Xây dựng mô hình hệ thống HVAC điều khiển bằng BMS chương 2 TONG QUAN VE HE THONG BMS

6 Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS (Building Management System) 2.1 BMS gì? Hình 2.1: Tổng quát BMS BMS viết tắt cụm từ (Building Management System) Là hệ thống đồng cho phép điều khiển quản lý hệ thống kỹ thuật nhà hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hoà thông gió, cảnh báo môi trường, an ninh, báo cháy – chữa cháy v.v…, đảm bảo cho việc vận hành thiết bị tòa nhà xác, kịp thời BMS thực tốt nhiệm vụ điều khiển vận hành hệ thống, môi trường thu nhận, quản lý toàn thông số kỹ thuật thiết bị, hệ thống kết nối tới Thông qua trao đổi thông tin, BMS điều khiển vận hành thiết bị chấp hành hệ thống kỹ thuật khác hoạt động theo yêu cầu người quản lý, đảm bảo yếu tố kỹ thuật yếu tố an toàn, an ninh… 2.1.1 Đối tượng quản lý BMS • Trạm phân phối điện • Máy phát điện dự phòng • Hệ thống chiếu sáng • Hệ thống điều hoà thông gió • Hệ thống cấp nước sinh hoạt • Hệ thống báo cháy • Hệ thống chữa cháy • Hệ thống thang máy • Hệ thống âm công cộng • Hệ thống thẻ kiểm soát vào • Hệ thống an ninh 2.1.2 Tính BMS • Cho phép tiện ích (thiết bị thông minh) tòa nhà hoạt động cách đồng bộ, xác theo yêu cầu người điều hành • Cho phép điều khiển ứng dụng tòa nhà thông qua cáp điều khiển giao thức mạng • Kết nối hệ thống kỹ thuật an ninh, báo cháy… qua cổng giao diện mở hệ thống với ngôn ngữ giao diện theo tiêu chuẩn quốc tế • Giám sát môi trường không khí, môi trường làm việc người • Tổng hợp, báo cáo thông tin • Cảnh báo cố, đưa tín hiệu cảnh báo kịp thời trước có cố • Quản lý liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý sở liệu, chương trình soạn thảo đồ hoạ, lưu trữ lưu liệu 8 • Hệ thống BMS linh hoạt, có khả mở rộng với giải pháp sẵn sàng đáp ứng với yêu cầu 2.1.3 Lợi ích mang lại từ BMS Lợi ích lớn hệ thống quản lý nhà cung cấp cho người dùng môi trường thoải mái, an toàn thuận tiện Ngoài người dùng chủ sở hữu tiết kiệm lượng giảm thiểu nhân lực lao động, đảm bảo thiết bị làm việc tốt, độ bền cao BMS rõ ràng tạo lợi vượt trội sau: • Đơn giản hóa tự động hóa vận hành thủ tục, chức có tính lặp lặp lại • Quản lý tốt thiết bị tòa nhà nhờ hệ thống lưu trữ liệu, chương trình bảo trì bảo dưỡng hệ thống tự động báo cáo cảnh báo • Giảm cố phản ứng nhanh yêu cầu khách hàng hay xảy cố • Giảm chi phí lượng nhờ tính quản lý tập trung điều khiển quản lý lượng • Giảm chi phí nhân công thời gian đào tạo nhân viên vận hành – cách sử dụng dễ hiểu, mô hình quản lý thể trực quan máy tính cho phép giảm tối đa chi phí dành cho nhân đào tạo • Dễ dàng nâng cấp, linh hoạt việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổ chức yêu cầu mở rộng khác 2.2 Ưu điểm hệ thống BMS 2.2.1 Quản lý hiệu quả, tiết kiệm nhân công Hệ thống BMS cho phép quản lý cách toàn diện số lượng lớn liệu trợ giúp thực thi việc quản lý tinh vi với đội ngũ nhân viên Hệ thống máy móc tự động làm thay trợ giúp người nhiều việc Do việc tích hợp cho phép điều khiển khối lượng lớn liệu, nên việc vận hành nhà thiết bị thực số nhân công 9 2.2.2 Duy trì tối ưu hóa môi trường Nhiệt độ, độ ẩm, khí CO2, độ sạch, ánh sáng v v hệ thống kiểm soát giá trị tốt cho người hoạt động 2.2.3 Tiết kiệm lượng, nhiên liệu Hệ thống BMS giúp kiểm soát xác tải nhiệt yêu cầu, đồng thời đáp ứng tối ưu cho nhu cầu sử dụng Điều giúp kiểm soát thất thoát lượng, đem lại hiệu kinh tế cao Sử dụng hiệu lượng tự nhiên hạn chế lãng phí nguồn nguyên liệu, dùng biện pháp điều khiển trì nhiệt độ đặt trước sử dụng khí trời cần thiết kiểm soát tải tòa nhà Đặc biệt, hệ thống điều khiển máy điều hoà không khí cho phép tạo môi trường dễ chịu cho người, chống lãng phí lượng nhờ điều khiển tối ưu liên tục trì ưu điểm 2.2.4 Đảm bảo yêu cầu an toàn Khả tích hợp chung với hệ thống security camera giám sát (CCTV), kiểm soát vào (Access control) giúp đảm bảo tòa nhà theo dõi phản ứng tự động với mối nguy Bằng việc tập trung thông tin toàn thiết bị đơn vị xử lý trung tâm, ta dễ dàng xác định trạng thái thiết bị, vận hành khắc phục cố điện, hỏng, cháy Với hệ thống an ninh tích hợp, ta yên tâm an toàn người sử dụng nhà, bảo mật thông tin cá nhân mà không làm thoải mái 2.2.5 Nâng cao thuận tiện cho người sử dụng Với BMS, thị điều chỉnh nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh, kiểm soát vùng thực dễ dàng Thậm chí không cần nhiều người để tác động hệ thống máy tính tập trung kết nối internet giúp lệnh đâu Việc tích hợp nhiều tính thiết bị giúp người dùng cảm nhận thoải mái Ví dụ, thoải mái vào suốt 24 giờ, cài đặt 10 nhiệt độ dễ dàng, đặt chế độ thời gian, theo dõi trạng thái thời tiết bên thông tin quản lý, điều hành nhà 2.3 Cấu hình hệ thống BMS Bộ điều khiến sử dụng vi xử lý tạo nên cấu hình theo kiểu cấp bậc cho hệ thống BMS hay gọi lớp (tier) xử lý 2.3.1 Bộ điều khiển cấp vùng Đây điều khiển sử dụng vi xử lý, cung cấp khả điều khiển trực tiếp tới thiết nằm phạm vi cấp vùng, bơm nhiệt, hộp điều lượng gió (VAV – Variable Air Volume), thiết bị cấp gió đơn vùng Bộ điều khiển cấp sử dụng phần mềm quản lý lượng Tại cấp xử lý vùng, cảm biến liên lạc trực tiếp với thiết bị điều khiển Một bus liên lạc làm phương tiện kết nối điều khiển, điểm thông tin điều khiển chia sẻ cho chia sẻ với xử lý hệ thống cấp xử lý hoạt động Các điều khiển cấp vùng tiêu biểu có cổng kênh giao tiếp để hỗ trợ sử dụng thiết bị đầu cuối di động trình thiết lập ban đầu lần điều chỉnh sau 2.3.2 Bộ điều khiển cấp hệ thống Bộ điều khiển cấp có công suất lớn điều khiển cấp vùng xét phương diện điểm, vòng DDC chương trình điều khiển Bộ điều khiển cấp hệ thống thường dùng để điều khiển thiết bị khí hệ cung cấp khí, hệ VAV trung tâm hệ thống làm mát Ngoài ra, thực thi điều khiển ánh sáng Bộ điều khiển cấp giao tiếp trực tiếp với thiết bị điều khiển thông qua actuator cảm biến, giao tiếp gián tiếp thông qua bus liên lạc với điều khiển cấp vùng Bộ điều khiển cấp hệ thống có cổng để kết nối với thiết bị đầu cuối lập trình vận hành cầm tay suốt trình cài đặt ban đầu lần điều chỉnh sau Khi điều khiển cấp hệ thống kết nối với xử lý cấp hoạt động, thay đổi chương trình điều khiển thường thực thi xử lý cấp hoạt 11 động sau tải xuống điều khiển Bộ điều khiển cấp hệ thống cung cấp khả dự phòng trường hợp liên lạc bị đứt chế độ hoạt động độc lập Một số kiểu điều khiển cấp hệ thống cung cấp chế độ bảo vệ an toàn cho toàn tài sản thông qua tín hiệu cảnh báo hỏa hoạn, cảnh báo an ninh, bảo mật truy cập 2.3.3 Bộ xử lý cấp hoạt động Bộ xử lý cấp giao tiếp chủ yếu với vận hành viên hệ BMCS Trong ứng dụng, thường PC trang bị hình hiển thị bảng mạch có chức ‘plug-in’ cho thiết bị vận hành bổ sung, printer, mở rộng nhớ bus liên lạc Bộ xử lý cấp thường có phần mềm ứng dụng, để: - Bảo đảm an ninh hệ thống: Hạn chế truy cập hoạt động cho người có thẩm quyền - Xâm nhập hệ thống: Cho phép người có thẩm quyền chọn lấy liệu thông qua PC số thiết bị khác - Định dạng liệu: Tập hợp điểm hệ thống ngẫu nhiên thành định dạng nhóm logic để thị in ấn - Lập trình tùy biến: Phát triển chương trình DDC theo nhu cầu cấp độ hoạt động tải xuống điều khiển cấp hệ thống cấp vùng chuyên biệt từ xa - Đồ họa: Kết hợp với liệu động hệ thống xây dựng hình đồ họa theo yêu cầu - Report chuẩn: Tự động cung cấp report chuẩn theo định kỳ theo yêu cầu hoạt động - Report theo yêu cầu: Là bảng liệu, file định dạng Word, quản lý sở liệu - Quản lý bảo trì: Tự động lên lịch bảo trì thiết bị dựa liệu lịch sử thiết bị thời gian hoạt động 12 - Tích hợp hệ thống: Cung cấp cổng liên lạc chức điều khiển cho hệ thống phụ (HVAC, cứu hỏa, an ninh, điều khiển truy cập.v.v ) 2.3.4 Bộ xử lý cấp quản lý Đây cấp cao cấu trúc hệ BMS Nó thực thi điều khiển quản lý thông qua hệ thống phụ Tại cấp này, vận hành viên yêu cầu liệu lệnh tới điểm từ đâu hệ thống Vận hành hoạt động thường nhật chức thông thường xử lý cấp hoạt động Tuy nhiên, điều khiển toàn chuyển sang cho xử lý cấp quản lý trường hợp khẩn cấp Bộ xử lý cấp quản lý thu thập, lưu trữ, xử lý liệu mức độ tiêu thụ điện năng, chi phí vận hành hoạt động cảnh báo, báo cáo để làm sở hoạt định quản lý vận hành lâu dài 2.4 Thiết bị điều khiển tự động 2.4.1 Thiết bị điều khiển điện Hình 2.2: Sơ đồ điều khiển máy điều hòa không khí Các phần tử cảm biến, điều khiển thiết bị cài đặt thiết kế thành khối Phương thức đọc thay đổi nhiệt độ độ ẩm ống xếp 13 màng ngăn có dịch chuyển học trực tiếp điều khiển phần tử cuối van động cơ, van điều tiết khí động cơ, máy làm ẩm máy nén v.v Điện dùng để truyền tín hiệu làm nguồn cho dịch chuyển học Cả hai loại lắp phòng ống để xác định nhiệt độ, độ ẩm, áp suất biến số khác Có kết cấu đơn giản dễ sử dụng Do đó, thiết bị đơn giản giá thành thấp Phương pháp ứng dụng không đòi hỏi độ xác cao 2.4.2 Thiết bị điều khiển điện tử Trong thiết bị điều khiển điện tử, điều khiển phần tử cảm biến đặt cách xa Các điều khiển thường lắp tủ điều khiển phòng điều khiển Vì điều khiển điện tử dùng mạch điện tử (mạch số), nên xử lý giá trị đo khác nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu tốc, CO2, tỷ trọng v.v đáp ứng điều khiển xác cao, hiển thị cho phép xác lập giá trị đo từ xa Do đầu tín hiệu đa dụng, nên cần sử dụng chuyển đổi lựa chọn cao/thấp, điều chế tỷ lệ thiết bị bổ trợ khác, điều khiển điện tử sử dụng điều khiển lựa chọn điều khiển giới hạn - Bộ lựa chọn cao /thấp: Thiết bị lựa chọn tín hiệu lớn (hoặc bé) từ hai tín hiệu đầu vào gửi - Bộ điều chế tỷ lệ: Thiết bị xuất tín hiệu ra, biến đổi điểm đầu, cuối tốc độ thay đổi tín hiệu vào 2.4.3 Bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp DDC Hình 2.3: Bộ điều khiển trực tiếp DDC 14 Theo định nghĩa hiệp hội sản xuất thiết bị đo lường điện Nhật Bản, DDC "quá trình điều khiển, chức điều khiển thực thiết bị số" Tuy nhiên, đây, DDC "một điều khiển, tích hợp chức hệ điều khiển tự động chức giám sát từ xa sử dụng vi xử lý để xử lý liệu" Các đặc điểm DDC, cấu trúc mẫu, so sánh với thiết bị điện tử liệt kê - Cài đặt, hiển thị xử lý, khử lỗi trình truyền tính toán, cho phép đo lường điều khiển độ xác cao - Tất tín hiệu vào chuyển thiết bị giám sát trung tâm, quản lý xác chi tiết - DDC cho phép điều khiển quản lý phân tán tới đơn vị, không cho máy điều hòa khí mà với dàn lạnh (FCU), khối VAV (đơn vị thể tích khí thay đổi) máy làm lạnh - Chức truyền phát tích hợp Chỉ yêu cầu cảm biến vừa thực đo lường vừa điều khiển - Thành phần có chức tự chẩn đoán cho phép phản ứng nhanh phát sinh lỗi - Thiết bị cài đặt hình LCD cảm biến không dây kết nối dễ dàng giúp điều khiển dễ dàng - Chương trình dễ dàng bổ sung sửa đổi để thích ứng với thay đổi phòng, chẳng hạn dịch chuyển phận, thiết bị - Chức điều khiển trạm kiểm soát từ xa tích hợp điều khiển để tiết kiệm diện tích tủ điều khiển - Dễ dàng nâng cấp bổ sung cảm biến điều khiển cuối loại Có khả truyền phát tín hiệu tín hiệu vào cảm biến phần tử điều khiển cuối 15 Hình 2.4: Sơ đồ kết nối điều khiển trực tiếp (DDC) 2.4.4 Phần tử thông minh Để bổ sung chức cho DDC, người ta tạo chuỗi phần tử thiết bị cấp trường cung cấp thông tin thân thiết bị điều kiện điều khiển Đặc tính cấu hình mẫu chúng - Truyền tất tín hiệu vào/ra tới BMS trung tâm thông qua kênh truyền thông SA-net Tốc độ truyền liệu tốt đường dây thường - Từ cảm biến nhiệt độ phòng đến van điều khiển, thiết bị điều khiển AHU nằm thành phần chuỗi - ACTIVAL PLUS thành phần chuỗi phần tử thông minh Đây van điều khiển động với chức đo lường điều khiển lưu lượng để điều khiển vận tốc dòng nước lạnh nóng cách đo lưu lượng không điều chỉnh độ mở van - ACTIVAL PLUS tính toán lưu lượng cách đo độ chênh áp, đo cảm biến áp suất lắp bên trong, nhân với Cv, tính vị trí mở van nhân với số 16 - Màn hình LCD lắp tường để hiển thị giá trị đo áp suất, nhiệt độ, tốc độ dòng tính từ ACTIVAL PLUS Hình 2.5: Sơ đồ kết nối hệ thống điều khiển trung tâm 2.5 Cơ sở điều khiển tự động Phần trình bày sở điều khiển tự động, yếu tố quan trọng điều khiển máy điều hòa không khí nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu tốc.v.v 2.5.1 Tổng quan điều khiển tự động Đối với hệ thống điều khiển, thay đổi yếu tố bên nhiệt độ, độ xạ mặt trời thay đổi phòng số người xem nhiễu loạn Nếu thay đổi điều kiện bên bên van (phần tử điều khiển cuối) đóng chế độ vị trí tối ưu, nhiệt độ giữ không đổi Tuy nhiên có dao động điều kiện bên trong, bên ngoài, cần đến điều khiển tự động 17 Hình 2.6: Thay đổi thông số đặt theo thời gian Khi có thay đổi đặt lại nhiệt độ nhiễu loạn có giai đoạn trễ xảy hệ thống tác động thực nhiệt độ thực tế phòng bắt đầu thay đổi Giai đoạn gọi độ trễ Thời gian từ nhiệt độ bắt đầu thay đổi đến ổn định gọi số thời gian Yêu cầu chất lượng hệ điều khiển tự động gồm tốc độ phản ứng độ ổn định Tốc độ phản ứng nhanh nghĩa đạt giá trị điều chỉnh nhanh tốt Còn độ ổn định đánh giá khả trì không đổi giá trị điều chỉnh Để thiết kế hệ điều khiển tự động, chức chất lượng phải xác định phù hợp với đặc điểm ứng dụng ngân sách 2.5.2 Ứng dụng thiết bị điều khiển tự động Theo nguyên lý hoạt động cấu tạo, thiết bị điều khiển tự động hệ thống điều hòa không khí phân loại sau: - Điều khiển điện - Điều khiển điện tử - Điều khiển khí nén - Điều khiển điện-khí nén - Điều khiển kỹ thuật số trực tiếp (DDC) Ở Nhật Bản, so với Mỹ Châu Âu, phương pháp khí nén/điện-khí nén sử dụng áp lực chất khí làm tín hiệu đầu vào ứng dụng ít, ví dụ điều khiển máy làm lạnh hệ thống chống nổ với van lớn, bệnh viện nơi sử dụng nhiều van điều chỉnh 18 Trong thiết bị điều khiển điện, phần tử khí ngăn đĩa nhựa sử dụng ,các phần tử cảm biến phần tử điều khiển kết hợp khối riêng biệt Những thiết bị thường sử dụng thuận tiện giá thành sản phẩm thấp Tuy nhiên, người ta chờ đợi thay thiết bị điện sản phẩm số hóa điện tử với tính tương tự Những vi xử lý nhanh chóng ứng dụng thiết bị điện tử, điều khiển số trực tiếp DDC sử dụng rộng rãi Về điều khiển số trực tiếp DDC thiết bị có nhiều chức tiện lợi nhờ khả truyền thông với hệ thống quản lý nhà Đó điểm khác biệt so với thiết bị điện tử có tích hợp vi xử lý  ... thời gian, theo dõi trạng thái thời tiết bên thông tin quản lý, điều hành nhà 2.3 Cấu hình hệ thống BMS Bộ điều khiến sử dụng vi xử lý tạo nên cấu hình theo kiểu cấp bậc cho hệ thống BMS hay gọi... kịp thời trước có cố • Quản lý liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý sở liệu, chương trình soạn thảo đồ hoạ, lưu trữ lưu liệu 8 • Hệ thống BMS linh hoạt, có khả mở rộng với giải pháp sẵn sàng... trực quan máy tính cho phép giảm tối đa chi phí dành cho nhân đào tạo • Dễ dàng nâng cấp, linh hoạt việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổ chức yêu cầu mở rộng khác 2.2 Ưu điểm hệ thống BMS