thực tập tốt nghiệp thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho hệ điều hòa thông gió hvac ứng dụng trong phòng sạch phục vụ sản suất và thực phẩm

Nhờ sự chỉ dạy tận tình của quý thầy cô và các anh chị tại công ty, em đã học hỏi thêm được nhiều kinh nghiệm quý báu trong kỳ thực tập này.Lời cảm ơn đầu tiên em xin phép gửi đến ban lã

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Thiết kế hệ thống điều khiển giám

sát cho hệ điều hòa thông gió HVAC

ứng dụng trong phòng sạch phục vụ

sản suất và thực phẩm

NGUYỄN VĂN BÃO

bao.nv181339@sis.hust.edu.vn

Ngành Kỹ thuật điều khiển-tự động hóa

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thu Hà

HÀ NỘI, 7/20123

Lời cảm ơn

Sau ba tháng thực tập tại công ty Azbil là cơ hội giúp em tổng hợp và hệ thống hóa kiến thức đã học Ngoài ra, đây cũng là cơ hội giúp em kết nối những kiến thức lý thuyết sách vở với thực tế và nâng cao vốn kiến thức chuyên môn Tuy rằng thời gian thực tập không nhiều nhưng trong quá trình thực tập em đã học hỏithêm được nhiều điều, mở rộng tầm nhìn và tiếp thu được nhiều kiến thức thực tế

Trong quá trình thực tập, em nhận thấy việc cọ xát thực tế là điều quan trọng giúpsinh viên có thêm kinh nghiệm ngay từ thời điểm trên ghế nhà trường Nhờ sự chỉ dạy tận tình của quý thầy cô và các anh chị tại công ty, em đã học hỏi thêm được nhiều kinh nghiệm quý báu trong kỳ thực tập này

Lời cảm ơn đầu tiên em xin phép gửi đến ban lãnh đạo công ty Azbil cùng các anh chị tại phòng ban đã tiếp nhận, Em xin cảm ơn anh Võ Thanh Hải đã trực tiếp hỗ trợ và giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài, tạo điều kiện thuận lợi cho em khảo sát thực tế và nắm bắt kinh nghiệm bổ sung vào bài báo cáo

Tiếp theo, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu nhà trường, Em cảm ơn cô TS.Nguyễn Thu Hà đã tạo cơ hội cho em thực tập tại công ty Azbil và

nỗ lực giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý báu cho em trong những năm qua

Tóm tắt nội dung thực tập

Trong thời gian thực tập ở Azbil em được giao đề tài Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho hệ điều hòa thông gió HVAC ứng dụng trong phòng sạch phục vụ sản suất và thực phẩm Với đề tài trên các nội dung em đã làm trong thờigian thực tập là:

1 Tìm hiểu về giải pháp, dịch vụ và các sản phẩm của Azbill

2 Thiết kế hệ thống điều khiển điều hòa thông gió HVAC

3 Tìm hiều về hệ thống quản lí tòa nhà BMS và ứng dụng BMS vào HVAC

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ Azbill 1

1.1 Giới thiệu chung 1

1.2 Giải pháp và dịch vụ của Azbill 1

1.2.1 Dịch vụ của Azbill 1

1.2.2 Giải pháp 1

1.3 Sản phẩm của azbill 2

1.3.1 Tự động hóa tòa nhà 2

1.3.2 Tự động hóa công nghiệp 3

1.4 Các thiết bị 4

1.4.1 Van điều khiển 4

1.4.2 Cảm biến và công tắc hành trình 5

1.4.3 Thiết bị đo lưu lượng 6

1.4.4 Thiết bị đo mức và nhiệt độ 7

1.4.5 Thiết bị đo áp suất 8

1.4.6 Bộ điều khiển và lưu trữ 8

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG HVAC TRONG PHÒNG SẠCH 10

2.1 Tổng quan 10

2.2 Điều khiển nhiệt độ và độ ẩm 10

2.2.1 Tiêu chuẩn nhiệt độ và độ ẩm trong phòng sạch 10

2.2.2 Tại sao phải kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong phòng sạch 11

2.2.3 Sơ đồ điều khiển nhiệt độ, độ ẩm 11

2.3 Kiểm soát lưu lượng gió 12

2.3.1 Tại sao phải kiểm soát lưu lượng gió 12

2.3.2 Phương pháp kiểm soát lưu lượng gió 12

2.4 Điều khiển áp suất 13

2.4.1 Yêu cầu về áp suất trong phòng sạch 13

2.4.2 Phương pháp điều khiển áp suất 14

2.5 Kiểm soát các hạt trong không khí 15

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ BMS 16

3.1 Giới thiệu về BMS 16

3.2 Ứng dụng hệ thống BMS 16

3.3 Chức năng của hệ thống quản lý tòa nhà BMS 16

3.4 Cấu trúc hệ thống quản lý tòa nhà BMS 17

3.4.1 Cấp chấp hành 18

3.4.2 Cấp điều khiển 18

3.4.3 Cấp điều khiển giám sát 19

3.4.4 Cấp quản lý 19

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG BMS TRONG HVAC 20

4.1 Lợi ích của tích hợp BMS vào HVAC 20

4.2 Những thành phần HVAC tích hợp với BMS 20

4.3 Ứng dụng BMS vào HVAC 21

Kết luận 22

Tài liệu tham khảo 23

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Một số van điều khiển 4

Hình 1.2 Một số bộ điều khiển van positinoer 4

Hình 1.3 Một số phụ kiện van 5

Hình 1.4 Một số công tắc quang học 5

Hình 1.5 Một số cảm biến tiệm cận 5

Hình 1.6 Một số công tắc hành trình Hình 1.7 Đồng hồ đo lưu lượng điện từ Hình 1.8 M ột số đồng hồ đo lưu lượng loại vorte x Hình 1.9 Đồng hồ đo lưu lượng loại chênh áp Hình 1.10 Đồng hồ đo mức 7

Hình 1.11 Đồng hồ đo nhiệt độ 7

Hình 1.12 Đồng hồ đo áp suất 8

Hình 1.13 Đồng hồ do áp suất chênh áp 8

Hình 1.14 Một số bộ điều khiển 8

Hình 1.15 Bộ lưu trữ Hình 2.1 Sơ đồ điều khiển nhiệt độ, độ ẩm 12

Hình 2.2 Sơ đồ kiểm soát lưu lượng gió 13

Hình 2.3 Sơ đồ điều khiển áp suất 15

Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống bốn cấp của BMS 18

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ Azbill

Azbil Việt Nam Được thành lập vào tháng 6 năm 2008, công ty trách nhiệm hữu hạn Azbil Việt Nam là một công ty thành viên của Tập đoàn azbil (tập đoàn Yamatake trước đây) với lịch sử 100 năm hình thành và phát triển Có trụ sở chính đặt tại Hà Nội và chi nhánh tại Thành phố Hồ Chí Minh, Azbil Việt Nam cung cấp đa dạng dịch vụ kĩ thuật và các giải pháp Tự động hoá tòa nhà (Hệ thống điều khiển tự động HVAC; Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS); Tiết kiệm năng lượng) và Tự động hóa Công nghiệp (Hệ thống điều khiển nhà máy, Van điều khiển, Thiết bị trường, các dịch vụ Bảo trì, Kiểm tra thiết bị của nhà máy và các Giải pháp cải tiến khác)

Bằng công nghệ tiên tiến chuyên sâu và đội ngũ giàu kinh nghiệm, Azbill Việt Nam có thể đem lại lợi ích cho khách hàng nhằm vào công việc vận hành Tòa nhà hay Nhà máy Azbil Việt Nam có thể giúp bạn tối đa năng suất hoạt động, an toàn và thuận tiện trong khi giảm mức tiêu thụ năng lượng và chi phí vận hành

1.2 Giải pháp và dịch vụ của Azbill

1.2.1 Dịch vụ của Azbill

Azbil phát triển và sản xuất trong phạm vi rộng các sản phẩm tự động hóa tòa nhà Các sản phẩm và dịch vụ đi kèm được cung cấp thông qua các quy trình chuẩn được tích hợp, từ thiết kế đến bán hàng, dịch vụ kỹ thuật, thi công, bảo trì

và vận hành – quản lí

Azbil tham gia vào mọi giai đoạn trong vòng đời của tòa nhà

Từ góc nhìn của phát triển bền vững, Azbill hướng đến việc đạt được các giá trị dài lâu cho các tòa nhà thông qua dịch vụ bảo trì, cải tạo và các giải pháp năng lượng

Phòng ngừa bằng dịch vụ bảo trì sẽ tối đa hóa tuổi thọ của thiết bị & hệ thống+Duy trì hiệu suất bằng dịch vụ bảo dưỡng định kì (Bảo dưỡng phòng ngừa)+ Duy trì hiệu suất bằng dịch vụ bảo dưỡng một lần

+Duy trì hiệu suất tối thiểu bằng cách sửa chữa hệ thống trong trường hợpxảy ra lỗi (Bảo dưỡng sự cố)

Cải tạo để theo kịp yêu cầu, tiêu chuẩn ngày càng cao của con người về tính

an toàn, sự thoải mái, tiện lợi và tiết kiệm năng lượng

1.2.2 Giải pháp

Giải pháp năng lượng: Phân tích dữ liệu năng lượng của khách hàng và đề xuất các biện pháp tiết kiệm năng lượng Giải quyết vấn đề với các giải pháp năng lượng của Azbil

a Hệ thống quản lí năng lượng tòa nhà ( BEMS)

BEMS là một hệ thống hỗ trợ quản lý và điều khiển các thiết bị của tòa nhà đồng thời thực hiện tiết kiệm năng lượng và tăng sự thoải mái cho người sử dụng cùng lúc bằng cách sử dụng công nghệ thông tin hiện đại BEMS là một công cụ trực quan hóa việc tiêu thụ năng lượng của tòa nhà và hỗ trợ các hoạt động vận hành thiết bị thông minh hơn

Chức năng của BEMS: quản lý, điều khiển và đo lường

Giải pháp tổng thể: hoạt động PDCA kết hợp với BEMS

b Quản lí năng lượng

Quản lý năng lượng dựa trên việc “Tối ưu hóa chẩn đoán phát hiện lỗi của tòa nhà” được hỗ trợ thực hiện bởi hệ thống BEMS và được cung cấp cùng với dịch

vụ bảo trì hệ thống như một phần của “Dịch vụ quản lý năng lượng toàn diện”.Giải pháp năng lượng nâng cao, nhiều lựa chọn

+ Điều khiển biến thiên lưu lượng gió (VAV)

+ Điều khiển biến thiên lưu lượng nước (VWV)

+ Điều khiển biến thiên nhiệt độ (VWT)

+ Điều khiển thông gió theo lô đỗ xe

+ Điều khiển làm lạnh tự nhiên

+ Điều khiển tối thiểu lưu lượng gió tươi

+ Điều khiển biến tần AHU

+ Điều khiển nhiệt độ & độ ẩm không đổi

+Điều khiển nhu cầu năng lượng

+ Điều khiển nhu cầu năng lượng / hệ số công suất

1.3.1 Tự động hóa tòa nhà

Azbil cung cấp toàn bộ gói giải pháp-sản phẩm-dịch vụ để đáp ứng mọi nhu cầu với các loại cơ sở hạ tầng khác nhau từ hệ thống điều khiển HVAC đến hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) và giải pháp năng lượng

a Hệ thống quản lý toà nhà thế hệ savic-net™G5

Hệ thống quản lý toà nhà thế hệ savic-net™G5 thoả mãn được yêu cầu về sử dụng năng lượng hiệu quả, chi phí vận hành thấp, và kiến trúc hệ thống mở.Sản phẩm mang chất lượng Nhật bản, là câu trả lời cho thời đại công nghệ IoTĐặc điểm kĩ thuật

Hệ thống được cấu thành bởi thiết bị quản lý cấp cao (SVC), ổ lưu trữ

dữ liệu kết nối mạng (NAS), máy tính vận hành, thiết bị sơ cấp (bộ điều khiển phổ dụng DDC, bộ điều khiển nâng cao DDCA, và các thiết

bị thứ cấp (Bộ điều khiển FCU, VAV)

Số lượng điểm theo dõi lên đến 30,000 (tối đa kết nối 6 bộ SVC)

Hệ thống có dự phòng SVC (6 SVC chính và 6 SVC dự phòng)Giải pháp hệ thống quản lý toà nhà tích hợp (IBMS) với hệ thống quản

lý năng lượng (EMS)

Kiến trúc hệ thống mở cho phép tích hợp và chia sẻ dữ liệu của các thiết bị cơ sở mọi lúc

Kết quả là nâng cao tính năng quản lý theo dõi và giảm chi phí vậnhành

b Hệ thống quản lý toà nhà thế hệ savic-net™FX

Hệ thống quản lý toà nhà thế hệ savic-net FX là một hệ thống có độ linh hoạt TMcao, hỗ trợ giao thức truyền thông mạng mở, cho phép phối hợp các thành phần thiết bị cơ sở khác nhau của hệ thống để có thể đáp ứng các nhu cầu cụ thể của nhiều loại công trình

Hệ thống quản lý tòa nhà savic-net FX mini là hệ thống thu gọn đơn giản mà TMvẫn đủ đáp ứng những nhu cầu quản lý toà nhà

- BMS savic-netTMFX:

Hệ thống cấu thành bởi máy chủ quản lý tích hợp (MIS), máy chủ quản lý hệ thống (SMS), máy chủ lưu trữ dữ liệu (DSS), máy chủ lõi hệ thống (SCS), cho phép sử dụng máy tính cá nhân để điều khiển và giám sát hệ thống BMS như mộtthiết bị đầu cuối

Số lượng điểm theo dõi lên tới 30,000

Hệ thống có thể cung cấp tính năng dự phòng

Giải pháp hệ thống quản lý toà nhà tích hợp (IBMS) với hệ thống quản lý năng lượng (EMS)

- BMS savic-net FX mini:TM

Hệ thống cấu thành bởi bộ máy chủ lõi hệ thống mini (SCS mini) trong đó tích hợp sẵn các chức năng của hệ quản lý tòa nhà và chức năng quản lý năng lượng.

Số lượng điểm theo dõi tối đa 500 điểm

1.3.2 Tự động hóa công nghiệp

Hệ thống Điều khiển và Quản lí dành cho Nhà máy với khả năng cung cấp tùy biến theo yêu cầu của từng khách hàng được thực hiện bởi đội ngũ kĩ sư bản địa

Hỗ trợ quá trình PDCA trong vận hành nhà máy thông qua cung cấp Hệ thống Giám sát và Điều khiển Tự động hỗ trợ khách hàng đạt được sự vận hành an toàn, quản lí sản xuất hiệu quả và thu hoạch nhiều giá trị cộng thêm thông qua sự

ổn định và cải tiến

a Hệ thống điều khiển phân tán (DCS)DCS HCI (Giao diện lấy con người làm trung tâm)

Hệ thống Điều khiển Phân tán (DCS) của Azbil được thiết kế dựa trên khái niệm

“Tự động hóa lấy con người làm trung tâm”: Giao diện DCS giúp cho người vận hành tiếp cận và nắm bắt nhanh chóng mỗi sự kiện, sự thay đổi trong quá trình sản xuất qua đó hỗ trợ người vận hành đưa ra quyết định chính xác

b Hệ thống quản lý sản xuất (MES)Azbil có thể cung cấp giải pháp nhằm duy trì hiệu quả sản xuất cao:

Hệ thống truy xuất nguồn gốc (Traceability System)

Hệ thống ngăn ngừa rủi ro do thao tác lỗi

Hệ thống hỗ trợ và nâng cao hiệu quả vận hành thông qua thiết bị di động

Hệ thống Cảnh báo sớm theo thời gian thực

Là một phần mềm dự đoán được xu thế biến đổi của các biến hệ thống, liên tục theo dõi để đảm bảo các biến số này không bị lệch ra khỏi giá trị đặt

Hệ thống Cảnh báo sớm theo thời gian thực cung cấp khả năng giám sát các biến

hệ thống, dự đoán sự nhiễu loạn trong tương lai, và thể hiện trực quan xu hướng biến đổi qua đồ thị thời gian

1.4.1 Van điều khiển

Tư vấn lựa chọn van

Đề xuất giải pháp sử dụng vanCung cấp van điều khiểnLắp đặt & chạy thửHiệu chỉnh & khắc phục sự cốCung cấp phụ tùng thay thế

Hình 1.1 Một số van điều khiển

Hình 1.2 Một số bộ điều khiển van positinoer

Hình 1.3 Một số phụ kiện van

1.4.2 Cảm biến và công tắc hành trình

Azbill cung cấp dải sản phẩm phong phú các loại cảm biến và công tắc hành trình cho đa dạng nhu cầu của khách hàng như: công tắc quang học, cảm biến tiệm cận, công tắc hành trình và cảm biến động đất

Hình 1.4 Một số công tắc quang học

Hình 1.5 Một số cảm biến tiệm cận

Hình 1.6 Một số công tắc hành trình

1.4.3 Thiết bị đo lưu lượng

Azbill cung cấp đa dạng thiết bị đo lưu lượng (theo nhiều nguyên tắc đo lường khác nhau) nhằm thỏa mãn các nhu cầu cụ thể của khách hàng cũng như đảm bảo

dễ bảo dưỡng và phục vụ quá trình kiểm tra tiết kiệm năng lượng

Hình 1.7 Đồng hồ đo lưu lượng điện từ

Hình 1.8 Một số đồng hồ đo lưu lượng loại vorte x

Hình 1.9 Đồng hồ đo lưu lượng loại chênh áp

1.4.4 Thiết bị đo mức và nhiệt độ

Thiết bị đo mức được trang bị bộ vi xử lí tốc độ nhanh luôn đảm bảo duy trì hiệu quả quá trình sản xuất và độ ổn định cao

Cung cấp các loại thiết bị transmitter đo nhiệt độ, cảm biến nhiệt độ và độ ẩm luôn đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng từ kinh nghiệm thực tiễn phong phú của Azbil

Hình 1.10 Đồng hồ đo mức

Hình 1.11 Đồng hồ đo nhiệt độ

1.4.5 Thiết bị đo áp suất

Đồng hồ áp suất và chênh áp của Azbil có hiệu suất và chất lượng cao cùng với

độ chính xác, đồng thời được tích hợp các ứng dụng từ công nghệ mới nhất với

độ ổn định vượt trội đã được kiểm chứng qua thời gian

Hình 1.12 Đồng hồ đo áp suất

Hình 1.13 Đồng hồ do áp suất chênh áp

1.4.6 Bộ điều khiển và lưu trữ

Hình 1.14 Một số bộ điều khiển

Hình 1.15 Bộ lưu trữ

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG HVAC TRONG PHÒNG SẠCH

Tương tự với HVAC tiêu chuẩn, HVAC của phòng sạch kiểm soát nhiệt độ và

độ ẩm với các mức độ chính xác khác nhau để tạo ra một môi trường thoải mái Cùng với nó, HVAC trong phòng sạch khác biệt ở chỗ chúng tăng cường cung cấp không khí, luồng khí bằng các bộ lọc hiệu quả cao Việc tăng cường trao đổi không khí mang lại nhiều thay đổi không khí mỗi giờ bằng việc liên tục lọc không khí nhiều lần thông qua các bộ lọc HEPA Để so sánh, 1 hệ thống HVAC thông thường sẽ thay đổi từ 2 đến 4 lần không khí mỗi giờ, trong khí đó, không khí trong phòng sạch có thể thay đổi từ 15 đến 250 lần, thậm chí nhiều hơn

Thiết kế hệ thống HVAC phòng sạch đòi hỏi kiến thức về các quy định, hướngdẫn mức độ sạch, luồng không khí, áp suất phòng, kiểm soát nhiệt độ, kiểm soát

độ ẩm và tính toán các quy trình diễn ra bên trong Cùng với đó là kiến thức vềviệc bảo trì hệ thống HVAC sao cho chính xác và phù hợp nhất Vì để thiết kếmột hệ thống đã rất khó nếu không có kế hoạch bảo trì hệ thống một cách thườngxuyên và chính xác sẽ dẫn đến việc hỏng hóc không đạt được chất lượng nhưmong muốn

2.2.1 Tiêu chuẩn nhiệt độ và độ ẩm trong phòng sạch

Tiêu chuẩn nhiệt độ, độ ẩm trong phòng sạch cho chúng ta biết mức độ độ ẩm

và nhiệt độ mà phòng sạch cần tuân thủ như sau:

a Tiêu chuẩn độ ẩm trong phòng sạch

Các hướng dẫn chung về phòng sạch nêu rõ rằng mức Độ ẩm Tương đối (RH)trong phòng sạch nên duy trì trong khoảng 30 – 40% RH Thông thường, nhiệt độdưới 21 độ C (70 độ F) có dải +/- 2% RH Mặc dù phòng sạch có hệ thống điều

áp, bạn vẫn cần phải cẩn thận hơn để đảm bảo rằng mức độ ẩm trong phòng sạch không dao động

Độ ẩm cao có thể gây ra một loạt các vấn đề trong phòng sạch, chẳng hạn như

sự phát triển của vi khuẩn, xuống cấp/hư hỏng sản phẩm, ăn mòn và tĩnh điện Tĩnh điện trực tiếp can thiệp vào chuyển động của các hạt bên trong phòng sạch,

có thể gây ra các vấn đề sản xuất nghiêm trọng Độ ẩm cao có thể làm cho dung môi bay hơi và nước làm mát và ngưng tụ hơi ẩm Do đó, ảnh hưởng đến cả kiểmsoát quá trình và chất lượng

Trong môi trường dược phẩm, độ ẩm cao trong phòng sạch có thể dẫn đến việcviên nén bị vón cục do bột không nhất quán Thêm vào đó, độ ẩm liên tục dao động khiến nhân viên phòng sạch cảm thấy khó chịu Những vấn đề này có thể dẫn đến những sai lầm tốn kém, sản phẩm chất lượng thấp và thậm chí có thể gây

ra sự chậm trễ nghiêm trọng trong sản xuất

b Tiêu chuẩn nhiệt độ cho phòng sạch

Nói chung về tiêu chuẩn, nhiệt độ của phòng sạch phải là 21 độ C hoặc 69,8 độ

F và chỉ được giao động cho phép trong vòng 2 độ C Giống như mức độ ẩm,