per tahun untuk proyek IMGZ, dan supaya tidak dikira iklan terselubung, saya tidak ada hubungan apa pun dengannya
      https://imgz.org/
      Tombol “open in wallet” saat membayar dengan BTC perlu diperbaiki. Tautannya rusak
      Selain itu berjalan dengan baik. Contoh: https://imgz.org/iAB4tgaJ/
    • Penasaran pemutus daya apa yang dipakai

  • Beberapa tahun lalu saya tertarik dengan bidang ini dan membeli perangkat yang tidak begitu dikenal bernama Rainforest Automation Eagle: https://www.rainforestautomation.com/rfa-z114-eagle-200-2/
    Setelah didaftarkan ke perusahaan listrik, ini adalah perangkat Linux sederhana yang membaca smart meter, dan menyediakan API XML, jadi saya menjembataninya ke Prometheus: https://github.com/kklipsch/reagle
    Feed harga dari perusahaan listrik ComEd juga saya bridge ke Prometheus: https://github.com/kklipsch/comed_exporter
    Berkat keduanya, informasi penggunaan seluruh rumah dan harga bisa digrafikkan dengan cukup baik di Prometheus dan Grafana

    • Penasaran apakah Anda bisa berbagi cara menggabungkan tarif per jam dengan pengukuran energi listrik

  • Saya melangkah lebih jauh dengan memasang Emporia Vue 2 di panel distribusi. Ada 16 trafo arus dan juga terhubung ke main 3 fase
    Perangkat ini berbasis ESP32, dan ada proyek ESPHome yang sangat bagus yang bisa di-flash untuk pelaporan lokal saja. Ditambah Home Assistant dan VictoriaMetrics, saya jadi bisa melihat operasi seluruh rumah lewat Grafana. Berikutnya adalah kontrol daya tanpa ekspor untuk mengendalikan instalasi surya OpenDTU kecil menggunakan data ini. Kita benar-benar hidup di zaman yang keren

    • Kombinasi VictoriaMetrics dan Grafana luar biasa. Hanya saja akan bagus jika bisa memasukkan deskripsi metrik untuk mengisi penjelasan di penjelajah metrik Grafana. Secara tradisional, itu adalah peran field help pada metadata metrik Prometheus
      VictoriaMetrics/Grafana sedang menggantikan sistem penyimpanan histori industri kami, meski tentu produk itu bukan kelas atas. OSI PI mungkin memang lebih baik
    • Penasaran apakah ada alternatif perangkat keras open source lain yang mirip dengan ini. Kalau bisa ada Ethernet dan ESPHome akan lebih baik
      Kloning yang bisa saya temukan harganya hampir sama dengan perangkat keras “asli”
      ATM90E32AS sekitar $1 per kanal di JLCPCB, jadi kalau sekalian menyerahkan perakitan SMT, sepertinya bisa dibuat cukup murah. Kebutuhan saya sekitar 60 sirkuit
    • Perangkat athom.tech yang dipasangi Tasmota oleh penulis asli juga bisa dipesan dalam versi sudah di-flash ESPHome dengan harga yang sama, dan bekerja dengan Home Assistant. Saya memakainya sekitar setahun untuk beban satu stopkontak 2500W dan cukup puas
      Untuk beban seluruh rumah, saya sarankan berintegrasi dengan teknologi smart meter yang dipakai di masing-masing negara
      Untuk beban ukuran menengah, misalnya pemutus 32A di panel distribusi konsumen, saya belum menemukan solusi yang andal sekaligus hemat biaya
    • Sekitar 6 tahun lalu saya membeli monitor CURB Energy, dan penasaran apakah ada yang tahu apakah firmware open source bisa di-flash ke perangkat ini. Integrasinya hanya cloud, jadi saya ingin menghubungkannya ke Home Assistant
    • Penasaran apakah Anda bisa menjelaskan lebih lanjut apa itu instalasi surya OpenDTU

  • Saya menggunakan perangkat IoTaWatt yang bisa dipasang di panel. Ini solusi bagus untuk pemantauan per sirkuit, dan karena ada integrasi langsung dengan InfluxDB, Grafana bisa digunakan
    Pemantauan per colokan juga bagus untuk mengidentifikasi perangkat tertentu pada sirkuit tertentu
    Video penyiapan singkat: https://www.youtube.com/watch?v=-tcbJCvuJG8

    • Saya baru-baru ini menemukan channel itu dan kontennya bagus. Video homelab-nya mungkin sudah saya tonton sekitar 10 kali
      Saya punya 3 unit penginapan sewa liburan di bangunan lama, jadi sedang menambahkan kecerdasan dan pemantauan; salah satunya adalah kiosk Raspberry Pi yang dibuat berdasarkan salah satu video
    • Hari ini seorang teman mengirim tautan tur homelab di YouTube lewat DM, jadi saya jadi tahu channel itu. Minat kami cukup mirip
      Saya juga memakai IOTAWATT dan sangat menyukainya. Satu-satunya keluhan saya adalah saya ingin perangkat yang sama bisa mencatat lebih banyak channel, misalnya sekitar 30 channel

  • Saya mengambil metrik penggunaan daya dari Tapo P110 dan mendorongnya ke Grafana Cloud dengan https://github.com/richardjennings/tapmon. Namun, seperti yang dikatakan orang lain, memakai Wi-Fi untuk smart plug memang ada bagian yang kurang mulus

    • Setuju. Saya mengganti beberapa sakelar dinding dengan smart switch Wi-Fi Leviton, dan rasanya saya tidak akan kembali ke Wi-Fi lagi. Tidak sepenuhnya bisa diandalkan
      Smart plug Meross sedikit lebih baik, tapi tetap kadang terputus. Setelah pembaruan memang sedikit membaik

  • Saya sedang mencoba mendorong Grafana ke arah kontrol IoT/SCADA. Grafana adalah alat yang hebat untuk memvisualisasikan sumber data, dan saya juga ingin membuatnya menjadi alat untuk mengendalikan data sink
    Secara pribadi saya kurang suka harus merekomendasikan Home Assistant untuk keperluan itu
    Saya bekerja di Grafana Labs

    • Kalau Grafana mendukung field input angka dan tombol, ia bisa dengan mudah menggantikan sesuatu seperti Wonderware InTouch
      Sistem SCADA tradisional punya kemampuan grafik yang sangat buruk, jadi ini area yang sangat bisa diguncang
    • Ini akan sangat bagus. Kami memakai dashboard Grafana untuk uji vakum termal, dan semua orang terus menginginkan fitur SCADA sederhana
    • Saya penasaran apakah Anda bisa menjelaskan lebih lanjut bagaimana data sink yang dimaksud di sini diterapkan pada ide tersebut

  • Setengah bercanda tapi setengah serius, saya merasa penggunaan Grafana itu sendiri mungkin meniadakan manfaat yang didapat dari pemantauan. Kalau harus menyebut satu software yang secara rutin memakai sumber daya jauh lebih banyak daripada yang terlihat wajar, itu Grafana

    • Kalau diekspor ke Splunk atau Datadog, Anda bisa membakar uang jauh lebih banyak daripada yang terlihat wajar
    • Solusi sederhananya adalah menarik kabel ekstensi dari rumah tetangga dan menjalankan perangkat pemantauan dengan listrik itu

  • Saya membeli ESP32 murah yang dihubungkan ke sensor cahaya, lalu menempelkan sensor cahaya itu ke meteran listrik. Meterannya berkedip 1000 kali per 1 kWh, jadi saya membaca kedipan itu
    Datanya saya unggah ke Google Sheets, lalu saya biarkan sheet itu membuat grafik, dan hasilnya berjalan baik
    Saya juga menaruh satu ESP32 lagi dengan sensor PIR di rumah kerabat lanjut usia, lalu mengirim data gerakannya ke sheet Google Sheets lain untuk memantau seberapa banyak ada pergerakan
    Apakah saya memperkirakan Google bisa menghentikan layanan ini kapan saja? Ya, tapi untuk saat ini berfungsi. Dari ESP32, data bisa ditulis dan dibaca ke Google Sheets dalam bentuk JSON; tidak intuitif, tetapi memungkinkan dan gratis

    • Saya suka pendekatan yang sederhana. Meteran lama hanya punya piringan berputar, jadi saya berusaha sekuat tenaga menghubungkan sensor yang mendeteksi tanda hitam di tepi piringan itu ke Arduino
      Memorinya hanya pas-pasan untuk menjalankan layanan HTTP agar nilai tersebut bisa diambil oleh iobridge untuk pemantauan jarak jauh
    • Saya memakai perangkat Frient Zigbee yang melakukan hal yang sama, dan datanya dikirim ke Home Assistant

  • Saya heran tidak lebih banyak komentar di sini yang menyebut monitor Shelly. Bagus untuk pemantauan daya seluruh rumah, yaitu di sisi masuk dan per sirkuit, integrasinya juga cukup terbuka, dan langsung terintegrasi dengan Home Assistant
    Di dalam rumah, memakai circuit breaker jadi “bodoh” siap pakai dan menambahkan monitor terpisah rasanya lebih masuk akal daripada mengikat fungsi terlalu kuat ke satu perangkat

    • Saya memakai sekitar selusin relay Shelly dan puas. Namun untuk pengukuran daya, itu bukan solusi yang hebat
      Clamp 3 fase sangat mahal, dan tidak ada opsi memasang 8 atau 16 sensor seperti Emporia Vue. Shelly layak disebut, tetapi bukan untuk pengukuran daya yang rinci

  • Ada juga fakta bahwa ini bisa dipakai untuk otomasi. Otomasi terbaru yang saya buat adalah menurunkan volume bel pintu jika mesin white noise bayi sedang menyala

    • Saya penasaran apakah Anda bisa menjelaskan lebih lanjut bagaimana Prometheus atau Grafana membantu otomasi. Saya tidak tahu keduanya menyediakan fitur seperti itu