hệ thống điều khiển và giám sát tòa nhà qua máy tính

Toàn bộ bảng biểu, sơ đồ nguyên lýcủa hệ thống, mặt bằng bố trí thiết bị, thông số kỹ thuật, trạng thái hoạt động của thiết bị trong hệ thống điều hòa thông khí được thể hiện trên màn hì

Chương 1

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

TÒA NHÀ QUA MÁY TÍNH

1.1/ Tổng quan về hệ thống quản lý tòa nhà BMS:

1.1.1/ Khái niệm về hệ thống quản lý tòa nhà BMS:

Cùng với sự phát triển công nghiệp hoá, hiện đại đất nước các toà nhà cao tầng,các công trình kiến trúc đồ sộ mọc lên ngày càng nhiều đặt ra cho việc quản lý hết sứckhó khăn, vì vậy việc sử dụng hệ thống quản lý tòa nhà BMS là giải pháp tối ưu

BMS (Building Management System) là hệ thống điều khiển và giám sát hoạt

động của toà nhà qua máy tính và là một công cụ quản lý hiện đại, an toàn và kinh tế,cho phép tích hợp, quản lý và theo dõi toàn bộ hoạt động của các thiết bị điện, cơ trongtòa nhà như hệ thống điều hòa, hệ thống báo cháy, hệ thống an ninh, hệ thống cứu hỏa,

hệ thống giám sát…

Mục tiêu của BMS là tập trung hóa và đơn giản hóa việc giám sát, vận hành và

quản lý tòa nhà BMS cho phép nâng cao hiệu suất của tòa nhà bằng cách giảm chi phínhân công, chi phí năng lượng và cung cấp môi trường làm việc thoải mái và an toàncho con người

1.1.2/ Chức năng và nhiệm vụ của BMS:

 Điều khiển và giám sát cho các hệ thống điện/cơ trong tòa nhà nhằm đảm bảoquá trình vận hành của các hệ thống này một cách tối ưu và hiệu quả

 Phối hợp hoạt động của các hệ thống điện/cơ trong tòa nhà để đáp ứng tốt nhấtcác yêu cầu về mức độ sử dụng, đảm bảo an ninh, an toàn và tiện nghi, thoải mái chocon người trong tòa nhà

 Tạo ra công cụ giao tiếp Người/Máy cho các nhân viên vận hành tòa nhà để họ

có thể vận hành các hệ thống điện cơ trong tòa nhà một cách an toàn, chính xác vàhiệu quả

 Thống kê các số liệu về tình trạng hoạt động, thông số kỹ thuật của các hệthống điện/cơ trong tòa nhà dưới dạng các báo cáo, cơ sở dữ liệu… giúp cho việc vậnhành tòa nhà của các kỹ sư vận hành tối ưu

 Tự động phát hiện sớm các sự cố, đưa ra các cảnh báo nhanh chóng, chính xácnhất đến người vận hành để nhanh chóng sửa chữa, khắc phục, tránh các tai nạn đángtiếc ảnh hưởng trực tiếp đến con người trong tòa nhà.

 Tạo ra một môi trường làm việc thân thiện, thoải mái nhất cho con người thamgia hoạt động trong tòa nhà, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, làm việc

1.1.3/ Các hệ thống được BMS quản lý:

 Hệ thống điều hòa trung tâm (ĐHTT): quản lý hoạt động toàn bộ hệ thống điềuhòa thông khí của tòa nhà từ trung tâm điều khiển Toàn bộ bảng biểu, sơ đồ nguyên lýcủa hệ thống, mặt bằng bố trí thiết bị, thông số kỹ thuật, trạng thái hoạt động của thiết

bị trong hệ thống điều hòa thông khí được thể hiện trên màn hình máy tính giám sáttrung tâm cho phép giám sát và điều khiển một cách trực quan

 Hệ thống an ninh bao gồm:

 Hệ thống camera giám sát an ninh: cho phép giám sát, lưu trữ hình ảnh

và điều khiển các camera từ máy chủ của hệ thống BMS

 Hệ thống kiểm soát vào ra: giám sát hoạt động vào ra tại các cửa, ra lệnhđóng cửa hoặc mở cửa trong tình huống khẩn cấp từ máy chủ của hệ thốngBMS

 Hệ thống truyền thanh nội bộ: đưa ra các cảnh báo tự động khi có sự cố hoặckhi cần phát các đoạn tin trên toàn hệ thống

 Hệ thống báo cháy tự động: giám sát và phát tín hiệu cảnh báo trên máy chủ hệthống BMS khi có sự cố cháy nổ, đồng thời phát tín hiệu cảnh báo trên hệ thống truyềnthanh nội bộ PA, điều khiển liên động với hệ thống điều hòa thông khí hạn chế cháylan truyền, cắt điện hệ thống điện nguồn và hệ thống điện chiếu sáng, điều khiển thangmáy đảm bảo an toàn và thoát hiểm cứu nạn

 Hệ thống mạng điện thoại

 Hệ thống quản lý thang máy, quản lý năng lượng, hệ thống truyền hình

Toàn bộ hệ thống cấp dưới mà BMS quản lý sẽ được điều khiển, cài đặt hoạtđộng theo các điều kiện mà người vận hành mong muốn, điều khiển nhờ vào phầnmềm và giao diện với máy tính, thông qua đó, hệ thống BMS sẽ thông báo đến ngườivận hành tình trạng hoạt động của các hệ thống cấp dưới, báo khi có sự cố ra màn hình

của trạm vận hành và các máy in, đồng thời chuyển các tín hiệu mà người vận hànhmong muốn thay đổi trong quá trình làm việc xuống các hệ thống cấp dưới.

Để nhận được và truyền được các tín hiệu từ BMS đến các hệ thống cấp dưới vàngược lại, hệ thống BMS yêu cầu các hệ thống cấp dưới phải có nền OPC (OLE forProcess Control), mỗi hệ thống cấp dưới có một định dạng dữ liệu riêng theo cácchuẩn truyền thông khác nhau, rồi thông qua mạng ethernet, BMS lấy thông tin từOPC của các hệ thống cấp dưới

Ở trong đồ án ta chỉ nghiên cứu một thành phần nhỏ trong toàn bộ hệ thống doBMS quản lý, đó là hệ thống điều hòa trung tâm, do đó ta sẽ đi cụ thể vào việc thiết kế

hệ điều khiển và giám sát bằng máy tính cho hệ thống điều hòa trung tâm của tòa nhà

Có thể biểu diễn hệ thống BMS của tòa nhà bằng một tam giác 3 bậc (hình 1.1)

Hình 1.1: Các cấp hoạt động trong hệ thống BMS

Cấp 1 là cấp thấp nhất của hệ thống, là cấp của các thiết bị hiện trường như cáccảm biến, cơ cấu chấp hành, việc truyền tín hiệu trong cấp này và từ các thiết bị củacấp này lên cấp trên được thực hiện bằng tín hiệu điện, để truyền các tín hiệu này tadùng các dây điện bình thường

Cấp 2 là cấp trung gian, trong đó các bộ điều khiển trực tiếp số DDC (DirectDigital Controller), mà cụ thể ở trong đồ án là các thiết bị điều khiển trường FX, nó đượcnối với nhau thông qua cáp mạng, theo chuẩn truyền vật lý RS-485 và giao thức N2

Cấp 3 là cấp cao nhất trong hệ thống, là máy tính điều khiển trung tâm, cácDDC ở cấp dưới nối đến máy tính theo mạng ethernet và theo giao thức BACnet Khikết nối từ các DDC đến máy tính ở cấp thứ 3 cần nối thông qua một thiết bị Gateway

3

2

1

(nối từ mạng cấp thấp theo chuẩn truyền RS-485 lên mạng cấp cao theo chuẩn truyềnerthernet), thực tế là thiết bị N30.

Như vậy, BMS chính là hệ thống máy tính đứng một mình, có thể tính toánthiết lập lại các yêu cầu của tòa nhà và điều khiển các thiết bị để thỏa mãn các yêu cầu

đó Đầu vào của nó là các tín hiệu của cảm biến và đầu ra là các tín hiệu on/off, tínhiệu điều khiển trơn để nối tới các trạm đầu cuối trong tòa nhà Việc lập trình bêntrong các trạm đầu cuối sử dụng những thông tin này để quyết định mức độ điều khiển.Các trạm đầu cuối được liên kết với nhau và thông tin có thể được truyền qua từ mộttrạm này tới các trạm khác trong hệ thống Có thêm modem cũng được nối tới hệthống cho phép truy cập từ xa bằng internet

Mức độ điều khiển của BMS phụ thuộc vào thông tin nhận được từ các cảmbiến, các lệnh điều khiển của người giám sát vận hành, và theo cách đã lập trình đểphản ứng với thông tin đó Thêm nữa, đưa ra mức độ chính xác của việc điều khiển tớiđiều kiện môi trường, nó có thể tạo các cảnh báo khi điều kiện không thỏa mãn yêucầu kỹ thuật hoặc cảnh báo riêng cho các thiết bị hư hỏng

1.2 Giới thiệu về các thiết bị trong hệ thống điều khiển và giám sát:

1.2.1/ Thiết bị điều khiển trường FX16:

Bộ điều khiển FX16 là thiết bị điều khiển trường, được thiết kế chuyên dụngcho các ứng dụng trong hệ thống HVAC

Hình 1.2: Thiết bị điều khiển trường FX16.

a/ Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển FX16: (hình 1.3)

Nguồn cấp cho bộ điều khiển FX16 là nguồn 24VAC đưa vào chân 92 và 93trên bề mặt bộ điều khiển

Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển FX16

b/ Các đầu ra, đầu vào của FX16 gồm có:

6 đầu vào tương tự (AIs):

Hình 1.4: Các đầu vào tương tự của bộ FX16

Các đầu vào có thể nhận một dải rộng các tín hiệu như tín hiệu điện áp, tín hiệudòng điện và điện trở Việc kết nối các tín hiệu khác nhau đó được thiêt lập bằng cácjumper trên mỗi đầu vào tương tự Nếu tín hiệu đầu vào là tín hiệu dòng (0-20/420mA) thì jumper để ở vị trí đóng, nếu là tín hiệu điện trở hay điện áp (0-10/2-10V)thì jumper để ở vị trí mở

8 đầu vào số (DIs):

Có thể dùng điện áp 24V AC hoặc DC để cấp nguồn cho các đầu vào số (đưa vàocực 34 và 35), nếu sử dụng điện áp một chiều thì phải đảm bảo nguồn cấp cho các đầuvào số được cách ly với nguồn cấp cho bộ điều khiển FX16 Nếu sử dụng điện áp xoaychiều thì có thể dùng nguồn chung hoặc riêng với nguồn cấp cho bộ điều khiển FX16

4 đầu ra tương tự (AOs):

Cho tín hiệu 0-10V, 1.5A Mỗi đầu ra tương tự cho giá trị 0 nếu yêu cầu là 0%

và 10V nếu yêu cầu là 100% Có thể dùng nguồn áp 24VAC để cấp nguồn cho 4 đầu

ra tương tự, có thể dùng nguồn chung hoặc riêng với nguồn cấp cho cả bộ điều khiểnFX16 Các đầu ra này có thể được nối với các cơ cấu chấp hành tỷ lệ

c/ Chi tiết về việc kết nối giữa FX16 với các thiết bị khác:

 Kết nối với các thiết bị slave:

Bộ điều khiển FX16 có thể kết nối tối đa với 16 thiết bị slave, bộ điều khiểnFX16 nối với thiết bị slave thông qua chân cắm JP1 (hình 1.6), muốn nối với nhaudưới dạng Master-Slave cần phải có cạc truyền thông RS-485 N2 Open cắm vào vịtrí JP1 Việc truyền thông giữa Master và Slave theo chuẩn truyền dẫn RS-485, theogiao thức N2

Hình 1.6: Sơ đồ kết nối giữa FX16 và các thiết bị Slave

Mỗi Slave cần phải được đặt một địa chỉ tương ứng trên đường bus N2, việcđánh địa chỉ có thể thiết lập trên phần cứng hoặc trên phần mềm.

Khoảng cách tối đa giữa 2 thiết bị là 1200m, nếu muốn nối với khoảng cách dàihơn cần dùng các bộ Repeater (RP-9100-810x) Mỗi bộ Repeater tham gia trong mạngkhông có một địa chỉ riêng, tuy nhiên nó vẫn chiếm 1 địa chỉ ô nhớ trong số các trạmtham gia Chỉ có thể nối trên một đường mạng nhánh tối đa 2 Repeater Trên mạngtruyền thông không nên lắp đặt quá nhiều Repeater, nếu muốn truyền với khoảng cáchlớn và tốc độ cao thì nên dùng cáp quang

Để triệt tiêu nhiễu do tín hiệu phản xạ ở các trạm tham gia trên mạng, người tanối các điện trở 220 ở đầu cuối của các trạm

 Kết nối với các module mở rộng:

Để tăng số đầu ra và đầu vào cho các bộ điều khiển trường FX có thể nối thêmcác module mở rộng vào cổng J1 trên bề mặt của bộ FX16

Mỗi bộ FX16 có thể nối tối đa với 4 module XT-9100 Module XT-9100 cungcấp giao diện truyền thông, sau XT có thể nối thêm 1 hoặc 2 module XP cung cấp cácđầu vào và đầu ra Ứng dụng điều khiển sẽ được download vào bộ điều khiển MasterFX16 sau đó tín hiệu sẽ tự lấy về từ các chân vào ra của module XT tương ứng

Mỗi module XT cần phải được đặt một địa chỉ tương ứng trên đường bus N2Các module XP được sử dụng là XP9102-06 Mỗi module XT-9100 có thể cótối đa 16 đầu vào/ đầu ra, 8 trong số đó phải là tương tự:

XP-9102: 6 đầu vào tương tự, 2 đầu ra tương tự

XP-9103: 8 đầu ra số

XP-9104: 4 đầu vào số và 4 đầu ra số

XP-9105: 8 đầu vào số

XP-9106: 4 đầu ra số

Việc lắp đặt các module mở rộng theo dạng: XT-XP1-XP2:

 Các module XP cung cấp đầu ra/ đầu vào tương tự phải được đặt ở vịtrí XP1

 2 module XP-9106 đặt cạnh nhau được xem như 1 module đặt ở vị tríXP1 hoặc XP2

Khoảng cách tối đa giữa 2 module XT là 1200m, nếu muốn nối với khoảngcách dài hơn cần dùng các bộ Repeater ( RP-9100-810x)

Để triệt tiêu nhiễu do tín hiệu phản xạ ở các trạm tham gia trên mạng, người tanối các điện trở 220 ở đầu cuối của các trạm

 Kết nối tới máy tính:

Việc kết nối tới máy tính để download các ứng dụng từ máy tính tới thiết bị

FX hoặc upload từ thiết bị về máy tính được thực hiện thông qua cổng JP2 trên bềmặt của bộ FX16

Việc kết nối này có thể thực hiện qua cáp mà không cần dùng đến modemnhư hình 1.7, nối trực tiếp thông qua bằng cách gắn card RS-232C vào cổng JP2rồi nối trực tiếp với máy tính (cáp dài tối đa là 15m), hoặc có thể được thực hi ệnthông qua bộ chuyển đổi RS-232C/RS-485 như hình 1.8 (có thể nối với khoảngcách tới 1200m)

Hình 1.7: Kết nối trực tiếp FX 16 với máy tính

Cổng JP2 cũng được dùng để kết nối mạng không dây từ xa thông qua modem,

có 2 loại modem: standard land-line modem và GSM modem

Hình1.8: Kết nối qua bộ chuyển đổi RS-232/485

Ngoài ra, việc download và upload ứng dụng từ FX và máy tính có thể đượcthực hiện thông qua thiết bị Programming Key, cụ thể là upload ứng dụng từ máy tínhhoặc một bộ FX16 đã được lập trình tới thiết bị Programming Key rồi download ứngdụng đó tới các thiết bị điều khiển FX16 khác Để kết nối giữa Programming Key tớimột bộ FX16 chỉ cần cắm trực tiếp vào cổng JP2, để kết nối giữa Programming Keyvới máy tính cần nối qua bộ chuyển đổi RS-485/RS-232

 Kết nối tới các thiết bị hiển thị:

Một thiết bị điều khiển FX16 có thể có tối đa 2 bộ hiển thị (một bộ có trongFX16 và một bộ từ xa hoặc 2 bộ từ xa - kết nối với màn hình hiển thị từ xa thôngqua cổng J2)

1.2.2/ Các thiết bị điều khiển slave của FX16:

a/ Thiết bị đ iều khiển FX15:

Các chân vào ra của FX15: có 27 chân vào ra vật lí có thể được kết nối với

FX15 trong đó bao gồm:

 6 chân vào tương tự: tín hiệu vào ở dạng tích cực hoặc thụ động được thiết lậpbằng phần mềm

 8 chân vào số

 4 đầu ra số: tín hiệu điện áp 0-10V

 9 đầu ra số trong đó có loại gồm 4 đầu rơle (250 VAC, 8A) và 5 rơle (250VAC, 5A) hoặc gồm 4 đầu rơle (250 VAC, 8A) và 5 triacs (24 VAC, 0,5A)

Có thể mở rộng lên tới 64 chân vào ra bằng cách kết nối FX15 với các Module

Lựa chọn màn hiển thị cho người sử dụng

Ta có thể quan sát và điêù chỉnh hoạt động qua màn hiển thị Có 2 loại mànhiển thị: loại lớn và loại trung bình

 Loại màn trung bình: bao gồm màn hiển thị LCD (4X20) và 10 đèn LED và 6nút ấn điều khiển

 Loại lớn: bao gồm màn hiển thị LCD (4X20) và 66 đèn LED hiển thị trạng thái

và 28 nút ấn điều khiển

b/ Thiết bị điều khiển FX07:

Cấu tạo:

Nguồn cung cấp cho thiết bị có thể lựa chọn từ 90-240 VAC

Thiết bị bao gồm 17 chân vào ra vật lí:

+) 4 đầu vào tương tự+) 5 đầu vào số +) 6 đầu ra số

+) 2 đầu ra tương tự (0-10VDC)FX07 có hai loại: loại có gắn màn hình hiển thị, và loại không gắn màn hìnhhiển thị

Màn hình LCD gồm 2 cột có cả loại hiển thị chữ và số, màu nền là màu xanhhoặc đỏ.

Có thể hiện các biểu tượng: máy nén, cảnh báo, áp suất cao, áp suất thấp, nhiệtnóng, nhiệt lạnh, nhiệt độ đóng băng, và biểu tượng nhiệt độ thiết bị điện

Có 4 nút ấn điều khiển cho người sử dụng

Có các menu hướng dẫn người sử dụng

Có các loại cấu hình được đưa ra bởi người thiết kế ứng dụng như:

Loại không có màn hình LCD giám sát:

+) Hiển thị trạng thái thông tin+) Hiển thị và chỉnh sửa các tham biến+) Màu nền màu đỏ khi có hiện tượng cảnh báo

Loại có màn hình LCD giám sát từ xa:

+) Có thể kéo cách xa FX khoảng cách 300m +) Kích cỡ màn hình 4X26 nền màu xanh

+) Có 6 nút ấn điều khiển và 10 đèn LED hiển thị trạng tháị+) Thiết bị kết nối mạng truyền thông qua chuẩn truyền thông N2, Lonhoặc BACnet

c/ Thiết bị điều khiển FX06:

Nguồn cho thiết bị là 24VAC

Không dùng chuẩn truyền thông BACnet

FX06 có hai loại: loại có gắn màn hình hiển thị và loại không gắn màn hìnhhiển thị

Màn hình LCD gồm 2 cột có cả loại hiển thị chữ và số, màu nền là màu xanhhoặc đỏ

Có thể hiện các biểu tượng: máy nén, cảnh báo, áp suất cao, áp suất thấp, nhiệtnóng, nhiệt lạnh, nhiệt độ đóng băng, và biểu tượng nhiệt độ thiết bị điện

Có 4 nút ấn điều khiển cho người sử dụng

Có các menu hướng dẫn người sử dụng

Có các loại cấu hình được đưa ra bởi người thiết kế ứng dụng như

+) Hiển thị trạng thái thông tin+) Hiển thị và chỉnh sửa các tham biến

+) Màu nền màu đỏ khi có hiện tượng cảnh báo

d Thiết bị điều khiển FX14:

Dùng nguồn cho thiết bị 24VAC

Gồm 29 chân vào ra

+) 6 chân vào tương tự+) 12 chân vào số+) 9 chân ra số+) 2 chân ra tương tự (0-10VDC)FX14 có hai loại: loại có gắn màn hình hiển thị và loại không gắn màn hìnhhiển thị

Màn hình LCD gồm 2 cột có cả loại hiển thị chữ và số, màu nền là màu xanhhoặc đỏ

Có thể hiện các biểu tượng: cảnh báo, áp suất cao, áp suất thấp, nhiệt nóng,nhiệt lạnh, nhiệt độ đóng băng, và biểu tượng nhiệt độ thiết bị điện

Có 4 nút ấn điều khiển cho người sử dụng

Có các menu hướng dẫn người sử dụng

Có các loại cấu hình được đưa ra bởi người thiết kế ứng dụng như:

+) Hiển thị trạng thái thông tin+) Hiển thị và chỉnh sửa các tham biến+) Màu nền màu đỏ khi có hiện tượng cảnh báo

1.2.3/ Gói phần mềm FX Tools:

FX Tools là gói phần mềm được cài đặt trên nền Windows, dùng để quản lý

và lập trình cho các bộ điều khiển trường FX dùng cho các ứng dụng hệ thống điềuhòa thông gió

Gói phần mềm FX Tools bao gồm các phần:

+) FX Builder+) FX Builder Express+) FX CommPro N2+) FX CommPro LON+) FX Loader

a/ FX Builder:

FX Builder là một module của gói phần mềm FX Tool Pro, được sử dụng để tạo

ra các chương trình ứng dụng cho các bộ điều khiển hệ thống điều hòa thông gió Phầnmềm FX Builder cung cấp cho người sử dụng môi trường lập trình đồ họa và rất nhiềuđặc tính giúp tạo chương trình nhanh và chính xác

FX Builder bao gồm một tập các khối hàm tiêu chuẩn và đối tượng điều khiển

mà người sử dụng có thể dùng riêng hoặc nhóm lại thành một nhóm đối tượng và cóthể sử dụng lại trong các ứng dụng khác

FX Builder cung cấp cho người sử dụng tất cả các công cụ cần thiết để xác định

và định dạng thiết bị đích và các đầu vào và đầu ra của nó, tạo thuật toán điều khiển,thiết lập mạng giữa các thiết bị, mô phỏng hoạt động của ứng dụng đã tạo ra

Màn hình chính dùng cho việc lập trình trong FX Builder trên hình 1.9

Hình 1.9: Màn hình chính của FX Builder

Tạo ra một ứng dụng trên màn hình đồ họa bằng cách tạo và nối các đối tượng

có sẵn trong cơ sở dữ liệu của bộ điều khiển

Một đối tượng ứng dụng có thể hiểu là một khối hàm bao gồm các đầu vào vàđầu ra, thông qua việc kết nối các đầu vào và đầu ra đó ta có thể chia sẻ dữ liệu với cácđối tượng điều khiển khác Một đối tượng ứng dụng có những thuộc tính (Attributes)

là những giá trị tĩnh, chỉ có thể đặt trong thời gian thiết kế Những thuộc tính có thểđược sử dụng để định ra hành động cho đối tượng như những giá trị sao chép trongtrường hợp giá trị đầu ra bị sai lệch hoặc không ổn định

Thuật toán điều khiển là hàm chức năng mà bộ điều khiển sẽ thực hiện Mỗithiết bị thi hành thuật toán điều khiển riêng của mình Tạo ra thuật toán điều khiểnứng dụng bằng cách chọn ra các đối tượng ứng dụng có sẵn, cấu hình cho chúng vànối chúng lại với nhau

FX Builder cho phép phát triển 3 loại ứng dụng: ứng dụng đơn (stand-aloneapplication), ứng dụng phân tán (distributed application) và ứng dụng mạng (networkapplication):

 Ứng dụng đơn là chiến lược điều khiển chỉ cho một bộ điều khiển FX riêngbiệt Nếu cần thiết, người sử dụng có thể thiết lập mạng truyền thông để các ứng dụngđơn nằm dưới sự quản lý của một hệ thống giám sát

 Ứng dụng phân tán là chiến lược điều khiển cho phép nhiều bộ điều khiển FXhoạt động cùng nhau hình thành một hệ thống điều khiển duy nhất Bộ điều khiểnmaster sẽ thực hiện việc truyền thông với các thiết bị slave theo cách hiệu quả nhất đểduy trì hiệu suất của toàn hệ thống

Hình 1.10: Ứng dụng phân tán

Ta sử dụng ứng dụng phân tán để điều khiển cùng lúc một thiết bị trung tâm vàcác thiết bị từ xa mà nó quản lý Ví dụ như ứng dụng ứng dụng phân tán cho một bộFX16 điều khiển một AHU và một số bộ FX05 điều khiển các FCU.

Ứng dụng phân tán được download trực tiếp vào bộ điều khiển master (FX16)

và sau đó các phần có liên quan sẽ được bộ master tải dữ liệu sau lần đầu tiên bật điện.Mỗi thiết bị slave làm việc một cách độc lập và đưa thông tin của bản thân nó lênmạng bằng các dữ liệu mạng Thiết bị master sẽ thu thập và xử lý các biến trong toànmạng để đồng bộ hóa toàn bộ hệ thống vận hành cho phù hợp

 Ứng dụng mạng: là chiến lược điều khiển được quản lý bởi một thiết bị master,giám sát toàn bộ mạng thiết bị điều khiển nối với đường Bus truyền thông nội bộ củatừng bộ điều khiển Việc truyền thông giữa các bộ điều khiển được xác định bởi cổngGateway Bộ điều khiển master sẽ thực hiện việc truyền thông với các thiết bị slavetheo cách hiệu quả nhất để duy trì hiệu suất của toàn hệ thống

Hình 1.11: Ứng dụng mạng

Đây là giải pháp lý tưởng cho việc giám sát và điều khiển hệ thống ĐHTT Domỗi thiết bị làm việc độc lập và đưa thông tin của mình lên mạng thông qua dữ liệumạng, do đó thiết bị nào cũng cần phải được cài đặt card truyền thông N2 Open.

FX Builder bao gồm đặc tính mô phỏng ứng dụng, gọi là chương trình FXsimulator Chương trình này tái tạo lại sự hoạt động của các đầu vào, đầu ra của cácthiết bị trong hệ thống chạy mô phỏng ứng dụng trên máy tính trước khi tải dữ liệuvào từng thiết bị

Ngoài FX Builder, trong gói phần mềm FX Tool Pro còn có FX BuilderExpress, là một phiên bản được đơn giản hóa và dễ sử dụng hơn FX Builder, chophép lựa chọn ứng dụng từ thư viện các ứng dụng tiêu chuẩn cho thiết bị điều khiểntrường FX và định cấu hình cho ứng dụng đó, đồng thời có thể thiết lập ứng dụngdạng đồ họa để quan sát trực quan việc định cấu hình đó Thư viện các ứng dụngtiêu chuẩn này bao gồm các ứng dụng phổ biến nhất trong hệ thống điều hòa thônggió như AHU, chiller

b/ FX Compro N2:

FX Commpro N2 là một module của gói phần mềm FX Tool Pro, cho phép việcchạy thử nghiệm trực tuyến, có nghĩa là các quá trình nhằm mục đích đảm bảo cho ứngdụng điều khiển vận hành đúng qui trình dự định FX Compro N2 cũng cho phépngười sử dụng kiểm tra ứng dụng điều khiển

FX Compro N2 cho phép:

 đọc trạng thái của thiết bị

 download ứng dụng mới lên thiết bị điều khiển trường FX

 upload ứng dụng điều khiển

 thay đổi các thông số

 đọc dữ liệu của thiết bị

Với FX Compro N2, bạn cũng có thể định dạng và điều chỉnh các thông số theochế độ trực tuyến thông qua một giao diện người dùng trực quan

Để giao tiếp với FX Compro N2, thiết bị điều khiển phải được cài đặt cardtruyền thông N2 Open

Cửa sổ làm việc của FX Compro N2 trên hình 1.12.

Hình 1.12: Cửa sổ làm việc của FX Compro N2

Trong đó, ta thấy có 4 cửa sổ chính: phía trên bên trái là cửa sổ để hiển thị cácthiết bị trên mạng N2, bao gồm kiểu thiết bị và địa chỉ Phía trên bên phải là cửa sổcung cấp chi tiết về thiết bị N2 được lựa chọn Phía dưới bên trái là cửa sổ liệt kê cácđiểm thiết bị N2 có thể giám sát và điều chỉnh được Phía dưới bên phải là cửa sổ đểhiển thị thông tin của nhiều điểm thiết bị đồng thời

c/ FX Loader:

FX Loader là một tiện ích đơn giản và dễ sử dụng được dùng để download phầnmềm phiên bản của thiết bị điều khiển, vận hành hệ thống phần cứng và việc truyềnthông vào bộ điều khiển FX Việc download này được thực hiện trên giao thức N2hoặc LONWorks, tương ứng bộ điều khiển cần phải được cài card truyền thôngN2Open hoặc LONWorks

Khi sử dụng FX Loader, giao diện đồ họa sẽ giúp người sử dụng lựa chọn dễdàng bộ điều khiển, phần mềm hoặc phần cứng dùng để download

3.2.4/ Phần mềm M3i:

M3i, hay M3 Workstation, là một gói phần mềm cho phép người sử dụng giámsát, điều khiển và phân tích hoạt động của hệ thống BMS, bao gồm hệ thống ĐHTT

Bộ phần mềm này bao gồm:

 M3HCI (M3 Human-Computer Interface) là một ứng dụng phần mềm, hoạtđộng như là một bộ tích hợp các bộ phần mềm với các mục đích khác nhau M3 HCIcung cấp màn hình chính cho người sử dụng, trong đó có thể mở các ứng dụng kháccủa M3Workstation , ví dụ như hình 1.13 có ứng dụng là M-Alarm (cảnh báo)và M-Explorer (khai thác)

Trong giao diện hình 1.13, ta thấy:

2 là thanh menu

3 là thanh công cụ

4 là vùng làm việc của M3 HCI

Có thể chuyển đổi giữa các ứng dụng riêng với nhau bằng cách sử dụng phímtab (5), mỗi khi một ứng dụng được lựa chọn, vùng làm việc của ứng dụng đó sẽ hiện

ra kèm theo menu chính tương ứng cho ứng dụng đó

Hình 1.13: Giao diện của M3-Workstation

Người sử dụng có thể lưu lại M3HCI dưới dạng văn bản với đuôi mởrộng m3w, thông tin được lưu lại bao gồm: thông tin về vùng làm việc như số vùng

làm việc, tên mỗi vùng, văn bản ban đầu được tải vào mỗi vùng làm việc, vùng làmviệc được lựa chọn, xuất hiện đầu tiên khi mở văn bản đó

 OPC Data Access Servers: là bộ phận Server cho phép tiếp cận dữ liệu theo mộtcách chung mà không yêu cầu các bộ phận client phải hiểu được các hệ thống cấpthấp Nó cung cấp giao diện cho việc duyệt không gian địa chỉ của hệ thống cấp dướicũng như đọc và ghi dữ liệu

 Các ứng dụng riêng: là các ứng dụng phần mềm xuất hiện trong vùng làm việccủa M3 HCI với các mục đích chuyên dụng cho hệ thống BAS, bao gồm có các phần :M-Alarm, M- Trend, M-Explorer và quan trọng nhất là M-Graphics

Việc kết nối từ các thiết bị phần cứng thuộc hệ thống BAS tới máy tính có chứaM3-Workstation được thực hiện thông qua 2 loại thiết bị là Companion/FacilitatorPanel Unit (có tích hợp sẵn Modem) và thiết bị N30 Supervisory Controller

Companion/Facilitator Panel Unit là thiết bị được dùng để kết nối với máy tínhchứa M3 Workstation và các thiết bị trong mạng N2 (hình 1.14)

Hình 1.14: Kết nối máy tính có chứa M3i và các thiết bị phần cứng

trong mạng N2 bằng thiết bị Companion/Facilitator Panel Unit.

N30 Supervisory Controller là một bộ điều khiển giám sát được thiết kế để quản

lý và giám sát các thiết bị trong hệ thống HVAC Tối đa 50 thiết bị trong mạng N2 cóthể được hỗ trợ bởi một thiết bị N30 Với thẻ mạng được cài đặt, tối đã 50 bộ N30 cóthể truyền thông đồng đẳng trên đường bus Ethernet bằng giao thức BACnet

Hình 1.15: Kết nối máy tính có chứa M3i và các thiết bị phần cứng

trong mạng N2 bằng thiết bị N30.

M-Password: Theo như mặc định, người sử dụng có thể truy cập vào các ứng

dụng của M3- Workstation ngay sau khi khởi động Để ngăn cản việc truy nhập tự donày, hoặc để thay đổi password khác với mặc định có thể sử dụng ứng dụng M-Password Khi đó người sử dụng cần có username và password để có thể truy nhập vàoM3- Workstation, khi login vào M3-Workstation, hộp thoại M-Password hiện ra nhưhình vẽ, gõ đúng Username và password sẽ có thể truy cập vào

M-Alarm: là một ứng dụng của M3-Workstation, có giao diện là một vùng làm

việc nằm trong M3 HCI, có nhiệm vụ quản lý và điều khiển các cảnh báo trong quátrình làm việc M3 Workstation sử dụng M-Alarm để xử lý và hiển thị các tín hiệucảnh báo Vùng làm việc M-Alarm Container được đặt làm vùng làm việc mặc địnhkhi mở M3HCI Có thể nhúng M-Alarm vào trong M-Graphics, có nghĩa là trong môitrường đồ họa của M-Graphic, ta có thể nhận được các cảnh báo của M-Alarm

M-Explorer: là một ứng dụng phần mềm được sử dụng cho việc duyệt một

hệ phân cấp các đối tượng đang tham gia vào mạng trong hệ thống cấp dưới gồmcác bộ điều khiển Là một vùng làm việc của M3 Workstation, M-Explorer cungcấp một màn hình hiển thị mang tính tương tác linh hoạt cho phép người sử dụng dễdàng duyệt hệ phân cấp của hệ tự động tòa nhà (BAS: Building AutomationSystem), qua đó có thể xem và phân tích các điều kiện vận hành có tính năng thờigian thực của một hệ thống BAS

M-Explorer tương tác với nhiều thành phần trong hệ thống để cung cấp mộtgiao diện người dùng toàn diện Những thành phần này bao gồm:

 OPC Data Access Server, tạo ra các giá trị dữ liệu linh động từ các bộ điềukhiển cho hiển thị của M-Explorer Sự tồn tại của OPC Data Access Server cho phépM-Explorer tiếp cận dữ liệu từ các hệ thống điều khiển cấp dưới

 M-Inspector là một ứng dụng gồm hộp thoại kèm theo, cho phép quan sát đốitượng và thao tác với dữ liệu một cách chi tiết Cửa sổ làm việc của M-Inspector códạng các nhãn trong một ô cửa sổ, người sử dụng chuyển tới các nhãn bằng cáchclick vào tên của nhãn đó, mỗi nhãn của M-inspector có thể sử dụng vào các ứngdụng khác như M-graphics

 M-Password, quyết định dữ liệu nào M-Explorer có thể truy nhập và hành độngnào người truy nhập hiện thời có thể thực hiện được

Giao diện làm việc của M-Explorer trên hình 1.16

Cửa sổ giao diện trên chia làm 2 vùng: vùng bên trái cho phép người dùng mở

và đóng các mục dữ liệu nhánh nằm trong hệ phân cấp Vùng bên phải hiển thị nộidung của nhánh đã được chọn ở vùng bên trái

Hình 1.16: Giao diện làm việc của M-Explorer

M-Explorer cho phép lưu lại trạng thái hiện thời của nó tại bất cứ thời điểm nàothành một tài liệu M-Explorer có phần đuôi mở rộng là mxp, nhờ đó, người sử dụng

có thể truy cập nhanh chóng tới dữ liệu cần giám sát một cách thường xuyên và tùychỉnh trình duyệt cho những dữ liệu cụ thể

Explorer có thể được sử dụng nằm trong các ứng dụng khác như Graphics, nhờ đó khi người vận hành thay đổi trạng thái của các đối tượng trong M-Explorer thì sự thay đổi này sẽ được thể hiện ngay trong M-Graphics

M-M-Trend: là một chương trình được thiết kế nhằm truy vấn một cơ sở dữ liệu

và hiển thị kết quả truy vấn theo cả 2 dạng text và đồ họa Bằng việc sử dụng Trend, người sử dụng có thể tối ưu hóa được lượng năng lượng tiêu thụ, dự đoán đượccác sự cố tiềm năng trước khi nó xảy ra và giảm được các chi phí bảo trì hệ thống

M-M-Graphics: là một ứng dụng riêng, phải đặt hàng, có thể sử dụng như là một

vùng làm việc của M3-HCI Thông qua ứng dụng này, với hiển thị đồ họa sống động,người sử dụng có thể biết tình trạng hoạt động của hệ thống HVAC và các khu vực cóliên quan chỉ bằng những thao tác chỉ và click rất đơn giản và nhanh chóng Chẳng hạn

như bằng việc sử dụng màn hình đồ họa với màu sắc sống động có độ phân giải cao,người vận hành có thể quan sát những hình ảnh của phía bên ngoài tòa nhà và clickvào khu vực xảy ra sự cố để xem nhanh tất cả các thông tin hiện thời của khu vực đó.Khi đã phân tích được sự cố, người vận hành có thể tương tác với màn hình đồ họa đểthực hiện bất cứ một sự điều chỉnh cần thiết nào để giải quyết vấn đề và lưu lại trạngthái vận hành tối ưu nhất

Các đối tượng có thể được vẽ, scan và nhập vào một cách dễ dàng trong Graphics Ví dụ như bằng M-Graphics, 1 AHU có thể được thể hiện như hình 1.17

M-Hình 1.17: Sơ đồ hoạt động của AHU

Trong quá trình vận hành, ta có thể sửa chữa bản vẽ trực tuyến bằng công cụ cósẵn editor của M-Graphics

Để hỗ trợ cho người sử dụng, M-Graphics bao gồm một thư viện các biểu tượngdưới dạng 2D và 3D Các biểu tượng này bao gồm Chiller, cuộn dây, quạt, đồng hồ,động cơ, cơ cấu chấp hành và các hệ thống ĐHTT hoàn chỉnh Ngoài ra, M-Graphicscũng bao gồm một số lượng lớn các file mẫu hỗ trợ cho người vận hành, ta có thể sửdụng luôn những file mẫu này để sử dụng cho những ứng dụng cụ thể

Sự đơn giản của M-Graphics thực sự giúp người vận hành tăng tối đa hiệu suất

Có thể truy nhập dễ dàng đến các thông tin thích hợp, không cần thiết phải lưu hay gõyêu cầu hoặc sử dụng những tổ hợp phím đặc biệt, M-Graphics rõ ràng giúp làm tănghiệu suất của toàn hệ thống và giảm chi phí vận hành

Chương 2

HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ TRUNG TÂM

2.1/ Khái niệm hệ thống điều hòa:

Có nhiều cách phân loại phân loại hệ thống điều hoà kiểu khô dựa trên các tiêuchí khác nhau, theo cấu trúc người ta phân hệ thống điều hòa không khí thành hệ thốngđiều hòa cục bộ, phân tán và trung tâm

 Hệ thống điều hòa không khí kiểu cục bộ là hệ thống điều hòa không khí trongmột phạm vi hẹp, thường chỉ là một phòng riêng độc lập hoặc một vài phòng nhỏ Đặcđiểm của hệ thống này là có dàn nóng được giải nhiệt bằng gió và có công suất nhỏ

 Hệ thống điều hòa kiểu phân tán là hệ thống điều hòa ở đó khâu xử lý khôngkhí phân tán tại nhiều nơi Hệ thống này có rất nhiều dàn lạnh xử lý không khí và cácdàn lạnh được bố trí tại các phòng

 Hệ thống điều hòa trung tâm là hệ thống mà ở đó xử lý nhiệt ẩm được tiến hành

ở một trung tâm và được dẫn theo các kênh gió đến các hộ tiêu thụ

2.2/ Các phần tử trong hệ điều hòa trung tâm: (phụ lục 1)

Tùy theo cách giải nhiệt mà ta có 2 hệ thống khác nhau và tương ứng sẽ có một

số bộ phận khác nhau:

 Hệ thống sử dụng giải nhiệt bằng gió

 Hệ thống sử dụng giải nhiệt bằng nước

Nước ta có khí hậu nhiệt đới, mùa hè rất nóng do đó chủ yếu sử dụng loại giảinhiệt bằng nước, loại này có ưu điểm là kích thước gọn, hiệu quả cao và ổn định hơn

- Bình giãn nở và cấp nước bổ sung

- Hệ thống xử lý nước

- Hệ thống đường ống dẫn nước lạnh và nước làm mát

2.2.1/ Chiller: hay còn gọi là máy sản xuất nước lạnh Đây là thiết bị quan

trọng nhất của hệ thống điều hoà kiểu làm lạnh bằng nước Nó được sử dụng để làmlạnh chất lỏng, trong điều hoà không khí sử dụng để làm lạnh nước tới khoảng 70C, ởđây nước đóng vai trò là chất tải lạnh Cụm Chiller là một hệ thống lạnh được lắp đặthoàn chỉnh tại nhà máy nhà chế tạo

Có hai loại chiller được sử dụng phổ biến trong công nghiệp là chiller hấp thụ

và chiller sử dụng chu trình máy lạnh nén hơi

Hình 2.1a: Chiller kiểu hấp thụ Hình 2.1b: Chiller kiểu li tâm

Hình2.1: Hình dáng bên ngoài của hai loại chiller đang được sử dụng

Loại thứ nhất tận dụng được các nhiệt năng thừa phế thải nhưng những nănglượng này lại không có ở các cao ốc hiện đại, hơn nữa kích thước kích thước của loạinày cũng lớn hơn vì vậy trong các cao ốc người ta sử dụng loại Chiller thứ hai làmviệc theo chu trình máy lạnh nén hơi (hình 2.2)

Hình 2.2: Chu trình máy lạnh nén hơi

Giải thích sự hoạt động của chu trình:

Môi chất lạnh đi vào bình bay hơi ở dạng hỗn hợp lỏng và hơi lạnh có áp suất

thấp (A) Nhiệt được truyền từ khí hay nước ấm cho môi chất lạnh làm cho phần lỏng sôi và chuyển hết thành dạng hơi (B) Hơi B sẽ được hút khỏi bình bay hơi nhờ máy

nén, máy nén sẽ làm tăng nhiệt độ và áp suất của môi chất Hơi nóng có áp suất cao

(C) ra khỏi máy nén đi vào bình ngưng, tại đây nó sẽ truyền nhiệt cho khí hay nước

giải nhiệt có nhiệt độ thấp hơn Bên trong bình ngưng môi chất lạnh chuyển từ dạng

hơi sang lỏng (D) rồi đi vào thiết bị giãn nở Thiết bị giãn nở tạo ra sự giảm áp suất đột

ngột tới bằng áp suất của bình bay hơi Ở áp suất thấp này một phần môi chất sẽ sôi,môi chất lỏng còn lại được làm mát tới nhiệt độ yêu cầu của bình bay hơi Hỗn hợp

môi chất ở dạng lỏng và hơi này (A) đi vào bình bay hơi để lặp lại chu trình trên.

Ở đây, nhiệt thải ra ở bình ngưng được mang đi nhờ nước giải nhiệt lên thápgiải nhiệt để thải ra môi trường Nhiệt hấp thụ tại bình bay hơi được lấy từ chất tải lạnh(thường là nước) sẽ đưa tới AHU và FCU để làm mát không khí đưa tới các phòng

Hai bộ phận tác động nhiều nhất tới hiệu suất, độ tin cậy và giá thành củaChiller là máy nén và bình ngưng (dàn ngưng) Với chiller nén hơi, đôi khi người tagọi tên nó bằng tên của máy nén được sử dụng bên trong

Máy nén: Có nhiều dạng, nhưng phổ biến là loại trục vít, pittông, xoắn ốc và ly

tâm Mỗi loại được sử dụng ở một dải công suất khác nhau

Hình 2.3: Một số loại máy nén bên trong chiller

Bình ngưng: Tuỳ thuộc vào hình thức giải nhiệt mà thiết bị ngưng tụ là bình

ngưng hay dàn ngưng Khi giải nhiệt bằng gió sử dụng dàn ngưng (hình 2.4a), khi giảinhiệt bằng nước thì sử dụng bình ngưng (hình 2.4b)

Hình 2.4a: Dàn ngưng Hình 2.4b: Bình ngưng

Hình 2.4: Dàn ngưng và bình ngưng

Nếu giải nhiệt bằng nước thì hệ thống có thêm tháp giải nhiệt và bơm nước giảinhiệt, nhưng kích thước của chiller sẽ nhỏ hơn hệ thống giải nhiệt bằng khí Trên thực

tế nước ta, thường hay sử dụng giải nhiệt bằng nước vì hiệu quả cao và ổn định hơn

Bình bay hơi: Bình bay hơi thường sử dụng là bình bay hơi ống đồng có cánh.

Môi chất lạnh sôi ngoài ống, nước chuyển động trong ống Bình bay hơi được bọccách nhiệt và duy trì nhiệt độ không được quá dưới 70C nhằm ngăn ngừa nước đóngbăng gây nổ vỡ bình Công dụng bình bay hơi là làm lạnh nước Nước sau khi đượclàm lạnh sẽ được đưa tới các AHU và FCU nhờ các bơm nước lạnh

Thiết bị giãn nở: thường sử dụng van tiết lưu, bộ phận này tạo ra sự giảm áp

suất rất lớn để cho môi chất lạnh sẽ bị hóa hơi một phần tạo ra hỗn hợp lỏng và hơi cónhiệt độ và áp suất thấp trước khi đi đến bình bay hơi

1.2.2 Bơm nước lạnh: Dùng để tuần hoàn nước lạnh (chất tải lạnh) trong hệ

thống Các bơm này thường được điều chỉnh tốc độ để có thể phù hợp với những côngsuất lạnh khác nhau

2.2.3 Bơm nước giải nhiệt : đưa nước từ tháp giải nhiệt trở về để làm mát môi

chất lạnh trong bình ngưng, những bơm này không có yêu cầu điều chỉnh tốc độ

2.2.4 Tháp giải nhiệt: nước cần làm mát được đưa lên phía trên của tháp và

được chia nhỏ ra nhờ có dàn chia nước để cho dễ làm mát Phía trên đỉnh của các tháp

này sẽ đặt quạt gió được dẫn động nhờ dây đai, quạt này sẽ hút gió đi vào qua các khecủa dàn chia nước và đi lên trên trong khi nước chảy từ trên xuống, tăng cường sự tiếpxúc giữa nước cần làm mát với gió tươi Nước sau khi làm mát sẽ ở phía đáy tháp vàtheo đường ống trở về làm mát chiller.

Trong quá trình làm mát sẽ có một phần nước bị hao hụt đi, lượng nước này sẽđược bổ sung nhờ bình cấp nước bổ sung (Make-up tank) Nước bổ sung phải đượcqua xử lí cẩn thận

2.2.5 Đường ống: ống dẫn nước lạnh được bọc cách nhiệt bằng xốp cẩn thận

có lớp áo bằng tôn tráng kẽm để bảo vệ, còn đường ống dẫn nước giải nhiệt thì khôngcần bọc cách nhiệt

2.2.6 Bộ trộn không khí AHU (Air Handling Unit):

AHU bao gồm: dàn trao đổi nhiệt (thường dùng trao đổi nhiệt giữa nước lạnh điqua các ống đồng và không khí thổi qua nó), quạt cao áp (quạt hướng kính) và hệthống điều khiển gồm cảm biến nhiệt, van, cơ cấu chấp hành Người ta hay dùng các

cơ cấu chấp hành điều khiển trơn cho các van nước lạnh, nó có thể điều khiển đến từng

% độ mở của van nước lạnh Còn quạt cao áp thì người ta thường dùng quạt 3 tốc độvới AHU nhỏ (giống các FCU) còn sẽ dùng các bộ truyền động thay đổi tốc độ (VSD)cho các quạt công suất lớn Qua việc điều khiển van nước lạnh, tốc độ quạt gió để điềukhiển nhiệt độ không khí đầu ra Không khí trước khi đưa vào AHU thường được lọcqua bộ phận tiền lọc và lọc túi Trên buồng hoà trộn có 2 cửa có gắn van điều chỉnh,một cửa lấy gió tươi, một cửa nối với đường hồi gió

Có hai loại AHU một loại lắp đặt đứng khi lắp đặt dưới nền (hình 2.5) và mộtloại lắp đặt nằm khi lắp đặt trên trần (hình 2.6)

2.2.7 FCU (Fan coil unit):

FCU là dàn trao đổi nhiệt ống đồng cánh nhôm và quạt gió, nó có nhiều phần tửvới chức năng tương đương của AHU Nước chuyển động trong ống, không khíchuyển động ngang qua cụm ống trao đổi nhiệt, ở đó không khí được trao đổi nhiệt

ẩm, sau đó thổi trực tiếp hoặc qua một hệ thống kênh gió vào phòng Quạt FCU là quạtlồng sóc dẫn động trực tiếp và cũng thường được điều khiển với 3 cấp tốc độ Tuỳtừng kích cỡ của các phòng mà ta có thể đặt mỗi phòng số lượng FCU khác nhau,phòng nhỏ có thể đặt 1 FCU, phòng lớn có thể đặt tới 4 FCU

Ngoài ra, FCU còn có điện trở sấy có tác dụng làm ấm không khí qua nó rồithổi vào phòng, điện trở sấy được sử dụng trong thời tiết lạnh

Hình 2.5: Cấu tạo bên trong của AHU lắp đặt đứng

Hình 2.6: Cấu tạo bên trong AHU lắp đặt nằm

2.3/ Nguyên lí hoạt động của hệ thống:

2.3.1/ Nguyên lý hoạt động của hệ thống sản xuất nước lạnh:

Nước đã làm mát ở tháp giải nhiệt được bơm vào bình ngưng của Chiller, tạiđây nước thu nhiệt trở thành nước ấm chảy về tháp giải nhiệt Nước lạnh đi làm mátcác phòng chảy về thành nước ấm được bơm vào bình bay hơi của Chiller, tại đâynước toả nhiệt thành nước lạnh lại đi làm mát các phòng

Quá trình diễn ra lặp lại

Có 2 bình thùng nước bổ sung vào tháp giải nhiệt và đường nước mát phòngtrường hợp nước bị thiếu do nhiều lý do: bị bay hơi, đường ống dẫn rò…

Các Chiller được hoạt động phụ thuộc vào lượng nước cần làm mát nhiều hay ít

ở cùng một thời điểm Chiller 1 hoạt động, nếu chưa đủ công suất thì chiller 2 hoạtđộng và nếu cần đến lượt chiller 3, khi đó các van và bơm tương ứng cũng làm việctheo trình tự đã nói như trên

2.3.2/ Sử dụng Chiller với AHU cho các phòng đông người như phòng họp,

nhà ăn… Vì AHU đặt ngoài phòng nên ta chủ động đưa đủ lượng không khí ngoài trờicần thiết vào phòng Không khí tươi ngoài trời sau khi hỗn hợp với không khí tái tuầnhoàn từ phòng về sẽ qua AHU và được làm lạnh rồi qua đường ống và vòi phun nhờquạt thổi vào phòng Nước lạnh (khoảng 70C) từ Chiller nhận nhiệt của không khí trởnên ấm hơn rồi quay trở lại Chiller để được làm mát tiếp tục chu trình

2.3.3/ Sử dụng Chiller với FCU cho các phòng ít người như phòng ngủ,

phòng làm việc… trong khách sạn Quá trình làm việc cơ bản giống AHU Vì FCUđặt trong ngay phòng nên việc đưa không khí ngoài trời vào bị hạn chế, khó chủđộng do đó không dùng

2.3.4/ Sử dụng Chiller với cả AHU và FCU:

Sử dụng các AHU có độ chính xác không cao, nó chỉ dùng để xử lý sơ bộkhông khí, muốn có nhiệt độ và độ ẩm chính xác hơn, các FCU tại từng khu vực

sẽ đảm nhận việc này Việc sử dụng cả AHU và FCU còn có tác dụng để tránhlàm đọng sương trên các ống dẫn, người ta làm lạnh theo 2 cấp, đầu tiên khôngkhí được làm lạnh qua AHU sau đó dẫn tới các FCU để làm lạnh lần nữa rồi đượcthổi khí vào phòng

2.4 Hệ thống điều hòa trung tâm cần thiết kế cho đồ án:

2.4.1/ Giới thiệu về tòa nhà thiết kế:

Khách sạn được thiết kế trong đồ án có tất cả 13 tầng, mỗi tầng có tối đa 29phòng, không kể tầng thượng và tầng hầm Trong đó mỗi phòng tùy theo kích thước cóthể có một tới 4 FCU Mỗi tầng có thể có 1 hoặc 2 AHU tùy theo công suất lạnh yêucầu, các AHU này cũng có công suất lắp đặt khác nhau tùy theo yêu cầu của nơi đượccung cấp Hệ thống sản xuất nước lạnh và cả hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà đượcđặt tại tầng hầm, tại đây nước lạnh sẽ được đưa tới các AHU và FCU nhờ các ống thép

có bọc cách nhiệt và hệ thống bơm hút Tháp giải nhiệt được đặt ở tầng thượng củamột tòa nhà khác cao 6 tầng ở phía sau khách sạn

2.4.2/ Số liệu ban đầu:

 320 bộ FCU

 22 bộ AHU

 01 hệ sản xuất nước lạnh bao gồm: 3 chiller, 3 bơm nước lạnh, 3 bơmnước giải nhiệt và 3 tháp giải nhiệt

 12 van bướm đóng mở dạng on/off và một van bypass điều khiển trơn

2.4.3/ Thông số điện của các thiết bị:

Chiller: Sử dụng điện áp 380/220V, được điều khiển nhờ sử dụng phần mềmcủa nhà sản xuất nên chỉ cần thực hiện yêu cầu cấp nguồn cho đối tượng

Bơm nước lạnh: Công suất là 45kW, dùng điện áp 3 pha 380/220V, được điềukhiển tốc độ (VSD) nhờ sử dụng biến tần để đảm bảo áp suất không đổi của nước lạnhphía đầu ra của chiller

Bơm nước giải nhiệt: Công suất 15kW, dùng điện áp 3 pha 380/220V, khôngcần điều chỉnh tốc độ

Trong hệ thống điều khiển tự động quá trình, mọi quá trình đều được đặctrưng bởi các biến trạng thái Các biến trạng thái này thường là các đại lượng khôngđiện như nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, tốc độ, độ dịch chuyển… Chúng được cáccảm biến cảm nhận, đo đạc và đánh giá các thông số hệ thống Tín hiệu của nóđược đưa vào bộ vi xử lý, tại đây xử lý thông tin và đưa ra tín hiệu tới cơ cấu chấphành để điều khiển quá trình.

Tín hiệu từ cảm biến truyền tới bộ điều khiển theo các hệ thống các đườngtruyền 2, 3 hoặc 4 dây (hình 3.1) Khi điện trở của bộ cảm biến nhỏ, cỡ 100  thì điệntrở dây dẫn là đáng kể làm tín hiệu đo được không chính xác Khi đó sử dụng đườngtruyền 3 dây hoặc 4 dây thì càng chính xác

Trong hệ thống ĐHTT thiết kế sử dụng các loại cảm biến sau:

 cảm biến nhiệt độ

 cảm biến áp suất

 cảm biến lưu lượng

Mỗi loại cảm biến trên được phân thành nhiều loại cảm biến hoạt động dựatrên các nguyên lý khác nhau, vì số trang đồ án có hạn nên chỉ giới thiệu một sốnguyên lý điển hình.

Hình 3.1a: hệ thống đường truyền 2 dây

Hình 3.1b: hệ thống đường truyền 3 dây

Hình 3.1c: hệ thống đường truyền 4 dây

Trong đó: R1, R2, R3, R4: điện trở các dây dẫn

 Phương pháp đo không tiếp xúc: năng lượng bức xạ của một nguồn nhiệtdưới dạng năng lượng phát ra trong vùng hồng ngoại của quang phổ điện từ.Phương pháp này có thể được sử dụng để đo cho chất rắn và lỏng không phảnchiếu, nhưng lại không có hiệu quả với chất khí vì sự trong suốt tự nhiên của

Trong mỗi AHU, sử dụng hai cảm biến nhiệt độ đo và báo tín hiệuđường gió cấp và hồi

b/ Đặc điểm của cảm biến lựa chọn:

Trong hệ thống ĐHTT, vì chất cần đo là nước và không khí, dải nhiệt độ cần đokhông rộng khoảng từ 70C đến dưới 800C và yêu cầu độ chính xác khá cao, đảm bảohoạt động tốt trong lâu dài điều kiện khí hậu nóng ẩm của nước ta nên ta chọn cảmbiến nhiệt độ loại RTD bởi các đặc điểm:

 Ưu điểm:

 Độ chính xác cao và tính lặp lại cao

 Dải nhiệt độ rộng: -2000C đến +6500C (-3280F đến +12020F) phụ thuộcvào mỗi loại

 Giá cao hơn thermistor và cặp nhiệt ngẫu

 Nội nhiệt của RTD có thể ảnh hưởng tới sai số

 Kích thước lớn hơn thermistor và cặp nhiệt ngẫu

 Không bền như cặp nhiệt ngẫu trong điều kiện làm việc rung và sốc cao.Tuy nhiên, những nhược điểm trên không ảnh hưởng đến hệ thống điều hòatrung tâm thiết kế

RTD bao gồm thành phần cảm biến nhiệt độ, dây nối giữa thành phần này vớidụng cụ đo và giá đỡ Thành phần cảm biến có điện trở thay đổi theo nhiệt độ vàthường có hai dạng dây kim loại và màng mỏng kim loại

Nguyên lý làm việc của nó dựa vào sự thay đổi điện trở kim loại khi nhiệt độthay đổi Sự thay đổi này thông qua hệ số nhiệt điện trở RTD được sản xuất từ nhữngvật liệu có hệ số nhiệt độ dương, phổ biến là Cu, Ni, hợp chất Ni/Fe, Vonfram và Pt

Pt có thể đo được nhiệt độ lên tới 12000F (6500C) và có độ chính xác cao nhất,

ổn định Dải nhiệt độ thích hợp cho việc sử dụng của nó cao hơn Ni, Cu, hợp chấtNi/Fe Thêm nữa, nó trơ về mặt hoá học, cung cấp sự thay đổi điện kháng tuyến tínhnhất, cho phép đo dễ nhất

Cu cũng được sử dụng trong sản xuất RTDs có giá rẻ Sự thay đổi điện trở của

Cu còn tuyến tính hơn Pt Tuy nhiên, dải nhiệt độ của nó bị hạn chế và dễ bị ảnhhưởng bởi sự ăn mòn Thiết bị sử dụng Cu và Ni/Fe có thể bị bất lợi do tác động của

ăn mòn và môi trường ẩm cao Như không ta dùng Cu, Ni/Fe

Vonfram có độ nhạy nhiệt cao hơn Pt khi nhiệt độ dưới 1000C và có độ tuyếntính hơn Từ Vonfram có thể chế tạo ra các sợi mảnh tuy nhiên áp suất tạo ra khi kéosợi Vonfram rất khó bị triệt tiêu Vậy không chọn

Ni có độ nhạy nhiệt cao hơn nhiều so với Pt Điện trở của Ni ở 1000 C lớn gấp1,617 lần so với giá trị ở 00 C, trong khi đối với Pt độ chênh này là 1,385 Tuy nhiên Ni

có hoạt tính hoá học cao, dễ bị oxy hoá khi nhiệt độ tăng do vậy nhiệt độ làm việc của

nó hạn chế

Dưới đây là bảng giới hạn nhiệt độ của các vật liêụ:

Vì môi trường làm việc khác nhau nên:

 Ở AHU loại RTD được chọn là T6311M-1 của hãng Johnson, kiểu lắp đặt là dạng ống (duct), chiều dài đầu đo là 200mm

 Ở hệ thống sản xuất nước lạnh chọn loại T631AM-1 của hãng Johnson, kiểu lắpđặt dạng lỗ (well), chiều dài đầu đo là 150mm

Cả 2 loại có cùng thông số kĩ thuật như sau:

- Điều kiện nhiệt độ làm việc: -460C đến 1040C

- Điện trở tham khảo của cảm biến là 1kΩ ở 700F (210C)

- Độ chính xác: ±0,340F ở 700F(±0,190F ở 210C)

- Hệ số nhiệt độ của Ni: ≈ 3Ω/0F(5,4/0C)

- Loại màng mỏng kim loại Ni có điện trở 1kΩ, vỏ bọc kim loại

Đối với cảm biến nhiệt độ Ni 1kΩ, điện trở dây có thể gây ra sai số xấp xỉ 10F(0.560C) đối với dây dài 250 ft (76m), 18AWG hoặc dây dài 100 ft (31m), 22AWG

Để sai số nhỏ nhất, hạn chế tổng điện trở của dây nối dưới 3Ω

Nguồn cấp cho cảm biến là tín hiệu 0 đến 10V

Vì điện trở của cảm biến được chọn là 1000  tương đối lớn và độ chính xácyêu cầu không cao lắm nên ta sử dụng đường truyền 2 dây

3.1.2/ Cảm biến áp suất:

a/ Giới thiệu:

 Khái niệm: Cảm biến áp suất chuyển đổi áp suất đầu vào thành đầu ra điện (để

đo áp suất, lực và lưu lượng khí)

 Một số nguyên lý cơ bản:

Khi áp suất tác động vào tinh thể như là thạch anh, tuamalin… tinh thểtích điện Tín hiệu điện đo được tỷ lệ với áp suất tác động Ví dụ: cảm biến ápsuất áp điện

Sự thay đổi lượng ánh sáng hồng ngoại khi áp suất thay đổi, từ đó đượcchuyển đổi thành tín hiệu điện ra tương ứng Ví dụ: cảm biến áp suất quang học

Sự thay đổi điện trở của các phần tử áp trở Silic gắn trên màng ngăn khi

áp suất tác dụng vào màng ngăn thay đổi Ví dụ: cảm biến áp trở sức căng

 Nhiệm vụ: Trong hệ thống ĐHTT sử dụng hai cảm biến áp suất đo tín hiệu ápsuất của đường ống nước mát từ chiller đến AHU, FCU và đường nước hồi (sau khilàm mát) rồi báo về cho bộ điều khiển DDC

b/ Đặc điểm của cảm biến lựa chọn:

Chọn loại cảm biến áp trở sức căng, làm việc theo nguyên lý sự thay đổiđiện trở của các phần tử áp trở Si gắn trên màng ngăn khi áp suất tác dụng vàomàng ngăn thay đổi

Cảm biến đo được áp suất dư nếu cổng có áp suất thấp được thông với khôngkhí xung quanh hoặc đo áp suất vi sai nếu có hai nguồn áp suất khác nhau Nếu cổng

áp suất được bịt kín bởi nguồn chân không coi là tham khảo, thiết bị đo hoạt động như

bộ truyền áp suất tuyệt đối

Lựa chọn dòng sản phẩm cảm biến áp suất P499 của hãng Johnson Cảm biến

có 3 chân cắm:

Hình 3.2: Cảm biến áp suất P499

Cảm biến áp suất thường phát ra tín hiệu đầu ra rất nhỏ trong dải mV (thường100mV đến 250mV) vì vậy khi được truyền đi nó được khuyếch đại tới mức điện áp cỡ

V và tín hiệu truyền là dòng điện có giá trị từ 4mA đến 20mA Lựa chọn đầu ra của cảmbiến là tín hiệu điện áp: 0 đến 10 VDC và truyền tín hiệu theo đường truyền 2 dây

Bộ chuyển đổi P499 có vỏ làm bằng thép không gỉ, bảo vệ môi trường điện tử,chống sự ăn mòn, ẩm ướt của môi trường

Phạm vi đo là yếu tố rất quan trọng để chọn Khi lựa chọn phải cân nhắc hai yếu

tố đối lập: độ chính xác và việc bảo vệ quá áp suất Vì độ chính xác tính theo phầntrăm của toàn thang đo nên dải đo càng nhỏ thì độ chính xác càng cao Mặt khác, nếu

sự cố quá áp suất xảy ra sẽ làm hư hỏng cảm biến, vì vậy dải đo được chọn phải gấp từ1,5 đến 2 lần dải đo cần thiết Đỉnh nhọn áp suất có khi gấp 5 đến 10 lần áp suất lớnnhất rất nguy hiểm cho thiết bị, thường thì nó chỉ duy trì trong thời gian ngắn dưới 2s

và được bảo vệ bởi bộ giảm sóc bằng ma sát, trường hợp kéo dài hơn sẽ được bảo vệbằng van cứu trợ Dải đo lựa chọn là 0 đến 30bar

Vậy loại sản phẩm lựa chọn là: P499VBS-404C Thông số kĩ thuật như sau:

- Thuộc dòng sản phẩm P499 với chế độ đo áp suất dư

- Dải đo: 0 đến 30bar

- Tín hiệu ra: 0 đến 10 VDC

- Nguồn cung cấp: 0 đến 10 VDC

- Dải nhiệt độ dự trữ và vận hành: -40 đến 1250C

- Dải nhiệt độ bù : -20 đến 850C

- Độ tuyến tính:  0 , 25 %toàn thang đo

- Độ chính xác: 1% toàn thang đo

3.1.3/ Cảm biến lưu lượng:

Chúng rất có ích cho chất lỏng nhớt hoặc nơi có cần những đồng hồ cơ khí.Những đồng hồ này được làm bằng kim loại như: đồng thau, đồng thiếc, sắtđúc nhưng cũng có thể dùng chất dẻo, phụ thuộc vào mỗi ứng dụng.

 Khi chất lỏng qua tuabin sẽ làm cho rotor quay với tốc độ tỷ lệ với lưulượng Ví dụ: lưu lượng kế tuabin

 Nhiệm vụ: Cảm biến lưu lượng dùng trong hệ thống ĐHTT để đo lưu lượngnước của đường nước mát ra khỏi chiller đi đến AHU hoặc FCU

b/ Đặc điểm của loại cảm biến lựa chọn:

Vì chất lỏng cần đo lưu lượng là nước tương đối sạch, không nhớt, ít dẫn điện,quá trình hoạt động của nó phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ nên chọn loại cảm biến làlưu lượng kế tuabin làm việc theo nguyên lý tuabin

Lưu lượng kế tuabin có cấu tạo bao gồm nhiều lá roto theo hướng vuông gócvới dòng chảy và treo bên trong dòng nước trên một trụ quay tự do Đường kính củarotor nhỏ hơn không đáng kể so với đường kính của buồng đo Mỗi vòng quay củarotor thì tương ứng với một xung đếm của cơ cấu quang Việc xác định số xung điện

áp trong một đơn vị thời gian liên quan đến tốc độ chuyển động của rotor từ đó tínhđược với lưu lượng

Chọn cảm biến lưu lượng loại Signet 8550

Hình 3.3: Cảm biến lưu lượng Signet 8550