HCM, ngày tháng 07 năm 2023 BIÊN BẢN CHỈNH SỬA ĐATN HKII NH 2022-2023 NGÀNH CNKT ĐK-TĐH Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tấn Tài MSSV: 19151282 Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và
TỔNG QUAN
Thiết kế hệ thống
Hệ thống thiết kế được chia thành hai phần chính: phần cứng và phần mềm Trong phần thiết kế phần cứng, có hai hệ thống quan trọng là hệ thống báo cháy và giám sát năng lượng cho tòa nhà, cùng với hệ thống quạt tăng áp cho thang bộ thoát hiểm.
Hệ thống báo cháy - giám sát năng lượng tòa nhà
- Tìm hiểu các yêu cầu, chức năng và tiêu chuẩn của hệ thống báo cháy và hệ thống năng lượng một cách trực quan
- Thiết kế sơ đồ kết nối thiết bị trong hệ thống
- Nghiên cứu và thiết kế sơ đồ giao tiếp giao thức của các thiết bị
Hệ thống quạt tăng áp cho thang bộ thoát hiểm
- Tiến hành thu thập thông số của tòa nhà thực tế và scale giá trị cho mô hình
- Tìm hiểu và nghiên cứu các công thức tính toán lưu lượng gió cho tòa nhà dựa theo tiêu chuẩn TCVN 5678:2010
- Tính toán và lựa chọn quạt cho phù hợp với mô hình hệ thống
Trong thiết kế phần mềm, đề tài có 2 nội dung chính là thuật toán chương trình điều khiển và Website
Trong phần thuật toán chương trình, nhóm lên ý tưởng thiết kế các lưu đồ thuật toán để dễ dàng viết chương trình điều khiển
Nhóm nghiên cứu đã xác định các yêu cầu cần thiết cho một Website giám sát hệ thống BMS, đồng thời phát triển ý tưởng thiết kế các chức năng và giao diện cho hệ thống Website của đề tài.
Xây dựng hệ thống
Nhóm cũng tiếp tục chia hệ thống thành 2 hướng: xây dựng phần cứng và phần mềm
Nhóm tiến hành xây dựng phần cứng bằng cách bốc tách khối lượng thiết bị và thiết kế sơ đồ kết nối dây chi tiết trên bảng vẽ Cad, nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc thi công hệ thống Các thiết bị như M172, IoT2050, biến tần, Power Meter và các đầu báo được kết nối một cách hiệu quả.
Xây dựng phần mềm: nhóm xây dựng 3 chương trình bao gồm chương trình M172, chương trình Node-red của IoT2050 và chương trình Website
Chương trình M172 bao gồm việc cấu hình chân I/O, khai báo và scale giá trị chân AI, cùng với cấu hình trung gian và Modbus TCP Ngoài ra, các lệnh sử dụng và thiết kế chương trình điều khiển được thực hiện trên phần mềm EcoStruxure Machine Expert – HVAC.
Chương trình Node-red của IoT2050 được phát triển sau khi nhóm tìm hiểu về phần mềm hỗ trợ của IoT2050 Nhóm đã tiến hành cấu hình các Node cần thiết cho hệ thống, xây dựng chương trình để trao đổi dữ liệu giữa M172 và IoT2050, cũng như chương trình đọc dữ liệu từ Power Meter về IoT2050 nhằm giám sát năng lượng Các chương trình này thực hiện trao đổi dữ liệu theo thời gian thực thông qua Google Firebase và lưu trữ dữ liệu trên cơ sở dữ liệu MySQL.
Chương trình Website được thiết kế với hai chức năng chính: điều khiển và giám sát hệ thống cùng với giám sát năng lượng tòa nhà Nó sử dụng Firebase và CSDL MySQL để trao đổi và lưu trữ dữ liệu hiệu quả Giao diện và chức năng của Website được xây dựng bằng các ngôn ngữ lập trình như PHP, Javascript, HTML và CSS.
Vận hành
- Khởi chạy và vận hành phần cứng hệ thống
- Khởi chạy và vận hành Website
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan hệ thống quản lý tòa nhà BMS
Hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building Management System) là giải pháp điều khiển và giám sát toàn diện cho các hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà cao tầng hiện đại BMS tích hợp quản lý các hệ thống như điện, cung cấp nước, HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning), cảnh báo môi trường, an ninh, và hệ thống báo cháy – chữa cháy, nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn cho các thiết bị trong tòa nhà.
Hình 2.1: Hệ thống BMS quản lý tòa nhà
Hiện tại, các hệ thống tòa nhà sử dụng nhiều giải pháp tích hợp để hướng tới mục đích:
• Tối ưu hóa hiệu suất hoạt động
• Cung cấp một môi trường thoải mái
• Đảm bảo an toàn và phản ứng nhanh trong các trường hợp khẩn cấp
• Quản lý và giám sát các hoạt động từ xa
• Tối ưu hóa quy trình và bảo trì của tòa nhà một cách hiệu quả
Hệ thống BMS giúp quản lý tòa nhà một cách dễ dàng, hiệu quả và tiết kiệm chi phí Mặc dù vốn đầu tư ban đầu cho thiết bị và phần mềm tương đối cao, nhưng chi phí vận hành lâu dài lại rất kinh tế và mang lại hiệu quả cao.
Cấu trúc của hệ thống BMS
Hệ thống quản lý tòa nhà BMS được chia thành 3 cấp độ theo thứ tự từ thấp đến cao theo hình 2.2:
Hình 2.2: Hệ thống phân cấp BMS
Lớp quản lý trong hệ thống BMS đóng vai trò là bộ não, cho phép theo dõi, giám sát và điều khiển mọi điểm trong tòa nhà Tất cả dữ liệu được thu thập, phân tích và xử lý để tạo ra báo cáo hỗ trợ quản lý, giúp khai thác hiệu quả các thiết bị kỹ thuật trong hệ thống.
Lớp điều khiển, hay còn gọi là khối điều khiển, bao gồm các thiết bị điều khiển trung tâm như bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp DDC và bộ điều khiển lập trình PLC.
Trong hệ thống BMS tòa nhà, các bộ điều khiển nhận dữ liệu từ cảm biến và sử dụng thuật toán để xử lý thông tin này Sau đó, chúng chuyển đổi dữ liệu thành lệnh và truyền đạt đến các thiết bị thực thi.
Các bộ điều khiển có khả năng thay thế con người trong việc xử lý thông tin một cách chính xác và nhanh chóng Chúng có thể điều chỉnh các thiết bị cấp dưới sao cho phù hợp với các điều kiện thực tế, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
8 cần sự can thiệp trực tiếp từ con người
- Lớp cấp trường (thiết bị cấp trường): có các thành phần sau:
• Các thiết bị thu thập dữ liệu đầu vào: hệ thống cảm biến, camera, đầu thẻ
• Các thiết bị vận hành đầu ra: quạt, chuông, loa, đèn, động cơ,…
Hệ thống thu thập tín hiệu từ thiết bị đầu vào, truyền về khối điều khiển để xử lý và chuyển đổi dữ liệu thành lệnh, từ đó thay đổi trạng thái hoạt động của thiết bị đầu ra một cách chính xác.
Chức năng của hệ thống BMS
Chức năng của BMS bao gồm các nhiệm vụ cụ thể để đạt được mục tiêu chung Dưới đây là một số chức năng chính của BMS:
Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) giám sát và điều khiển các hệ thống kỹ thuật và môi trường bằng cách thu thập dữ liệu từ cảm biến và thiết bị đo BMS cung cấp thông tin trực quan về trạng thái hoạt động, giúp người giám sát theo dõi hiệu suất và điều chỉnh hệ thống một cách tối ưu cho tòa nhà.
BMS giúp tối ưu hóa hoạt động của các hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà, đảm bảo tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất tổng thể.
BMS cung cấp báo cáo và phân tích chi tiết về hiệu suất hoạt động, thống kê điện năng tiêu thụ, tình trạng hoạt động và các vấn đề liên quan, giúp đưa ra quyết định vận hành tối ưu cho tòa nhà.
Việc áp dụng giải pháp tích hợp quản lý vào các tòa nhà giúp đơn giản hóa và nâng cao hiệu quả trong vận hành và giám sát, tối ưu hóa quản lý nhiều thiết bị trong hệ thống lớn thông qua các thông số, tình trạng làm việc và lịch làm việc Điều này cho phép người quản lý thiết lập các chương trình bảo trì định kỳ, cảnh báo kịp thời và theo dõi tần suất lỗi trong hệ thống.
Bộ điều khiển PID (Proportional Integral Derivative) là một công cụ quan trọng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp, đặc biệt trong các hệ thống điều khiển vòng kín có tín hiệu hồi tiếp PID hoạt động bằng cách tính toán độ lệch giữa tín hiệu hồi tiếp và giá trị đặt mong muốn, từ đó điều chỉnh giá trị ngõ vào để giảm thiểu sai số Để đạt hiệu quả tối ưu, các thành phần trong bộ điều khiển PID cần phải tương thích với đặc tính của hệ thống mà nó điều khiển.
Bằng cách lựa chọn giá trị Kp, Ki, Kd trong bộ điều khiển PID, hệ thống có thể đáp ứng các yêu cầu đặc biệt Chất lượng của bộ điều khiển được đánh giá qua các chỉ tiêu như sai số xác lập, đáp ứng quá độ, độ vọt lố, thời gian quá độ và thời gian lên.
Phân loại bộ điều khiển PID
- Bộ điều khiển tỉ lệ – P (Proportional Controller)
- PI (Proportinal and Integral Controller) gọi là bộ điều khiển tỉ lệ và tích phân
- PD (Proportional and Derivative (PD) Controller) gọi là bộ điều khiển đạo hàm
- PID (Proportional, Integral, and Derivative (PID) Controller) là bộ điều khiển tỉ lệ - tích phân - đạo hàm (vi phân) Ưu điểm bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển PID được xem là giải pháp lý tưởng cho các hệ thống điều khiển hiện đại, thường được áp dụng trong nhiều ứng dụng tự động hóa công nghiệp PID giúp điều chỉnh hiệu quả các yếu tố như lưu lượng, nhiệt độ và áp suất, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của quy trình.
- Giảm sai số xác lập
- Hạn chế độ dao động
- Giảm thời gian xác lập và độ vọt lố
Hình 2.3: Sơ đồ mô hình điều khiển PID
Sơ đồ điều khiển PID, được thể hiện trong Hình 2.9, bao gồm ba khâu hiệu chỉnh, với đầu ra của bộ điều khiển được ký hiệu là u(t) Tổng hợp ba khâu này tạo thành các biến điều khiển (MV).
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Yêu cầu hệ thống
Dựa theo TCVN 5738:2021 [3] và những cập nhật mới nhất an toàn cháy QCVN 06:2022 [4] để thiết kế hệ thống báo cháy cho nhà và công trình:
- Hệ thống báo cháy điều khiển - giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống
- Hệ thống báo cháy theo vùng và theo địa chỉ
- Bộ điều khiển của hệ thống báo cháy phải có hai nguồn độc lập: nguồn chính và nguồn dự phòng
- Nút nhấn báo cháy có thể được lắp đặt theo địa chỉ riêng (đối với hệ thống báo cháy địa chỉ) hoặc lắp trên kênh có đầu báo cháy
Xây dựng mô hình giám sát điện năng cho tòa nhà nhằm theo dõi các thông số quan trọng như điện áp, dòng điện, công suất và điện năng tiêu thụ Hệ thống sẽ cung cấp dữ liệu dưới dạng biểu đồ trực quan, giúp hiển thị thông tin rõ ràng trên màn hình giám sát.
Giám sát quạt tăng áp cho thang bộ thoát hiểm
- Quạt tăng áp phải có khả năng tạo ra áp suất dương để đẩy khói và hơi nóng ra khỏi thang bộ thoát hiểm
Quạt tăng áp cần được liên kết với hệ thống điều khiển tự động để có thể kích hoạt và điều chỉnh tốc độ hoạt động theo các điều kiện môi trường khác nhau.
- Chiều cao thông thủy của lối ra thoát nạn phải không nhỏ hơn 1,9 m, chiều rộng thông thủy không nhỏ hơn:
Khi số người thoát nạn lớn hơn 15 người, khoảng cách từ các gian phòng nhóm F1.1 cần đạt tối thiểu 1,2 mét Đối với các gian phòng và nhà thuộc nhóm nguy hiểm cháy theo công năng khác có số người thoát nạn lớn hơn 50 người, khoảng cách này cũng cần được đảm bảo, ngoại trừ nhóm F1.3.
0,8 m - trong tất cả các trường hợp còn lại
Chức năng của hệ thống
Chức năng của hệ thống bao gồm các nhiệm vụ cụ thể để đạt được:
Hệ thống báo cháy bao gồm các thiết bị như đầu báo, chuông và đèn báo, cùng với nút nhấn khẩn cấp Để đảm bảo an toàn cho khối thang bộ thoát hiểm, hệ thống quạt tăng áp được lắp đặt để tạo áp lực dương và theo dõi giá trị chênh áp Ngoài ra, việc giám sát năng lượng điện năng của hệ thống cũng rất quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.
Tối ưu hóa hệ thống điều khiển và giám sát từ xa trên Website giúp nâng cao tính ổn định của quạt tăng áp, đồng thời đảm bảo tiết kiệm năng lượng và cải thiện hiệu suất của toàn bộ hệ thống.
- Thống kê và báo cáo: cung cấp thông tin về trạng thái hoạt động và các chỉ số về điện năng của hệ thống
Việc áp dụng giải pháp tích hợp quản lý vào hệ thống giúp người vận hành dễ dàng giám sát và điều khiển nhiều thiết bị Hệ thống được tối ưu hóa thông qua các thông số, biểu đồ và tình trạng, cho phép theo dõi tổng quan và đảm bảo hoạt động ổn định.
Sơ đồ kết nối giữa các thiết bị trong hệ thống
Hệ thống báo cháy kết hợp với việc thu thập dữ liệu năng lượng và hệ thống quạt tăng áp thang bộ thoát hiểm bao gồm các khối làm việc liên kết chặt chẽ, giúp giám sát hiệu quả các thiết bị trong toàn bộ hệ thống Hình 3.1 minh họa cấu trúc của hệ thống, trong khi Hình 3.2 cung cấp sơ đồ kết nối chi tiết các chân của hệ thống.
Hình 3.1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống
Giải thích sơ đồ hình trên:
- IoT thu thập dữ liệu từ công tơ điện Elecnova thông qua chuẩn giao thức RS485 và tín hiệu từ M172 qua chuẩn Ethernet
- Website sẽ giám sát trạng thái hoạt động của các thiết bị trong hệ thống báo cháy, các thông số và biểu đồ điện năng trong cả hệ thống
M172 nhận tín hiệu từ các đầu báo, nút nhấn và cảm biến, tự động xử lý để phát tín hiệu cho các thiết bị đầu ra như còi đèn, chuông báo và quạt Đồng thời, thiết bị cũng có khả năng nhận tín hiệu Khẩn và Reset từ Website.
- Biến tần khi nhận tín hiệu từ M172 sẽ điều khiển quạt tăng tốc hay giảm tốc dựa vào tín hiệu áp suất của cảm biến gửi về
Cấp trường (Thiết bị trường)
Các thiết bị cấp trường trong hệ thống báo cháy và thang thoát hiểm thực hiện chức năng truyền và nhận tín hiệu từ cấp điều khiển, trong khi Power Meter đặc biệt gửi dữ liệu đến IoT2050.
Bảng 3.1: Chú thích ký hiệu các thiết bị
Ký hiệu Chú thích Ký hiệu Chú thích Đầu báo nhiệt gia tăng
Nút nhấn khôi phục hệ thống Đầu báo khói đa năng Nguồn 24VDC chính Đầu báo nhiệt cố định
Bộ chuyển nguồn tự động Đầu báo khói và nhiệt kết hợp
Relay cho chuông đèn tầng 1
Nút nhấn khẩn báo cháy
Relay cho chuông đèn tầng 2
Nút nhấn khẩn cấp và Relay khẩn cấp là thiết bị quan trọng trong hệ thống an toàn Đèn báo nguồn chính và Relay chuyển nguồn chính giúp theo dõi tình trạng hoạt động của hệ thống Đèn báo sự cố và Relay khôi phục hệ thống đảm bảo rằng mọi sự cố được phát hiện và xử lý kịp thời Đèn báo nguồn dự phòng cung cấp thông tin về nguồn điện thay thế, trong khi cảm biến chênh áp giúp giám sát sự thay đổi áp suất, đảm bảo an toàn cho hệ thống.
Nút nhấn khẩn cấp Biến tần
Bảng chú thích ký hiệu các thiết bị trong sơ đồ kết nối thiết bị của hệ thống Hình 3.2
Hệ thống giám sát báo cháy trong tòa nhà bao gồm các thiết bị kết nối nhằm thu thập dữ liệu năng lượng và điều khiển hệ thống quạt tăng áp cho thang bộ thoát hiểm.
Giải thích hoạt động của sơ đồ kết nối thiết bị:
Bước 1: Kết nối dây cấp nguồn đến hệ thống
Nguồn điện xoay chiều 220VAC được cấp vào hệ thống và chuyển đổi sang điện áp 24VDC thông qua bộ nguồn Điện áp này sẽ cấp cho hai bộ đồng hồ Elecnova của hai tầng và biến tần, đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác Đầu ra của đồng hồ Elecnova sẽ được truyền tải đến các thiết bị tiếp theo, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy.
CB bảo vệ cho mỗi tầng và cung cấp điện cho tải
Nguồn điện 24VDC cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị quan trọng, bao gồm bộ điều khiển logic M172, Gateway IoT2050, nút khẩn cấp EMERGENCY, nút RESET, còi báo cháy, cảm biến áp suất, và các đầu báo như đầu báo nhiệt gia tăng, đầu báo khói đa năng, đầu báo khói và nhiệt kết hợp, đầu báo nhiệt cố định, cùng với nút nhấn khẩn cấp.
Bước 2: Kết nối M172 với các thiết bị giám sát
Đầu vào AI01 của M172 sẽ kết nối qua relay 14 chân R5 với các thiết bị báo cháy bao gồm đầu báo nhiệt gia tăng, đầu báo khói đa năng, đầu báo khói và nhiệt kết hợp, cùng còi báo cháy để cảnh báo cháy tại tầng 2 (ZONE) Trong khi đó, các đầu vào AI02, AI03, AI04 của M172 sẽ kết nối qua relay 14 chân R5 với đầu báo nhiệt cố định, đầu báo khói đa năng, đầu báo nhiệt gia tăng và nút nhấn khẩn cấp để cảnh báo cháy theo địa chỉ trên tầng 1 (ADDRESS).
- Đầu vào AI05 của M172 sẽ kết nối với tín hiệu của nút nhấn khẩn cấp để cảnh báo báo cháy theo địa chỉ trên tầng 1(ADDRESS)
- Đầu vào AI07 của M172 kết nối với đầu AO của biến tần để nhận tín hiệu phản hồi tốc độ quay của quạt tăng áp
Đầu vào AI08 được kết nối với đầu ra của cảm biến áp suất nhằm giám sát sự chênh lệch áp suất trong khối thang thoát hiểm so với hành lang bên ngoài.
- Đầu vào DI01 kết nối với nút “chân NC Emergency” để đọc về tín hiệu của nút nhấn
Đầu vào DI02 được kết nối với nút "chân NC Reset" Khi sự cố đã được xử lý, hãy nhấn nút "Reset" để khôi phục hệ thống về trạng thái hoạt động bình thường.
Đầu vào DI03 kết nối với biến tần để nhận tín hiệu trạng thái quạt, với mức 1 cho biết quạt đang chạy và mức 0 cho biết quạt đã dừng Đầu ra DO1 của M172 cung cấp nguồn 24VDC cho relay 8 chân R1, trong khi đầu OUT+ của Power Switch gửi tín hiệu cho tiếp điểm thường mở 3-5, giúp cấp nguồn 24VDC cho Buzzer Tầng 1.
- Đầu ra DO2 của M172 cấp nguồn 24VDC cho relay 8 chân R2 và đầu OUT+ của Power Switch cấp tín hiệu cho tiếp điểm thường mở 3-5 đóng cấp nguồn 24VDC cho
Đầu ra DO3 của M172 cung cấp nguồn 24VDC cho relay 14 chân R3 và tín hiệu từ nút “Emergency” cho tiếp điểm thường mở 5-9, kích hoạt nguồn 24VDC cho Buzzer Tầng 1 Tiếp điểm thường mở 6-10 cũng cấp nguồn 24VDC cho Buzzer Tầng 2, trong khi đó, tiếp điểm thường mở 7-11 cung cấp nguồn cho đèn báo khẩn cấp và đèn nguồn dự phòng Tiếp điểm thường mở 8-12 kích hoạt tiếp điểm X1 để ra lệnh chạy quạt tới biến tần Đồng thời, đầu ra DO3 của M172 cấp nguồn 24VDC cho relay 14 chân R4, với tiếp điểm thường đóng 1-9 dùng để ngắt nguồn điện chính.
- Đầu ra AO1 cấp dãy điện áp 0-10V để điều khiển biến tần chạy quạt tương đương với tần số từ 0-50Hz
Bước 3: Kết nối Gateway IoT2050 với các thiết bị giám sát
IoT2050 kết nối với hai đồng hồ Elecnova qua cổng giao tiếp RS485 Cổng X30 COM của IoT2050 sẽ được kết nối với các chân tín hiệu 58 và 59 của hai bộ đồng hồ này.
- IoT2050 kết nối với M172 thông qua giao tiếp CAT6 Cổng LAN-X1 của IoT2050 sẽ kết nối với cổng CN17 của M172.
Phương thức giao tiếp cho hệ thống
Sơ đồ hệ thống báo cháy bao gồm việc thu thập dữ liệu năng lượng và hệ thống quạt tăng áp cho thang bộ thoát hiểm, với các cấp làm việc được kết nối qua nhiều phương thức truyền thông khác nhau Hệ thống này đa dạng trong cách thức giao tiếp giữa các thiết bị, như thể hiện trong Hình 3.3.
Hình 3.3: Sơ đồ giao thức giao tiếp của các thiết bị trong mô hình
Giải thích các giao thức của sơ đồ:
IoT2050 sử dụng giao thức Modbus TCP/IP để trao đổi dữ liệu với M172, gửi trạng thái thiết bị đến Website Đồng thời, nó nhận dữ liệu từ đồng hồ Elecnova qua giao thức Modbus RTU và lưu trữ thông tin hệ thống vào MySQL.
- Website sẽ giám sát trạng thái của các thiết bị và dữ liệu của đồng hồ Elecnova qua Internet
Modicon M172 trao đổi tín hiệu từ các đầu báo, nút nhấn, cảm biến,…
Cấp trường (Thiết bị trường)
Các thiết bị cấp trường trong hệ thống báo cháy và thang thoát hiểm có chức năng truyền và nhận tín hiệu từ cấp điều khiển Đặc biệt, Power Meter sẽ gửi dữ liệu đến IoT2050.
Tính toán quạt cho thang bộ thoát hiểm
Việc tính toán lưu lượng gió cấp vào buồng thang bộ thoát hiểm được thực hiện như sau:
Hình 3.4: Sơ đồ thực hiện lựa chọn quạt
Bước 1: Thông số tòa nhà ở bảng 3.2
Bảng 3.2: Thông số của tòa nhà
Số tầng của tòa nhà 10 Kích thước ống gió (m) 1x0.4
Chiều cao mỗi tầng (m) 3.3 Miệng gió (m) 0.6x0.4
Kích thước buồng thang (m) 2.5x6 Kích thước cửa thoát hiểm (m) 0.8x2
Bước 2: Yêu cầu của hệ thống
Yêu cầu về khối thang bộ thoát hiểm đã được trình bày cụ thể ở phần yêu cầu hệ thống mục 3.1.1 ở trên
Bước 3: Công thức tính toán dựa vào giáo trình “Thiết kế hệ thống Điều hòa Không khí”[3]
- Trường hợp 1: Lưu lượng để đạt tốc độ v = 1,3 m/s trong trường hợp 8 cửa đóng và 2 cửa mở theo yêu cầu TCVN 5687:2010
- Trường hợp 2: Lưu lượng để đạt chênh áp tối thiểu ΔP = 20Pa trong trường hợp
8 cửa đóng và 2 cửa mở
- Trường hợp 3: Lưu lượng gió để đạt chênh áp tối đa ∆ = 50Pa trong trường hợp toàn bộ 10 cửa đóng
So sánh lưu lượng gió trong ba trường hợp Q1, Q2 và Q3, chọn giá trị lớn nhất để đảm bảo lưu lượng gió đáp ứng tốc độ gió khi mở cửa và chênh áp nằm trong phạm vi cho phép theo tiêu chuẩn TCVN 5687:2010.
Mô hình đã được thu nhỏ 5% so với kích thước thực tế, do đó, giá trị lưu lượng gió cần thiết đạt 0.608m³/s (tương đương 2200m³/h) Dựa trên giá trị tính toán này, quạt đã được lựa chọn theo bảng 3.3.
Bảng 3.3: Tính chọn quạt ly tâm cho tòa nhà 10 tầng
Trong thiết kế phần mềm, bài viết đề cập đến ba chương trình thiết kế chính, bao gồm chương trình thuật toán điều khiển M172, chương trình Node-Red cho IoT2050, và chương trình Website như được thể hiện trong Hình 3.5.
Hình 3.5: Sơ đồ các chương trình trao đổi dữ liệu của các thiết bị Độ chênh áp (Pa) 20 - 50 Hệ số dự phòng lưu lượng 110%
Số cửa tính toán 10 cửa Hệ số dự phòng cột áp 130%
Số cửa mở khi có cháy 2 cửa Diện tích cửa (cm 2 ) 40
Kích thước buồng thang (cm) 12.5x30 Q1 (m 3 /s) 0.209
Kích thước cửa thoát hiểm (cm) 4 x 10 Q2 (m 3 /s) 0.608
Kích thước ống gió (cm) 5x2 Q3 (m 3 /s) 0.03216 Kích thước miệng gió (cm) 3x2 Lưu lượng chọn quạt(m 3 /s) 0.6688 Vận tốc gió qua cửa khi mở (m/s) 1.3 Công suất quạt (HP) 2
Hệ thống bao gồm bốn khối cơ bản như sau:
- Chương trình M172: có chức năng trao đổi tín hiệu từ các thiết bị cấp trường của mô hình trên phần mềm EcoStruxure Machine Expert – HVAC
Chương trình Node-RED của IoT2050 cho phép xây dựng hệ thống trao đổi dữ liệu hiệu quả giữa M172 và IoT2050, đồng thời hỗ trợ việc đọc dữ liệu từ Power Meter để giám sát năng lượng một cách chính xác.
Chương trình Website cung cấp chức năng hiển thị dữ liệu từ cơ sở dữ liệu, cho phép theo dõi trạng thái thiết bị trên mô hình Nó hỗ trợ khả năng truy cập từ xa, giúp người dùng giám sát thiết bị một cách thuận tiện từ mọi nơi.
Hệ thống Firebase cung cấp chức năng cập nhật dữ liệu theo thời gian thực, đóng vai trò là cơ sở dữ liệu cho website Bên cạnh đó, My SQL hỗ trợ lưu trữ dữ liệu vào bảng, giúp dễ dàng xuất báo cáo hàng tháng.
Sơ đồ thuật toán điều khiển M172
3.2.1.1 Sơ đồ thuật toán nhận tín hiệu từ thiết bị của hệ thống
Tầng Zone Để thiết kế mô hình điều khiển - giám sát hệ thống báo cháy tầng 2 Zone, nhóm thực hiện các bước như Hình 3.6:
Hình 3.6: Sơ đồ thuật toán chương trình báo cháy từ các đầu báo ở tầng 2 Zone
Khi nhận tín hiệu báo cháy từ một trong ba đầu báo, toàn bộ hệ thống tầng 2 Zone sẽ phát tín hiệu cảnh báo Cần đảm bảo rằng tất cả các đầu báo đều được kết nối Sau đó, kiểm tra tín hiệu Alarm; nếu là báo cháy giả, nhấn nút Reset để cài đặt lại hệ thống Nếu là báo cháy thật, tín hiệu Alarm từ tầng 2 Zone sẽ gửi về bộ điều khiển Modicon M172, đồng thời đèn và còi báo sẽ hoạt động Khi đó, nhấn nút Emergency để xác nhận tình huống khẩn cấp.
25 báo cháy Nút Reset sẽ khởi động lại hệ thống sau khi xử lý hoàn tất sự cố cháy
Tầng Address: Để thiết kế mô hình điều khiển - giám sát hệ thống báo cháy tầng 1 Address, nhóm thực hiện các bước như Hình 3.7:
Hình 3.7: Sơ đồ thuật toán chương trình báo cháy từ các đầu báo ở tầng Address
Khi nhận được tín hiệu báo cháy từ đầu báo hoặc nút nhấn, vị trí phát tín hiệu sẽ hiển thị ở tầng 1 Address Đảm bảo đầu báo đang kết nối và kiểm tra tín hiệu Alarm; nếu là báo cháy giả, nhấn nút reset để cài đặt lại hệ thống Nếu là báo cháy thật, tín hiệu Alarm từ tầng Address sẽ gửi về bộ điều khiển, kích hoạt đèn và còi báo; lúc này nhấn nút Emergency để xác nhận Nút Reset sẽ khởi động lại hệ thống sau khi sự cố cháy được xử lý.
3.2.1.2 Sơ đồ thuật toán các nút nhấn của hệ thống
Trong phần điều khiển hệ thống, mô hình được thiết kế 2 nút nhấn để xử lý tín hiệu “Emergency” và tín hiệu “Reset” hệ thống như Hình 3.8 bên dưới
Hình 3.8: Sơ đồ thuật toán nút nhấn Emergency và Reset của hệ thống
Khi nhấn nút Emergency trên website hoặc tủ điều khiển, bộ điều khiển sẽ kích hoạt chương trình khẩn cấp và xử lý tình huống báo cháy Sau khi sự cố cháy được xử lý, nút Reset sẽ khởi động lại hệ thống.
3.2.1.3 Sơ đồ thuật toán PID
Hình 3.9: Sơ đồ thuật toán PID của hệ thống
Theo sơ đồ thuật toán trên ta có ysp là giá trị đặt của áp suất, y(t) giá trị áp suất của
27 hệ thống, e(t) sai số giữa giá trị áp suất thực tế với giá trị đặt và u(t) ngõ ra của bộ điều khiển
Theo tiêu chuẩn TCVN 5738:2021, giá trị chênh lệch áp suất đặt là 20Pa Khi nhận được tín hiệu báo cháy, bộ điều khiển PID sẽ so sánh giá trị thực tế từ cảm biến áp suất với giá trị chênh lệch đã đặt Dựa trên sai số này, bộ điều khiển sẽ điều chỉnh tốc độ quạt nhằm nhanh chóng ổn định hệ thống với giá trị chênh áp yêu cầu.
Tổng quan Website giám sát hệ thống
Yêu cầu của Website giám sát
Để tạo ra một trải nghiệm người dùng tốt, thiết kế giao diện website cần phải đẹp mắt và dễ sử dụng Các thành phần và biểu đồ phải được trình bày rõ ràng, giúp người dùng dễ dàng theo dõi trạng thái của hệ thống báo cháy.
Cung cấp thông tin cần thiết về trạng thái hoạt động của thiết bị báo cháy, bao gồm cảnh báo, nhiệt độ, khói và các thông số kỹ thuật khác Các thông tin này cần được hiển thị một cách rõ ràng và dễ hiểu để người dùng có thể nắm bắt nhanh chóng.
Cần thiết lập cơ chế cảnh báo và thông báo hiệu quả trong hệ thống báo cháy để kịp thời phát hiện sự cố Các cảnh báo phải được hiển thị rõ ràng và dễ nhận biết, giúp người dùng có thể phản ứng nhanh chóng khi có tình huống khẩn cấp xảy ra.
Chức năng lưu trữ dữ liệu và xuất báo cáo trong hệ thống báo cháy cho phép người dùng theo dõi và phân tích các sự kiện và hoạt động Điều này giúp đánh giá hiệu suất và thực hiện các biện pháp cải thiện hiệu quả hơn.
Quản lý người dùng là một chức năng quan trọng giúp quản trị viên tạo tài khoản, cấp quyền truy cập và theo dõi hoạt động của từng người dùng trên hệ thống.
- Độ bảo mật cao: Đảm bảo rằng website có các biện pháp bảo mật để bảo vệ thông tin và ngăn chặn truy cập trái phép
Đảm bảo rằng website của bạn tương thích với nhiều thiết bị và trình duyệt khác nhau, đồng thời hiển thị tốt trên các loại màn hình khác nhau là rất quan trọng Điều này không chỉ cải thiện trải nghiệm người dùng mà còn giúp tăng cường khả năng tối ưu hóa công cụ tìm kiếm (SEO).
- Đảm bảo sự ổn định: Thực hiện kiểm tra và bảo trì thường xuyên để đảm bảo rằng website hoạt động ổn định và không gặp sự cố
Để thiết kế Website giám sát và điều khiển hệ thống năng lượng của tòa nhà, quy trình thực hiện được thể hiện trong sơ đồ tổng quan như Hình 3.10.
Hình 3.10: Sơ đồ tổng quan của Website giám sát
Nhiệm vụ chính của Website: giám sát – điều khiển hệ thống và giám sát năng lượng tòa nhà
- Website gồm 4 trang chính: Homepage, Monitoring Page, Energy Page, History Page Dữ liệu tài khoản đăng nhập được quản lý trên CSDL của MySQL
- Homepage: người giám sát đăng nhập vào tài khoản được cho phép vào Website để điều khiển và giám sát toàn hệ thống của tòa nhà
Người dùng có thể giám sát tín hiệu hệ thống thông qua trang Monitoring, nhưng cần đăng nhập để có quyền điều khiển Hệ thống sử dụng Realtime Database của Google Firebase để cập nhật tín hiệu theo thời gian thực, giúp theo dõi trạng thái của các thiết bị một cách hiệu quả.
Trang Năng lượng chỉ cho phép người dùng truy cập dữ liệu giá trị của đồng hồ điện năng của các tầng và toàn bộ tòa nhà khi đã đăng nhập vào hệ thống Dữ liệu này được truyền lên Firebase để lưu trữ tạm thời và sau đó được báo cáo trên MySQL thông qua IoT2050 sử dụng Node-Red.
Trang Lịch sử chỉ cho phép người dùng có quyền truy cập khi đã đăng nhập vào hệ thống Sau khi đăng nhập, người dùng có thể xuất file báo cáo dữ liệu lưu trữ của tòa nhà, bao gồm thông tin về năng lượng tiêu thụ và trạng thái của các thiết bị.
Website yêu cầu người dùng đăng xuất sau khi truy cập Được phát triển bằng ngôn ngữ PHP, hệ thống giám sát trực tuyến này cần người điều hành đăng ký dịch vụ webhosting và tải toàn bộ mã nguồn lên nền tảng đó.
3.2.2.1 Sơ đồ thuật toán giám sát trạng thái thiết bị trên Website
Quy trình thiết kế giao diện và chức năng trao đổi dữ liệu của Website giám sát trạng thái thiết bị trên hệ thống ở Hình 3.11
Hình 3.11: Sơ đồ thuật toán giám sát trạng thái thiết bị trên Website
Giải thích sơ đồ thuật toán
Khi tín hiệu thay đổi, nó sẽ được cập nhật lên Firebase, và chương trình Website sẽ kiểm tra để hiển thị tín hiệu mới Firebase Realtime cung cấp khả năng cập nhật dữ liệu liên tục, cho phép người dùng giám sát tình trạng hoạt động và sự cố của các thiết bị trong hệ thống báo cháy trên Website, từ đó giúp xử lý nhanh chóng và hiệu quả.
3.2.2.2 Sơ đồ thuật toán giám sát giá trị điện năng của tòa nhà
Tương tự như quy trình trên, Website giám sát giá trị điện năng của tòa nhà cũng được thiết kế theo quy trình ở Hình 3.12
Hình 3.12: Sơ đồ thuật toán giám sát điện năng của tòa nhà trên Website
Giải thích sơ đồ thuật toán
Giá trị điện năng từ Power Meter và tín hiệu trạng thái thiết bị được cập nhật liên tục vào CSDL MySQL qua phần mềm Node-RED của IoT2050 Dữ liệu này sẽ được gửi lên Firebase, nơi lưu trữ trung gian, trước khi chuyển tiếp đến MySQL để lưu trữ Đồng thời, thông tin sẽ được hiển thị trên Website dưới dạng bảng số liệu và đồ thị, giúp người giám sát dễ dàng theo dõi mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà.
XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÁO CHÁY VÀ GIÁM SÁT ĐIỆN NĂNG
Lập bảng dự trù vật tư
Dựa vào cấu trúc hệ thống và sơ đồ kết nối thiết bị, nhóm đã lập ra bảng danh sách thiết bị cho tủ mô hình như bảng 4.1
Bảng 4.1: Danh sách thiết bị sử dụng trong mô hình
STT Tên thiết bị Nhãn hiệu Mã thiết bị Số lượng Đơn giá (VNĐ)
4 Bộ đo chênh lệch cảm biến Greystone ELPB0250PX 1 6,254,000 6,254,000
5 Quạt sò ly tâm 150 FLJ6 330W 1 1,050,000 1,050,000
Sơ đồ kết nối dây chi tiết
Bố trí tủ và thiết bị hệ thống
Bảng dự trù vật tư
Mạch chuyển nguồn Dự phòng
20 Nút nhấn Khẩn YIJIA YJ139-LAY37 1 44,000 44,000
21 Nút nhấn Reset CNAOM XB2-EA31 ZB2-
22 Đèn báo nguồn chính CNAOM AD16-22DS 1 17,000 17,000
23 Đèn báo nguồn dự phòng CNAOM AD16-22DS 1 17,000 17,000
24 Đèn báo khẩn CNAOM AD16-22SM 1 43,000 43,000
Vẽ bố trí tủ điện và thiết bị điện
4.1.2.1 Bảng vẽ bố trí tủ và các thiết bị trên mô hình
Sau khi nghiên cứu về tủ điều khiển và các thiết bị trong hệ thống báo cháy, nhóm đã lập danh sách các thiết bị cần thiết cho mô hình trong bảng 4.1 và thiết kế bố trí các thiết bị trong tủ điều khiển như thể hiện ở hình 4.2 Tiếp theo, nhóm đã tiến hành đo đạc và bố trí các thiết bị như tủ điện, đầu báo, nút nhấn, đồng hồ điện, CB, ổ cắm và bóng đèn của hệ thống giám sát nguồn điện trên bảng mô hình của trường Đề tài tập trung vào việc thiết kế mô hình giám sát cho hai tầng của tòa nhà và tầng mái, với bố trí thiết bị được trình bày trong hình 4.3.
Hình 4.2: Bảng vẽ thiết kế các mặt của tủ điều khiển
Hình 4.3: Bảng vẽ bố trí các thiết bị và tủ điều khiển trên mô hình.
4.1.2.2 Sơ đồ kết nối dây chi tiết
Sau khi hoàn thành thiết kế sơ đồ bố trí tủ điều khiển và sắp xếp các thiết bị trên mô hình, bước tiếp theo là thiết kế và vẽ sơ đồ kết nối dây chi tiết, như được trình bày trong hình 4.4 đến hình 4.8 dưới đây.
Hình 4.4: Sơ đồ kết nối dây cấp nguồn cho hệ thống và đồng hồ Elecnova
Hình 4.5: Sơ đồ kết nối dây M172 và IoT205
Hình 4.6: Sơ đồ kết nối dây các relay trong tủ
Hình 4.7: Sơ đồ kết nối dây các thiết bị báo cháy ở Tầng Zone và Tầng Address
Hình 4.8: Sơ đồ kết nối dây của hệ thống quạt tăng áp.
Kết nối M172
Quy trình kết nối M172 được thực hiện theo các bước như hình 4.9
Hình 4.9: Quy trình kết nối M172 Bước 1: Kết nối phần cứng
Ta kết nối nguồn điện 24VDC cho Modicon M172 và kết nối với máy tính bằng dây mạng lan qua cổng Ethernet
Bước 2: Kết nối Modicon với phần mềm
- Ta đồng bộ địa chỉ IP của máy tính cho trùng lớp mạng với M172 (Địa chỉ mặc định của M172 là IP:10.0.0.100/Subnet mask:255.0.0.0)
- Ta đặt địa chỉ IP máy tính là IP: 10.0.0.10/Subnet mask: 255.0.0.0 như hình 4.11
Sau đó ta mở phần mền EcoStruxure™ Machine Expert – HVAC trên thanh công cụ chọn Online => Set communitin như hình 4.12 => chọn ModbusTCP(1) bấm Active
(2) => cửa sổ hộp thoại Modbus TCP Config 12.1.0.9 mở ra như hình 4.13
Trong hộp thoại Modbus TCP Config 12.1.0.9 ta nhập địa chỉ IP mặc định của Modicon là 10.0.0.100(1), Port: 502(2) , Chọn Modbus Adress:255 (3) sau đó bấm
Bước 1 Kết nối phần cứng
Modicon M172 với phần mềm Bước 3 Cấu hình và lập trình
Hình 4.11: Cài đặt địa chỉ TCP/Ipv4 Hình 4.10: Ethernet Properties
Nhấn vào biểu tượng (1) trong hình 4.14, sau đó khi hộp thoại cảnh báo xuất hiện, bấm OK (2) để tiếp tục kết nối Khi kết nối thành công, phần mềm sẽ hiển thị thông tin cần thiết.
Hình 4.14: Cách kết nối M172 với phần mềm
Hình 4.13: Cài đặt Modbus TCP Hình 4.12: Set communitin
Bước 3 : Thay đổi IP cho Modicon M172 và kết nối lại như hình 4.15 bên dưới
Hình 4.15: Thay đổi IP cho M172
Để cấu hình địa chỉ IP cho M172, bạn cần truy cập vào thanh công cụ và chọn mục Commissioning, sau đó chọn Ethernet Tại đây, hãy thay đổi địa chỉ IP của M172 thành 192.168.200.2 và thiết lập Default Gateway là 192.168.200.1 Điều này giúp M172 cùng lớp mạng với Gateway IOT 2050, đảm bảo kết nối hiệu quả.
Bảng 4.2: Cấu hình địa chỉ IP cho Modicon M172
Sau đó chọn W(4) để nạp xuống cho Modicon M172 Sau khi đổi IP cho Modicon
Để thành công, chúng ta cần cấu hình lại địa chỉ IP máy tính theo hình 4.16 và cài đặt lại kết nối Modbus TCP trên phần mềm, như đã thực hiện ở bước 1, sau đó kết nối lại với Modicon M172.
Khi kết nối thành công trên phần mềm, màn hình sẽ hiển thị thông tin, cho phép chúng ta kết nối với Modicon để lập trình và điều chỉnh các thông số cần thiết.
Cấu hình cho SIMATIC IOT2050
Cài đặt hệ điều hành (OS-Image) cho IOT2050 theo các bước như Hình 4.17:
Hình 4.17: Quy trình cấu hình SIMATIC IoT2050
Cắm thẻ nhớ vào máy tính
Cài đặt Win32 Disk Imager
Dùng Putty truy cập và cấu hình IoT
Hình 4.16: Cài đặt lại địa chỉ
Bước 1: Cắm thẻ nhớ vào máy tính
Bước 2: Dùng Win32 Disk Imager và file Image Siemens cung cấp theo các bước bên dưới:
- Cài đặt Win32 Disk Imager như hình 4.18
Hình 4.18: Cài đặt Win32 Disk Imager
- Truy cập Website Siemens để tải file Image về máy như hướng dẫn hình 4.19
Hình 4.19: Tải file Image về máy
- Mở Win32 Disk Imager ở Hình 4.20 chọn tới file Image vừa tải về
Hình 4.20: Load file Image vào Win32 Disk Imager
- Cài đặt file Image cho IOT2050 ở hình 4.21
Hình 4.21: Cài đặt file Image cho IOT2050
- Sau khi cài đặt thành công file Image, thông báo sẽ hiện lên như hình 4.22 bên dưới
Hình 4.22: Cài đặt thành công file Image
- Sau khi cài đặt thành công, lấy thẻ nhớ ra khỏi máy tính, lắp vào IOT2050, sau đó khởi động IOT2050
Bước 3: Dùng Putty truy cập và cấu hìnhIOT2050
- Kết nối Ethernet giữa IOT2050 (port X1P2) và máy tính
- Đồng bộ địa chỉ IP của máy tính và IOT2050, địa chỉ IP mặc định của IOT2050: 192.168.200.1/255.255.255.0 Ta đặt IP của máy tính là
Tên đăng nhập mặc định của IOT2050: “root”
Cấu hình thông số giữa Putty và IOT2050 ở hình 4.24:
Hình 4.23: Đồng bộ địa chỉ IP của máy tính và IOT2050
Hình 4.24: Cấu hình thông số giữa Putty và IOT2050
Kết nối lần đầu sẽ nhận thông báo như hình 4.25, chọn “Yes”
Hình 4.25: Xác nhận kết nối Putty và IOT2050
Truy cập thành công sẽ hiện màn hình
Để bắt đầu, hãy nhập tên đăng nhập mặc định là “root” và mật khẩu mặc định cũng là “root” như trong hình 4.26 Sau đó, bạn cần đặt lại mật khẩu truy cập cho thiết bị IoT Lưu ý rằng bạn nên tắt Unikey để tránh tình trạng nhập sai dấu khi sử dụng phương thức gõ Telex.
Hình 4.26: Đăng nhập vào phần mềm
⇒ Cấu hình SIMATIC IOT2050 hoàn tất
- Sau khi cấu hình Iot2050, ta tiến hành kết nối truyền thông với M172 và Power Meter theo sơ đồ
Hình 4.27: Kết nối truyền thông của IoT2050
Sau khi cấu hình hoàn tất, ta thể truy cập vào NodeRed theo đường dẫn http://192.168.200.1:1880 để vào giao diện hệ thống Hình 4.28 và tiến hành lập trình.
Cấu hình biến tần
Quy trình cấu hình biến tần VIECHI được thực hiện như Hình 4.29
Đầu tiên, kết nối động lực cho biến tần VIECHI Tiếp theo, thực hiện cài đặt các thông số theo hướng dẫn chi tiết Cuối cùng, kết nối điều khiển cho biến tần, như được trình bày trong bảng 4.3.
Kết nối động lực cho biến tần
- Đấu điện đầu vào chân L - N
- Đầu ra động cơ đấu vào chân U - V – W
Cài đặt các thông số cho biến tần
Bảng 4.3: Bảng chức năng các phím nhấn của biến tần Viechi
- Vào menu trong khi chờ hoặc đang chạy
- Nhấn phím này để quay lại trong khi sửa đổi tham số
- Khi ở chế độ chờ hoặc đang chạy, nhấn trong 1 giây để vào giao diện giám sát trạng thái của động cơ
- Nhấn để sửa đổi tham số khi đang ở trong giao diện menu
- Nhấn để xác nhận lưu các thông số sau khi sửa đổi
Kết nối động lực cho biến tần
Cài đặt các thông số cho biến tần
Kết nối điều khiển cho biến tần
- Khi ở chế độ chờ hoặc đang chạy, nhấn để thay đổi các mục giám sát đèn LED khi dừng
- Chọn nhóm thông số trong giao diện menu
- Sửa đổi tham số trong khi sửa đổi giao diện
Sửa đổi tần số đã cho, PID, và mô-men xoắn nhất định, hoặc ly hợp bột từ tính trong trạng thái chờ hoặc giám sát.
- Chọn các thông số của chức năng không được sửa đổi bằng phím lên/xuống
- Chọn các thông số tham số được sửa đổi bằng phím lên/xuống
- Thay đổi các mục giám sát đèn LED khi ở chế độ chờ hoặc đang chạy
- Trong khi chạy/dừng được điều khiển bằng bàn phím, khi nhấn phím này, biến tần sẽ chạy quay theo chiều thuận (cùng chiều kim đồng hồ)
- Chức năng chính này có thể được cài đặt bởi tham số [E-
Khi nhấn nút REV, động cơ sẽ đảo chiều và đèn báo sẽ tắt Nếu phím được cài đặt là JOG, động cơ sẽ chạy chậm và chỉ có đèn báo bật.
- Động cơ dừng nếu nhấn nó trong khi chạy/dừng được điều khiển bằng bàn phím
- Chức năng của phím nhấn này có thể cài thông qua tham số chức năng số [F-07]
- Biến tần reset nếu nhấn nó trong trạng thái lỗi (không reset nếu lỗi không được giải quyết)
Cần cài đặt bao gồm:
- E (00- 67): Nhóm thông chức năng cơ bản
- F (01- 71): Nhóm thông số thiết bị ngõ ra
- H ( 01 – 00): Nhóm thông số chức năng đặt biệt
Sau khi cấp nguồn cho biến tần ta biến hành các bước cài đặt chức năng cho biến tần theo chức năng của phím nhấn bảng 4.3
Bước 1: Vào Menu và chọn số hiệu chức năng muốn cài đặt
- Nhấn để vào menu quả quá trình cài đặt các thông số, lúc này màn hình LED sẽ hiển thị số hiệu chức năng đầu tiên là E-00
- Nhấn để chọn số hiệu chức năng muốn thay đổi
Bước 2: Chọn giá trị cài đặt cho số hiệu chức năng và lưu lại
- Nhấn để thay đổi các giá trị, khi chọn được giá trị cài đặt bằng ta bấm để xác nhận lưu lại giá trị đó
Hai bước này được lặp lại để cài đặt đầy đủ các thông số chức năng cho biến tần theo Bảng 4.4
Kết nối điều khiển cho biến tần Đấu nối mạch điều khiển ngoài:
- AO phản hồi tốc độ quay của quạt
- X1 nối với COM thì chạy thuận
- Điều khiển bằng tín hiệu điện áp 0 - 10VDC trên chân VS1 – GND dùng M172 để điều khiển
Bảng 4.4: Bảng cài đặt giá trị điều khiển biến tần Viechi cho mô hình
Số hiệu chức năng Tên gọi chức năng Giá trị cài đặt
E-00 Phương thức điều khiển 1: Điều khiển V/F
E-01 Lệnh chạy 1: Điều khiển terminal
E-02 Chọn tần số nhất định đường dẫn chính
2: Tín hiệu điện áp terminal VS1, 0～10V
F-01 Lựa chọn tín hiệu đầu vào 1 (X1) 27: Chạy thuận
F-30 Terminal đầu ra relay TA、TB、TC 5: Trạng thái chạy
F-60 Lựa chọn terminal đầu ra (AO1) 1: chuyển tốc/tần số đầu ra F-62 Lựa chọn phương thức đầu ra analog 3: 0～10V
H-52 Công suất động cơ ngạch định 0.4
H-53 Tần số động cơ ngạch định 50
H-54 Chuyển tốc động cơ ngạch định 2800
H-55 Điện áp động cơ ngạch định 380
H-56 Dòng điện động cơ ngạch định 1.5
Cấu hình đồng hồ Elecnova
Sau khi cấp nguồn, ta tiến hành thực hiện cấu hình các thông số cho Power Meter theo Bảng 4.5
Bảng 4.5: Bảng cấu hình đồng hồ Elecnova
Bước cài đặt Thiết bị Cài đặt
Bước 1: Vào chế độ cài đặt
Hình 4.30: Cài đặt chế độ
- Từ giao diện chính của đồng Elecnova, nhấn đồng thời hai nút “ ” và “ ” như hình 3.30 để chuyển sang chế độ cài đặt cho đồng hồ
Trong chế độ này, nhấn “ ” để chuyển đến thông số cần điều chỉnh và nhấn “ ” để lưu các thông số đã thiết lập, sau đó chuyển đến màn hình cài đặt tiếp theo.
Bước 2: Nhập mật khẩu để đăng nhập
Hình 4.31: Đăng nhập mật khẩu
Khi vào chế độ cài đặt, người dùng sẽ cần nhập mật khẩu, với mật khẩu mặc định của nhà sản xuất là 0001 Sau khi nhập đúng mã đăng nhập, hãy nhấn nút “ ” để truy cập vào màn hình cài đặt đầu tiên.
- Tương tự trong chế độ này, nhấn
Để điều chỉnh các thông số mong muốn, hãy chọn thông số cần thiết và nhấn “ ” để lưu lại các thiết lập đó, sau đó chuyển đến màn hình cài đặt tiếp theo.
Bước 3: Thiết lập địa chỉ
Hình 4.32: Thiết lập địa chỉ
Địa chỉ Modbus RTU có giá trị từ 1 đến 247 theo quy định của nhà sản xuất, trong đó địa chỉ của đồng hồ được đặt là 9 nhằm phân biệt với các thiết bị RS485 khác.
- Tương tự trong chế độ này, nhấn
Để điều chỉnh các thông số, chúng ta chọn thông số mong muốn và nhấn nút để lưu lại, sau đó chuyển đến màn hình cài đặt tiếp theo Hệ thống quản lý năng lượng của chúng ta bao gồm hai tầng trong tòa nhà, với hai đồng hồ đo điện năng riêng biệt Do đó, cần cài đặt địa chỉ ID = 8 cho tầng 1 và ID = 9 cho tầng 2 đối với các đồng hồ điện.
Bước 4: Cài đặt tốc độ
Hình 4.33: Cài đặt tốc độ Baudrate
Tốc độ baudrate có thể được lựa chọn là 1200, 2400, 4800 hoặc 9600 Để đảm bảo sự đồng bộ với các thiết bị BMS trong hệ thống, chúng ta thống nhất chọn baudrate 9600.
- Tương tự trong chế độ này, nhấn
Để chọn các thông số cần điều chỉnh, hãy nhấn vào “ ” và sau đó nhấn “ ” để lưu các thông số đã thiết lập, tiếp theo chuyển đến màn hình cài đặt tiếp theo.
Bước 5: Thiết lập tiêu chuẩn giao tiếp Modbus
Hình 4.34: Thiết lập tiêu chuẩn giao tiếp Modbus
- Tiêu chuẩn giao tiếp giữa đồng hồ và Gateway là RS485, do đó chúng ta sẽ chọn giao thức Modbus RTU trên đồng hồ đo điện để giao tiếp
- Tương tự trong chế độ này, nhấn
Để điều chỉnh các thông số mong muốn, hãy chọn các tùy chọn cần thiết và nhấn nút để lưu lại các thiết lập vừa thực hiện, sau đó chuyển đến màn hình cài đặt tiếp theo.
Bước 6: Lưu các thông số cài đặt
- Trong giao diện SAVE, nhấn nút
“ ” để chọ Yes/No để lưu lại các thông số vừa thiết lập Sau đó nhấn nút “ ” để xác nhận lưu như hình 4.35
Sau khi lưu, đồng hồ sẽ trở lại giao diện hiển thị các giá trị điện năng của hệ thống trên màn hình LCD Chúng ta sẽ sử dụng các thông số vừa thiết lập để kết nối Gateway với đồng hồ.
Lắp ráp mô hình
Dựa vào sơ đồ bố trí tủ điện, sơ đồ bố trí và đi dây chi tiết, việc lắp đặt hoàn thành như hình dưới đây:
Hình 4.37: Mặt trong của tủ điều khiển
Hình 4.36: Mặt trước của tủ điều khiển
Hình 4.38: Mô hình hệ thống báo cháy và giám sát năng lượng tòa nhà
Xây dựng phần mềm của hệ thống
Xây dựng thuật toán cho chương trình phần cứng
4.2.1.1 Xây dựng thuật toán cho chương trình M172
Khai báo các chân I/O cần dùng trong hệ thống chọn Configuration\M172 28-
42/Os\I/O Mapping\Local trên phần mềm EcoStruxure Machine Expert – HVAC như hình 4.39
Hình 4.39: Khai báo chân I/O trên phần mềm EcoStruxure Machine Expert – HVAC
Các chân I/O được sử dụng trong chương trình được liệt kê trong hình 4.40
Hình 4.40: Bảng cấu hình chân I/O của M172
Khai báo kiểu tín hiệu và tỉ lệ cho có ngõ vào tương tự AI
Khai báo kiểu ngõ vào và cấu hình giá trị scale cho AI cho M172 theo đường dẫn
Commissioning\M172 28-42/Os\BIOS parameters\All parameters trên phần mềm EcoStruxure Machine Expert – HVAC như Hình 2.41 đến Hình 4.43 Các ngõ ra AO:
AO1 và AO2 được khai báo mặc định là 0 - 10V
Hình 4.41: Khai báo kiểu ngõ vào và cấu hình giá trị scale cho AI trên phần mềm
Hình 4.42: Bảng giá trị khai báo ngõ vào AI
Hình 4.43: Bảng giá trị sacle khai báo ngõ vào AI
Cấu hình biến trung gian
Các giá trị của biến trung gian ở hình 4.44 sẽ được lưu trữ trên bộ nhớ RAM cho nên nó sẽ bị mất khi bị mất nguồn
Hình 4.44: Bảng giá trị của biến trung gian trên phần mềm
Cấu hình Modbus TCP Đặt các thông số cho M172 như:
Nhập thông tin đã cấu hình như hình 4.47 để kết nối M172 với phần mềm EcoStruxure Machine Expert – HVAC khi muốn thay đổi cấu hình
Hình 4.46: Lựa chọn giao tiếp
Hình 4.45: Cài đặt thông số
Hình 4.47: Bảng cài đặt giá trị cho giao tiếp Modbus TCP
Hàm "SR" là một loại mạch số đặc biệt, sử dụng một đầu vào để điều khiển trạng thái đầu ra Khi đầu vào "input" được kích hoạt (ON), đầu ra "output" sẽ chuyển sang trạng thái bật (ON) và giữ nguyên trạng thái này cho đến khi nhận được lệnh "R" (Reset) để đặt lại (reset) đầu ra.
Hình 4.48: Đặc tính ngõ ra của hàm SR
Bảng 4.6: Bảng thông số input của hàm SR
Tên Giá trị Mô tả s1 BOOL Logic input r BOOL Reset input
Bảng 4.7: Bảng thông số output của hàm SR
Tên Giá trị Mô tả q1 BOOL Bistable output
Hàm "RS" là một loại mạch logic sử dụng hai đầu vào để điều khiển trạng thái đầu ra Khi đầu vào "set_input" được kích hoạt (ON), đầu ra "output" chuyển sang trạng thái bật (ON) Ngược lại, khi đầu vào "reset_input" được kích hoạt (ON), đầu ra "output" sẽ được đặt lại vào trạng thái tắt (OFF).
Khi cả hai đầu vào "set_input" và "reset_input" được kích hoạt cùng lúc, đầu ra "output" sẽ được đặt lại về trạng thái tắt (OFF) nhờ vào ưu tiên của ngõ "reset_input".
Hình 4.49: Đặc tính ngõ ra của hàm RS
Bảng 4.8: Bảng thông số input của hàm RS
Tên Giá trị Mô tả s1 BOOL Logic input r BOOL Reset input
Bảng 4.9: Bảng thông số input của hàm RS
Tên Giá trị Mô tả q1 BOOL Bistable output
Đặc tính của nó tương tự như câu lệnh "if-else", trong đó khi điều kiện G được xác định là đúng, giá trị trả về sẽ là In1; ngược lại, nếu điều kiện không đúng, giá trị trả về sẽ là In0.
Bảng 4.10: Bảng thông số input của hàm SEL
Tên Giá trị Mô tả
- Hàm “TON” (Timer on-delay)
Khi tín hiệu đầu vào (IN) được kích hoạt với giá trị logic 1, hàm TON bắt đầu đếm thời gian Sau khi thời gian trễ đã trôi qua và đạt đến giá trị thời gian trễ (PT), tín hiệu đầu ra (Q) chuyển từ giá trị logic 0 sang giá trị logic 1 Nếu trong quá trình đếm, tín hiệu đầu vào (IN) trở về giá trị logic 0, quá trình đếm sẽ dừng lại và tín hiệu đầu ra (Q) sẽ chuyển từ giá trị logic 1 sang giá trị logic 0.
Hình 4.50: Đặc tính ngõ ra của hàm TON
Bảng 4.11: Bảng thông số input của hàm TON
Tên Giá trị Mô tả
IN BOOL Tín hiệu đầu vào (input) hẹn thời gian
PT UDINT Thời gian trễ (preset) được cài đặt.(ms)
Bảng 4.12: Bảng thông số output của hàm TON
Tên Giá trị Mô tả
Q BOOL Tín hiệu đầu ra (output) mà điều khiển sau khi thời gian trễ đã trôi qua
ET UDINT Giá trị hiện tại hẹn giờ
- Hàm PIDAdvance (Proportional Integral Derivative Advance)
Hàm PIDAdvance tính toán tín hiệu đầu ra (OUT) dựa trên giá trị đặt (rSetp) và giá trị quá trình (rPV), sử dụng các thông số PID cùng với các cài đặt đã được cung cấp Tín hiệu đầu ra này được áp dụng để điều khiển hệ thống ổn định dựa trên giá trị hồi tiếp.
Bảng 4.13: Bảng thông số input của hàm PIDAdvance
Bài viết mô tả các tham số quan trọng trong một hệ thống điều khiển, bao gồm: xEn (BOOL) để kích hoạt thuật toán, rPv (REAL) cho giá trị quá trình, và rSetp (REAL) là setpoint Khi xManualMode (BOOL) được đặt là True, chế độ Manual sẽ được kích hoạt, cho phép điều chỉnh đầu ra Analog, với giá trị mặc định là False rManualMode (REAL) xác định giá trị thủ công cho đầu ra Analog trong khoảng từ rLowLimit đến rHighLimit (%) Tham số xHold (BOOL) khi True sẽ giữ giá trị đầu ra analog không thay đổi, với giá trị mặc định là False rHighLimit (REAL) và rLowLimit (REAL) xác định giới hạn trên và dưới cho đầu ra analog, với giá trị mặc định lần lượt là 100.0 và 0.0 Cuối cùng, rDeadband (REAL) là tham số trong điều khiển PID, đại diện cho khoảng giá trị tối thiểu cần thay đổi để kích hoạt điều chỉnh hệ thống.
Trong hệ thống điều khiển, có 63 điều khiển được đo bằng đơn vị người dùng Tham số xAutoTune BOOL xác định trạng thái của chế độ tự động điều chỉnh, với giá trị mặc định là false, nghĩa là chế độ này không được kích hoạt Giá trị autotuning rAutoTuneValue REAL cho đầu ra analog nằm trong khoảng 0 đến 100% và mặc định là 0.0, được sử dụng trong các hệ thống điều khiển tự động PID để điều chỉnh các thông số Hằng số tỷ lệ rKp REALe có giá trị từ -300 đến 300, với giá trị mặc định là 4.0 Thời gian tích phân uiTi UINT và thời gian vi phân uiTd UINT cũng là các tham số quan trọng Cuối cùng, tham số xReset BOOL cho phép hệ thống hoặc thiết bị được đặt lại khi tín hiệu liên quan đến cảnh báo reset là True, đưa thiết bị trở về trạng thái ban đầu.
Bảng 4.14: Bảng thông số output của hàm PIDAdvance
The article outlines key parameters related to analog output values, including rAnalog, which represents the output value ranging from rLowlimit to rHighLimit in percentage It also discusses iAnalog, an integer output value scaled from 0 to 1000 with a precision of 0.1% Additionally, rError indicates the discrepancy between setpoint (rSp) and process variable (rPv) The parameters uiAlarmID and uiAlertID are used for identifying standard and emergency alerts, respectively.
- Hàm PIDAutoTuning (Proportional Integral Derivative AutoTuning)
Hàm PIDAdvance có khả năng đo lường phản hồi của hệ thống, đồng thời tự động tính toán các tham số quan trọng như Ti (khâu tích phân) và Kp (khâu tỷ lệ) để tối ưu hóa quá trình điều khiển.
- Các tham số này có thể được kết nối với khối PIDAdvance để điều khiển hệ thống
Bảng 4.15: Bảng thông số input của hàm PIDAutoTune
Bài viết này mô tả các tham số quan trọng trong thuật toán điều khiển PID Các tham số bao gồm: xEn (đầu vào kích hoạt cho thuật toán), xStartAutoTune (bắt đầu/dừng chế độ dò tự động), xInversCntrl (ngõ vào đảo ngược điều khiển), usiMODE (ngõ vào chọn chế độ để tìm tham số PI từ 0 đến 3), rPv (giá trị đọc thực tế), rSetp (giá trị ngưỡng cài đặt), rManualKp (giá trị Kp thủ công trong khoảng -300 đến 300), rManualTi (giá trị Ti thủ công từ 0 đến 6000*0.1 giây), rHighLimit (giới hạn trên hàm PID từ 0.0 đến 100.0%), và rLowLimit (giới hạn dưới hàm PID từ 0.0 đến 100.0%).
Bảng 4.16: Bảng thông số output của hàm PIDAutoTune
Bài viết này mô tả các giá trị và trạng thái của một khối điều khiển, bao gồm: xAutoTune (BOOL) thể hiện trạng thái của khối; iAutoTuneValue (INT) là giá trị đầu ra Analog trong khoảng từ 0 đến 1000 với độ chính xác 0,1%; rKp (REAL) là giá trị Kp thủ công hoặc giá trị tự động tính toán trong khoảng từ -300 đến 300; uiTi (UINT) là giá trị Ti thủ công hoặc giá trị tự động tính toán từ 0 đến 6000 giây với độ chính xác 0,1 giây; uiMessageID (UINT) là mã thông báo lời nhắn; và uiAlarmID (UINT) là mã thông báo cảnh báo.
Thiết lập chương trình tín hiệu của các thiết bị đầu vào
Hình 4.51: Chương trình thuật toán giá trị tín hiệu của đầu báo nhiệt độ cố định tầng 1
Hình 4.52: Chương trình thuật toán giá trị tín hiệu của đầu báo nhiệt độ đa năng tầng 1
Hình 4.53: Chương trình thuật toán giá trị tín hiệu của đầu báo nhiệt gia tăng tầng 1
Hình 4.54: Chương trình thuật toán giá trị tín hiệu của nút nhấn báo động tầng1
Kiểm tra tín hiệu kết nối của đầu báo nhiệt độ cố định ở tầng 1 Khi giá trị đầu vào nằm trong khoảng từ 100 đến 200, đầu ra sẽ bằng 1, thể hiện trạng thái kết nối Đầu ra sẽ duy trì giá trị 1 cho đến khi giá trị đầu vào giảm xuống khoảng -10.
10 thì nhận lệnh "R" (Reset) giá trị đầu ra sẽ bằng 0 lúc này trạng thái Disconnect ở ngay vị trí đầu báo
Kiểm tra tín hiệu cảnh báo cháy từ đầu báo nhiệt độ cố định tại tầng 1 Khi giá trị tín hiệu vượt quá 200 và tín hiệu kết nối ở trạng thái "Connect", giá trị In0 của hàm SEL sẽ kích hoạt trạng thái "Alarm" tại vị trí của đầu báo.
Các đầu báo nhiệt độ đa năng, đầu báo nhiệt gia tăng và nút nhấn báo động trong chương trình hình 4.52, 3.53, 3.54 hoạt động tương tự như đầu báo nhiệt độ cố định trong hình 4.51.
Hình 4.55: Chương trình thuật toán báo cháy ở tầng 1
Xây dựng chương trình cho Website
Kết nối Google Firebase với Website
Sau khi tạo tài khoản Google Firebase theo hướng dẫn ở Phụ lục D, bạn cần thực hiện các bước để kết nối cơ sở dữ liệu thời gian thực của Google Firebase với website của mình.
Bước 1: Truy cập vào Firebase, trong phần Project Overview, chọn Project Settings như Hình 4.82 bên dưới:
Hình 4.82: Thông tin CSDL trên Firebase Bước 2: Tìm code CDN trong Project Settings và sao chép nó vào Visual Studio Code như Hình 4.81 và Hình 4.82
Hình 4.83: Code Javascript của CDN trong Firebase
Hình 4.84: Code CDN trong Visual Studio Code Bước 3: Viết code cập nhật dữ liệu từ Firebase vào Website qua đường link thư mục như Hình 4.85
Hình 4.85: Code để trỏ đến địa chỉ chứa dữ liệu trong Firebase
Khi giá trị của biến “Floor1/Decive” thay đổi, giá trị hiển thị trên website sẽ cập nhật tương ứng Các biến khác cũng được lập trình theo cách tương tự, như đã trình bày trong phần phụ lục F.
Kết nối MySQL Cloud Hosting với Website
Sau khi khởi tạo được tài khoản CloudClusters ở Phụ lục E, xây dựng thư mục chính “maindb” bao gồm 5 bảng dữ liệu: “Device”, “Energy”, “Energy2”,
“POWER_TOTAL”, “tb_user” như hình 4.86
Hệ thống thu thập năng lượng của tòa nhà bao gồm hai bảng dữ liệu: “Energy” cho đồng hồ Elecnova tầng 1 và “Energy2” cho đồng hồ Elecnova tầng 2 Bảng “Energy_Report” và “Energy2_Report” hỗ trợ quản lý theo dõi mức tiêu thụ điện năng của từng tầng, đồng thời cho phép xuất báo cáo một cách dễ dàng, đáp ứng các yêu cầu của hệ thống.
Hình 4.86: Cấu trúc các bảng dữ liệu trong cơ sở dữ liệu “maindb” trên giao diện
MySQL Mỗi bảng sẽ có cấu trúc dữ liệu riêng và được xây dựng như sau:
Bảng “Device” có chức năng lưu trữ giá trị tín hiệu thiết bị trong thời gian thực khi có sự cố xảy ra Cấu trúc dữ liệu của bảng này được thể hiện trong hình 4.87 và bao gồm các trường dữ liệu cần thiết.
- DATE_TIME: thời gian thực đọc về, kiểu dữ liệu thời gian (YYYY-MM-
- Multi_Purpose_Heat_Detector_Sts: trạng thái kết nối của đầu báo nhiệt độ đa năng, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- Multi_Purpose_Heat_Detector_Alarm: tín hiệu cảnh báo của đầu báo nhiệt độ đa năng, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- Manual_Call_Point_Button_Sts: trạng thái kết nối của nút nhấn báo động thủ công, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- Manual_Call_Point_Button_Alarm: tín hiệu cảnh báo của nút nhấn báo động thủ công, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- Fixed_Temperature_Heat_Detector_Sts: trạng thái kết nối của đầu báo nhiệt độ cố định, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- Fixed_Temperature_Heat_Detector_Alarm: tín hiệu cảnh báo của đầu
83 báo nhiệt độ cố định, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- Rate_of_Rise_Heat_Detector_Sts: trạng thái kết nối của đầu báo nhiệt tốc độ tăng, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- Rate_of_Rise_Heat_Detector_Alarm: tín hiệu cảnh báo của đầu báo nhiệt tốc độ tăng, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- 2ND_Floor_Device_Sts: trạng thái kết nối của tất cả đầu báo ở tầng 2, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- 2ND_Floor_Device_Alarm: tín hiệu cảnh báo của tất cả đầu báo ở tầng 2, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- 1ST_F_Electronic_Sounder_and_Beacon_Signal: tín hiệu cảnh báo của chuông và còi ở tầng 1, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- 2ND_F_Electronic_Sounder_and_Beacon_Signal: tín hiệu cảnh báo của chuông và còi ở tầng 2, kiểu dữ liệu tinyint(1)
- Fan_Cmd: Trạng thái hoạt động của quạt tăng áp của thang bộ thoát hiểm, kiểu dữ liệu tinyint(1)
Hình 4.87: Cấu trúc dữ liệu của bảng “Device” trên giao diện MySQL
Bảng “Energy” và “Energy2” được sử dụng để cập nhật dữ liệu liên tục về các giá trị năng lượng từ đồng hồ Elecnova tại tầng 1 và tầng 2 Cấu trúc dữ liệu của bảng này được thể hiện qua hình 4.88 và hình 4.89, bao gồm nhiều trường dữ liệu khác nhau.
- DATE_TIME: mốc thời gian đọc, kiểu dữ liệu thời gian (YYYY-MM-
- VOL: giá trị điện áp đọc về, kiểu dữ liệu số thực (float)
- CUR: giá trị dòng điện đọc về, kiểu dữ liệu số thực (float)
- P: giá trị công suất tác dụng, kiểu dữ liệu số thực (float)
- S: giá trị công suất phản kháng đọc về, kiểu dữ liệu số thực (float)
- Q: giá trị công suất biểu kiến, kiểu dữ liệu số thực (float)
- PF (Power Factor): hệ số công suất đọc về, kiểu dữ liệu số thực (float)
- F: giá trị tần số, kiểu dữ liệu số thực (float)
- A: giá trị điện năng tiêu thụ của tầng, kiểu dữ liệu số thực (float)
Hình 4.88: Cấu trúc dữ liệu của bảng “Energy” trên giao diện MySQL
Hình 4.89: Cấu trúc dữ liệu của bảng “Energy2” trên giao diện MySQL
Bảng "POWER_TOTAL" được sử dụng để cập nhật dữ liệu lưu trữ giá trị điện năng của tòa nhà vào cuối ngày, với cấu trúc dữ liệu được minh họa trong hình 4.90.
Nó bao gồm các trường dữ liệu:
- DATE_TIME: thời gian thực đọc về, kiểu dữ liệu thời gian (YYYY-MM-
- A_1: giá trị điện năng tiêu thụ của tầng 1 đọc về, kiểu dữ liệu số thực (float)
- A_2: giá trị điện năng tiêu thụ của tầng 2 đọc về, kiểu dữ liệu số thực (float)
- T: tổng giá trị điện năng tiêu thụ của các tầng trong tòa nhà, kiểu dữ liệu số thực (float)
Hình 4.90: Cấu trúc dữ liệu của bảng “POWER_TOTAL” trên giao diện MySQL
Bảng “tb_user”: quản lý quyền truy cập Website, cấu trúc của dữ liệu được thể hiện như hình 4.91 Nó bao gồm các trường dữ liệu:
- id: số thứ tự các tài khoản, kiểu dữ liệu số nguyên (int)
- Username: tên đăng nhập, kiểu dữ liệu chuỗi tối đa 20 kí tự (varchar)
- Password: mật khẩu đăng nhập, kiểu dữ liệu chuỗi tối đa 10 kí tự (varchar)
- Role: vai trò tài khoản, kiểu dữ liệu số nguyên (tityint)
Hình 4.91: Cấu trúc dữ liệu của bảng “tb_user” trên giao diện MySQL
Giao diện website điều khiển và giám sát hệ thống báo cháy và năng lượng của tòa nhà bao gồm 4 trang chính: Trang chủ cho phép người vận hành đăng nhập, trang Monitoring để giám sát và điều khiển hệ thống sau khi đăng nhập, và hai trang Energy cùng History chỉ có thể truy cập khi đã đăng nhập, dùng để giám sát và xuất báo cáo năng lượng Website được phát triển bằng ngôn ngữ PHP và sử dụng cơ sở dữ liệu MySQL.
Hình 4.92: Sơ đồ tổng quan giao diện và chức năng của Website điều khiển – giám sát hệ thống báo cháy và năng lương tòa nhà
Trang web cung cấp thông tin báo cháy theo thời gian thực cho người vận hành, sử dụng Realtime Database của Firebase Màn hình giám sát hiển thị vị trí của các thiết bị tương ứng với mô hình thực tế, giúp việc quan sát và theo dõi trở nên dễ dàng hơn.
Hình 4.93: Giao diện trang Monitoring trên Website
Khi xảy ra sự cố cháy nổ, Website tích hợp nút “Emergency” để điều khiển từ xa, đặc biệt hữu ích khi người vận hành không có mặt tại vị trí tủ báo cháy Tuy nhiên, chỉ những người vận hành được phân quyền truy cập Website mới có khả năng điều khiển hai nút Emergency và Reset.
Hình 4.94: Giao diện trang Monitoring khi điều khiển 2 nút nhấn trên Website
Các giá trị và trạng thái của thiết bị sẽ được lập trình theo mã 4.95, sử dụng câu lệnh if - else để điều kiện hóa việc hiển thị các thay đổi của thiết bị trên Website.
Hình 4.95: Code javascript nhận dữ liệu từ Firebase và hiện thị trên Website
Trang Energy bao gồm hai tab nhỏ: Energy floor và Energy active, với nhiệm vụ hiển thị các thông số theo dõi từ đồng hồ và điện năng tiêu thụ của mỗi tầng Giao diện website được thiết kế dưới dạng bảng và sơ đồ khối, giúp người giám sát dễ dàng đánh giá chất lượng điện và thiết bị.
Hình 4.96: Trang Energy Floor giám sát năng lượng của mỗi tầng trên Website
Hình 4.97: Trang Energy Active giám sát điện năng tiêu thụ mỗi tầng trong tòa nhà
Các giá trị năng lượng sẽ được lập trình theo mã code 4.98, sử dụng ngôn ngữ PHP và JavaScript để truy xuất dữ liệu từ MySQL Cloud Hosting và hiển thị trên website.
Hình 4.98: Code javascript dùng truy vấn CSDL Firebase và hiện thị trên Website
The History Page of the website is designed to store the operational history and Power Meter statistics of the equipment As shown in Figure 4.99, the website offers a feature that allows users to generate periodic reports in Excel format or a structured form, facilitating easy monitoring and management for operators.
Hình 4.99: Giao diện trang History Energy
Hình 4.100: Giao diện trang History Status
[1]: Nút nhấn để lọc ngày cần theo dõi và hiển thị thị giá trị bảng Đoạn mã dưới dây sẽ thực hiện chức năng lọc dữ liệu hình 4.100
Hình 4.101: Code lọc ngày để hiện thị bảng giá trị và ngày cần xuất file báo cáo
[2]: nút nhấn để xuất file Excel báo cáo theo ngày đã lọc Đoạn mã dưới dây sẽ thực hiện chức năng lọc dữ liệu hình 4.102
Hình 4.102: Code javascript xuất file excel báo cáo
Sau khi nhấn nút kết xuất báo cáo theo file excel ta được kết quả như hình 4.103 bên dưới:
Hình 4.103: File excel giám sát điện năng tiêu thụ của tòa nhà khi nhấn nút “Export Excel”
VẬN HÀNH HỆ THỐNG
Quy trình vận hành hệ thống được thực hiện theo quy trình bao gồm các bước theo thứ tự sau
Bước 1: Bật nguồn hệ thống
Bật CB để cung cấp nguồn chính cho toàn bộ hệ thống và nguồn dự phòng, đảm bảo hệ thống hoạt động bình thường khi mất điện nguồn chính, theo tiêu chuẩn TCVN 5738-2021.
Bước 2: Kiểm tra đèn báo nguồn của bộ điều khiển, các đầu báo và đồng hồ Elecnova
Sau khi cung cấp nguồn, hãy kiểm tra đèn báo nguồn của bộ điều khiển và các đầu báo, đồng thời nhấn nút báo cháy để xác nhận rằng hệ thống đã được cấp nguồn đúng cách.
Kiểm tra đồng hồ Elecnova đã hiển thị các thông số trên màn hình
Bước 3: Qui trình vận hành của hệ thống báo cháy
Tầng 1 (Báo cháy địa chỉ)
Khi khói xuất hiện ở đầu báo khói AH-0331 hoặc nhiệt độ tăng ở đầu báo AHR-871, AH-9920, hoặc khi nhấn nút báo cháy AH-9717, hệ thống sẽ phát tín hiệu báo cháy Các đầu báo này sẽ xác định chính xác vị trí của tín hiệu trong tòa nhà.
Khi có tín hiệu báo cháy, đèn và còi báo cháy ở tầng 1 sẽ kêu và phát sáng, đồng thời đèn báo trên tủ cũng sẽ được kích hoạt Người vận hành cần kiểm tra để xác định liệu tín hiệu đó là báo cháy giả hay thật.
Tầng 2 (Báo cháy khu vực)
Khi khói xuất hiện ở đầu báo khói AH-0331 hoặc nhiệt độ tăng ở đầu báo AHR-871, người dùng có thể nhấn nút báo cháy AH-0217 Tín hiệu báo cháy sẽ được gửi đến Website và tủ điều khiển, tuy nhiên, chỉ xác nhận khu vực có cháy mà không xác định chính xác vị trí của tín hiệu trong tòa nhà.
Khi chuông báo cháy ở tầng 2 kêu, đèn báo trên tủ sẽ sáng lên Người vận hành cần kiểm tra để xác định xem tín hiệu đó là báo cháy giả hay báo cháy thật.
Có 2 trường hợp báo cháy xảy ra:
Trong trường hợp tín hiệu báo cháy giả, người vận hành cần nhấn nút “Reset” trên tủ hoặc trên Website để khôi phục đầu báo về trạng thái bình thường, đồng thời đèn còi báo sẽ tắt Ngược lại, nếu là tín hiệu báo cháy thật, các quy trình xử lý khẩn cấp cần được thực hiện ngay lập tức.
Người vận hành chỉ cần nhấn nút “Emergency” trên Website hoặc tủ điều khiển để ngắt nguồn chính của hệ thống Ngay lập tức, nguồn dự phòng sẽ cung cấp điện cho hệ thống vận hành, trong khi quạt tăng áp cho thang bộ thoát hiểm hoạt động để ngăn khói xâm nhập Độ chênh áp trong thang bộ thoát hiểm được duy trì trong khoảng 20Pa đến 50Pa, với cảm biến áp suất liên tục phản hồi về trung tâm điều khiển để quạt hoạt động hiệu quả.
Khi nhấn nút “Emergency” ở tủ, hệ thống sẽ thông báo cháy cho cả tòa nhà lúc đấy nút “Emergency” ở Website bị vô hiệu hóa
Sau khi sự cố cháy được xử lý, người vận hành cần nhấn nút “Emergency” rồi nhấn nút “Reset” để đưa tủ và hệ thống trở lại trạng thái bình thường.
Bước 4: Giám sát các thông số trên đồng hồ Elecnova
- Sau khi cấp nguồn cho hệ thống, các đồng hồ trên các tầng sẽ hoạt động và hiển thị các thông số trên màn hình của đồng hồ
Kết nối tải vào hệ thống bằng cách bật đèn hoặc kết nối với động cơ, sau đó theo dõi các thông số trên công tơ điện như điện áp, dòng điện, công suất hiệu dụng và mức tiêu thụ công suất.
Quy trình vận hành hệ thống báo cháy và giám sát điện năng trên Website
Quyền truy cập của khách hàng
Bước 1: Bật nguồn của hệ thống
Bước 2: Truy cập đường link https://hcmutefirealarmsystem2023.000webhostapp.com/ khi không được cấp tài khoản đăng nhập
Khách hàng sẽ chỉ truy cập được vào trang “Homepage” và “Monitoring” nhưng chỉ được phép theo dõi các trạng thái thiết bị như hình 5.1, hình 5.2
Hình 5.1: Giao diện trang “Homepage” khi chưa đăng nhập vào hệ thống
Hình 5.2: Giao diện trang “Monitoring” khi chưa đăng nhập vào hệ thống, 2 nút nhấn bị vô hiệu hóa
Quyền truy cập của người vận hành
Bước 1: Bật nguồn của hệ thống
Bước 2: Đăng nhập vào hệ thống theo đường link https://hcmutefirealarmsystem2023.000webhostapp.com/
Hình 5.3: Giao diện giám sát mô hình hệ thống trên Website khi đăng nhập vào hệ thống
Thông tin đăng nhập sẽ được cung cấp bởi nhà cung cấp phần mềm Sau khi đăng nhập, người vận hành có thể xem và theo dõi thông tin hệ thống một cách hiệu quả.
Bước 3: Theo dõi trạng thái hoạt động của các thiết bị trên Website thể hiện tại Hình
Khi hệ thống hoạt động bình thường, giao diện hiển thị giá trị chênh áp của khối thang (Pa) với các màu sắc khác nhau để người vận hành dễ dàng nhận biết Tuy nhiên, khi gặp sự cố, giao diện sẽ thay đổi và hiển thị hình ảnh cảnh báo như trong các hình 5.5, 5.6 và 5.7.
Hình 5.4: Giao diện trang “Monitoring” khi hệ thống hoạt động bình thường trên
Hình 5.5: Giao diện trang “Monitoring” cảnh báo khi có một đầu báo mất kết nối
Hình 5.6: Giao diện trang “Monitoring” cảnh báo khi có tín hiệu báo cháy ở tầng 2
Khi có sự cố cháy xảy ra, các đầu báo sẽ hiện thị trạng thái cảnh báo và chuông còi sẽ hoạt động như hình 5.6
Hình 5.7: Giao diện trang “Monitoring” khi nhấn nút “Emergency”
Khi kiểm tra CCTV là có sự cố cháy thật xảy ra, người vận hành sẽ nhấn nút
Trong trường hợp khẩn cấp, hệ thống sẽ kích hoạt cảnh báo cháy cho tòa nhà Lúc này, quạt (Fan) sẽ chuyển sang trạng thái "BẬT" để duy trì độ chênh áp trong thang bộ thoát hiểm ở mức yêu cầu, hiển thị bằng màu xanh Đồng thời, giá trị của cảm biến (Sensor) cũng sẽ được cập nhật trên trang web như hình 5.7.
Sau khi sự cố cháy được khắc phục, người vận hành cần nhấn nút “Emergency” và sau đó nhấn nút “Reset” để khôi phục hệ thống về trạng thái hoạt động bình thường.
Bước 4: Giám sát năng lượng điện năng của tòa nhà
Tại giao diện hình 5.8, người dùng có thể theo dõi thông số công tơ điện của từng tầng trong tòa nhà và biểu đồ lượng điện tiêu thụ Giao diện cũng hiển thị lượng điện năng tiêu thụ theo thời gian 7 ngày, 14 ngày, 28 ngày và 31 ngày, như thể hiện trong hình 5.9.
Hình 5.8: Giao diện trang “Energy Floor” giám sát năng lượng công tơ điện của từng tầng
Hình 5.9:Giao diện trang “Energy Active” giám sát điện năng tiêu thụ của từng tầng
TỔNG KẾT
Kết quả đạt được của đề tài
Trong nghiên cứu "Ứng dụng Gateway trong thiết kế hệ thống báo cháy của tòa nhà", nhóm nghiên cứu nhận thấy sự cần thiết của hệ thống quản lý tòa nhà để đáp ứng yêu cầu tự động hóa và linh hoạt Đầu tư vào hệ thống này là cần thiết để đảm bảo tiêu chuẩn vận hành và tối ưu hóa năng lượng Nhóm đã đề xuất các biện pháp dự phòng nhằm duy trì giám sát liên tục và không bị gián đoạn khi có sự cố Đề tài đã giải quyết các vấn đề đặt ra và hoàn thành sơ bộ đúng thời hạn.
Xác định cấu trúc và thiết bị của Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) là bước quan trọng để phát triển một hệ thống BMS hiệu quả, giúp giám sát báo cháy và điện năng Hệ thống này không chỉ đảm bảo an toàn cho tòa nhà mà còn tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động và tiết kiệm chi phí Việc triển khai BMS giám sát chặt chẽ các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và tình trạng điện năng sẽ giúp phát hiện sớm các nguy cơ cháy nổ, đồng thời quản lý năng lượng một cách thông minh và bền vững.
Đề tài này tập trung vào việc ứng dụng công nghệ IoT nhằm cải thiện hiệu suất và tính năng của hệ thống, đặc biệt trong việc trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị khác nhau.
Giám sát các thông số hoạt động của thiết bị như dòng điện, điện áp, tần số và tiêu thụ năng lượng được thực hiện thông qua dữ liệu đã được cấu hình tại Gateway IoT2050.
Giám sát trạng thái của đầu báo khói, đầu báo nhiệt và hệ thống quạt tăng áp trong thang bộ thoát hiểm là yếu tố quan trọng trong hệ thống báo cháy từ xa.
- Tạo chức năng liên kết giữa hệ thống báo cháy và hệ thống điện để bảo vệ chống cháy
- Tính toán và thiết kế hệ thống quạt tăng áp cho thang bộ thoát hiểm để đảm bảo đủ áp suất khi có dự cố cháy xảy ra
Phân tích việc sử dụng điện của tòa nhà thông qua biểu đồ năng lượng cho từng tầng giúp đánh giá nhu cầu năng lượng cụ thể của mỗi tầng Việc tổng hợp dữ liệu này không chỉ cung cấp cái nhìn rõ ràng về mức tiêu thụ năng lượng mà còn hỗ trợ trong việc tối ưu hóa hiệu quả sử dụng điện cho toàn bộ tòa nhà.
Thiết kế và lập trình hệ thống giám sát báo cháy và năng lượng cho tòa nhà trên nền tảng Web là một nhiệm vụ quan trọng, giúp nâng cao hiệu quả quản lý và bảo vệ an toàn Hệ thống này sử dụng cơ sở dữ liệu MySQL để lưu trữ và quản lý thông tin, đảm bảo tính chính xác và khả năng truy cập nhanh chóng Việc tích hợp công nghệ vào giám sát sẽ giúp phát hiện kịp thời các sự cố và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng trong tòa nhà.
- Sử dụng phần mềm Visual Studio Code để tạo giao diện và chương trình cập nhật dữ liệu tự động theo thời gian thực trên Website
- Sử dụng công cụ Node red để trao đổi dữ liệu giữa phần mềm của thiết bị và cơ sở dữ liệu
- Thiết kế phân quyền truy cập cho Website để bảo mật thông tin dữ liệu của tòa nhà Ưu nhược điểm của hệ thống Ưu điểm:
- Hệ thống quạt tăng áp duy trì ổn định áp suất trong khối thang trong trường hợp nhận tín hiệu khẩn cấp
- Website giám sát và điều khiển hệ thống báo cháy từ xa, đồng thời hỗ trợ lưu trữ trạng thái thiết bị trên CSDL MySQL
Hệ thống quản lý năng lượng là giải pháp hiệu quả giúp thu thập và phân tích dữ liệu điện năng một cách chính xác Thông qua việc hiển thị dữ liệu dưới dạng biểu đồ trực quan, hệ thống này cho phép người quản lý dễ dàng giám sát và theo dõi tình hình sử dụng điện năng Đồng thời, tính năng xuất báo cáo giúp lưu trữ dữ liệu lâu dài, hỗ trợ việc phân tích và đánh giá hiệu suất sử dụng năng lượng một cách toàn diện.
- Website phân quyền truy cập hệ thống để đảm bảo an toàn dữ liệu trong tòa nhà Nhược điểm:
- Tín hiệu truyền nhận giữa thiết bị và Website sẽ có thể bị trì hoãn do đường truyền Internet
Hướng phát triển của đề tài
Hiện nay, hệ thống chỉ giới hạn trong việc giám sát và điều khiển hệ thống báo cháy và năng lượng của tòa nhà Để nâng cao hiệu quả, cần mở rộng tích hợp bằng cách kết hợp hệ thống CCTV và thang máy Việc tích hợp này sẽ tạo ra một hệ thống phòng cháy chữa cháy toàn diện, cung cấp cảnh báo ngay tại camera khi phát hiện sự cố và thông tin vị trí để triển khai các giải pháp kịp thời.
In May 2023, the Fire Prevention and Fighting Police Department reported on the situation regarding fires and explosions, highlighting key incidents and safety measures taken The detailed information can be found in their press release dated June 8, 2023.
[2] Trường Đại học Xây dựng (2010) Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5687 : 2010 thông gió - điều hòa không khí tiêu chuẩn thiết kế Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng
Cục Cảnh sát phòng cháy, chữa cháy và cứu nạn, cứu hộ đã ban hành Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 5738:2021 về phòng cháy chữa cháy, quy định các yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống báo cháy Tiêu chuẩn này thuộc Tổng cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng, nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác phòng cháy và chữa cháy.
[4] Lê Quang Hùng (16-01-2023) Thông tư ban hành QCVN 06:2022/BXD quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về an toàn cháy cho nhà và công trình Bộ xây dựng
PHỤ LỤC A: BỘ ĐIỀU KHIỂN MODICON M172
Bộ điều khiển logic Modicon M172 bao gồm 28 I/O và có thể được trang bị màn hình, đầu ra rơle và đầu ra SSR, tùy thuộc vào kiểu máy
Hình A.1: Bộ điều khiển logic Modicon M172 TM172PBG28R
Bảng A.1: Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển logic Modicon M172
Kiểu sản phẩm Bộ điều khiển lập trình
Tổng số đầu vào/đầu ra 28
Số đầu vào/đầu ra
8 đầu vào kỹ thuật số
4 đầu ra kỹ thuật số Đầu ra tương tự Điện áp, phạm vi: 0 10 V Điện áp/dòng điện, phạm vi: 4 20 mA hoặc 0 10 V hoặc PWM (2 kHz) Đầu vào kỹ thuật số
Cổng CAN - hộp đấu dây dạng vít USB loại A - USB loại A đầu cái
1 USB type mini B - Cổng thiết bị USB Mini-B
2 RS485 - khối đầu cuối vít (Modbus nối tiếp liên kết hoặc BACnet MS/TP) 1
Ethernet - RJ45 (Modbus TCP và BACnet IP với máy chủ web)
Loại đầu vào tương tự
Đầu báo nhiệt độ NTC có dải trở kháng từ 0 đến 1500 hOhm và 0 đến 300 daOhm, với nhiệt độ hoạt động từ -50 đến 110 °C và độ phân giải 0,1 °C Ngoài ra, đầu báo NTC cũng có thể hoạt động trong dải nhiệt độ từ -40 đến 150 °C với điện áp 0 đến 10 V Đối với đầu báo nhiệt độ PTC, dải nhiệt độ từ -55 đến 150 °C cũng có độ phân giải 0,1 °C Hệ thống điện áp hoạt động ở mức 0 đến 5 V (tuyệt đối hoặc đo tỷ lệ) và đầu báo nhiệt độ PT 1000 có dải nhiệt độ từ 200 đến 850 °C, cũng với độ phân giải 0,1 °C.
Nguồn điện cảm biến 5V DC ở 50 mA do bộ điều khiển cung cấp
24V DC ở 150 mA do bộ điều khiển cung cấp Điện áp định mức 24 V +/- 10 % AC
20 38 V DC Công suất tiêu thụ tính bằng
W 15W ở 24 V AC/DC Đồng hồ thời gian thực Đồng hồ tích hợp ở -20…60 °C
1 đèn LED (đỏ) để lập trình
1 đèn LED (vàng) để lập trình
1 đèn LED (xanh lục) để lập trình
1 đèn LED (xanh lục) để báo nguồn
Trọng lượng sản phẩm 0,3kg
CE cURus Nhiệt độ không khí xung quanh để vận hành - 20…65 °C với giảm tải phù hợp với UL 60730-1
Nhiệt độ không khí xung quanh để bảo quản - 30…70°C Độ ẩm tương đối 5…95 % không ngưng tụ
Cấp độ bảo vệ IP IP20 Độ cao hoạt động 0 2000 m
Tính linh hoạt có thể mở rộng
Bộ điều khiển logic Modicon M172 cho phép kết nối đồng thời với nhiều hệ thống quản lý tòa nhà, mang lại khả năng điều khiển và truy cập từ xa một cách đơn giản và hiệu quả.
Tự động hóa trực quan với phần mềm EcoStruxure Machine Expert – HVAC
Hình A.2: Giao diện phần mềm EcoStruxure Machine Expert – HVAC
EcoStruxure Machine Expert – HVAC là phần mềm lập trình cho hệ thống tự động hóa sử dụng bộ điều khiển logic Modicon M171/M172, giúp đơn giản hóa quy trình thiết kế, lập trình và vận hành Phần mềm này áp dụng phương pháp kéo và thả dễ dàng để lập trình cấu hình, đi kèm với thư viện các khối chức năng ứng dụng (AFB) và các chức năng logic, mang lại hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa hệ thống HVAC.
EcoStruxure Machine Expert - HVAC sử dụng 5 ngôn ngữ ST, FBD, LAD, IL, SFC tuân thủ IEC 61131-3
Khả năng tương thích với kết nối
M172 được tối ưu hóa để phù hợp với nhiều hệ thống sử dụng nhiều giao thức khác nhau như:
Modbus RTU - ModbusTCP - BACnet MS/TP - BACnet /IP
Hỗ trợ ASCII cho Modem GSM - LAN - LonWorks (FFT-10)
Máy chủ web, Máy khách/Máy chủ FTP, Email, Quản lý proxy, danh sách trắng, SNTP
Các thiết bị SIMATIC IOT của Siemens mang đến giải pháp mạnh mẽ, nhỏ gọn và linh hoạt, tập trung vào môi trường Internet of Things (IoT) Trong khi đó, dòng sản phẩm IoT2050 được thiết kế phục vụ cho ngành công nghiệp, khác biệt so với Raspberry và OrangePi, vốn chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng thông thường như Smart.