Tìm hiểu và thiết kế hệ thống tự động hoá toà nhà cho khách sạn newway

theo phương thẳng đứng hoặc nghiêm một góc nhỏ hơn 15 0 so vớiphương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn.Thang máy thường được dùng trong cáccông sở, chung cư, khách sạn...đặc điểm vận

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

AI – Analog Input (Đầu vào tương tự)

AO – Analog Ouput (Đầu ra tương tự)

AV – Analog Value (Giá trị tương tự - giá trị trung gian có thể hiệu chỉnh hay chỉ đọc).ALC –Automated Logic Corporation

AHU – Air HandingUnit

Alarm - Hệ thống điều khiển sẽ được định dạng để phát ra những cảnh Báo khi một đốitượng điều khiển vượt quá ngưỡng do người sử dụng xác định, như được miêu tả trong trình

tự hoạt động

BI – Binary Input (Đầu vào số)

BO – Binary Ouput (Đầu ra số)

BV – Binary Value (Giá trị nhị phân - Là giá trị trung gian mà có thể hiệu chỉnh hay chỉđọc)

BMS – Building Managerment System

CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection

CSMA/CA – Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance

CRC – Cyclic Redundancy Check

DDC – Direct Digital Controller

DTE – Data Terminal Equipment

DCS –DistriButed Control System

ES – Engineering Station

FCU – Fan coil Unit

FCS – Field Control System

Sched – Schedule (Lịch Biểu - Thuật toán điều khiển lịch hoạt động của thiết)

Show on Graphic - Hiển thị trên màn hình đồ hoạ của hệ thống

SS– Server Station

HMI –Human and machine interface

HVAC – Heating, ventilation, and air-conditioning control

Trend - Hệ điều khiển sẽ được định dạng lựa chọn và hiển thị Bảng đồ thị thời gian của đốitượng Thời gian thực hiện vẽ đồ thị thời gian không nhỏ hơn thời gian lấy mẫu(5phút).TCP/IP–Transmisstion Control Protocol/Internet Protocol

TDMA– Time Division Multiple Access

OP – Operation Panel

OS– Operation Station

OSI – Open System Interconnection

PLC – ProgrammaBle Logic Controller

MPC–Model Predictive Control

QCS – Quality Control System

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại ngày nay việc xây dựng các toà nhà cao tầng làm công sở, trung tâmthương mại, khách sạn,…ngày càng trở nên phổ Biến Chúng ngày càng trở nên hiện đại,tiện nghi để phục vụ các yêu cầu ngày càng cao của con người Giải pháp kết hợp hệ thốngcác thiết Bị cơ điện sử dụng trong toà nhà với công nghệ tự động hoá nhằm đem lại khảnăng tự hoạt động (hệ thống thông gió, hệ thống chiếu sáng,…) đã không còn là điều mới

mẻ nữa Tuy nhiên vấn đề sống còn của giải pháp này lại nằm ở chỗ làm sao có thể quản lýchúng trong một hệ thống thống nhất Các hệ thống tự động hoá toà nhà (Building

Managerment System - BMS) đã ra đời để giải quyết Bài toán này

Nhiệm vụ chính của hệ thống BMS là điều khiển, giám sát, quản lý các thiết Bị

cơ/điện trong một tòa nhà cao tầng, giúp cho việc vận hành, Bảo dưỡng và quản lý tòa nhàmột cách thuận tiện, an toàn và tiết kiệm

Hệ thống BMS được phát triển dựa trên nền kiến trúc của một hệ điều khiển phân tán vớicác Bộ điều khiển số trực tiếp (Direct Digital Controler – DDC) được kết nối với hệ thốngmạng tầng (Floor Networks); các Bộ điều khiển, định tuyến cấp cao hơn liên kết các DDCvới hệ thống mạng ”BackBone” của tòa nhà

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nhà cung cấp hệ thống BMS như: Siemens, Johnson,Invensys, ALC, AA Matrix, Andover Control,… Hệ thống BMS của mỗi hãng đều có nhữngđặc trưng riêng Trong số đó ALC là một trong những đại diện hàng đầu Chính vì vậy

chúng em đã chọn tìm hiểu về hệ thống BMS của ALC làm đề tài tôt nghiệp

Đề tài của chúng em là “ Tìm hiểu và thiết kế hệ thống tự động hoá toà nhà cho khách sạn NewWay” Nhiệm vụ của luận văn Bao gồm:

-Nêu lên các đặc trưng cơ Bản về tòa nhà cao tầng hiện đại

Nghiên cứu về các hệ thống điều khiển trong công nghiệp

Nghiên cứu về hệ thống tự động hoá toà nhà nói chung, tìm hiểu sơ Bộ hệ thốngBMS của Siemens và tìm hiểu sâu về hệ thống BMS của ALC

Đưa ra giải pháp cải tạo và nâng cấp hệ BMS cũ của KS NewWay trên nền hệ thốngBMS của ALC

Sau 6 tháng nghiên cứu và thực tập tại công ty TNHH kỹ thuật T&D chúng em đãhoàn thành việc thiết kế hệ BMS cho NewWay

Để hoàn thành đồ án này chúng em xin chân thành cảm ơn cô Phan Xuân Minh, anh Lê Chí Hiếu - Quản lý dự án của công ty TNHH kỹ thuật T&D và toàn thể các thầy cô giáo

trong Bộ môn Điều Khiển Tự Động đã giúp đỡ chúng em hoàn thành luận văn này Hệ thống

tự động hoá toà nhà là một lĩnh vực rất mới ở Việt Nam, do vậy mặc dù đã rất cố gắng

nhưng cũng không tránh khỏi thiếu sót trong quá trình tìm hiểu Chúng em rất mong nhậnđược sự góp ý và Bổ sung của các thầy cô giáo

VÀI NÉT VỀ CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT T&D NƠI TÁC GIẢ

CÔNG TÁC

Thành lập từ năm 1999, Công ty TNHH Kỹ thuật T&D là doanh nghiệp trẻ, năng

động hoạt động trong phạm vi cả nước, chuyên cung cấp các giải pháp tổng thể cho kháchhàng trong các lĩnh lực phân phối và truyền tải điện năng

Không những Bảo đảm sự phát triển ổn định của mình trong các lĩnh vực truyềnthống, Công ty còn nghiên cứu, ứng dụng các giải pháp và sản phẩm mới trong công nghệ

tự động hoá toà nhà cũng như trong các dây chuyền công nghiệp

Với kinh nghiệm của mình thông qua các dự án trọng điểm như: Trung tâm hội nghị Quốc tế ASEM 5; Văn phòng Chính phủ; Kho lưu trữ Bộ Quốc phòng, Cầu Bãi cháy…

Công ty đang phấn đấu trở thành một doanh nghiệp toàn diện có khả năng đáp ứng các nhucầu ngày càng cao của khách hàng trong xây dựng và công nghiệp

Mặt khác để Bảo đảm sức cạnh tranh của mình trong quá trình hội nhập quốc tế,Công ty đang từng Bước phát triển nguồn nhân lực mới có trình độ chuyên môn cao, nhiệttình, năng động, sáng tạo; mở rộng quan hệ với các tập đoàn nổi tiếng trên thế giới như:

ABB; Automated Logic Corporation (USA); Home Automation Inc (USA); TSA

để phục vụ khách hàng ngày càng tốt hơn

Vì vậy dù hoạt động trong Bất kỳ lĩnh vực nào, Công ty TNHH Kỹ thuật T&D luôn

duy trì sự sáng tạo kết hợp với việc ứng dụng công nghệ tiên tiến nhất để Bảo đảm chấtlượng công trình, đem lại sự hài lòng cho khách hàng cũng như uy tín và sự phát triển Bềnvững của Công ty

TRONG XÂY LẮP ĐIỆN

Công ty TNHH Kỹ thuật T&D là một trong các nhà phân phối sản phẩm của Công ty TNHH ABB tại Việt Nam Với sự hỗ trợ của ABB, T&D đã hoàn thành thi công các dự án trọng điểm theo phương thức trọn gói như: Trung tâm hội nghị Quốc tế ASEM5; cầu Bãi cháy; Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông….

CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HOÁ TOÀ NHÀ

Không chỉ là nhà tích hợp hệ thống mà T&D còn là đại lý độc quyền về hệ thống tựđộng hoá toà nhà cho tập đoàn Automated Logic (ALC), một trong 5 tập đoàn hàng đầu của

Mỹ trong lĩnh vực này Chất lượng sản phẩm của ALC cùng với các giải pháp sáng tạo sẽlàm cho các toà nhà trở nên “thông minh”hơn

Đối với những ngôi nhà Biệt lập, căn hộ chung cư hay các văn phòng, khách sạn nhỏ,T&D đưa ra các giải pháp của Home Automation Inc.(HAI), một trong những tập đoàn hàngđầu trên thế giới của Mỹ trong lĩnh vực tích hợp và tự động hoá các hệ thống, thiết Bị giadụng trong nhà

CHƯƠNG 1 CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA TÒA NHÀ CAO TẦNG HIỆN ĐẠI

1 Đánh giá chất lượng môi trường và mức độ tự động hóa trong tòa nhà cao tầng hiện đại.

Đánh giá chất lượng về một tòa nhà cao tầng hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới thì

có nhiều tiêu chuẩn song ở phạm vi luận văn tốt nghiệp này em xin đề cập đến về chất

lượng môi trường trong tòa nhà và mức độ tự động hóa của nó để đem lại chất lượng môitrường như mong muốn để phụ vụ con người cũng như Bảo quản các thiết Bị trong tòa nhà

1.1 Chiếu sáng nhân tạo trong tòa nhà cao tầng hiện đại

Chiếu sáng trong các tòa nhà hiện nay ngoài chiếu sáng tự nhiên là chiếu sáng

điện.Thời gian sử dụng chiếu sáng trong nhà của mỗi nước do tình hình khí hậu, trình độ kỹthuật cũng như hiệu quả kinh tế của tòa nhà nức đó quyết định.Ở nước ta hiện nay do chiếusáng tự nhiên nhiều và và kéo dài trong ngày nên chiếu sáng trong các tòa nhà chủ yếu làchiếu sáng tự nhiên.Chiếu sáng điện chủ yếu dùng khi chiếu sáng tự nhiên không đủ

Chiếu sáng điện trong tòa nhà phải đảm Bảo điều kiện nhìn rõ, nhìn tinh, và phân giải

nhanh các vật nhìn Bằng mắt.Tất cả các yêu cầu đó phụ thuộc vào đặc điểm của nguồnsáng.Cách Bố trí các nguồn sáng trong phòng cũng như việc duy tu Bảo dưỡng hệ thốngchiếu sáng trong tòa nhà

1.1.1 Nguồn sáng

Hiện nay nguồn sáng chủ yếu là Bóng đèn dây tóc và Bóng huỳnh quang

1.1.2 Tiêu chuẩn độ rọi ánh sáng nhân tạo.

Mục đích cơ Bản của quy định của tiêu chuẩn chiếu sáng nhân tạo là đảm Bảo điềukiện làm việc tốt cho thị giác người sinh hoạt và làm việc trong tòa nhà Hiện nay chiếusáng nhân tạo được được quy định Bằng tiêu chuẩn vệ sinh thiết kế các xí nghiệp côngnghiệp.Tùy theo yêu cầu của các tòa nhà mà độ rọi khác nhau.trong phụ lục sẽ có Bảng độrọi nhỏ nhất trên Bề mặt làm việc trong tòa nhà theo tiêu chuẩn Việt nam

1.1.3 Đặc điểm chiếu sáng trong tòa nhà.

Thiết kế chiếu sáng điện trong tòa nhà là tìm ra những phương thức và giải phápnhằm đảm Bảo những yêu cầu chiếu sáng cho con người sinh hoạt và làm việc trong tòa nhàđược tốt nhất có Ba phương thức cơ Bản sau:

-Phương thức chiếu sáng chung:trong toàn phòng có một hệ thống chiếu sáng từ trênxuống gây ra một độ chói không gian nhất định và một độ rọi nhất định trên tòa Bộ các mặtphẳng của tòa nhà

-Phương thức chiếu sáng cục Bộ.Chia không gian lớn của tòa nhà ra nhiều khônggian nhỏ, phòng nhỏ Mỗi một không gian nhỏ, phòng nhỏ lại có chế độ chiếu sáng riêng

-Phương thức chiếu sáng hỗn hợp:Là phương thức chiếu sáng chung được Bổ sungthêm những đèn cần thiết đảm Bảo độ rọi lớn tại những chỗ làm việc của con người

Tùy theo tính chất của từng phòng mà tòa nhà được chọn phương thức chiếu sángthích hợp.Thông thường những phòng có lao động không đòi hỏi nhiều ánh sáng, không đòihỏi nghiêm ngặt về hướng chiếu sáng, có mật độ chỗ lao động cao, có cùng một loại côngviệc nhất định, hoặc có thay đổi lại thiết Bị trong phòng thì người ta dùng phương thức chiếusáng chung

Điều khiển hệ thống chiếu sáng dựa vào nhiều thông số như lưu lượng, cường độ ánhsáng, độ rọi để đảm Bảo chất lượng chiếu sáng đúng như yêu cầu Bên cạnh hệ thống chiếusáng Bên trong phòng, còn có hệ thống chiếu sáng Bên ngoài như chiếu sáng cầu thang,chiếu sáng Buồng thang máy, chiếu sáng phòng lễ tân, phòng ăn…, cũng cần đảm Bảo chấtlượng chiếu sáng cả ngày và đêm Hệ thống điều khiển chiếu sáng có khả năng thông Báocho Bạn Biết khi nào ắc quy dự phòng của hệ thống chiếu sáng khẩn cấp ở trạng thái yếu,nhờ đó Bạn có thể thay thế kịp thời Mọi sự cố liên quan đến hệ thống chiếu sáng đều đượctruyền về trung tâm, Bạn cũng có thể Biết những thông tin này ở Bất cứ nút nào trong mạngđiều khiển.

1.2 Thang máy phục vụ trong tòa nhà cao tầng hiện đại

1.2.1 Khái niệm chung về thang máy.

Thang máy trong các tòa nhà là một thiết Bị chuyên dụng để vận chuyển người vàhàng hóa và vật liệu theo phương thẳng đứng hoặc nghiêm một góc nhỏ hơn 15 0 so vớiphương thẳng đứng theo một tuyến đã định sẵn.Thang máy thường được dùng trong cáccông sở, chung cư, khách sạn đặc điểm vận chuyển Bằng thang máy so với các phương tiệnvận chuyển khác là chu kỳ vận chuyển Bé, tần suốt vận chuyển lớn, đóng mở máy liêntục.Ngoài ý nghĩa vận chuyển, thang máy còn là yếu tố làm tăng vẽ đẹp và tiện nghi của tòanhà hiện đại.Nhiều quốc gia trên thế giới đối với tòa nhà cao 6 tầng trở lên là phải trang Bịthang máy để đảm Bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất laođộng.Đối với những công trình như Bệnh viện, nhà máy khách sạn tuy số tầng nhỏ hơn 6

do nhu cầu phục vụ lên vẫn phải trang Bị thang máy.Trong các tòa nhà cao tầng thi việctrang Bị thang máy phục vụ cho việc đi lại là Bắt Buộc.nếu vận chuyển người trong các tòanhà không được thực hiện thì xây các tòa nhà cao tầng không thành hiện thực.Thang máyđòi hỏi tình an toàn nghiêm ngặt,nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tính mạng con

người.Thang máy chỉ có caBin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu chưa đủ để đưa vào sửdụng mà phải có đầy đủ các thiết Bị an toàn, đảm Bảo độ tin cậy như:điện chiếu sáng, dựphòng khi mất điện,điện thoại nội Bộ (interphone) chuông Báo,Bộ hãm Bảo hiểm,an toàncaBin (đối trọng),công tắc an toàn của cửa caBin, khóa an toàn cửa tầng, Bộ cứu hộ khi mấtđiện nguồn v.v v

1.2.2 Phân loại thang máy

Thang máy hiện nay đã được thiết kế chế tạo với nhiều loại khác nhau rất đa dạng đểphù hợp với mục đích từng công trình

Thang máy chuyên chở người

Thang máy chuyên chở người có tính đến hàng hóa đi kèm

Thang máy chuyên chở Bệnh nhân

Thang máy chuyên chở hàng hóa có người đi kèm

Thang máy chuyên chở hàng hóa không có người đi kèm

Hệ thống điều khiển thang máy là toàn Bộ các trang thiết Bị và linh kiện điện tử Bándẫn đảm Bảo cho thang máy hoạt động theo đúng chức năng yêu cầu và đảm Bảo an toàn

Hệ thống điện của thang máy Bao gồm các mạch sau:

Mạch động lực:là hệ thống điều khiển cơ cấu dẫn động của thang máy để đóng

mở,đảo chiều động cơ dẫn động và phanh các Bộ tời kéo.Hệ thống phải đảm Bảo việc điều

chỉnh tốc độ chuyển động của caBin sao cho quá trình mở máy và phanh được êm dịu vàdừng caBin chính xác

Mạch điều khiển:là hệ thống điều khiển tầng có tác dụng thực hiện một chương trìnhđiều khiển phức tạp, phù hợp với chức năng yêu cầu của thang máy.Hệ thống điều khiểntầng có nhiệm vụ lưu trữ các lệnh di chuyển từ caBin, các lệnh gọi tầng của hành khách vàthực hiện các lệnh di chuyển hoặc dừng theo một thứ tự ưu tiên nào đó.Sau khi thực hiệnxong lệnh điều khiển thì xóa Bỏ.Xác định và ghi nhận thường xuyên vị trí caBin và hướngchuyển động của nó.Tất cả các hệ thống điều khiển tự động đều dùng nút ấn

Mạch tín hiệu:là các hệ thống đèn tín hiệu và các ký hiệu đã thồng nhất hóa để Báohiệu trạng thái của thang máy, vị trí và hướng chuyển động của caBin

Mạch chiếu sáng:là hệ thống đèn chiếu sáng caBin Buồng máy và hố thang

Mạch an toàn:là hệ thống công tắc, rơle,tiếp điểm nhằm đảm Bảo an toàn cho conngười ,hàng hóa và thang máy khi hoạt động, cụ thể là:Bảo vệ quá tải cho động cơ, thiết Bịhạn chế tải trong nâng, các công tắc hạn chế hành trình, các tiếp điểm tại cửa caBin, cửatầng, tại hệ thống treo caBin và tại Bộ hạn chế tốc độ, các rơle Mạch an toàn tự động ngắtđiện đến mạch động lực để dừng thang máy hoặc thang không hoạt động được trong cáctrường hợp sau:

- mất điện, mất pha,đảo pha,mất đường tiếp đất

- quá tải

- caBin vượt quá giới hạn đặt công tắc hạn chế hành trình

- đứt cáp hoặc tốc độ hạ caBin vượt quá giá trị cho phép (Bộ hạn chế tốc độ và Bộhãm Bảo hiểm làm việc)

- một trong các cáp nâng chùng quá giới hạn cho phép

-cửa caBin hoặc một cửa trong các cửa tầng chưa đóng hẳn

Ngoài ra, đối với thang máy có cửa lùa đóng mở tự động, khi đóng cửa nếu gặpchướng ngại vật thì cửa sẽ tự động mở ra và đóng lại.Thang máy chở người thường đượctrang Bị nút ần cấp cứu phòng khi có hỏa hoạn

1.3 Phòng chống cháy nổ trong tòa nhà cao tầng hiện đại.

1.3.1 Nguyên nhân gây ra cháy trong các tòa nhà cao tầng hiện đại

Về khái niệm này, các nhà chuyên môn định ra các dạng khác nhau như nhiều

nguyên nhân cháy trực tiếp, nguyên nhân cháy gián tiếp, nguyên nhân sâu xa.ví dụ chỉ nóimột nguyên nhân do con người gây ra như: vô ý trong đun nấu hay sử dụng điện gây racháy, nguyên nhân cố ý gây ra cháy (phá hoại).ở đây đề cập đến những nguyên nhân trựctiếp gây cháy để có những Biện pháp phòng ngừa thích hợp

1.3.1.1Cháy do tác động của ngọn lửa trần hoặc tia lửa ,tàn lửa

Đây là nguyên nhân cháy nổ phổ Biến vì nhiệt độ của ngọ lửa trần rất cao, đủ sức đốtcháy hầu hết các vật.Ví dụ:Nhiệt độ ngọn lửa que diêm là 7800 -:-8000C ngọn lửa đèn dầu là

760 -:-10000C nhiệt độ mẩu thuốc lá đang cháy là 700 -:- 750 0C Trong khi đó nhiệt độ tựBốc cháy của một số vật như sau.Gỗ thông thường 250 0C, giấy 1840C ,vải sợi 1800C (sợihóa học) Trong các tòa nhà và ở nhiều nơi như ống khói, ống xả ô tô, Bếp đang đun nấu,sưởi sấy thường có tàn lửa, nếu gặp những chất dễ cháy như xăng dầu sẽ dẫn đến cháy

1.3.1.2 Cháy do ma sát, va chạm giữa các vật rắn.

Đây cũng là nguyên nhân thường gặp ở trong các trường hợp máy móc không đượcBôi trơn tốt,các ổ Bi, ổ trục cọ sát vào nhau, sinh ra nhiệt hoặc có khi phát ra tia lửa sinh racháy Trong khi máy hoạt động, nhất là các máy cào Bông ,sợi đay

1.3.1.3 Cháy do tác dụng của hóa chất

Trong các khâu sản xuất, vận chuyển ,Bảo quản, xử dụng hóa chất người ta có nhữngquy định hết sức ngặt để đề phòng các sự cố gây tai nạn cho con người và môi trường nóichung và cháy nổ nói riêng.Về mặt phòng cháy chữa cháy phải chú ý thường xuyên phảnứng hóa học tỏa nhiệt phát ra ngọn lửa.Người ta phân định như sau

- Các hóa chất tác dụng với nhau sinh nhiệt hoặc hình thành ngọn lửa có thể dẫn đếncháy nếu không chủ động kiểm soát được chúng trong các phòng thí nghiệm, nơi sản xuất

ví dụ như Clo với amoniac,clo với hidro

- Hóa chất gặp nước, gặp không khí, một số hóa chất tiếp xúc với môi trường khôngkhí cũng có khả năng gây cháy.Do đó việc Bảo quản hóa chất phải thực hiện đúng các quyđịnh.Các chất phôt pho trắng,Bụi kẽm, Bụi nhôm, dẽ gây phản ứng trong không khí vànước

1.3.1.4 Cháy do tác dụng của năng lượng điện

Đây cũng là trường hợp chuyển hóa từ điện năng sang nhiệt năng.Trong các trườnghợp như chập mạch điện, quá tải, nhiệt độ trên dây dẫn tăng cao có thể gây ra cháy vỏ cáchđiện, rồi cháy lan sang các vật khác.Các trường hợp sinh ra tia lửa điện do đóng ngắt cầudao, cháy cầu chì, mối nối dây dẫn không chặt cũng là những nguồn gây cháy.Đối với

những dụng cụ điện có công suất cao như Bàn là, Bếp điện ,tủ sấy khi sử dụng sẽ tỏa nhiệt,sức nóng trên Bề mặt rất lớn

Nguyên nhân gây ra cháy nổ trong thực tế rất nhiều và đa dạng không thể mô tảhết.nhưng chúng ta lưu ý rằng nguyên nhân cháy nổ còn xuất phát từ sự không quan tâmđầy đủ trong thiết kế công nghệ, thiết Bị cũng như thanh tra, kiểm tra của người quản lý

1.3.2 Biện pháp phòng chống cháy nổ trong tòa nhà cao tầng hiện đại

Ngoài các Biện pháp như giáo dục tuyên truyền huấn luyện, Biện pháp hành chínhpháp lý, Biện pháp kỹ thuật

Phòng cháy là khâu quan trọng nhất trong công tác phòng cháy chữa cháy vì khi đámcháy đã xảy ra thì dù các Biện pháp chống cháy có hiệu quả như thế nào thì thiệt hại vẫn tolớn và kéo dài.trên cơ sở phân tích được nguyên nhân và điều kiện gây cháy có thể đề ra cácBiện pháp phòng ngừa thích hợp, không để xảy ra cháy hoặc ngăn chặn kịp thời không chođám cháy phát triển

1.3.2.1 Cháy và phương tiện chữa cháy.

1.3.2.1.1Đặc điểm của đám cháy

Tất cả các đám cháy đều có đặc điểm chung như sau:

Mọi đám cháy Báo giờ cũng tỏa nhiệt.nhiệt lượng tỏa ra nhiều hay ít phụ thuộc vàocác đám cháy và điều kiện của đám cháy,nhiệt tiếp tục đun nóng vật cháy, thúc đẩy qúa trìnhcháy phát triển nhanh.Nhiệt lượng của đám cháy tỏa ra nhiều hay ít có ảnh hưởng lớn đếncác Biện pháp chữa cháy.Sản phẩm của đám cháy là khói.Thành phần nó tùy thuộc vào chấtcháy,điều kiện cháy.Trong thành phần của khói, có chất tham gia và quá trình cháy nhưcácBonôxit,có chất lại kìm hãm sự cháy như CO2 Sản phẩm cháy gây nhiều trở ngại chochữa cháy.gây độc cho người cứu chữa,ăn mòn thiết Bị và hạn chế tầm nhìn của người trinh

sát đám cháy.Một đặc trưng quan trọng của đám cháy là tốc độ cháy.Tốc độ cháy phụ thuộcvào Bản chất của vật cháy, vào độ ẩm, hướng gió và thế cháy của vật cháy.

1.3.2.1.2 Diễn biến đám cháy và sự phát triển của nó

Trừ một vài trường hợp đặc Biệt hầu hết các đám cháy đều điễn ra theo 3 giai đoạnsau:

- Giai đoạn đầu:nguồn nhiệt nung nóng vật cháy đến nhiệt độ Bén lửa.Giai đoạn nàydài hay ngắn tùy thuộc vào vật cháy.Nếu vật cháy là dễ cháy thì giai đoạn đầu ngắn.Khi lửamới Bén cháy, tốc độ phát triển còn chậm,nếu phát hiện kịp thời có thể dập tắt đám cháymau chóng

- Giai đoạn cháy to:tốc độ phát triển của đám cháy là nhanh nhất, nhiệt độ đám cháycao nhất, tiêu hao chất cháy nhiều nhất.Ở giai đoạn này lửa có thể lan từ khu vực này sangkhu vực khác.việc cháy lan tràn này có thể do trực tiếp ngọn lửa Bén sang cũng có thể doquá trình Bức xạ nhiệt, truyền nhiệt làm cho vật dễ cháy Bị phân hủy rồi Bén cháy

- Giai đoạn kết thúc đám cháy: ở giai đoạn này nhiệt độ cháy giảm dần, tốc độ cháycũng giảm dần đến không

1.3.2.1.3 Các dụng cụ chữa cháy thô sơ

Bình Bọt hóa học:dung tích 8-:-10lít vỏ Bình chịu áp lực 20kg/cm2

Bình Bọt hòa không khí:dung tích7-:-8lít vỏ Bình chịu được khi nén đến 250kg/cm2

Bình chữa cháy Bằng CO2: vỏ Bình chịu được áp suất khí CO2 250kg/cm2

1.3.2.1.4 Phương tiện báo cháy và chữa cháy tự động.

Các phương tiện Báo cháy và chữa cháy tự động thường được đặt ở những mục tiêuquan trọng cần được Bảo vệ.Phương tiện Báo cháy tự động dùng để phát hiện cháy từ Banđầu và Báo ngay về trung tâm chỉ huy chữa cháy.Báo cháy tự động còn Bao gồm cả thông tinliên lạc hai chiều giữa đám cháy và trung tâm chỉ huy, giữa đám cháy và hệ thống máy tính

để có những thông số kỹ thuật về chữa cháy như chọn đường đi đến đám cháy,số phươngtiện, hóa chất cần dùng và lựa chọn phương án chứa cháy tối ưu.Hình 4-1 là sơ đồ Báo cháy

tự động của một tòa nhà trung tâm công nghiệp tại Hà Nội làm ví dụ

H1-1 Sơ đồ hệ thống Báo cháy tự động của một tòa nhà trung tâm

Máy Báo cháy làm việc dựa trên nguyên tắc:

Khi có đám cháy xảy ra thì có sự thay đổi nhiệt độ, cường độ ánh sáng của môi

trường, có khói Bốc lên Những sự thay đổi này được máy Báo cháy thu nhận và Biến đổithành tín hiệu điện sau đó qua Bộ phận khuếch đại rồi truyền cho máy thu tín hiệu cháy vàtruyền tiếp đến các Bộ phận có liên quan như trung tâm Báo cháy tự động, trung tâm máytính, trung tâm chỉ huy chữa cháy.Từ trung tâm chỉ huy chữa cháy ra lệnh cho các đội chữacháy khu vực

Phương tiện chữa cháy tự động là phương tiện tự động đưa chất chữa cháy vào đámcháy và dập tắt ngọn lửa.Phương tiện này được Bố trí ở những nơi có những hàng hóa, máymóc, thiết Bị đắt tiền hoặc những nơi dễ có sự cố cháy nổ nhất.Phương tiện chữa cháy tựđộng có thể chữa cháy Bằng nước, Bằng Bọt, Bằng khí không cháy ( CO 2,N2) và có thể hoạtđộng nhờ nguồn điện,Bằng hệ thống khí nén, Bằng hệ thống dây cáp

Hình 1-2 là sơ đồ nguyên tắc của hệ thống chữa cháy tự động dùng Bọt hòa khôngkhí để dập tắt đám cháy của một chất lỏng

Khi Bể đựng chất lỏng 1 Bị cháy máy Báo cháy 2 Báo về máy thu tín hiệu cháy 3, máythu tín hiệu cháy 3 điều khiển khởi động từ 4 để về động cơ 5 và máy Bơm 6 làm việc, van

tự động 7 mở để hút nước từ Bể 8 qua thiết Bị trộn thuốc 9.Chất tạo Bọt từ thùng 10 vào thiết

Bị 9 để trộn với nước đi ra đám cháy qua miệng phun 11, hòa với không khí làm thành Bọthòa không khí dập tắt đám cháy.Khi máy Bơm nước 6 mở thì các van 12,13,14 mở

Hình 1-1:Sơ đồ nguyên lý hệ thống chữa cháy tự động

1.4 Điều hòa Không Khí trong tòa nhà cao tầng hiện đại

Điều hòa không khí (ĐHKK) thường được hiểu là làm mát không khí Không phảinhư vậy mà ngoài việc duy trì nhiệt độ trong không gian cần điều hòa ở mức yêu cầu, hệthống ĐHKK còn phải giữa độ ẩm không khí trong không gian đó ổn định ở mức quy địnhnào đó.Bên cạnh đó cần phải chú ý đến vấn đề Bảo đảm độ sạch của không khí, không chế

độ ồn và sự lưu thông hợp lý của dòng không khí ĐHKK được chia là Ba loại với nội dungrộng hẹp khác nhau

-Điều tiết không khí : dùng để thiết lập các môi trường thích hợp cho việc Bảo quản máymóc,công nghệ sản xuất,chế Biến trong tòa nhà

-Điều hòa không khí : nhằm tạo môi trường tiện nghi cho các sinh hoạt của con ngườitrong tòa nhà

-Điều hòa nhiệt độ : nhằm tạo ra môi trường có nhiệt độ thích hợp trong tòa nhà

Như vậy phụ thuộc vào những điều kiện cụ thể khác nhau, việc điều chỉnh nhiệt độtrong không gian cần điều hòa không phải lúc nào cũng theo chiều hướng giảm so với nhiệt

độ của môi trường xung quanh.Tương tự như vậy độ ẩm của không khí có thể được điềuchỉnh không chỉ giảm mà có khi còn được yêu cầu tăng lên so với độ ẩm Bên ngoài

Một hệ thống ĐHKK đúng nghĩa là một hệ thống có thể duy trì trạng thái của không

khí trong không gian cần điều hòa trong vùng quy định nào đó.Nó không thể ảnh hưởng Bởi

sự thay đổi Bên ngoài hoặc sự Biến đổi của phụ tải Bên trong.Từ đó cho thấy rõ ràng có mỗiliên hệ mật thiết giữa các điều kiện thời tiết Bên ngoài không gian cần điều hòa với chế độhoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí.ở nước ta khí hậu nhiệtđới nóng ẩm nhiệm vụ của ĐHKK thường chỉ làm giảm nhiệt độ và độ ẩm của không khítrong không gian cần điều hòa so với không khí Bên ngoài

1.4.1Các thành phần của hệ thống điều hòa Không Khí trong tòa nhà

Về mặt thiết Bị,tổ hợp điều hòa không khí Bao gồm các thành phần như sau:

Bộ gia nhiệt và Bộ hâm nóng : là Bộ phận hỗ trợ với máy lạnh trong việc điềuchỉnh các thông số của không khí.Bộ phận này không nhất thiết phải có mặt trongtất cả các hệ thống điều hòa không khí, ở những vùng có khí hậu thường xuyênnóng Bức, sự Biến động của phụ tải không nhiều và các yêu cầu kỹ thuật khôngquá cao thi không dung Bộ phận này

Hệ thống vận chuyển chất tải lạnh:là hệ thống vận chuyển chất tải lạnh từ nguồnsinh lạnh đến không gian cần thực hiện kỹ thuật điều hòa không khí

Hệ thống phun ẩm:thường được dùng cho những nơi có yêu cầu gia tăng độ chứahơi của không khí trong không gian cần điều hòa

Hệ thống phân Bố không khí

Hệ thống giảm ồn, lọc Bụi, chống cháy khử mùi

Hệ thống thải không khí Bên trong không gian cần điều hòa ra ngoài trời hoặc đưatuần hoàn trở lại hệ thống

Bộ điều chỉnh và khống chế tự động để theo dõi và duy trì tự động các thông sốchính của hệ thống

Tất nhiên không phải Bất kỳ một hệ thống điều hòa không khí nào cũng phải đầy đủcác Bộ phận nêu trên

1.4.2 Mối quan hệ giữa môi trường và cơ thể con người trong tòa nhà cao tầng hiện đại.

Tùy từng mục đích mà hệ thống ĐHKK sẽ có chức năng khác nhau,chủ yếu ta xem xét

hệ thống ĐHKK là phương tiện nhằm tạo ra môi trường tiện nghi, thoải mái cho các hoạtđộng của con người trong tòa nhà cao tầng hiện đại

Không thể có tiêu chuẩn hoặc yêu cầu về môi trường giống nhau cho tất cả mọi con người Tùy theo tuổi tác và mức độ vận động của cơ thể mà việc phát nhiệt và sự cảm nhận

dễ chịu hay không dưới tác động của môi trường xung quanh hoàn toàn khác nhau.Cơ thểcon người xem như một cái máy nhiệt.đối với nhiệt độ người Bình thường Bên trong cơ thểchừng 370C.Do cơ thể luôn sản sinh ra một lượng nhiệt nhiều hơn nó cần,cho nên để duy trìmột lượng nhiệt trong cơ thể con người luôn thải ra một lượng nhiệt ra môi trường xung

quanh.Ba thông số môi trường có ảnh hưởng đến mức độ trao đổi nhiệt giữa môi trường và

cơ thể là:Nhiệt độ, độ ẩm tương đối và đặc điểm chuyển động của dòng không khí

- Ảnh hưởng của nhiệt độ: khi nhiệt độ không khí xung quanh giảm xuống,cường độtrao đổi nhiệt đối lưu giữa cơ thể và môi trường sẽ tăng lên.Cường độ này càng tăng,khi độchênh lệch nhiệt độ giữa Bề mặt cơ thể và không khí càng tăng,nên độ chênh lệch này khálớn thì nhiệt lượng cơ thể mất đi càng lớn và đến một lúc nào đó sẽ có cảm giác khó chịu và

ớn lạnh.Việc giảm nhiệt độ của Bề mặt xung quanh sẽ làm gia tăng cường độ trao đổi nhiệtBằng Bức xạ, ngược lại nếu nhiệt độ xung quanh tiến gần đến nhiệt độ cơ thể thì thành phầntrao đổi nhiệt Bằng Bức xạ sẽ giảm đi rất nhanh.Các nghiên cứu và kinh nghiệm đã chỉ rarằng, trong phần lớn các trường hợp thì con người sẽ cảm thấy dễ chịu trong vùng nhiệt độkhoảng từ 220C -:- 270C

- Ảnh hưởng của độ ẩm: chính độ ẩm tương đối của không khí xung quanh quyết địnhmức độ Bay hơi, Bốc ẩm từ cơ thể ra ngoài môi trường.Nếu độ ẩm tương đối giảm

xuống,lượng ẩm Bốc ra ngoài cơ thể sẽ càng nhiều.Kinh nghiệm cho thấy nếu nhiệt độkhông khí 270C thì độ ẩm không khí để có cảm giác dễ chịu nên vào khoảng 50%

- Ảnh hưởng của dòng không khí: tùy thuộc vào mức độ chuyển động của dòng khôngkhí mà lượng ẩm thoát ra từ cơ thể sẽ nhiều hay ít.Khi chuyển động của dòng không khítăng lên thì lớp không khí Bão hòa xung quanh Bề mặt cơ thể càng dễ Bị kéo đi để nhườngchỗ cho không khí khác ít Bão hòa hơn.do đó khả năng Bốc ẩm từ cơ thể sẽ nhiều hơn.Cũngphải thấy chuyển động của dòng không khí không chỉ ảnh hưởng lượng ẩm Bốc ra mà cònảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt Bằng đối lưu.Rõ ràng quá trình đối lưu càng mạnhthì chuyển động của dòng không khí càng lớn

Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra rằng, đối với nhiều người – để tạo cảm giác dễ

chịu – tốc độ chuyển động của không khí trong tòa nhà (vùng ưu tiên) nên khoảng chừng

0,25m/s.Tuy vậy khi chọn tốc độ không khí ta cần lưu ý đến sự tương thích với nhiệt độ

không khí xung quanh.Từ Bảng 1.1 dưới đây ta thấy khi nhiệt độ tăng thì tốc độ của không

220,20-:- 0,24

230,25-:- 0,3

240,3-:- 0,35(m/s)

1.4.3 Sự ô nhiễm Không Khí và vẫn đề thông gió trong tòa nhà cao tầng hiện đại.

Một vấn đề cơ Bản của người thiết kế hệ thống ĐHKK cần phải chú ý là thông gió cho không gian cần điều hòa trong tòa nhà cao tầng hiện đại.

Như ta đã Biết không gian điều hòa trong tòa nhà cao tầng hiện đại là không giantương đối kín, trong không gian đó có sự hiện diện của đủ loại người và có thể tồn tại đủ cácloại vật dụng khác nhau.Bên cạnh ảnh hưởng của Bụi Bặm và các vật li ti trong khôngkhí.Chính người và vật dụng đo đã gây ra ô nhiễm không khí trong không gian cần điềuhòa,trong đó sự hiện diện của con người và các hoạt động của con người là nguyên nhânchủ yếu

Có thể đưa ra một số nguyên nhân cụ thể sau đây:

- do hít thở.

- do hút thuốc lá

- do những loại mùi khác nhau từ cơ thể tỏa ra

Chính đây là nguồn gốc là gia tăng lượng CO 2,CO, một vài loại vi khuẩn, các loại lấmgây Bệnh và một số loại khí độc khác trong không gian cần điều hòa

Để là cho không khí trong tòa nhà trong lành hơn, Bớt ô nhiễm hơn, cần thiết phải thực hiện kỹ thuật thông gió Trong điều hòa không khí,có thể hiểu thông gió là Biện pháp

kỹ thuật nhằm thay đổi một Bộ phận không khí trong tòa nhà Bằng một lượng không khí tươitương ứng lấy từ Bên ngoài.Tất nhiên để hạn chế các Bụi Bặm và các hạt li ti khác thì cầnphải lọc và làm sạch không khí tươi trước khí đưa vào trong tóa nhà để điều hòa

Trước đây khi nói đến sự ô nhiễm không khí trong tòa nhà người ta thường nghĩ đến nồng

độ CO2 có trong không khí.Gần đây, ngoài CO 2 người ta còn lưu ý đến khử các loại mùiphát ra từ cơ thể con người và đang nghiên cứu tìm các loại chỉ số thích hợp để đánh giá tácđộng của yếu tố này đến môi trường không khí trong tòa nhà cần điều hòa.nhưng cho đếnnay người ta còn sử dụng nồng độ CO 2 như là một chỉ số Biểu diễn ở mức độ ô nhiễm.Bảng 1.2 sau đây trình Bày một số kết quả đó.

Ứng với nồng độ CO2 mức độ chấp nhận nào đó trong tòa nhà thì có thể tính lượng khítươi vào trong tòa nhà cần điều hòa như sau

K : lượng khí CO2 do con người thải ra thông qua hoạt động hít thở,m3/h.người

 : nồng độ CO2 có thể chấp nhận được trong không gian cần điều hòa % thể tích

a : nồng độ CO2 trong không khí ngoài trời(Thông thường 0,03% thể tích).

Q :lưu lượng không khí tươi phải thổi vào không gian cần điều hòa nồng độ CO 2 được duytrì ở mức chấp nhận được ,m3/h.người

0,1 Nồng độ cho phép trong các trường hợp mức độ nguy hiểm, tuy

thông thường( theoPettenkofer) nhiên với tư cách là chỉ0,15

hoặc

lớn hơn

Bảng 1.3.

Hết sức nguy hiểm và dẫn đến tử vong

18,631,443,065,7106,0

10,818,325,038,361,7

Như vậy từ Bảng 1.3 lượng không khí tươi cần thiết cho một người phụ thuộc vào

cường độ vận động của người đó khi ở trong không gian tòa nhà cần điều hòa với nồng độ

CO2 ở mức quy định.Trong trường hợp những người hiện diện trong không gian đó có hútthuốc,lượng không khí tươi cần phải Bổ sung thêm vào để loại trừ ảnh hưởng của khói thuốc

được trình Bày trong Bảng 1.4 Tất nhiên ở đây có ảnh hưởng của mức độ hút thuốc,để thể

hiện điều đó người ta đưa ra các thông số phỏng chừng tính theo số điếu thuốc/h.người

Lưu lượng không khí tươi tối thiểu được đề nghị đểkhử ảnh hưởng của khói thuốc,m3/h.người

13 -:-17

20 -:-2642-:-5151-:-85

Ngoài những điều đã nói ở trên, khi đánh giá mức độ vệ sinh của một môi trường nào

đó theo nhiều yếu tố tổng hợp khác nhau, có thể tham khảo các số liệu trong Bảng 1.5 dướiđây

từ 170C đến 280C tùy từng trường hợp

từ 40% đến 70%

nhỏ hơn 0,5m/s

1.4.4 Tiêu chuẩn môi trường trong điều tiết Không Khí.

Để đáp ứng ngày càng cao cho các tòa nhà mà trong các tòa nhà đó có các hoạt độngsản xuất, gia công,chế Biến nhằm mục tiêu nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, phụ vụ

các yêu cầu công nghệ và cải thiệt điều kiện lao động, người ta đang ứng dụng ngày càngnhiều kỹ thuật điều hòa không khí để tạo ra môi trường có nhiệt độ và độ ẩm thích hợp.

Để minh họa nhưng điều nói trên Bảng 1.6 sẽ đưa ra một vài số liệu cụ thể cho một sốtrường hợp.giúp cho phần điều khiển sau này được tốt hơn

xử lý malt

ủ chíncác Bộ phận chế Biến khácnhào Bột

đóng góilên menlắp ráp chính xácgia công khácchuẩn Bịkéo sợidệtchải sợi

se sợidệt và điều tiết cho sợi

21 -:-2424-:-2720-:-2321-:-2316-:-2424-:-2718-:-2427162421-:-27

20 -:-2424

1.4.5 Hệ thống điều Khiển đo lường của thiết bị điều tiết Không Khí trong tòa nhà cao tầng hiện đại.

1.4.5.1 Khái niệm về hệ thống điều Khiển.

1.4.5.1.1Nhiệm vụ chức năng của hệ thống điều Khiển.

Trong các phần trước ta đặt vấn đề là các điều kiện môi trường trong tòa nhà phảiđược duy trì ở phạm vi thông số nhất định nhờ hệ thống điều hòa không khí.Tuy nhiên tachưa xem xét tỉ mỉ xem làm thế nào thiết Bị có thể vận hành để đáp ứng các yêu cầu tiệnnghi và công nghệ trong công trình một cách đồng đều

( nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ lưu thông gió, ) khi phụ tải và thời tiết thay đổi.Hệ thống điềukhiển chính là mối liên hệ thông tin giữa nhu cầu năng lượng thay đổi và nhu cầu đối vớiđiều kiện môi trường trong tòa nhà.Nếu không có hệ thống điều khiển được thiết kế đúng vàhoạt động có hiệu quả thì thiết Bị điều hòa không khí không thể hoạt động tốt ngay cả khi đãđầu tư vốn rất lớn.Người thiết kế hệ thống thông gió và điều hòa không khí phải thiết kếđược hệ thống điều khiển nhằm:

Đơn giản giá thành thấp, đáp ứng được các quy chuẩn hoạt động của thông gió,

và điều hòa không khí một cách tin cậy

Hoạt động có hiệu quả với mọi điều kiện

Về nguyên tắc Biến số được điều khiển quan trọng nhất trong tòa nhà vẫn là nhiệtđộ.Do đó mà ta quan tâm chủ yếu là điều khiển nhiệt độ trong tòa nhà.Tất nhiên để điềukhiển nhiệt độ không khí trong tòa nhà ta cũng phải kết hợp với nhiều chức năng điều khiểnkhác.như điều khiển nồi hơi,điều khiển máy nén lạnh,Bơm quạt, điều khiển lưu lượng khôngkhí và chất lỏng,điều khiển độ ẩm và các hệ thống điều khiển phụ khác

1.4.5.1.2 Đo lường và Kiểm tra tại chỗ

Sử dụng dụng cụ đo và chỉ thị với các thông số sau

-Nhiệt độ khôngg khí ngoài trời

-Nhiệt độ không khí trong tòa nhà

-Nhiệt độ không khí thổi vào của hệ thống

-Nhiệt độ không khí sau khi được xử lý.(Buông phun ,giàn lạnh )

-Nhiệt độ môi chất trước và sau thiết Bị trao đổi( Bộ sấy không khí,, giàn

lạnh,giàn ngưng tụ )

-Độ ẩm tương đối của không khí trong tòa nhà

-Áp suất trong đường ống dẫn không khí và tốc độ không khí ra khỏi các miệngthổi

-Điện áp, dòng điện của động cơ máy nén, quạt (Bơm), quạt giàn lạnh, giàn ngưngtụ

1.4.5.1.3 Đo lường và Kiểm tra từ xa

Thường chỉ thực hiện với một vài thông số chú yếu đặc trưng cho hệ thống,ví dụ,Nhiệt

độ ,độ ẩm tương đối của không khí trong nhà, các dụng cụ đo tự nghi thường được sử dụngtrong trường hợp chất lượng của sản phẩm công nghệ phụ thuộc vào các thông số của khôngkhí trong công trình,khi đó cần theo dõi và xử lý sai lệch thông số có thể tới làm giảm chấtlượng sản phẩm, thậm chí là hư hỏng dây chuyền công nghệ

1.4.5.1.4 Điều Khiển tự động.

Căn cứ vào các giá trị thông số đặt trước.( nhiệt độ, độ ẩm tương đối, lưu lượng khôngkhí,áp suất,dòng điện định mức, ), các thiết Bị điều khiển tự động tác sẽ tác động và cơ cấuthừa hành để điều chỉnh các thông số tương ứng của hệ thống không cho sai lệch với giá trịđặt trước.Ví dụ, khởi động trình tự các máy nén, khởi động đồng thời các quạt gió ngoài,gióhồi, Bơm tuần hoàn, Bơm nước lạnh, điều chỉnh độ mở của van gió, van nước lạnh, van nướcphun, theo phụ tải

2 Phương pháp quản lý tòa nhà cao tầng :Thực trạng & sự cần thiết quản lý các tòa nhà cao tầng ở Việt Nam

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển như vũ Bão và không khí hộinhập kinh tế quốc tế của Việt Nam hiện nay, chúng ta đã tiến được những Bước dài và đã đạtđược những thành công và kết quả tương đối khích lệ trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác

nhau Một trong những thành công đó là qui mô đô thị hóa với hàng lọat các công trình kiến

trúc đồ sộ mọc lên để tô đẹp thêm cho thành công và phát triển kinh tế của Việt Nam.

Từ Hà Nội đến thành phố Hồ Chí Minh, từ Móng Cái đến Cà Mau các tòa nhà caotầng mọc lên rất nhanh thể hiện cho sự thành công về mặt kinh tế và đời sống của cả nước.Trước sự phát triển nhanh chóng đó, vấn đề đặt ra là kiểm định chất lượng các tòa nhà đónhư thế nào và dựa vào các tiêu chí nào để đánh giá chất lượng cho các tòa nhà cao tầng đó

Vấn đề đánh giá và kiểm định chất lượng cho các tòa nhà là không đơn giản Chúng

ta có thể đưa ra các tiêu chí khác nhau để đánh giá và kiểm định chúng, nhưng phải dựa trên

cơ sở nào? Tùy theo quan điểm kiến trúc, quan điểm kết cấu xây dựng, quan điểm tiện nghi,quan điểm về tính sử dụng, quan điểm về môi trường, mà chúng ta có các tiêu chí đánh giá

và kiểm định khác nhau Một trong những tiêu chí mà chúng ta quan tâm là hệ thống quản

lý tòa nhà cao tầng BMS (Building Management System) Tùy thuộc vào mục đích sử dụngcủa các tòa nhà mà tiêu chí đặt ra cho hệ BMS là khác nhau Trên quan điểm đó, chúng tađưa ra vấn đề để thảo luận về các hệ BMS cho các tòa nhà cao tầng

2.1 Phân loại nhà cao tầng:

Chúng ta có thể phân loại các tòa nhà cao tầng theo mục đích sử dụng như sau:

Các tòa nhà dược phẩm, Bệnh viện,

Các nhà ga tàu, tàu điện ngầm,

Các khách sạn, nhà ăn,

Các trường đại học, trường phổ thông,

Các trung tâm điện thoại, truyền hình,

Các nhà máy điện,

Các sân Bay, các trung tâm thông tin,

Với mỗi loại nhà cao tầng có mục đích sử dụng khác nhau chúng ta có hệ BMS tươngứng phù hợp với mục đích sử dụng khác nhau đó

2.2 Hệ thống quản lý các tòa nhà

Ngoài những hệ thống kỹ thuật tối thiểu như hệ thống điện và chiếu sáng, hệ thống cấpnước, hệ thống thông gió và tùy vào mục đích sử dụng của các tòa nhà mà có thêm các hệthống như:

Hệ thống điều khiển thông gió và điều hòa không khí

Hệ thống điều khiển đèn chiếu sáng

Hệ thống điều khiển đỗ ôtô

Hệ thống điều khiển vào ra tòa nhà

Hệ thống Báo động xâm nhập

Hệ thống Báo cháy, Báo khói

Hệ thống thông tin nội Bộ

Hệ thống giám sát và tự động hóa toàn Bộ tòa nhà

Hệ thống cấp nước

Hệ thống điện

Hệ thống vòi phun nước

Hệ thống an ninh

hệ thống BMS

Khoảng 30% số tòa nhà có trang Bị hệ thống điều hòa tập trung, hệ thống Bảo vệ vàBáo cháy, hệ thống Báo động xâm nhập và giám sát Bằng camera có trang Bị hệ thống BMS.Tất cả thiết Bị của các hệ thống điều hòa, Báo cháy, được điều khiển riêng Biệt và tích hợptừng phần Hệ BMS cho phép trao đổi thông tin, giám sát giữa các hệ thống, cho phép quản

lý tập trung Hệ BMS cho phép quản lý điện năng ở mức cao Đây là loại tòa nhà cao tầngđược trang Bị hệ thống tự động hóa BMS

Tất cả các tòa nhà cao tầng ở Việt Nam hiện nay đều không được trang Bị hệ thốngquản lý tòa nhà thông minh Khi được trang Bị hệ thống này, tất cả các hệ thống điều hòa,Báo cháy, được điều khiển tập trung, tương tác Bởi hệ BMS Các hệ thống được tích hợpđầy đủ hệ thống thông tin, truyền thông và tự động hóa văn phòng Đây là loại nhà cao tầngthông minh Còn gọi là các tòa nhà hiệu năng cao, tòa nhà xanh, tòa nhà công nghệ cao, tòanhà có những chức năng đặc Biệt như Bệnh viện, cơ quan trung ương, nhà quốc hội,

Với các con số trên, chúng ta có thể thấy thực trạng về hệ thống nhà cao tầng củachúng ta phần lớn chưa được trang Bị hệ thống BMS Nếu xét về mặt chất lượng và hiệunăng sử dụng của các tòa nhà thì chưa đạt so với yêu cầu đặt ra cho các tòa nhà đó

Chúng ta nêu một ví dụ về mặt chất lượng và hiệu năng sử dụng của các tòa nhà nhưsau: Các tòa nhà tối thiểu phải có hệ thống cung cấp nước, nhưng hệ thống này chưa đượctrang Bị hệ thống BMS và tiết kiệm điện năng, do vậy tiền điện sẽ phải chi nhiều hơn so vớinhững tòa nhà có trang Bị hệ BMS và hệ thống tiết kiệm điện năng Do vậy chất lượng vàhiệu năng sử dụng là không cao Nếu chúng ta xét về mặt kinh doanh thì các nhà cao tầngnày sẽ không có tính cạnh tranh và đương nhiên là thua lỗ

2.3 Sự cần thiết của hệ thống BMS cho các tòa nhà cao tầng

Qua phân tích thực trạng về hệ thống quản lý nhà cao tầng ở trên, chúng ta thấy tínhcấp thiết phải trang Bị các hệ BMS cho các nhà cao tầng Ngày nay, các tòa nhà cao tầng

không chỉ đạt tiêu chí diện tích sử dụng mà còn phải đạt tiêu chí về tiết kiệm điện năng, đạttiêu chí về môi trường, tiêu chí về tiện nghi, tiêu chí về hệ thống thông tin, tiêu chí về anninh,

Tùy thuộc vào loại nhà cao tầng mà các hệ thống BMS phải trang Bị cho phù hợp vớicác mục đích sử dụng và môi trường các tòa nhà đó được khai thác Các hệ thống BMS này

đã được chuẩn hóa và được sử dụng rộng rãi trên tòan thế giới Các hãng cung cấp các sảnphẩm này đã xâm nhập vào thị trường Việt Namnhư: Siemens, Honeywell, Yamatake, Cácnhà cao tầng ở Việt Namđã sử dụng hệ thống BMS của Siemens thông qua các công ty đại

lý Việt sáng tạo, NTC để thực hiện lắp đặt cho các tòa nhà: Saigon Center HCM được đưavào sử dụng 1996, Red riverBuilding Hanoi-1999, Opera Hilton Hotel Hanoi-2000, HanoiNation Stadium-2003 Sau khi trang Bị hệ BMS này, các tòa nhà đã khai thác rất hiệu quảkhả năng quản lý giám sát và Báo hiệu các sự cố của hệ thống HVAC (Hệ thống thông gió

và điều hòa không khí) và tiết kiệm được 50% năng lượng điện tiêu thụ cho hệ thống so vớitrươc khi lắp đặt hệ thống BMS

Các tòa nhà cao tầng được trang Bị hệ thống BMS-Apogee 600 của Siemens trên mới ứngdụng cho hệ thống thông gió và điều hòa không khí (HVAC) còn các hệ thống an ninh vàgiám sát khác vẫn chưa được khai thác một cách hiệu quả

Với kết quả thể hiện rất khiêm tốn qua Bốn tòa nhà nói trên, chúng ta có thể thấy sựcần thiết của hệ thống BMS đối với các tòa nhà cao tầng như thế nao Do vậy, đỏi hỏi cáctòa nhà cao tầng cần phải được trang Bị hệ thống BMS để giúp cho việc quản lý, giám sáthiệu quả và khai thác tiện lợi, đảm Bảo cho môi trường sống xanh, sạch đẹp

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG

NGHIỆP

1 Mô hình phân cấp hệ thống

Hệ thống điều khiển trong công nghiệp có thể chia thành 5 cấp như sau:

Hình 2.1 Mô hình phân cấp chức năng của một hệ thống điều khiển giám sát

Càng ở cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ Bản hơn và đòi hỏi yêu cầucao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức năng ở cấp trên được thực hiệndựa trên các chức năng cấp dưới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh như ở cấpdưới, nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều Thông

thường, người ta chỉ coi Ba cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ thống điểu khiển và giámsát Tuy nhiên, Biểu thị hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành sản xuất) giúp tahiểu thêm mô hình lý tưởng về cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất côngnghiệp

 Cấp chấp hành: Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền động, vàchuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiêt Thực tế, đa số các thiết Bị cảm Biến (Sensor)hay cơ cấu chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường/truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết Bị trường thông minh cũng có thể đảmnhận việc xử lý thô thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển

 Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các cảm Biến,

xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các cơcấu chấp hành Khi còn điều khiển thủ công, thì các nhiệm vụ đó được các người đứng máythao tác trực tiếp đảm nhận qua việc theo dõi các thiết Bị đo lường, sử dụng kiến thức và

kinh nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết như: Đóng mở van, Bấm nút, điều chỉnhcần gạt, núm xoay Trong một hệ thống điều khiển tự động hiện đại những nhiệm vụ đóđược thực hiện thông qua điều khiển Bằng máy tính.

 Cấp điều khiển giám sát: Có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật Khi

đa số các chức năng như đo lường, điều khiển, điều chỉnh, Bảo toàn hệ thống được các cấpdưới thực hiện, thì nhiềm vụ của cấp điều khiển giám sát là hỗ trợ người sử dụng trong việccài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống Bất

thường Ngoài ra, trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các Bài toán điều khiểncao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức( ví dụtrong chế Biến dược phẩm, hoá chất) Khác với cấp dưới cấp điều khiển giám sát không đòihỏi phương tiện đặc Biệt, thiết Bị phần cứng đặc Biệt ngoài các máy tính thông thường (máytính cá nhân, máy trạm, máy chủ, terminal ) Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việcthiết kế hệ thống và lựa chọn thiết Bị

 Cấp điều hành sản xuất: Nhiệm vụ của cấp điều hành sản xuất là nhận các thông tin vềtrạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các giàn máy, cũng như của hệ thống điềukhiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễn Biến quá trình sản xuất và chất lượngsản phẩm Đồng thời cấp điều hành sản xuất có nhiệm vụ xử lý các số liệu, lập kế hoạch sảnxuất, ra quyết định Bảo dưỡng máy móc, tối ưu hoá sản xuất và đưa các thông tin về cácthông số thiết kế, công thức điều khiển, và mệnh lệnh điều hành xuống cấp dưới Mặt kháccấp điều hành sản xuất còn có chức năng là trao đổi thông tin với cấp quản lý công ty Cấpđiều hành sản xuất Bao gồm các máy tính văn phòng nối mạng cục Bộ với nhau

 Cấp quản lý công ty: Cấp quản lý công ty là cấp trên cùng trong mô hình phân cấp hệthống Nhiệm vụ của cấp này trao đổi thông tin giữa công ty và khách hàng thông qua thưđiện tử, hội thảo từ xa, dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử Cấp quản lý công

ty còn có nhiệm vụ tính toán giá thành, kế hoạch sản xuất, thống kê tài nguyên, xử lý đơnđặt hàng

Để kết nối các thành phần trong hệ thống với nhau ta sử dụng các hệ thống Bus

 Bus trường: Là các hệ thống Bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết

nối các thiết Bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết Bị của cấp chấphành, hay các thiết Bị trường Đặc trưng cơ Bản của Bus trường là tính năng thời gian thựcphải cao, yêu cầu về lượng thông tin thì không cao Các hệ thống Bus trường thường sửdụng là: ProfiBus, ControlNet, ModBus, Foundation FieldBus, DeviceNet, AS-i, EIB

 Bus hệ thống, Bus quá trình: Dùng để kết nối các máy tính điều khiển và các máy tính trêncấp điều khiển giám sát với nhau Qua Bus hệ thống các máy tính điều khiển có thể phối hợphoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho trạm kỹ thuật và trạm quan sát Đối với Bus hệthống, tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng thời gian thực có được đặt ra mộtcách ngặt nghèo hay không Thời gian phản ứng thông thường trong khoảng vài trăm

miligiây Trong khi đó lưu lượng thông tin lớn hơn nhiều so với Bus trường Các hệ thốngBus trường tiêu Biểu: Ethernet, Industrial Ethernet, ProfiBus-FMS, FieldBus Foundation’sHigh Speed Ethernet

 Mạng xí nghiệp: Là một mạng LAN Bình thường, có chức năng kết nối các máy tính vănphòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát Mạng xí nghiệp không yêu

cầu nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực Việc trao đổi dữ liệu diễn ra không định kỳ,nhưng có khi với số lượng lớn tới hàng MByte Hai loại mạng chủ yếu được dùng là

Ethernet và Token-Ring trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX

 Mạng công ty: Đặc trưng của mạng công ty là gần với một mạng viễn thông hoặc mộtmạng máy tính diện rộng nhiều hơn trên các phương diện phạm vi và hình thức dịch vụ,phương pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ thuật.Mạng công ty thường sử dụng cácloại mạng có tốc độ truyền thông và độ an toàn tin cậy đặc Biệt cao, chẳng hạn như: FastEthernet, FDDI, ATM

2 Cấu trúc và thiết bị mạng

Cấu trúc mạng quyết định các thiết Bị cần phải có trong mạng và cách ghép nối

chúng.Thiết Bị mạng gồm có:

-Bộ lặp :Sao chép, khuếch đại và phục hồi tín hiệu mang thông tin trên đường truyền

giữa hai trạm xa nhau

-Cầu nối :Liên kết giữa hai mạng con với nhau chỉ khi lớp liên kết dữ liệu( lớp 2 môhình tham chiếu OSI) làm việc với cùng giao thức

-Router :Liên kết hai mạng con với nhau trên cơ sở lớp 3 theo mô hình OSI

-Gateway:Liên kết các hệ thống Bus khác nhau Bằng cách chuyển đổi giao thức cấpcao, thường được thực hiện Bằng các thành phần phần mềm

-HUB (ghép nối các trạm theo cấu trúc ARCNET và Ethernet)

-MAU (Ghép nối các trạm theo cấu trúc Token-Ring)

-TRANSIVER/RECEIVER:ghép nối hai trạm trực tiếp trên một khoảng cách lớn

-Module truyền thông (Của PLC )card mạng(của Biến tần, module phân

tán ):Mạng ProfiBus

-Card máy tính(mạng LAN)

-Có 3 kiểu liên kết để ghép nối chúng với nhau:

 Liên Kết điểm - điểm :là loại liên kết chỉ nghép nối hai đối tác truyền thông.Đểxây dựng một trạm truyền thông trên cơ sở này sẽ cần nhiều đường truyền riêngBiệt, với nhiều module truyền thông

 Liên Kết điểm - nhiều điểm (multi-drop) : sử dụng duy nhất một đối tác truyềnthông là trạm chủ.Các đối tác còn lại làm trạm tớ.Thông tin truyền từ trạm chủđến các trạm tớ trong cùng một lúc(liên kết điểm – nhiều điểm).Việc giao tiếp

theo chiều ngược lại từ trạm tớ tới trạm chủ chỉ được thực hiện theo kiểu điểm điểm.Nhiều đối tác có thể nối với nhau qua một cáp chung duy nhất.

- Liên Kết nhiều điểm(Multipoint): là liên kết ngang hàng với nhiều đối tác thamgia.Bất kỳ đối tác nào cũng có quyền thu phát tín hiệu.Cũng như liên kết

điểm,nhiều điểm,có thể xử dụng một cáp duy nhất để nối giữa các đối tác

Có thể phân Biệt các dạng cấu trúc cơ Bản là Bus, mạch vòng tích cực và hình saonhư sau:

2.1 Cấu trúc bus

Tất cả các thành viên của mạng đều được nối trực tiếp với một đường dẫn chung.Đặcđiểm cơ Bản của cấu trúc Bus là việc xử dụng chung một đường dẫn duy nhất cho tất cả cáctrạm.Vì thế tiết kiệm được cáp dẫn và công lắp đặt

Có thể phân Biệt Ba loại cấu hình trong cấu trúc Bus : daisy – chain và trunk – line/drop– line và mạch vòng không tích cực Hai cấu hình đầu cũng được xếp vào kiểu cấu trúc

đường thẳng,Bởi hai đầu đường truyền không khép kín

Với daisy – chain,mỗi trạm được nối mạng trực tiếp tại giao lộ của hai đoạn dây dẫn,không qua một đoạn dây nối phụ nào.Ngược lại, trong cấu hình trunk- line/drop-line, mỗitrạm được nối qua một đường nhánh(drop – line) để đến đường trục (Trunk – line).Cònmạch vòng không tích cực thực chất chỉ khác với (trunk – line/drop – line) ở chỗ đườngtruyền được khép kín

Bên cạnh việc tiết kiệm dây dẫn thì tính đơn giản, dễ thực hiện là những ưu điểm

chính của cấu trúc Bus, nhờ vậy mà cấu trúc này phổ Biến nhất trong các hệ thống mạngtruyền thông công nghiệp.Trong trường hợp một trạm không làm việc (hỏng hóc, do ngắtnguồn, )Không ảnh hưởng đến phần mạng còn lại.Một số hệ thống còn cho việc tách mộttrạm ra khỏi mạng hoặc thay thế một trạm trong khi cả hệ thống vẫn hoạt động Bình

Ngoài việc cần phải kiểm soát truy nhập môi trường, cấu trúc Bus còn có những nhượcđiểm sau:

 Một tín hiệu gửi đi có thể tới tất cả các trạm và theo một trình tự không kiểm soát

được,vì vậy phải thực hiện phương pháp gán địa chỉ(logic) theo kiểu thủ công cho từngtrạm.Trong thực tế, việc gán địa chỉ này gây ra không ít khó khăn

 Tất cả các trạm đều có khả năng phát và phải luôn luôn “nghe” đường dẫn để phát

hiện ra thông tin có phải gửi cho mình hay không, nên phải được thiết kế sao cho có đủ tảivới số trạm tối đa Đây chính là lý do phải hạn chế số trạm trong một đoạn mạng.Khi cần

mở rộng mạng phải dùng thêm các Bộ lặp

 Chiều dài đường dẫn tương đối dài,vì vậy đối với cấu trúc đường thẳng xảy ra hiện

tượng phản xạ ở mỗi đầu dây làm giảm chất lượng của tín hiệu.Để khắc phục hiện tượng

này người ta chặn hai đầu dây Bằng hai trở đầu cuối.Việc sử dụng các trở đầu cuối cũng làmtăng tải của hệ thống.

 Trong trường hợp đường dẫn Bị đứt, hoặc do ngắn mạch trong phần kết nối Bus củatrạm Bị hỏng đều dẫn đến ngừng hoạt động của cả hệ thống Hoặc khi lỏng giắc cắm nốitrạm này hoặc trạm khác sẽ dừng hoạt động của tất cả các trạm sau đó

 Cấu trúc đường thẳng, liên kết đa điểm cố hữu gây ra khó khăn trong áp dụng các

công nghệ truyền tín hiệu mới như sử dụng cáp quang

Một số ví dụ mạng công nghiệp tiêu Biểu sử dụng cấu trúc Bus là PROFIBUS,CANWordldFIP,Foundation FieldBus,LonWorks,AS-i và Ethernet

2.2 Cấu trúc mạch vòng(tích cực)

Cấu trúc mạch vòng được thiết kế sao cho các thành viên trong mạng được nối từđiểm này đến điểm kia một cách tuần tự trong một mạch vòng khép kín.Mỗi thành viên đềutham gia tích cực vào việc kiểm soát dòng tín hiệu.Khác với cấu trúc đường thẳng,ở đây tínhiệu được truyền đi theo một chiều quy định.Mỗi trạm nhận được dữ liệu từ trạm trước vàchuyển sang trạm lân cận đứng sau.Qúa trình này được lặp lại cho đến khi tín hiệu quay trở

về trạm đã gửi, nó sẽ được huỷ Bỏ

Ưu điểm cơ Bản của mạng cấu trúc kiểu này là mỗi một nút đồng thời có thể là một

Bộ khuếch đại,do vậy khi thiết kế mạng theo kiểu cấu trúc vòng có thể thực hiện với khoảngcách và số trạm rất lớn.Mỗi trạm có khả năng vừa nhận vừa phát tín hiệu cùng một lúc.Bởimỗi thành viên ngăn cách mạch vòng ra làm hai phần,và tín hiệu chỉ được truyền theo mộtchiều,nên Biện pháp tránh xung đột tín hiệu được thực hiện một cách đơn giản hơn

Với kiểu mạch vòng không có điều khiển trung tâm, các trạm đều Bình đẳng như nhautrong quyền nhận và phát tín hiệu.Như vậy việc kiểm soát đường dẫn sẽ do các trạm tự đảmnhận và phân chia.Với kiểu có điều khiển trung tâm,một trạm chủ sẽ đảm nhận vai trò kiểmsoát việc truy nhập đường dẫn

Việc gán địa chỉ cho các thành viên trong mạng cũng có thể do một trạm chủ thực hiệnmột cách hoàn toàn tự động, căn cứ vào thứ tự sắp xếp vật lý của trạm mạch vòng.Ưu điểmcủa cấu trúc mạch vòng là khả năng xác định vị trí xảy ra sự cố, đứt dây hay một trạm

ngừng làm việc.Tuy nhiên sự hoạt động không Bình thường của mạng trong trường hợp nàychỉ với một dây dự phòng như ở FDDI

Một kỹ thuật khác được áp dụng xử lý sự cố tại một trạm là dùng các Bộ chuyển mạchBy-pass tự động.Mỗi trạm thiết Bị sẽ được đấu với mạch vòng nhờ Bộ chuyển mạch

này.Trong trường hợp sự cố xảy ra, Bộ chuyển mạch sẽ tự động phát hiện và ngắn mạch,Bỏqua thiết Bị được nối mạng qua nó

Cấu trúc mạch vòng được xử dụng trong một số hệ thống có độ tin cây cao như Internet,Token –Ring(IBM) và đặc Biệt là FDDI

2.3 Cấu trúc hình sao :

Là một cấu trúc mà có trạm trung tâm quan trọng hơn tất cả cac nút mạng khác, nútnày sẽ điều khiển sự truyền thông của toàn mạng.Các thành viên khác được kết nối gián tiếp

với nhau qua trạm trung tâm.Tương tự như cấu trúc mạch vòng, có thể nhận thấy ở đây kiểuliên kết về mặt vật lý là kiểu điểm - điểm.Tuy nhiên, liên kết về mặt logic vẫn có thể lànhiều điểm.Nếu trạm trung tâm đóng vai trò tích cực, nó có thể đảm đương nhiệm vụ kiểmsoát toàn Bộ việc truyền thông của mạng, còn nều không sẽ chỉ như một Bộ chuyển mạch.Một nhược điểm của cấu trúc hình sao là sự cố ở trạm trung tâm sẽ làm tê liệt toàn Bộcác hoạt động truyền thông trong mạng.Vì vậy, trạm trung tâm thường phải có độ tin cậy rấtcao.

Một nhược điểm tiếp theo của cấu trúc hình sao là tốn dây dẫn,nếu như khoảng trung Bìnhgiữa các trạm nhỏ hơn khoảng cách của chúng tới trạm trung tâm.Đương nhiên trong các hệthống viễn thông không tránh khỏi việc dùng cấu trúc này.Đối với mạng truyền thông côngnghiệp, cấu trúc hình sao tìm thấy trong các phạm vi nhỏ.Ví dụ như các Bộ chia, thườngdùng vào mục đích mở rộng các cấu trúc khác.Lưu ý rằng, trong nhiều trường hợp một

mạng cấu trúc hình sao về về mặt vật lý lại có cấu trúc như một hệ Bus,Bởi các trạm vẫn cóthể tự do liên lạc như không có sự tồn tại của trạm trung tâm.Chính các hệ thống mạng

Ethernet công nghiệp ngày nay sử dụng phổ Biến cấu trúc này kết hợp với kỹ thuật chuyểnmạch và phương phát truyền dẫn tốc độ cao

2.4 Kiến trúc giao thức

Dữ liệu thông tin được truyền trong mạng thường là sau khi đã được đóng gói.Gói tinBao gồm các thông tin cần truyền tải, Bít đầu cuối, xác nhận cùng địa chỉ trạm nhận và thôngtin trạm truyền.Có nhiều loại dịch vụ truyền thông, với các cấp khác nhau.Tuỳ theo nhu cầu

về độ tiện lợi hay hiệu suất trao đổi thông tin mà người ta có thể quyết định sử dụng dịch vụ

ở cấp nào.Việc thực hiện tất cả các dịch vụ được dựa trên nguyên hàm dịch vụ, Bao gồm :

vụ không xác nhận chỉ cần hai nguyên hàm đầu tiên

Giao thức là cơ sở chính cho việc thực hiện và sử dụng các dịch vụ truyền thông, làcác quy tắc cho việc giao tiếp.Mục đích tạo môi trường chung cho Bên cung cấp dịch vụ và

cả Bên sử dụng dịch vụ có thể hiểu được nhau

Một quy chuẩn giao thức Bao gồm các thành phân sau:

Ngữ nghĩa (sematic): quy định ý nghĩa cụ thể của từng Bức điện, như phươngpháp địa chỉ, phương pháp Bảo toàn dữ liệu thủ tục điều khiển dòng thông tin, xử

giao thức cũng Bao gồm giao thức cấp thấp và cấp cao tương ứng.Giao thức cấpcao gần với người xử dụng thường được sử dụng Bằng phần mềm.

-FTP: File transfer Protocol

HTTP : Hypertest Transfer Protocol

MMS: Mannufactoring Message Specification

TCP/IP: Transmisson Control Protocoll/Internet Prrotocol

HART : Highway AdressaBle Remote Transducer

HDLC : High Level Data – Link Control

Nhằm hỗ trợ các hệ thống truyền thông có khả năng tương tác với nhau, người ta đưa

ra một kiến trúc giao tiếp được gọi là mô hình quy chiếu OSI

2.5 Mô hình tham chiếu OSI (Open System Interconnection)

Chỉ là một mô hình kiến trúc phân lớp với mục đích phục vụ việc sắp xếp và đốichiếu các hệ thống truyền thông có sẵn, trong đó có cả việc so sánh, đối chiếu các giao thức

và dịch vụ truyền thông, cũng như cơ sở cho việc phát triển các hệ thống mới

H2.2 Mô hình tham chiếu OSI

Lớp ứng dụng:

Là lớp trong cùng mô hình tham chiếu OSI, cung cấp các dịch vụ cao cấp tên cơ sởcác giao thức cao cấp cho người xử dụng và các chương trình ứng dụng.Các dịch vụ thuộclớp ứng dụng được thực hiện hầu hết Bằng phần mềm.Để xử dụng người ta dùng các khốihàm(function Block),tích hợp cả một số chức năng xử lý thông tin, thậm chí cả điều khiểntại chỗ Đây cũng là xu hướng mới trong chuẩn hoá các lớp ứng dụng cho các hệ thống Bustrường Hướng tới kiến trúc điều khiển phân tán triệt để

Lớp biểu diễn dữ liệu:

Chức năng của lớp Biểu diễn dữ liệu là chuyển đổi các dạng Biểu diễn dữ liệu khácnhau về cú pháp một dạng chuẩn.Nhằm tạo điều kiện cho các đối tác truyền thông có thểhiểu được nhau mặc dù chúng sử dụng các kiểu dữ liệu khác nhau.Lớp này còn có thể cungcấp một số dịch vụ Bảo mật dữ liệu, ví dụ như phương pháp Bảo mật mã khoá

Chức năng này có thể kết hợp thực hiện trên lớp ứng dụng để đơn giản hoá, và nângcao hiệu suất của việc xử lý giao thức, là đặc trưng của các hệ thống Bus trường.

Lớp Kiểm soát nối (sesion layer).

Lớp kiểm soát nối có chức năng kiểm soát mối liên kết truyền thông giữa các chươngtrình ứng dụng,Bao gồm các việc tạo lập, quản lý và kết thúc các đường nối giữa các ứngdụng đối tác.Mối quan hệ giữa các chương trình ứng dụng mạng tích chất lôgic:thông quamột mối liên kết vật lý giữa hai trạm, hai nút mạng có thể tồn tại song song nhiều

lôgic.Thông thường kiểm soát nối là chức năng của hệ điều hành.Để thực hiện các đườngnối giữa hai ứng dụng đối tác, hệ điều hành có thể tạo các tính toán song song.Như vậy,nhiệm vụ đồng Bộ hoá các quá trình tính toán này đối với việc xử dụng chung một giao diệnmạng cũng thuộc chức năng của lớp kiểm soát nối.Chính vì vậy lớp này còn có tên là lớpđồng Bộ hoá

Lớp vận chuyển:

Khi một khối dữ liệu được truyền đi thành từng gói, cần phải Bảo đảm tất cả các góiđều đến đích và theo đúng trình tự chúng được chuyển đi.Chức năng của lớp vận chuyển dữliệu giữa các chương trình ứng dụng một cách tin cậy, Bao gồm cả trách nhiệm khắc phục lỗi

và điều khiển lưu thông.Nhờ vậy mà các lớp trên có thể thực hiện được các chức năng caocấp mà không cần quan tâm đến cơ chế vận chuyển dữ liệu cụ thể

Các nhiệm vụ của lớp vận chuyển Bao gồm :

 Quản lý về tên hình thức cho các trạm xử dụng

 Định vị các đối tác truyền thông qua tên hình thức hoặc địa chỉ

 Xử lý lỗi và kiểm soát dòng thông tin,trong đó có cả việc lập lại quan

hệ liên kết và thực hiện các thủ tục gửi lại dữ liệu khi cần thiết

 Dồn kênh các nguồn dữ liệu khác nhau

 Đồng Bộ hoá giữa các đối tác

Trong mạng truyền thông công nghiệp, một số nhiệm vụ như dồn kênh hoặc kiểmsoát lưu thông trở lên không cần thiết.Các chức năng còn lại được dồn lên kếp hợp với lớpứng dụng đển tiện cho việc việc thực hiện và tạo điều kiện cho người sử dụng chọn phương

án tối ưu hoá và nâng cao hiệu suất truyền thông

Lớp mạng:

Lớp mạng có nhiệm vụ tìm đường đi tối ưu(routing) cho việc vận chuyển dữ liệu,

giải phóng sự phụ thuộc của các lớp Bên trên vào phương thức chuyển giao dữ liệu và côngnghệ chuyển mạch dùng để kết nối các hệ thống khác nhau.Việc xây dựng và huỷ Bỏ cácquan hệ liên kết giữa các nút mạng cũng thuộc trách nhiệm của lớp mạng.Tuy nhiên lớpmạng không có ý nghĩa đối với một hệ thống truyền thông công nghiệp.Bởi ở đây hoặckhông có nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa hai trạm khác nhau ở hai mạng khác nhau,hoặc việctrao đổi được thực hiện gián tiếp thông qua chương trình ứng dụng(không thuộc lớp nào

trong mô hình tham chiếu OSI).Các Bộ router thông dụng trong liên kết mạng hoàn toànkhông đóng vài trò gì trong hệ thống Bus trường.

Lớp liên Kết dữ liệu:

Lớp liên kết dữ liệu đảm nhận việc điều khiển truy nhập môi trường truyền dẫn vàBảo toàn dữ liệu, tương ứng với hai lớp con:Lớp điều khiển truy nhập môi trường và lớpđiều khiển liên kết lôgic.Trong một số hệ thống,lớp liên kết dữ liệu có thể đảm nhiệm thêmmột số chức năng khác như kiểm soát lưu thông và đồng Bộ hoá việc chuyển giao khung dữliệu

Để thực hiện chức năng Bảo toàn dữ liệu, thông tin nhận được từ lớp phía trên đượcđóng gói thành các Bức điện có chiều dài hợp lý.Các khung dữ liệu này chứa các thông tin

Bổ sung phục vụ mục đích kiểm lỗi, kiểm soát lưu thông và đồng Bộ hoá.Lớp liên kết dữliệu phía Bên nhận thông tin sẽ dựa vào các thông tin này để xác định tính chính xác của dữliệu, sắp xếp các khung lại theo đúng trình tự và khôi phục lại thông tin để chuyển tiếp lớptrên nó

Lớp vật lý:

Là lớp dưới cùng trong mô hình phân lớp chức năng truyền thông của một trạm hiếtBị,đảm nhận toàn Bộ công việc truyền dẫn dữ liệu Bằng phương tiện vật lý.Các quy định ởđây mô tả giao diện vật lý giữa một trạm thiết Bị và môi trường truyền thông:

 Các chi tiết về cấu trúc mạng (Bus ,cây hình sao )

 Chuẩn truyền dẫn(RS485 IEC1158 -2 ,truyền cáp quang )

 Phương pháp mã hoá Bít(NRZ,Manchester,FSK )

 Chế độ truyền tải (dải rộng/dải cơ sở/dải mang,đồng Bộ/không đồng Bộ)

 Các tốc độ truyền ghép

 Giao diện cơ học(Phích cắm,giắc cắm )

Lớp vật lý cần được chuẩn hoá sao cho một hệ thống truyền thông có sự lựa chọngiữa một vài khả năng khác nhau.Trong hệ thống Bus trường, sự lựa chọn này là không lớnquá, hầu hết dựa trên vài chuẩn cơ Bản

2.6 Kiến trúc giao thức TCP/IP

Khái niệm TCP/IP dùng để chỉ cả một Bộ giao thức và dịch vụ truyền thông đượccông nhận thành chuẩn cho Internet.TCP/IP đã xâm nhập vào rất nhiều phạm vi ứng dụngkhác nhau Trong đó có cả mạng máy tính cục Bộ và truyền thông công nghiệp, cùng với xuhướng phát triển của mạng Ethernet hiện nay,TCP/IP sẽ chiếm một trong những vai trò quantrọng hàng đầu trong công nghệ Bus trong tương lai

Kiến trúc giao thức TCP/IP và đối chiếu với mô hình OSI được mô tả trên hình sau:

Lớp biểu diễn dữ liệu

Lớp Kiểm soát nối

Hình 2.3 : So sánh TCP/IP Với OSI

2.7 Truy nhập bus

Trong một mạng có cấu trúc Bus các thành viên phải chia nhau thời gian sử dụngđường dẫn.Để tránh xung đột về tín hiệu gây ra sai lệch về thông tin, ở mỗi một thời điểm ởtrên một đường dẫn chỉ duy nhất một điện tín được phép truyền đi.Chính vì vậy, mạng phảiđược điều khiển sao cho tại mỗi một thời điểm nhất định chỉ có một thành viên trong mạngđược gửi thông tin đi.Còn số lượng thành viên trong mạng muốn nhận thông tin thì khônghạn chế.Vì vậy đặt ra vấn đề về phương pháp phân chia thời gian gửi thông tin trên đườngdẫn.Gọi là phương pháp truy nhập Bus

Người ta thường quan tâm đến Ba khía cạnh: Độ tin cậy,tính năng thời gian thực vàhiệu suất sử dụng đường truyền.Tính năng thời gian thực là ở đây là khả năng đáp ứng nhucầu trao đổi thông tin một cách kịp thời và tin cậy.Hiệu suất sử dụng đường truyền là mức

độ khai thác, sử dụng đường truyền, được tính Bằng phần trăm thời gian đường truyền được

sử dụng hiệu quả vào việc truyền tải dữ liệu

Hiện nay có 5 phương pháp truy nhập đường truyền được chia thành các phươngpháp tiền định,với trình tự truy nhập Bus được xác định rõ ràng,có tính năng thời gian thực

và các phương pháp ngẫu nhiên, với trình tự truy nhập Bus không được quy định chặt chẽtrước, mà để xảy ra hoàn toàn theo nhu cầu của các trạm

2.7.1 Master/Slaver

Thuộc nhóm các phương pháp tiền định, một trạm chủ có trách nhiệm chủ động phânchia quyền truy nhập Bus cho các trạm tớ.Phương pháp này có ưu điểm là việc kết nối mạngcác trạm tớ đơn giản, ít tốn kém,.Tuy nhiên hiệu suất trao đổi thông tin giữa các trạm tớ Bịgiảm do dữ liệu phải đi qua khâu trung gian là trạm chủ

2.7.2 TDMA (Time Division Multiple Access)

Là phương pháp đa truy nhập phân chia theo thời gian, mỗi trạm được phân một thờigian truy nhập Bus nhất định.Các trạm lần lượt thay nhau gửi thông tin trong khoảng thờigian cho phép.Phương pháp này có thể không hoặc có trạm chủ.Mỗi trạm đều có khả năngđảm nhiệm vài trò chủ động trong việc giao tiếp trực tiếp với các trạm khác

2.7.3 ToKen Passing

Token là một Bức điện ngắn không mang dữ liệu, có cấu trúc đặc Biệt để phân Biệtvới các Bức điện mang thông tin nguồn, được dùng tương tự như một chìa khoá.Mỗi trạmđược quyền truy nhập Bus và gửi thông tin đi chỉ trong thơi gian nó được giữ Token Sau khikhông có nhu cầu gửi thông tin nó phải gửi Token đến một trạm khác theo một trình tự nhấtđịnh

2.7.4 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection)

Mỗi trạm đều có quyền truy nhập Bus mà không cần một sự kiểm soát nào.Phươngpháp được tiến hành như sau:

-Mỗi trạm đều phải “nghe” đường dẫn,nếu đường dẫn rỗi thì mới được phát

Do việc lan truyền tín hiệu cần một khảng thời gian nào đó, nên vậy có khả nănghai trạm cùng phát tín hiệu lên đường dẫn.Vì vậy trong khi phát mỗi trạm vẫnphải nghe đường dẫn để so sánh tín hiệu phát đi với tín hiệu nhận được xem cóxảy ra xung đột hay không

Trong trường hợp xảy ra xung đột,mỗi trạm đều phải huỷ Bỏ Bức điện của mìnhchờ một thời gian ngẫu nhiên và thử gửi lại

Phương pháp được áp dụng rộng rãi trong mạng Ethernet với các ưu điểm của nó

2.7.5 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access With Collision Avoidance)

Tương tự như CSMA/DC, mỗi trạm đều phải nghe đường dẫn trước khi gửi cũng nhưsau khi gửi thông tin.Tuy nhiên, một phương pháp mã hoá Bít thích hợp được xử dụng ởđây trong trường hợp xảy ra xung đột, một tín hiệu sẽ lấn át tín hiệu kia.Ví dụ tương ứngvới Bít 0 là mức điện áp cao sẽ lấn áp mức điện áp thấp của Bít 1

2.8 Bảo toàn dữ liệu:

Nhiệm vụ Bảo toàn dữ liệu được xếp vào lớp 2(Lớp liên kết dữ liệu trong mô hìnhtham chiếu OSI).Trong truyền thông công nghiệp, do chất lượng môi trường truyền dẫn màthông tin truyền tải không tránh khỏi sai lệch.Vì vậy đặt ra vấn đề làm sao để hạn chế lỗi,phát hiện lỗi và khôi phục dữ liệu

Biện pháp thứ nhất giảm tác động của nhiễu Bằng cách xử dụng các thiết Bị phần cứngcao cấp và các Biện pháp Bọc lót đường truyền tín hiệu.Biện pháp thứ hai là xử dụng xử lýgiao thức để phát hiện và khắc phục lỗi, trong đó phát hiện lỗi đóng vai trò hàng đầu.Trongquá trình mã hoá nguồn,Bên gửi Bổ sung thêm một số thông tin phụ trợ, được tính theo mộtthuật toán quy ước vào Bức điện cần gửi đi.Dựa vào thông tin Bổ trợ này mà Bên nhận có thểkiểm soát và phát hiện ra lỗi trong dữ liệu nhận được(giải mã)

Khi đã phát hiện được lỗi, có thể có cách khôi phục dữ liệu, hay Biện pháp đơn giảnhơn là yêu cầu gửi lại dữ liệu.Các phương pháp Bảo toàn dữ liệu thông dụng là:

-Party Bit một chiều và hai chiều

-Phương pháp mã vòng CRC

-Nhồi Bít:Bit Stuffing

Trong thực tế, cả Ba phương pháp parity Bit.CRC và git stuffing đều có thể sử dụngphối hợp.Ví dụ một thông tin nguồn, sau khi áp dụng phương pháp CRC có thể tính parityBit cho phần thông tin Bổ sung.Toàn Bộ dữ liệu nhận được có thể lại đưa qua khâu Bit

stuffing, trước khi mã hoá Bit

2.9 Mã hoá bit.

Mã háo Bit là quá trình chuyển đổi dãy Bit 0,1 sang một tín hiệu thích hợp để có thểtruyền dẫn trong môi trường vật lý(cáp truyền dẫn tín hiệu).Việc chuyển đổi này chính là sửdụng một tham số thông tin thích hợp để mã hoá dãy Bit cần truyền tải.Các tham số thôngtin có thể được chứa đựng trong Biên độ, tần số ,pha hoặc sườn xung.Các phương pháp mãhoá Bit thường dùng là:Điều chế Biên độ xung(NRZ và RZ) Phương pháp điều chế pha xung

hay vị trí xung(Tham số thông tin được thể hiện qua các sườn xung, PP

Manchester),Phương pháp xung sườn xoay chiều(AFP),phương pháp điều chế dịch tần số(FSK).Trong đó đang kể là hai phương pháp :

NRZ và RZ là một trong những Biện pháp được sử dụng rộng rãi nhất trong các hệthống Bus trường,có tần số nhịp Bus thấp hơn nhiều so với tần số nhịp Bus.Tuy nhiên khôngthích hợp cho việc đồng Bộ hoá và không có khả năng đồng tải nguồn

Mã Manchester được sử dụng rộng rãi nhất trong các hệ thống truyền thông côngnghiệp nhờ các xung của nó có thể trong việc đồng Bộ hoá giữa Bên gửi và Bên nhận.Vớiviệc sử dụng tín hiệu lưỡng cực, dòng một chiều sẽ Bị triệt tiêu và do đó nó có khả năngđồng tải nguồn.Thêm nữa, nó có khả năng chống nhiễu cao nhờ việc sử dụng sườn xung củatín hiệu

2.10 Chuẩn và môi trường truyền dẫn:

Mạng truyền thông công nghiệp chủ yếu sử dụng phương pháp truyền dữ liệu nốitiếp, không đồng Bộ.Với phương pháp này các Bit được truyền từ Bên gửi đến Bên nhận mộtcách tuần tự trên cùng một đường truyền.Vì không có đường dây riêng Biệt mang tín hiệunhịp nên việc đồng Bộ hoá được thoả thuận trên cơ sở một giao thức truyền thông.Hiện naycác chuẩn truyền dẫn có 4 dạng:

- RS232 : được dùng chủ yếu trong việc giao tiếp điểm - điểm giữa hai DTE,giữa DTE

Ω

và DTC, như giữa hai máy tính, PLC hoặc PC với OP của Biến tần, giữa máy tính và máyin,modem Không ghép nối được với thiết Bị thứ Ba.Sử dụng phương pháp truyền tin

không đối xứng, chế độ làm việc là hai chiều toàn phần(hai trạm có thể cùng tham gia

thu/phát tín hiệu cùng một lúc).Sử dụng tín hiệu chênh lệch điện áp giữa hai dây

dẫn(transmit và receive data) với đất.Tốc độ truyền cho phép tối đa là 19.2kBd.RS232 cónhược điểm là chiều dài cho phép từ 30 -:-50m nhưng có ưu điểm là sử dụng công suất pháttương đối thấp nhờ trở kháng đầu vào hạn chế khoảng từ 3 – 7k

-RS422: sử dụng phương pháp truyền tin đối xứng thông qua điện áp chênh lệch đối xứng

giữa hai dây dẫn A và B.Nhờ vậy giảm được nhiễu và tăng chiều dài dây dẫn lên một cáchđáng kể, tới 1200m mà không cần Bộ lặp.Có Ba phương pháp truyền tín hiệu:truyền mộtchiều hoặc hai chiều gián đoạn cần một đôi dây, truyền hai chiều toàn phần cần 2 đôi

dây.RS422 có khả năng ghép nối điểm - điểm và điểm - nhiều điểm trong một mạng đơngiản,cụ thể là có duy nhất một trạm được phát và 10 trạm có thể nhận tín hiệu.Tuy vậy thực

tế RS422 thường chỉ được dùng ghép nối điểm - điểm với mục đích thay thế RS232 chokhoảng cách truyền thông lớn với tốc độ cao hơn

-RS485:giống RS422 về mặt điện học.Tuy nhiên ngưỡng giới hạn qui định của điện áp làm

việc được nới rộng ra khoảng -7V đến 12 V cũng như trở kháng đầu vào cho phép lớn gấp 3lần so với RS422 Đặc tính khác nhau cơ Bản của RS485 và RS422là khả năng nghép nốinhiều điểm được sử dụng trong hệ thống Bus trường.Cụ thể 32 trạm có thể tham gia nghépnối, được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS485 mà không cần Bộ lặpkhoảng cách tối đa cho trạm đầu và cuối là 1200m.Không phụ thuộc vào số trạm tham

gia.Tốc độ truyền dẫn tối đa là 10MBit/s

-IEC1158-2: nhằm vào các ứng dụng điềukhiển qúa trình trong công nghệ chế Biến như

Ω

lọc dầu, hoá chất nơi có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn cháy nổ và nguồn cung cấp cho

các thiết Bị trường IEC1158-2 quy định các điều kiện Biên đảm Bảo cho việc truyền dẫn antoàn trong môi trường dễ cháy nổ, quy định chế độ truyền đồng Bộ với tốc độ truyền

31.25kBit/s,sử dụng phương pháp truyền dẫn chênh lệch đối xứng, với cáp đôi dây xoắn vàđiện trở đầu cuối là 100, mức điện áp tối đa trong khoảng 0,75 – 1V.Bên cạnh việc xử dụngtín hiệu dữ liệu để đồng Bộ nhịp giữa Bên gửi và Bên nhận, sử dụng phương pháp mã hoá BitManchster còn cho phép cung cấp nguồn cho các trạm thông qua chính đường Bus tín

hiệu.Số trạm tối đa là 126, với nhiều nhất 4 Bộ lặp, với nguồn 24V chiều dài tối đa của mộtđoạn mạng lên đến 1900m

Môi trường truyền dẫn ảnh hưởng lớn đến chất lượng, khả năng chống nhiễu của tínhiệu ảnh hưởng đến tốc độ truyền và khoảng cách tối đa cho phép.Là thiết Bị nằm ngoài môhình quy chiếu OSI

Trong kỹ thuật truyền thông nói chung cũng như trong kỹ thuật truyền thông côngnghiệp nói riêng, người ta đã sử dụng các phương tiện truyền dẫn sau:

-Cáp điện :cáp đồng trục, đôi dây xoắn

-Cáp quang:cáp sợi thuỷ tinh, cáp sợi chất dẻo

-Vô tuyến:vi sóng,tia hồng ngoại,siêu âm

Phổ Biến nhất trong các hệ thống Bus trường vẫn là đôi dây xoắn Đôi với các ứngdụng có yêu cầu cao hơn về tốc độ truyền và độ an toàn đối với nhiễu thì cáp đồng trục là sựlựa chọn tốt hơn.Cáp quang cũng được ứng dụng trong các ứng dụng phạm vi địa lý rộng,môi trường xung quanh nhiễu mạnh hoặc dễ ăn mòn Hoặc có yêu cầu rất cao về độ tin cậycũng như tốc độ truyền dữ liệu

3 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống giám sát.

Một hệ thống điều khiển và giám sát quá trình có các cấu trúc cơ Bản sau:

- Cấu trúc tập trung

- Cấu trúc phân quyền

- Cấu trúc phân tán

3.1 Cấu trúc tập trung – Concentrated Architechure.

Cấu trúc tiêu Biểu của một hệ thống điều khiển tập trung được minh hoạ trên hìnhHình 2.4.Một máy tính duy nhất được dùng để điều khiển các quá trình con.Các Bộ cảmBiến và chấp hành được nối trực tiếp, điểm đến điểm( point to point) với máy tình điềukhiển trung tâm qua các cổng vào/ ra của nó

Hình 2.4 Cấu trúc điều khiển tập trung

Mỗi Bộ cảm Biến được nối với một cổng vào và một thiết Bị chấp hành được nối vớicổng ra Bằng một dây nối riêng Biệt.Điểm đáng chú ý ở đây là sự tập trung toàn Bộ quá trình

xử lý thông tin, dữ liệu vào một thiết Bị điều khiển duy nhất

Một cấu trúc tập trung như vậy thường thích hợp cho tự động hoá các loại máy móc,các thiết Bị vừa và nhỏ Bởi sự đơn giản, dễ thực hiện và giá thành một lần cho máy tính điềukhiển.Tuy nhiên cấu trúc này Bộc lộ những hạn chế sau:

 Công việc nối dây phức tạp giá thành cao;

 Việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn khi thiết Bị đầu cuối tăng lên

 Độ tin cậy hệ thống kém do phụ thuộc vào một thiết Bị điều khiển duynhất

Để nâng cao độ tin cậy của hệ thống, có thể dùng thêm một máy tính dự phòng giống

hệ máy tính chính.Nhưng vấn đề của giải pháp này là vấn đề giá thành cao Còn nhược điềmthứ nhất có thể được khắc phục Bằng một mạng dẫn chung gọi là Bus trường (fieldBus) thaycho dây nối trược tiếp và phân tán một phần trí tuệ xuống cấp chấp hành.Đây chính là xuấtphát điểm cho con đường dẫn đến cấu trúc phân tán

3.2 Cấu trúc phân quyền

Để khắc phục sự phụ thuộc vào máy tính trung tâm và tăng tính linh hoạt của hệthống, trong cấu trúc phân quyền, mỗi quá trình con(hoặc mỗi nhóm quá trình con) đượcđiều khiển Bằng một máy tính riêng Biệt cùng được đặt tại phòng điều khiển.Bởi các quátrình con có liên quan hệ quả tổng hợp tới nhau, để điều khiển quá trình tổng hợp cần thiết

có sự hợp tác giữa chúng với nhau.Trong phần lớn các trường hợp,một máy tính trung tâmđược để điều khiển cấp cao cũng như để phối hợp sự hoạt động của các máy phân quyềnnhư được mô tả trên

hình 2.5.Máy tính phối hợp này có thể thuộc cùng cấp điều khiển hoặc thuộc cấpđiều hành, tuỳ theo các chức năng được thực hiện

Hình 2.5:Cấu trúc điều khiển phân quyền

Các máy tính điều khiển được kết nối với nhau và với máy tính phối hợp qua mạngđược gọi là Bus xử lý.Chú ý sự phân Biệt giữa các khái niệm Bus trường và Bus xử lý khôngBắt Buộc nằm ở sự khác nhau về kiểu Bus được xử dụng mà ở mục đich sử dụng – hay nóicách khác là ở các thiết Bị được kết nối.Khi nói tới Bus xử lý, ta nghĩ trước hết đến mạng kếtnối các thiết Bị thông tin ở cấp điều khiển(ở đây chính là các máy tính điều khiển) với nhauhoặc với các thiết Bị trên cấp điều hành.Trong khi đó khái niệm Bus trường thường đượcdùng chỉ mạng kết nối các thiết Bị gần với quá trình kỹ thuật – tức các thiết Bị ở cấp chấp

hành và có thể ở cả cấp điều khiển.Trong một số giải pháp, một kiểu Bus duy nhất được sửdụng được dùng cho cả hai mục đích này.

3.3 Cấu trúc phân tán

Đặc điểm của một cấu trúc điều khiển phân tán là việc phân tán chức năng xử lýthông tin, chức năng điều khiển theo chiều rộng cũng như theo chiều sâu kết hợp với xửdụng mạng truyền thông thay cho phương pháp nối dây và Bằng điện thông thường.Bêncạnh giải pháp sử dụng các cụm vào /ra tại chỗ và các thiết Bị chấp hành thông minh,người

ta còn đưa các máy tính điều khiển nhỏ(như các Bộ điều chỉnh, vi điều khiển) xuống các vịtrí gần kề với quá trình kỹ thuật

H 2.6 một ví dụ tiêu Biểu của một hệ thống điều khiển phân tán dùng giải pháp hỗn hợpđược chia làm khu vực:

 Trung tâm điều hành quá trình Bao gồm các trạm công nghệ ES(EngineeringStation), trạm thao tác OS (operation station) và trạm phục vụ SS (ServerStation)

 Trung tâm điều khiển Bao gồm các máy tính điều khiển như PLC, máy tínhcông nghiệp IPC và các máy tính phối hợp được nối với nhau và nối lên trungtâm điều hành quá trình qua Bus xử lý (thường dùng Ethernet)

 Khu vực gần với quá trình kỹ thuật Bao gồm các Bộ điều khiển tại chỗ như các

Bộ vi điều khiển MC(micro controller) hay các Bộ điều khiển thu gọn(compactcontroller),các cụm vào /ra tại chỗ, các thiết Bị cảm Biến và chấp hành đượcnối lên trung tâm điều khiển qua Bus trường(ví dụ ProfiBus,FoundationfieldBus )

Trong thực tế, tuỳ theo tính chất ứng dụng và thể loại quá trình kỹ thuật mà cấu trúcphân tán có thể đơn giản hoá hoặc mở rộng hơn.Rõ ràng cấu trúc phân tán được thể hiện ởnhững điểm sau:

 Tiết kiệm dây nối và cổng nối dây nhờ mạng truyền thông

 Hiệu suất cũng như độ tin cậy tổng thể của hệ thống được nâng cao nhờ sự phân tánchức năng xuống cấp dưới

 Độ linh hoạt cao, tinh năng mở trong việc mở rộng hệ thống, mua sắm và thay thếthiết Bị, nâng cấp và cải tạo mới các chương trình phần mềm ứng dụng

Chính từ các yêu cầu Bức thiết từ phía người xử dụng là phải giảm giá thành trong khicác tính năng kỹ thuật phải đảm Bảo, cộng với các tiến Bộ vượt Bậc trong công nghệ vi điện

tử và công nghệ thông tin đó đóng vai trò quyết định trong sự chuyển hướng các giải phápđiều khiển tự động sang dạng có cấu trúc phân tán

Hình 2.6:Cấu trúc tiêu Biểu của hệ điều khiển phân tán DCS

4.Hệ thống điều Khiển phân tán DCS

4.1 Khái niệm về hệ thống điều Khiển phân tán DCS

Hệ thống điều khiển phân tán được hiểu như là hệ thống dựa trên các phần cứng và phầnmềm điều khiển và thu thập dữ liệu trên cơ sở một đường truyền thông tin tốc độ cao, cácmodule được phân tán và tổ chức theo một cấu trúc nhất định với một chức năng nhiệm vụriêng.Các thiết Bị giao tiếp trên đường truyền tốc độ cao này cho phép nghép nối dễ dàngvới các thiết Bị ngoại vi khác như PLC, các máy tính điều khiển giám sát

Giống như tên gọi về hệ thống điều khiển giám sát(DistriButed Control System) cácchức năng điều khiển được phân Bố khắp hệ thống để thay cho việc xử lý tập trung trên mộtmáy tính đơn lẻ.Nhờ đó hiệu năng tổng thể của hệ thống được nâng cao.Một hệ thống DCStiêu Biểu có các trạm điều khiển hoạt động độc lập và điều khiển từng Bộ phận chuyên dụngcủa hệ thống điều khiển.Hơn nữa trong hệ thống có một vài trạm điều hành để giám sát các

dữ liệu trong các trạm điều khiển,cung cấp các giao diện đồ hoạ và cho phép người vậnhành thực hiện các thay đổi một cách dễ dàng

Đây là một mô tả mở rộng về một hệ thống DCS nhưng mô tả này cũng phù hợp vớimột hệ thống gồm các PLC và các PC với các phần mềm giám sát vận hành.Điều này dẫn tatới một định nghĩa quan trọng thứ hai của hệ thống DCS.Một hệ thống DCS là một hệ thốngtích hợp đầy đủ với một hệ cơ sở dữ liệu toàn cục.Không giống như các hệ thống dựa trênPLC,ta không thể xử dụng các Bộ điều khiển khác nhau và các trạm điều hành từ những nhàcung cấp khác nhau rồi kết hợp chúng lại với nhau.Một hệ thống DCS là một hệ thống hoànchỉnh, trong đó việc truyền thông, trao đổi dữ liệu giữa các Bộ phận sẽ không được thể hiệnđối với người dùng.Ngoài ra, nếu một điểm (hoặc khối chức năng) được tạo ra trong Bộ thìsau đó, toàn Bộ hệ thống sẽ nhận Biết nó.Tức là không cần phải tạo một cơ sở dữ liệu riêngtrong trạm điều hành để phù hợp với dữ liệu trong các Bộ điều khiển vì thông tin đã được tựđộng tạo ra trong toàn Bộ hệ thống.

Hệ thống điều khiển phân tán trước kia thường phát triển trong môi trường xử lý hoáchất, trong khi đó các hệ thống dựa trên PLC phát triển trong lĩnh vực điện tử.Trong khi cácPLC phát triển từ logic relay thì các hệ thống DCS phát triển từ các Bộ điều chỉnh tươngtự.Khả năng xử lý các dữ liệu tương tự và chạy các trình tự phức tạp là thế mạnh cơ Bản của

hệ thống DCS , trong khi xử lý logic loại relay – tương tự như một PLC thì tốc độ xử lýchậm hơn PLC rất nhiều.Trong khi một PLC có thể xử lý logic relay trong mili giây, tốc độquét của một trạm điều khiển của hệ DCS thường 200 -:- 500 ms.Tốc độ quét này đủ nhanhđối với hầu hết các điều khiển tương tự và trên thực tế Bộ xử lý đó có thể xử dụng mộtlượng đáng kể dữ liệu tương tự trong khi quét

Một đặc điểm nổi Bật của hệ thống DCS là việc xử dụng tagnames Trong các hệthống PLC-Based, thường dùng các địa chỉ hệ thống đối với dữ liệu tham chiếu.Một

tagname là tên do người thiết kế hệ thống định nghĩa cho một đối tượng,áp dụng cho tất cảcác khối chức năng và các điểm I/O trong các Bộ điều khiển.Do đó, một điểm có thể đượctruy cập từ Bất cứ đâu trong hệ thống thông qua tagname của nó

4.2 Mô hình phân lớp của hệ thống điều Khiển DCS:

 Cấu trúc đặc trưng của hệ thống DCS gồm có 4 lớp :

 Lớp I/O;

 Điều khiển – Các Bộ điều khiển(Ví dụ như FCS –Trạm điều khiển trường);

 Điều hành – Các trạm điều hành(ví dụ như HIS –trạm giao diện người máy);

 Thông tin quản lý- cơ sở dữ liệu và các trạm quản lý (ví dụ như Exaquantum và PRM– Chương trình quản lý tài nguyên nhà máy)

Hình 2.7 Mô hình phân lớp hệ DCS

4.2.1 Lớp I/O

Các Bộ vào ra của hệ thống được xử lý ở lớp I/O Bằng một trong Ba cách sau:

I/O bằng mạch điện tử:

Các I/O dạng tương tự( như các Bộ đo áp suất, van điều chỉnh v v )và dạng số(Các relay

và các Bộ chuyển mạch) có thể được thực hiện Bằng các panel mạch điện tử trực tiếp từ hiệntrường.Panel giao diện I/O có một loạt các card giao diện để đưa vào xử lý các dạng tín hiệuvào /ra

I/O fieldbus:

Có nhiều dạng fieldBus,ProfiBus và Hart.Những loại này cho phép các sensor và các cơcấu chấp hành có thể được kết nối với giao diện I/O thông qua một mạng số đơn để trao đổicác thông số quá trình và các thông số trạng thái thiết Bị