Tự động hoá toà nhà trên cơ sở ứng dụng công nghệ tự động hoá của hãng ALC

Trong thời đại ngày nay việc xây dựng các toà nhà cao tầng làm công sở, trung tâm thương mại, khách sạn,…ngày càng trở nên phổ biến..

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3

LỜI NÓI ĐẦU 3

VÀI NÉT VỀ CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT T&D NƠI TÁC GIẢ CÔNG TÁC 3

CHƯƠNG 1 3

CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA TÒA NHÀ CAO TẦNG HIỆN ĐẠI 3 1 Đánh giá chất lượng môi trường và mức độ tự động hóa trong tòa nhà cao tầng hiện đại 3

1.1 Chiếu sáng nhân tạo trong tòa nhà cao tầng hiện đại 3

1.1.1 Nguồn sáng 3

1.1.2 Tiêu chuẩn độ rọi ánh sáng nhân tạo 3

1.1.3 Đặc điểm chiếu sáng trong tòa nhà 3

1.2 Thang máy phục vụ trong tòa nhà cao tầng hiện đại 3

1.2.1 Khái niệm chung về thang máy 3

1.2.2 Phân loại thang máy 3

1.3 Phòng chống cháy nổ trong tòa nhà cao tầng hiện đại 3

1.3.1 Nguyên nhân gây ra cháy trong các tòa nhà cao tầng hiện đại 3

1.3.1.1Cháy do tác động của ngọn lửa trần hoặc tia lửa ,tàn lửa 3

1.3.1.2 Cháy do ma sát, va chạm giữa các vật rắn 3

1.3.1.3 Cháy do tác dụng của hóa chất 3

1.3.1.4 Cháy do tác dụng của năng lượng điện 3

1.3.2 Biện pháp phòng chống cháy nổ trong tòa nhà cao tầng hiện đại 3

1.3.2.1 Cháy và phương tiện chữa cháy 3

1.3.2.1.1Đặc điểm của đám cháy 3

1.3.2.1.2 Diễn biến đám cháy và sự phát triển của nó 3

1.3.2.1.3 Các dụng cụ chữa cháy thô sơ 3

1.3.2.1.4 Phương tiện báo cháy và chữa cháy tự động 3

1.4 Điều hòa không khí trong tòa nhà cao tầng hiện đại 3

1.4.1Các thành phần của hệ thống điều hòa không khí trong tòa nhà 3

1.4.2 Mối quan hệ giữa môi trường và cơ thể con người trong tòa nhà cao tầng hiện đại 3

1.4.3 Sự ô nhiễm không khí và vẫn đề thông gió trong tòa nhà cao tầng hiện đại 3

1.4.4 Tiêu chuẩn môi trường trong điều tiết không khí 3

1.4.5 Hệ thống điều khiển - đo lường của thiết bị điều tiết không khí trong tòa nhà cao tầng hiện đại 3

1.4.5.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển 3

1.4.5.1.1Nhiệm vụ chức năng của hệ thống điều khiển 3

1.4.5.1.2 Đo lường và kiểm tra tại chỗ 3

1.4.5.1.3 Đo lường và kiểm tra từ xa 3

1.4.5.1.4 Điều khiển tự động 3

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

cao tầng ở Việt Nam 3

2.1 Phân loại nhà cao tầng: 3

2.2 Hệ thống quản lý các tòa nhà 3

2.3 Thực trạng nhà cao tầng hiện nay 3

2.3 Sự cần thiết của hệ thống BMS cho các tòa nhà cao tầng 3

CHƯƠNG 2 3

TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP 3

1.Mô hình phân cấp hệ thống 3

2 Cấu trúc và thiết bị mạng 3

2.1 Cấu trúc bus 3

2.2 Cấu trúc mạch vòng 3

2.3 Cấu trúc hình sao 3

2.4 Kiến trúc giao thức 3

2.5 Mô hình tham chiếu OSI 3

2.6 Kiến trúc giao thức TCP/IP 3

2.7 Truy nhập bus 3

2.7.1 Master/Slaver 3

2.7.2 TDMA: 3

2.7.3 Token Passing: 3

2.7.4 CSMA/CD 3

2.7.5 CSMA/CA 3

2.8 Bảo toàn dữ liệu 3

2.9 Mã hoá bit 3

2.10 Chuẩn và môi trường truyền dẫn: 3

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

3.1 Cấu trúc tập trung – Concentrated Architechure 3

3.2 Cấu trúc phân quyền 3

3.3 Cấu trúc phân tán 3

4.Hệ thống điều khiển phân tán DCS 3

4.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển phân tán DCS 3

4.2 Mô hình phân lớp của hệ thống điều khiển DCS: 3

4.2.1 Lớp I/O 3

4.2.2 Lớp điều khiển 3

4.2.3 Lớp điều hành 3

4.2.4 Lớp thông tin quản lý 3

4.3 Các mô hình mạng trong hệ thống điều khiển phân tán 3

4.3.1 Các mạng I/O 3

4.3.2 Mạng điều khiển 3

4.3.3 Mạng diện rộng của nhà máy 3

4.3.4 Nhận xét 3

5.Các hệ DCS thông dụng 3

5.1 DeltaV của Emerson 3

5.2 PlantScape của Honeywell 3

5 3 Hệ điều khiển PCS 7 của SIEMENS 3

5 4 Hệ điều khiển CENTUM 3000 của Yokogawa 3

CHƯƠNG 3 3

TÌM HIỀU VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ TOÀ NHÀ WEBCTRL CỦA ALC 3

1 Giới thiệu về hệ thống tự động hoá toà nhà 3

2 Các hệ thống được điều khiển trong toà nhà 3

2.1 Hệ thống HVAC 3

2.2 Hệ thống điện 3

2.3 Hệ thống chiếu sáng 3

2.4 Hệ thống cấp nước 3

2.5 Hệ thống thang máy 3

2.6 Hệ thống chữa cháy 3

2.7.Hệ thống an ninh 3

3 Lợi ích của việc trang bị hệ thống BMS cho toà nhà 3

4 Hệ thống BMS của ALC 3

4.1 Kiến trúc hệ thống 3

4.2 Các thành phần cơ bản 3

4.2.1 WebCTRL Server 3

4.2.1.1 Cấu hình tối thiểu của PC dùng làm server 3

4.2.1.2 Phần mềm WebCTRL Server 3

4.2.1.3 Công cụ lập trình 3

4.2.1.3.1Eikon 3

4.2.1.3.2 Sitebuilder 3

4.2.1.3.3 Viewbuilder 3

4.2.1.4 Trạm vận hành 3

4.2.1.5 Các bộ điều khiển 3

4.2.1.6 Các thiết bị khác 3

4.3 So sánh hệ BMS của WebCTRL với hệ BMS của Siemens 3

4.4 Các đặc tính nổi bật và hạn chế của WebCTRL 3

4.4.1Các đặc tính nổi bật 3

4.4.2 Các hạn chế của ALC 3

CHƯƠNG 4 3

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ TOÀ NHÀ CHO KHÁCH SẠN NEWWAY TRÊN NỀN WEBCTRL CỦA ALC 3

1.Trình tự thiết kế 3

2.Khảo sát hiện trạng 3

3 Lập phương án thiết kế 3

3.1Với tủ điều khiển B1-1 3

3.2 Tủ điều khiển LG-1: 3

3.3 Tủ điều khiển B1-2 3

3.4 Tủ điều khiển B1-2A 3

3.5 Tủ điều khiển UG-1 3

3.6 Tủ điều khiển UG-2 3

3.7 Tủ điều khiển LF-1 3

3.8 Tủ điều khiển 1-1: 3

3.9 Tủ điều khiển 1-2: 3

3.10Tủ điều khiển 1-3: 3

3.11Tủ điều khiển 2-1: 3

3.12 Các tủ từ 3-1 cho đến 9-1 3

3.13 Tủ điều khiển R-2: 3

3.14 Tủ điều khiển R-1: 3

4.Thuật toán điều khiển các thiết bị trong hệ thống 3

4.1Máy lạnh - Chiller 3

4.2 FCU 3

4.3 AHU 3

5 Xây dựng hệ thống điều khiển 3

5.1 Xây dựng kiến trúc mạng 3

5.2 Xây dựng chương trình điều khiển 3

5.3 Xây dựng giao diện vận hành 3

5.4 Vận hành hệ thống 3

6.Thử nghiệm và đánh giá hệ thống 3

6.1 Phương pháp thử nghiệm 3

6.2 Đánh giá hệ thống 3

KẾT LUẬN 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO 3

PHỤ LỤC 3

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 trongtrình 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 củađối tượng Thời gian thực hiện vẽ đồ thị thời gian không nhỏ hơn thời gian lấymẫu(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

lý chúng trong một hệ thống thống nhất Các hệ thống tự động hoá toà nhà (BuildingManagerment 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 bịcơ/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 cónhững đặc trưng riêng Trong số đó ALC là một trong những đại diện hàng đầu Chính vìvậy 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 hệthống BMS 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 cốgắng nhưng cũng không tránh khỏi thiếu sót trong quá trình tìm hiểu Chúng em rất mongnhận được 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 nhu cầu 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 Transformation Schaltanlagen (Đức)…

Với tư cách là nhà đại lý độc quyền hoặc nhà phân phối chính thức của các hãngnêu trên, Công ty luôn cam kết với khách hàng về chất lượng của giải pháp công nghệ, sảnphẩm và dịch vụ được cung cấp

Chất lượng của giải pháp công nghệ, sản phẩm, dịch vụ do T&D cung cấp là mộtphần quan trọng trong sự thành đạt của công ty Bên cạnh đó, một phần khác không kémphần quan trọng đó chính là mối quan hệ và sự tín nhiệm của khách hàng đối với Công tytrong suốt thời gian qua Với sự quan tâm và tín nhiệm đó, Công ty sẽ luôn nỗ lực vươnlên 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 đầucủa Mỹ trong lĩnh vực này Chất lượng sản phẩm của ALC cùng với các giải pháp sáng tạo

sẽ làm 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 sạnnhỏ, T&D đưa ra các giải pháp của Home Automation Inc.(HAI), một trong những tậpđoàn hàng đầu trên thế giới của Mỹ trong lĩnh vực tích hợp và tự động hoá các hệ thống,thiết bị gia dụng 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 giớithì có nhiều tiêu chuẩn song ở phạm vi luận văn tốt nghiệp này em xin đề cập đến về chấtlượng 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 sángđiện.Thời gian sử dụng chiếu sáng trong nhà của mỗi nước do tình hình khí hậu, trình độ

kỹ thuật cũng như hiệu quả kinh tế của tòa nhà nức đó quyết định.Ở nước ta hiện nay dochiếu sáng tự nhiên nhiều và và kéo dài trong ngày nên chiếu sáng trong các tòa nhà chủyếu là chiếu sáng tự nhiên.Chiếu sáng điện chủ yếu dùng khi chiếu sáng tự nhiên khôngđủ

Chiếu sáng điện trong tòa nhà phải đảm bảo điều kiện nhìn rõ, nhìn tinh, và phân giảinhanh 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 tòanhà được tốt nhất có ba phương thức cơ bản sau:

-Phương thức chiếu sáng chung:trong toàn phòng có một hệ thống chiếu sáng từtrên xuống gây ra một độ chói không gian nhất định và một độ rọi nhất định trên tòa bộcác mặt phẳng 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, khôngđòi hỏi nghiêm ngặt về hướng chiếu sáng, có mật độ chỗ lao động cao, có cùng một loại

công việc nhất định, hoặc có thay đổi lại thiết bị trong phòng thì người ta dùng phươngthức chiếu sáng chung

Điều khiển hệ thống chiếu sáng dựa vào nhiều thông số như lưu lượng, cường độánh sáng, độ rọi để đảm bảo chất lượng chiếu sáng đúng như yêu cầu Bên cạnh hệ thốngchiếu sáng bên trong phòng, còn có hệ thống chiếu sáng bên ngoài như chiếu sáng cầuthang, chiếu sáng buồng thang máy, chiếu sáng phòng lễ tân, phòng ăn…, cũng cần đảmbảo chất lượng chiếu sáng cả ngày và đêm Hệ thống điều khiển chiếu sáng có khả năngthông báo cho bạn biết khi nào ắc quy dự phòng của hệ thống chiếu sáng khẩn cấp ở trạngthái yếu, nhờ đó bạn có thể thay thế kịp thời Mọi sự cố liên quan đến hệ thống chiếu sángđều được truyền về trung tâm, bạn cũng có thể biết những thông tin này ở bất cứ nút nàotrong mạng điều 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 150 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 phươngtiện vận 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 củatòa nhà hiện đại.Nhiều quốc gia trên thế giới đối với tòa nhà cao 6 tầng trở lên là phảitrang bị thang máy để đảm bảo cho người đi lại thuận tiện, tiết kiệm thời gian và tăng năngsuất lao động.Đối với những công trình như bệnh viện, nhà máy khách sạn tuy số tầngnhỏ hơn 6 do nhu cầu phục vụ lên vẫn phải trang bị thang máy.Trong các tòa nhà cao tầngthi việc trang bị thang máy phục vụ cho việc đi lại là bắt buộc.nếu vận chuyển người trongcác tòa nhà không được thực hiện thì xây các tòa nhà cao tầng không thành hiệnthực.Thang máy đòi hỏi tình an toàn nghiêm ngặt,nó liên quan trực tiếp đến tài sản và tínhmạng con người.Thang máy chỉ có cabin đẹp, sang trọng, thông thoáng, êm dịu chưa đủ đểđưa vào sử dụng mà phải có đầy đủ các thiết bị an toàn, đảm bảo độ tin cậy như:điện chiếusáng, dự phòng khi mất điện,điện thoại nội bộ (interphone) chuông báo,bộ hãm bảohiểm,an toàn cabin (đối trọng),công tắc an toàn của cửa cabin, khóa an toàn cửa tầng, bộcứu hộ khi mất điện 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

để phù 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 đóngmở,đảo chiều động cơ dẫn động và phanh các bộ tời kéo.Hệ thống phải đảm bảo việc điềuchỉnh 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 chươngtrình điều khiển phức tạp, phù hợp với chức năng yêu cầu của thang máy.Hệ thống điềukhiển tầng có nhiệm vụ lưu trữ các lệnh di chuyển từ cabin, các lệnh gọi tầng của hànhkhách và thực hiện các lệnh di chuyển hoặc dừng theo một thứ tự ưu tiên nào đó.Sau khithực hiện xong lệnh điều khiển thì xóa bỏ.Xác định và ghi nhận thường xuyên vị trí cabin

và hướng chuyển 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 nhiềunguyên 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 sứcđốt cháy hầu hết các vật.Ví dụ:Nhiệt độ ngọn lửa que diêm là 7800 -:-8000C ngọn lửa đèndầu là 760 -:-10000C nhiệt độ mẩu thuốc lá đang cháy là 700 -:- 7500C Trong khi đó nhiệt

độ tự bốc cháy của một số vật như sau.Gỗ thông thường 2500C, giấy 1840C ,vải sợi 1800C(sợi hóa học) Trong các tòa nhà và ở nhiều nơi như ống khói, ống xả ô tô, bếp đang đunnấu, sưởi sấy thường có tàn lửa, nếu gặp những chất dễ cháy như xăng dầu sẽ dẫn đếncháy.

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 cónhững quy định hết sức ngặt để đề phòng các sự cố gây tai nạn cho con người và môitrường nói chung và cháy nổ nói riêng.Về mặt phòng cháy chữa cháy phải chú ý thườngxuyên phản ứng 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 dẫnđến cháy nếu không chủ động kiểm soát được chúng trong các phòng thí nghiệm, nơi sảnxuất ví dụ như Clo với amoniac,clo với hidro

- Hóa chất gặp nước, gặp không khí, một số hóa chất tiếp xúc với môi trườngkhông khí cũng có khả năng gây cháy.Do đó việc bảo quản hóa chất phải thực hiện đúngcác quy định.Các chất phôt pho trắng,bụi kẽm, bụi nhôm, dẽ gây phản ứng trong khôngkhí và nước

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 vỏcách điện, rồi cháy lan sang các vật khác.Các trường hợp sinh ra tia lửa điện do đóng ngắtcầu dao, cháy cầu chì, mối nối dây dẫn không chặt cũng là những nguồn gây cháy.Đối vớinhững dụng cụ điện có công suất cao như bàn là, bếp điện ,tủ sấy khi sử dụng sẽ tỏanhiệt, 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 khiđám cháy đã xảy ra thì dù các biện pháp chống cháy có hiệu quả như thế nào thì thiệt hạivẫn to lớn và kéo dài.trên cơ sở phân tích được nguyên nhân và điều kiện gây cháy có thể

đề ra các biện pháp phòng ngừa thích hợp, không để xảy ra cháy hoặc ngăn chặn kịp thờikhông cho đám 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 qúatrình cháy phát triển nhanh.Nhiệt lượng của đám cháy tỏa ra nhiều hay ít có ảnh hưởng lớnđến các biện pháp chữa cháy.Sản phẩm của đám cháy là khói.Thành phần nó tùy thuộc

vào chất cháy,điều kiện cháy.Trong thành phần của khói, có chất tham gia và quá trìnhcháy như cácbonôxit,có chất lại kìm hãm sự cháy như CO2 Sản phẩm cháy gây nhiều trởngại cho chữa cháy.gây độc cho người cứu chữa,ăn mòn thiết bị và hạn chế tầm nhìn củangười trinh sát đám cháy.Một đặc trưng quan trọng của đám cháy là tốc độ cháy.Tốc độcháy phụ thuộc vào 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.Khilửa mới bén cháy, tốc độ phát triển còn chậm,nếu phát hiện kịp thời có thể dập tắt đámcháy mau chóng

- Giai đoạn cháy to:tốc độ phát triển của đám cháy là nhanh nhất, nhiệt độ đámcháy cao nhất, tiêu hao chất cháy nhiều nhất.Ở giai đoạn này lửa có thể lan từ khu vực nàysang khu vực khác.việc cháy lan tràn này có thể do trực tiếp ngọn lửa bén sang cũng cóthể do quá 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 thôngtin liên lạc hai chiều giữa đám cháy và trung tâm chỉ huy, giữa đám cháy và hệ thống máytính để có những thông số kỹ thuật về chữa cháy như chọn đường đi đến đám cháy,sốphương tiện, hóa chất cần dùng và lựa chọn phương án chứa cháy tối ưu.Hình 4-1 là sơ đồbáo 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

Trung tâm máy tính

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 môitrường, 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 độichữa cháy 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,máy móc, thiết bị đắt tiền hoặc những nơi dễ có sự cố cháy nổ nhất.Phương tiện chữa cháy

tự động có thể chữa cháy bằng nước, bằng bọt, bằng khí không cháy ( CO2,N2) và có thểhoạt động 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,máy thu tín hiệu cháy 3 điều khiển khởi động từ 4 để về động cơ 5 và máy bơm 6 làmviệc, 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 khílàm thành bọt hòa không khí dập tắt đám cháy.Khi máy bơm nước 6 mở thì các van12,13,14 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 nộidung rộng hẹp khác nhau

-Điều tiết không khí : dùng để thiết lập các môi trường thích hợp cho việc bảo quảnmáy móc,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 vớinhiệt độ của môi trường xung quanh.Tương tự như vậy độ ẩm của không khí có thể đượcđiều chỉnh 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 rõràng có mỗi liên hệ mật thiết giữa các điều kiện thời tiết bên ngoài không gian cần điềuhòa với chế độ hoạt động và các đặc điểm cấu tạo của hệ thống điều hòa không khí.ở nước

ta khí hậu nhiệt đới nóng ẩm nhiệm vụ của ĐHKK thường chỉ làm giảm nhiệt độ và độ ẩmcủa không khí trong 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:

- Máy lạnh :là bộ phận cơ bản của hệ thống đóng vai trò chủ yếu trong việckhông chế trạng thái của không khí trong không gian cần điều hòa ở trong vùngquy định

- 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 mặttrong tất cả các hệ thống điều hòa không khí, ở những vùng có khí hậu thườngxuyên nóng bức, sự biến động của phụ tải không nhiều và các yêu cầu kỹ thuậtkhông quá 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 độchứa hơi 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 hoặcđưa tuần 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 xemxét hệ thống ĐHKK là phương tiện nhằm tạo ra môi trường tiện nghi, thoải mái cho cáchoạt động 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 khácnhau.Cơ thể con người xem như một cái máy nhiệt.đối với nhiệt độ người bình thường bêntrong cơ thể chừng 370C.Do cơ thể luôn sản sinh ra một lượng nhiệt nhiều hơn nó cần,chonên để duy trì một lượng nhiệt trong cơ thể con người luôn thải ra một lượng nhiệt ra môitrường 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 dòngkhông 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

độ chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt cơ thể và không khí càng tăng,nên độ chênh lệch nàykhá lớn thì nhiệt lượng cơ thể mất đi càng lớn và đến một lúc nào đó sẽ có cảm giác khóchịu và ớn lạnh.Việc giảm nhiệt độ của bề mặt xung quanh sẽ làm gia tăng cường độ traođổi nhiệt bằng bức xạ, ngược lại nếu nhiệt độ xung quanh tiến gần đến nhiệt độ cơ thể thìthành phần trao đổi nhiệt bằng bức xạ sẽ giảm đi rất nhanh.Các nghiên cứu và kinhnghiệm đã chỉ ra rằng, trong phần lớn các trường hợp thì con người sẽ cảm thấy dễ chịutrong vùng nhiệt độ khoảng từ 220C -:- 270C

- Ảnh hưởng của độ ẩm: chính độ ẩm tương đối của không khí xung quanh quyếtđịnh mức độ bay hơi, bốc ẩm từ cơ thể ra ngoài môi trường.Nếu độ ẩm tương đối giảmxuống,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 dòngkhông khí mà lượng ẩm thoát ra từ cơ thể sẽ nhiều hay ít.Khi chuyển động của dòngkhông khí tăng lên thì lớp không khí bão hòa xung quanh bề mặt cơ thể càng dễ bị kéo đi

để nhường chỗ cho không khí khác ít bão hòa hơn.do đó khả năng bốc ẩm từ cơ thể sẽnhiều hơn.Cũng phải thấy chuyển động của dòng không khí không chỉ ảnh hưởng lượng

ẩm bốc ra mà còn ảnh hưởng đến cường độ trao đổi nhiệt bằng đối lưu.Rõ ràng quá trìnhđối lưu càng mạnh thì 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 khí cũng lên tăng một chút.

Bảng 1.1

Tốc độ không khí

(m/s) 0,15 -:- 0,2 0,20-:- 0,24 0,25-:- 0,3 0,3-:- 0,35

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 đủcác loại 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 CO2,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 khítươi tương ứng lấy từ bên ngoài.Tất nhiên để hạn chế các bụi bặm và các hạt li ti khác thìcần phải 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 CO2 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 giátác động của yếu tố này đến môi trường không khí trong tòa nhà cần điều hòa.nhưng chođến nay người ta còn sử dụng nồng độ CO2 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 lượngkhí tươi vào trong tòa nhà cần điều hòa như sau

a

K Q







ở đây:

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 CO2 đượcduy trì ở mức chấp nhận được  ,m3/h.người

Các giá trị này bản thân

nó chưa được xem làmức độ nguy hiểm, tuynhiên với tư cách là chỉ

số ô nhiễm không khí –

nó là con số cần lưu ýtrong hệ thống đo lườngcác chỉ số nồng độ CO2

trong tòa nhà nếu nó tiếptục tăng

0,1 Nồng độ cho phép trong các trường hợp

thông thường( theoPettenkofer)0,15 Nồng độ cho phép khi dùng để tính toàn

thông gió (theo Rietchel)0,2 – 0,5 Nồng độ tương đối nguy hiểm

0,5 hoặc lớn

hơn

Nồng độ nguy hiểm

4 – 5 Hệ thần kinh bị kích thích gây ra thở sâu và nhịp thở gia tăng.Nêu sự

hít thở trong môi trường này kéo dài thì sẽ gây ra nguy hiểm

8 Nếu kéo dài sự hít thở trong môi trường lâu hơn 10 phút thì mặt sẽ đỏ

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 điếuthuốc/h.người

Tốc độ chuyển động của không khí 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 ngàycàng nhiều kỹ thuật điều hòa không khí để tạo ra môi trường có nhiệt độ và độ ẩm thíchhợp

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

Bảng 1.6

Trường hợp Công nghệ sản xuất ,chế

Ngoài nhiệt độ và độ ẩm, trong một số nghành như quang học, điện tử,cơ khí chínhxác, phim ảnh tin học người ta còn chú ý đến độ sạch của không khí.ví dụ như trong cácphòng đặt máy tính số lượng hạt không vượt quá 2.105hạt/m3(chỉ tính các hạt bụi và cáchạt khác có kích thước 3 na nô mét trở lên.)

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

và hoạt động có hiệu quả thì thiết bị điều hòa không khí không thể hoạt động tốt ngay cảkhi đã đầu tư vốn rất lớn.Người thiết kế hệ thống thông gió và điều hòa không khí phảithiết kế được hệ thống điều khiển nhằm:

- Tạo ra và duy trì môi trường tiện nghi và phù hợp với công nghệ trong tòa nhà

- Duy trì chất lượng không khí trong tòa nhà ở giới hạn cho phép

- 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 điềukhiển khác.như điều khiển nồi hơi,điều khiển máy nén lạnh,bơm quạt, điều khiển lưulượng không khí 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,, giànlạnh,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,vídụ,Nhiệt độ ,độ ẩm tương đối của không khí trong nhà, các dụng cụ đo tự nghi thườngđược sử dụng trong trường hợp chất lượng của sản phẩm công nghệ phụ thuộc vào cácthông số của không khí trong công trình,khi đó cần theo dõi và xử lý sai lệch thông số cóthể tới làm giảm chất lượng sản phẩm, thậm chí là hư hỏng dây chuyền công nghệ

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 khíhội nhập kinh tế quốc tế của Việt Nam hiện nay, chúng ta đã tiến được những bước dài và

đã đạt được những thành công và kết quả tương đối khích lệ trong nhiều lĩnh vực kinh tếkhác nhau Một trong những thành công đó là qui mô đô thị hóa với hàng lọat các côngtrình 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 dựatrên cơ sở nào? Tùy theo quan điểm kiến trúc, quan điểm kết cấu xây dựng, quan điểm tiệnnghi, quan điểm về tính sử dụng, quan điểm về môi trường, mà chúng ta có các tiêu chíđánh giá và kiểm định khác nhau Một trong những tiêu chí mà chúng ta quan tâm là hệthống quản lý tòa nhà cao tầng BMS (Building Management System) Tùy thuộc vào mụcđích sử dụng của các tòa nhà mà tiêu chí đặt ra cho hệ BMS là khác nhau Trên quan điểm

đó, chúng ta đưa 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:

 Văn phòng: nhà bank, công ty bảo hiểm,

 Các tòa nhà hành chính công cộng,

 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 thốngcấp nước, hệ thống thông gió và tùy vào mục đích sử dụng của các tòa nhà mà có thêm các

hệ thống 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

Khoảng 30% số tòa nhà có trang bị hệ thống điều hòa tập trung, hệ thống bảo vệ và báo 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 hợp từng 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 tầng được 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 caotầng thông minh Còn gọi là các tòa nhà hiệu năng cao, tòa nhà xanh, tòa nhà công nghệcao, tòa nhà có những chức năng đặc biệt như bệnh viện, cơ quan trung ương, nhà quốchội,

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 nhànhư sau: Các tòa nhà tối thiểu phải có hệ thống cung cấp nước, nhưng hệ thống này chưađược trang bị hệ thống BMS và tiết kiệm điện năng, do vậy tiền điện sẽ phải chi nhiều hơn

so với những tòa nhà có trang bị hệ BMS và hệ thống tiết kiệm điện năng Do vậy chất

lượng và hiệu năng sử dụng là không cao Nếu chúng ta xét về mặt kinh doanh thì các nhàcao tầng này 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 thấytính cấp thiết phải trang bị các hệ BMS cho các nhà cao tầng Ngày nay, các tòa nhà caotầng không chỉ đạt tiêu chí diện tích sử dụng mà còn phải đạt tiêu chí về tiết kiệm điệnnăng, đạt tiêu chí về môi trường, tiêu chí về tiện nghi, tiêu chí về hệ thống thông tin, tiêuchí về an ninh,

Tùy thuộc vào loại nhà cao tầng mà các hệ thống BMS phải trang bị cho phù hợpvới các mục đích sử dụng và môi trường các tòa nhà đó được khai thác Các hệ thốngBMS này đã được chuẩn hóa và được sử dụng rộng rãi trên tòan thế giới Các hãng cungcấp các sản phẩm này đã xâm nhập vào thị trường Việt Namnhư: Siemens, Honeywell,Yamatake, Các nhà cao tầng ở Việt Namđã sử dụng hệ thống BMS của Siemens thôngqua các công ty đại lý Việt sáng tạo, NTC để thực hiện lắp đặt cho các tòa nhà: SaigonCenter HCM được đưa vào sử dụng 1996, Red riverbuilding Hanoi-1999, Opera HiltonHotel Hanoi-2000, Hanoi Nation Stadium-2003 Sau khi trang bị hệ BMS này, các tòa nhà

đã khai thác rất hiệu quả khả năng quản lý giám sát và báo hiệu các sự cố của hệ thốngHVAC (Hệ thống thông gió và điều hòa không khí) và tiết kiệm được 50% năng lượngđiện tiêu thụ cho hệ thống so với trươc 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 Thôngthường, 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,

và chuyển 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 thựchiện đo lường/ truyền động được chính xác và nhanh nhạy Các thiết bị trường thôngminh cũng có thể đảm nhận 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 xuốngcác cơ cấu chấp hành Khi còn điều khiển thủ công, thì các nhiệm vụ đó được các ngườiđứng máy thao tác trực tiếp đảm nhận qua việc theo dõi các thiết bị đo lường, sử dụngkiến thức và kinh nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết như: Đóng mở van, bấm

nút, điều chỉnh cần gạt, núm xoay Trong một hệ thống điều khiển tự động hiện đạinhững nhiệm vụ đó được 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 thốngđược các cấp dưới thực hiện, thì nhiềm vụ của cấp điều khiển giám sát là hỗ trợ người sửdụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý nhữngtình huống bất thường Ngoài ra, trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bàitoán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theocông thức( ví dụ trong chế biến dược phẩm, hoá chất) Khác với cấp dưới cấp điều khiểngiám sát không đòi hỏi phương tiện đặc biệt, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài các máytính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ, terminal ) Việc phân cấpchức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết 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 về trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các giàn máy, cũng như của hệthống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất

và chất lượng sản phẩm Đồng thời cấp điều hành sản xuất có nhiệm vụ xử lý các số liệu,lập kế hoạch sản xuất, ra quyết định bảo dưỡng máy móc, tối ưu hoá sản xuất và đưa cácthông tin về các thông số thiết kế, công thức điều khiển, và mệnh lệnh điều hành xuốngcấp dưới Mặt khác cấp điều hành sản xuất còn có chức năng là trao đổi thông tin với cấpquản lý công ty Cấp điều 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

hệ thống Nhiệm vụ của cấp này trao đổi thông tin giữa công ty và khách hàng thông quathư điện 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 đơn đặt 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 gianthực phải cao, yêu cầu về lượng thông tin thì không cao Các hệ thống bus trườngthường sử dụng 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

trên cấp điều khiển giám sát với nhau Qua bus hệ thống các máy tính điều khiển có thểphối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho trạm kỹ thuật và trạm quan sát Đốivới Bus hệ thống, tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng thời gian thực cóđược đặt ra một cách ngặt nghèo hay không Thời gian phản ứng thông thường trongkhoảng vài trăm miligiây Trong khi đó lưu lượng thông tin lớn hơn nhiều so với bustrường Các hệ thống bus trường tiêu biểu: Ethernet, Industrial Ethernet, Profibus-FMS,Fieldbus Foundation’s High Speed Ethernet

 Mạng xí nghiệp: Là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối các máy tính

văn phòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát Mạng xí nghiệpkhông yêu cầu nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực Việc trao đổi dữ liệu diễn rakhông định kỳ, nhưng có khi với số lượng lớn tới hàng Mbyte Hai loại mạng chủ yếuđược dùng là Ethernet và Token-Ring trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP vàIPX/SPX

 Mạng công ty: Đặc trưng của mạng công ty là gần với một mạng viễn thông hoặc một

mạng 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 nốichúng.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

mô hình 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 phântán ):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.Để

xây 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

truyền thông là trạm chủ.Các đối tác còn lại làm trạm tớ.Thông tin truyền từtrạm chủ đến các trạm tớ trong cùng một lúc(liên kết điểm – nhiều điểm).Việcgiao tiếp theo chiều ngược lại từ trạm tớ tới trạm chủ chỉ được thực hiện theokiểu 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

tham gia.Bất kỳ đối tác nào cũng có quyền thu phát tín hiệu.Cũng như liên kếtđiểm,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 cảcác trạm.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 kiểucấu 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 điểmchính 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 bìnhthường

Tuy nhiên việc dùng chung một đường dẫn đòi hỏi một phương pháp phân chia thờigian sử dụng thích hợp để tránh xung đột tín hiệu - gọi là phương pháp truy nhập môitrường hay phương pháp truy nhập bus.Nguyên tắc truyền thông được thực hiện nhưsau:tại một thời điểm nhất định chỉ có một thành viên trong mạng được gửi tín hiệu, còncác thành viên khác chỉ có quyền nhận

Ngoài việc cần phải kiểm soát truy nhập môi trường, cấu trúc bus còn có nhữngnhược điểm sau:

 Một tín hiệu gửi đi có thể tới tất cả các trạm và theo một trình tự không kiểm soátđược,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 pháthiện 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 hiệntượng phản xạ ở mỗi đầu dây làm giảm chất lượng của tín hiệu.Để khắc phục hiện tượngnày người ta chặn hai đầu dây bằng hai trở đầu cuối.Việc sử dụng các trở đầu cuối cũnglàm tăng 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 cáccông 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 viênđều tham gia tích cực vào việc kiểm soát dòng tín hiệu.Khác với cấu trúc đường thẳng,ởđây tín hiệu được truyền đi theo một chiều quy định.Mỗi trạm nhận được dữ liệu từ trạmtrước và chuyển sang trạm lân cận đứng sau.Qúa trình này được lặp lại cho đến khi tínhiệu 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 vớikhoảng cách và số trạm rất lớn.Mỗi trạm có khả năng vừa nhận vừa phát tín hiệu cùng mộtlúc.Bởi mỗi thành viên ngăn cách mạch vòng ra làm hai phần,và tín hiệu chỉ được truyềntheo một chiều,nên biện pháp tránh xung đột tín hiệu được thực hiện một cách đơn giảnhơn

Với kiểu mạch vòng không có điều khiển trung tâm, các trạm đều bình đẳng nhưnhau trong quyền nhận và phát tín hiệu.Như vậy việc kiểm soát đường dẫn sẽ do các trạm

tự đảm nhận và phân chia.Với kiểu có điều khiển trung tâm,một trạm chủ sẽ đảm nhận vaitrò kiểm soát việc truy nhập đường dẫn

Việc gán địa chỉ cho các thành viên trong mạng cũng có thể do một trạm chủ thựchiện một cách hoàn toàn tự động, căn cứ vào thứ tự sắp xếp vật lý của trạm mạch vòng.Ưuđiểm của cấu trúc mạch vòng là khả năng xác định vị trí xảy ra sự cố, đứt dây hay mộttrạm ngừng làm việc.Tuy nhiên sự hoạt động không bình thường của mạng trong trườnghợp này chỉ 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 chuyểnmạch by-pass tự động.Mỗi trạm thiết bị sẽ được đấu với mạch vòng nhờ bộ chuyển mạchnày.Trong trường hợp sự cố xảy ra, bộ chuyển mạch sẽ tự động phát hiện và ngắnmạch,bỏ qua 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 giántiếp với nhau qua trạm trung tâm.Tương tự như cấu trúc mạch vòng, có thể nhận thấy ởđây kiểu liên kết về mặt vật lý là kiểu điểm - điểm.Tuy nhiên, liên kết về mặt logic vẫn cóthể là nhiều điểm.Nếu trạm trung tâm đóng vai trò tích cực, nó có thể đảm đương nhiệm

vụ kiểm soát toàn bộ việc truyền thông của mạng, còn nều không sẽ chỉ như một bộchuyển mạch

Một nhược điểm của cấu trúc hình sao là sự cố ở trạm trung tâm sẽ làm tê liệt toàn

bộ các hoạt động truyền thông trong mạng.Vì vậy, trạm trung tâm thường phải có độ tincậy rất cao

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

hệ thống viễn thông không tránh khỏi việc dùng cấu trúc này.Đối với mạng truyền thôngcông nghiệp, cấu trúc hình sao tìm thấy trong các phạm vi nhỏ.Ví dụ như các bộ chia,thường dùng vào mục đích mở rộng các cấu trúc khác.Lưu ý rằng, trong nhiều trường hợpmột mạng cấu trúc hình sao về về mặt vật lý lại có cấu trúc như một hệ bus,bởi các trạmvẫn có thể tự do liên lạc như không có sự tồn tại của trạm trung tâm.Chính các hệ thốngmạng Ethernet công nghiệp ngày nay sử dụng phổ biến cấu trúc này kết hợp với kỹ thuậtchuyển mạch 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.Góitin bao gồm các thông tin cần truyền tải, bít đầu cuối, xác nhận cùng địa chỉ trạm nhận vàthông tin trạm truyền.Có nhiều loại dịch vụ truyền thông, với các cấp khác nhau.Tuỳ theonhu cầu về độ tiện lợi hay hiệu suất trao đổi thông tin mà người ta có thể quyết định sửdụng dịch vụ ở cấp nào.Việc thực hiện tất cả các dịch vụ được dựa trên nguyên hàm dịch

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:

- Cú pháp (syntax): Quy định về cấu trúc bức điện, gói dữ liệu dùng khi trao đổi,trong đó có phần thông tin hữu ích (dữ liệu) và các thông tin bổ trợ như địa chỉ,thông tin điều khiển, thông tin kiểm lỗi

- 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 lý lỗi

- Định thời (timing): Quy định về trình tự thủ tục giao tiếp,chế độ truyền (đồng

bộ hay không đồn bộ), tốc độ truyền thông

- Việc thực hiện một dịch vụ truyền thông trên cơ sở các giao thức tương ứngđược gọi là xử lý giao thức.Qúa trình xử lý giao thức có thể là mã hoá(xử lýgiao thức bên gửi) và giải mã(xử lý giao thức bên nhận).Tương tự dịch vụtruyền thông, giao thức cũng bao gồm giao thức cấp thấp và cấp cao tươngứng.Giao thức cấp cao gần với người xử dụng thường được sử dụng bằng phầnmềm

Một số ví dụ về giao thức:

- 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 tađưa 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 thốngbus trường Hướng tới kiến trúc điều khiển phân tán triệt để

Các chương trình ứng

dụng Bên gửi

7 Lớp ứng dụng

Môi trường truyền thông

Bên nhận Các chương trình ứng

dụng 1 2 3 4 5 6 7 Quan hệ giao tiếp lôgíc

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 thểcung cấp 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, vànâng cao 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 cácchương trình ứng dụng,bao gồm các việc tạo lập, quản lý và kết thúc các đường nối giữacác ứng dụng đối tác.Mối quan hệ giữa các chương trình ứng dụng mạng tích chấtlôgic:thông qua một mối liên kết vật lý giữa hai trạm, hai nút mạng có thể tồn tại songsong nhiều lôgic.Thông thường kiểm soát nối là chức năng của hệ điều hành.Để thực hiệncác đường nối giữa hai ứng dụng đối tác, hệ điều hành có thể tạo các tính toán songsong.Như vậy, nhiệm vụ đồng bộ hoá các quá trình tính toán này đối với việc xử dụngchung một giao diện mạng cũng thuộc chức năng của lớp kiểm soát nối.Chính vì vậy lớpnày còn có tên là lớp đồng bộ hoá

Lớp vận chuyển:

Khi một khối dữ liệu được truyền đi thành từng gói, cần phải bảo đảm tất cả cácgói đều đến đích và theo đúng trình tự chúng được chuyển đi.Chức năng của lớp vậnchuyển dữ liệu giữa các chương trình ứng dụng một cách tin cậy, bao gồm cả trách nhiệmkhắc phục lỗi và điều khiển lưu thông.Nhờ vậy mà các lớp trên có thể thực hiện được cácchức năng cao cấp 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 chọnphương 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 vàcông nghệ chuyển mạch dùng để kết nối các hệ thống khác nhau.Việc xây dựng và huỷ bỏcác quan hệ liên kết giữa các nút mạng cũng thuộc trách nhiệm của lớp mạng.Tuy nhiênlớp mạng không có ý nghĩa đối với một hệ thống truyền thông công nghiệp.Bởi ở đây

hoặc không có nhu cầu trao đổi dữ liệu giữa hai trạm khác nhau ở hai mạng khácnhau,hoặc việc trao đổi được thực hiện gián tiếp thông qua chương trình ứng dụng(khôngthuộc lớp nào trong mô hình tham chiếu OSI).Các bộ router thông dụng trong liên kếtmạng hoàn toàn không 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 nhiệmthêm một số chức năng khác như kiểm soát lưu thông và đồng bộ hoá việc chuyển giaokhung dữ liệu

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

dữ liệu, sắp xếp các khung lại theo đúng trình tự và khôi phục lại thông tin để chuyển tiếplớp trên 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

xu hướng phát triển của mạng Ethernet hiện nay,TCP/IP sẽ chiếm một trong những vai tròquan trọng 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:

TELNET FTP SNMP SMTP

DNS

Lớp biểu diễn dữ liệu

Lớp kiểm soát nối

TCP UDP

ICMP IP ARP RARP

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 truyềnđược 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 độngphân chia quyền truy nhập bus cho các trạm tớ.Phương pháp này có ưu điểm là việc kếtnối mạng các trạm tớ đơn giản, ít tốn kém,.Tuy nhiên hiệu suất trao đổi thông tin giữa cáctrạm tớ bị giảm 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 mộtthời gian truy nhập bus nhất định.Các trạm lần lượt thay nhau gửi thông tin trong khoảngthời gian cho phép.Phương pháp này có thể không hoặc có trạm chủ.Mỗi trạm đều có khảnăng đảm 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 Saukhi không có nhu cầu gửi thông tin nó phải gửi Token đến một trạm khác theo một trình tựnhất định

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 khảnăng hai trạm cùng phát tín hiệu lên đường dẫn.Vì vậy trong khi phát mỗi trạmvẫn phải nghe đường dẫn để so sánh tín hiệu phát đi với tín hiệu nhận được xem

có xảy 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

mà thông tin truyền tải không tránh khỏi sai lệch.Vì vậy đặt ra vấn đề làm sao để hạn chếlỗi, phát hiện lỗi và khôi phục dữ liệu

Biện pháp thứ nhất giảm tác động của nhiễu bằng cách xử dụng các thiết bị phầncứng cao cấp và các biện pháp bọc lót đường truyền tín hiệu.Biện pháp thứ hai là xử dụng

xử lý giao thức để phát hiện và khắc phục lỗi, trong đó phát hiện lỗi đóng vai trò hàngđầu.Trong quá trình mã hoá nguồn,bên gửi bổ sung thêm một số thông tin phụ trợ, đượctính theo một thuật toán quy ước vào bức điện cần gửi đi.Dựa vào thông tin bổ trợ này màbên nhận có thể kiểm 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 bitstuffing, trước khi mã hoá bit

pháp mã hoá bit thường dùng là:Điều chế biên độ xung(NRZ và RZ) Phương pháp điềuchế pha xung hay vị trí xung(Tham số thông tin được thể hiện qua các sườn xung, PPManchester),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 nhiênkhông thích 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 xungcủa tín 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 nhậnmột cách tuần tự trên cùng một đường truyền.Vì không có đường dây riêng biệt mang tínhiệu nhịp nên việc đồng bộ hoá được thoả thuận trên cơ sở một giao thức truyềnthông.Hiện nay các chuẩn truyền dẫn có 4 dạng:

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

là chiều dài cho phép từ 30 -:-50m nhưng có ưu điểm là sử dụng công suất phát tương đốithấp 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 đôidây.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 vậythực tế RS422 thường chỉ được dùng ghép nối điểm - điểm với mục đích thay thế RS232cho khoảng 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 lớngấp 3 lần so với RS422 Đặc tính khác nhau cơ bản của RS485 và RS422là khả năngnghép nối nhiều điểm được sử dụng trong hệ thống bus trường.Cụ thể 32 trạm có thể thamgia nghép nối, được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS485 mà khôngcần bộ lặp khoảng cách tối đa cho trạm đầu và cuối là 1200m.Không phụ thuộc vào sốtrạm 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

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

an toàn 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

và điện trở đầu cuối là 100, mức điện áp tối đa trong khoảng 0,75 – 1V.Bên cạnh việc

xử dụng tín hiệu dữ liệu để đồng bộ nhịp giữa bên gửi và bên nhận, sử dụng phương pháp

mã hoá bit Manchster còn cho phép cung cấp nguồn cho các trạm thông qua chính đườngbus tín hiệu.Số trạm tối đa là 126, với nhiều nhất 4 bộ lặp, với nguồn 24V chiều dài tối đacủa một đoạn mạng lên đến 1900m

Môi trường truyền dẫn ảnh hưởng lớn đến chất lượng, khả năng chống nhiễu củatín hiệu ảnh hưởng đến tốc độ truyền và khoảng cách tối đa cho phép.Là thiết bị nằmngoài mô hình 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

sự lựa chọn tốt hơn.Cáp quang cũng được ứng dụng trong các ứng dụng phạm vi địa lýrộng, môi trường xung quanh nhiễu mạnh hoặc dễ ăn mòn Hoặc có yêu cầu rất cao về độtin cậy cũng 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 quátrình 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 tínhđiều khiển.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 phònggiống hệ máy tính chính.Nhưng vấn đề của giải pháp này là vấn đề giá thành cao Cònnhược điềm thứ nhất có thể được khắc phục bằng một mạng dẫn chung gọi là bus trường