BAI BAO LUAN VAN XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG HVAC ĐIỀU KHIỂN BẰNG BMS

XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG HVAC ĐIỀU KHIỂN BẰNG BMS CONSTRUCT THE HVAC SYSTEM MODEL CONTROLING BY BMS Nguyễn Anh Tuấn; Nguyễn Hoàng Việt * Khoa Cơ - Điện – Điện tử, Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM, Việt Nam * Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh TÓM TẮT Luận văn “ Xây dựng mô hình hệ thống HVAC điều khiển BMS”, nghiên cứu với phần cứng điều khiển chủ yếu sử dụng vi điều khiển pic 18f4550 lập trình mikroC Trong đó, bao gồm giám sát điều khiển nhiệt độ khu vực làm lạnh, nhiệt độ nước giải nhiệt, nhiệt độ nước làm lạnh, lượng CO2 không khí, điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng theo thời gian thực thời gian tùy chọn người vận hành chủ đầu tư Giao diện hình điều khiển thiết bị từ máy tính thiết kế với hình ảnh 3D theo thiết bị thực tế Do đó, làm cho người vận hành dễ giám sát điều khiển thiết bị Luận văn chủ yếu tập trung xây dựng mô hình hệ thống HVAC điều khiển BMS thu gọn lại với đầu đủ chi tiết hệ thống thức tế thể đầy đủ thông số trạng thái hoạt động hệ thống Thông qua luận văn này, hy vọng cung cấp mô hình kiến thức hữu ích cho kỹ sư, sinh viên v.v… học tập nghiên cứu hệ thống HVAC điều khiển BMS ABSTRACT This thesis, ”Construct The HVAC System Model Controling By BMS” research with hardware drivers mainly use pic 18f4550 microcontroller and programmed by MikroC In there, including supervise and area cold temperature control, hot water temperature control, cold water temperature control, the amount of CO2 in the air, lighting and devices control real-time or time option of the operator or investor The interface display devices control from the computer designed with real 3D images Therefore, the operator easily to view and devices control This thesis is to make Construct The HVAC System Model Controling By BMS The model is the compact with all the details as a system in fact and fully display parameters and status activities of the system Through this thesis, I hope to provide a useful model and knowledge for engineers and students Etc The peoples are learning and research about HVAC systems the BMS controlled GIỚI THIỆU Trên giới, hệ thống thông minh, tự động điều khiển áp dụng công trình xây dựng công nghiệp, dân dụng từ sớm cho thấy đóng góp quan trọng phủ nhận Các hệ thống kỹ thuật tự động gọi chung hệ thống quản lý tòa nhà (BMS – Building Management System) Một hệ thống tự động hoàn chỉnh cung cấp cho công trình giải pháp điều khiển, quản lý điều kiện làm việc thiết bị động điện, nhiệt độ, độ ẩm, lưu thông không khí, chiếu sáng, hệ thống an ninh, báo cháy, quản lý hệ thống thiết bị kỹ thuật, tiết kiệm lượng tiêu thụ cho công trình, thân thiện với môi trường Bên cạnh đó, hệ thống điều hòa, thông gió (HVAC), hệ thống lạnh trung tâm làm lạnh nước (Water Chiller) thiếu tòa nhà cao tầng khả làm lạnh với hiệu suất cao, tiết kiệm chi phí Ở Việt Nam, năm gần không khó để nhận đóng góp hệ thống tự động công trình công nghiệp dân dụng Những khái niệm quản lý tòa nhà, tiết kiệm lượng công trình, bảo vệ môi trường… không mẻ Tuy nhiên, mức độ áp dụng hệ thống nói chung có giới hạn, chưa thực sâu rộng Điều thay đổi nhanh chóng năm tới đây, nhịp độ xây dựng công trình đại ngày cao, hệ thống tự động hóa tòa nhà ngày có lực độ tin cậy lớn hơn, lợi ích việc áp dụng hệ thống ngày rõ nét Luận văn này, sâu vào nghiên cứu xây dựng mô hình điều khiển hệ thống HVAC BMS dựa khả tự lập trình điều khiển vi điều khiển với ngôn ngữ lập trình MikroC Delphi, với tính tương tự BMS hãng Siemens, Honeywell, Yamatake, Kết nghiên cứu đưa cách nhìn tổng quát ứng dụng BMS việc điều khiển giám sát hệ thống tòa nhà công cụ hữu ích cho sinh viên học tập nghiên cứu BMS điều khiển hệ thống HVAC NỘI DUNG Hiện nay, hệ thống điều hoà không khí HVAC ( Heating Ventilating and Air Conditioning) BMS (Building Management System) sử dụng phổ biến tòa nhà cao tầng Hệ thống trao đổi nhiệt trung tâm WCH (Water Chiller) FCU( Fan Coil Unit), AHU(Air Handling Unit) Trong luận văn này, sâu vào nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống HVAC làm lạnh nước, FCU ( Fan Coil Unit) BMS (Building Management System) điều khiển giám sát thiết bị từ máy tính giống theo thực tế Luận văn này, nghiên cứu với phần cứng điều khiển chủ yếu sử dụng vi điều khiển pic 18f4550 lập trình mikroC Trong đó, bao gồm giám sát điều khiển nhiệt độ khu vực làm lạnh, nhiệt độ nước giải nhiệt, nhiệt độ nước làm lạnh, lượng CO2 không khí, điều khiển thiết bị đèn chiếu sáng theo thời gian thực thời gian tùy chọn người vận hành chủ đầu tư Trong đó, giao diện hình điều khiển thiết bị từ máy tính lập trình ngôn ngữ Delphi với thiết kế hình ảnh 3D theo thiết bị thực tế Do đó, làm cho người vận hành dễ giám sát điều khiển thiết bị Luận văn chủ yếu tập trung xây dựng mô hình hệ thống HVAC điều khiển BMS thu gọn lại với đầu đủ chi tiết hệ thống thức tế thể đầy đủ thông số trạng thái hoạt động hệ thống Thông qua luận văn này, hy vọng cung cấp mô hình kiến thức hữu ích cho kỹ sư, sinh viên v.v… học tập nghiên cứu hệ thống HVAC điều khiển BMS Sau số hướng dẫn cách xây dựng mô hình điều khiển hệ thống HVAC BMS 2.1 Thiết kế sơ đồ mạch mạch điều khiển Mạch điều khiển mạch tích hợp vi điều khiển pic 18f4550, với thiết kế hình LCD đính kèm dùng để hiển thị nhiệt độ thực thời điểm cảm biến nhiệt độ, hiển thị lượng CO2 không khí thời điểm Bên cạnh đó, ta chọn trạng thái hoạt động hệ thống Auto, On, Off Ngoài ra, mạch tích hợp kết nối từ máy tính để điều khiển hệ thống hoạt động tùy ý chọn, cài đặt thông số theo yêu cầu từ máy tính truyền xuống board tích hợp để điều khiển thiết bị báo trạng thái thiết bị trở máy tính Người điều khiển quan sát trạng thái thiết bị dễ dàng từ máy tính (xem hình 2.1) 2.2 Thiết kế sơ đồ mạch tích hợp điều khiển rơ le đóng, cắt Khi từ máy tính cần điều khiển thiết bị nào, máy tính truyền liệu xống board tích hợp vi điều khiển pic 18f4450 từ vi điều khiển xuất tín hiệu qua mạch tích hợp rơ le để điều khiển rơ le đóng, cắt tải cần điều khiển (xem hình 2.2) 2.3 Thiết kế sơ đồ mạch hồi tiếp tín hiệu Mục đích mạch hồi tiếp tín hiệu dùng để báo trạng thái thiết bị giao diện hình hoạt động ngừng (xem hình 2.3) 2.4 Thiết kế mô hình hệ thống HVAC Mô hình hệ thống HVAC gồm có: • Máy nén làm lạnh • Bầu chứa nước giải nhiệt dàn nóng • Bầu chứa nước lạnh • Bơm nước giải nhiệt dàn nóng • Bơm nước lạnh từ bầu chứa nước lạnh • Dàn lạnh quạt dàn lạnh: dùng để cung cấp lạnh cho nơi cần sử dụng • Tháp giải nhiệt quạt tháp giải nhiệt: dùng để giải nhiệt cho dàn nóng máy nén làm lạnh • Cảm biến CO2 cửa lấy gió dùng để điều hòa lượng không khí thích hợp phòng (xem hình 2.4) Từ giao diện hình máy tính ta chọn Chiller system “AUTO” - Chiller (CHL): chuyển sang “Auto” hoạt động (rơ le máy nén làm lạnh sáng đèn) - Bơm nước lạnh (CHWP): chuyển sang “Auto” hoạt động (rơ le bơm nước lạnh sáng đèn) - Bơm nước giải nhiệt (CWP): chuyển sang “Auto” hoạt động (rơ le bơm nước giải nhiệt sáng đèn) - Quạt giải nhiệt nước (CT): chuyển sang “Auto” Hoạt động (rơ le quạt giải nhiệt sáng đèn) - FCU: chuyển sang “Auto” hoạt động (rơ le quạt dàn lạnh sáng đèn) 2.5 Mục đích mô hình hệ thống HVAC Mô hình hệ thống HVAC phải đảm bảo yêu cầu điều hòa không khí thông gió, làm cho môi trường làm việc, sinh hoạt người không bị thiếu oxy hàm lượng CO2 không khí nằm khoảng cho phép (từ 40ppm đến 45ppm) Mô hình hệ thống HVAC điều khiển tự động không tự động, kiểm soát nhiệt độ môi tự động cấp gió từ vào môi trường làm lạnh có hàm lượng CO2 lớn 45ppm (tức 45 phân tử CO2 1.000.000 phân tử khí) • - Từ giao diện hình máy tính Chiller System “AUTO”chuyển sang “ON” Nếu Chiller (CHL), Bơm mước lạnh (CHWP), Bơm nước giải nhiệt (CWP), Quạt giải nhiệt nước (CT) ban đầu trang thái “AUTO” chuyển Chiller System sang “ON” hoạt động bình thường Nhưng không tự động tắt mở theo thời gian “Time ON” thời gian tắt “Time OFF” không tắt theo nhiệt độ nhiệt độ thời điểm nhỏ nhiệt độ cài đặt, mà trạng thái nhiệt độ thay đổi thời điểm hiển thị - Từ giao diện hình máy tính Chiller System “OFF”chuyển sang “ON”.Nếu Chiller (CHL), Bơm mước lạnh (CHWP), Bơm nước giải nhiệt (CWP), Quạt giải nhiệt nước (CT) ban đầu trạng thái “OFF” ta chuyển Chiller Systen sang “ON” ta phải mơ “ON” thiết bị không tự động mở theo thời gian “Time ON” tắt theo thời gian “Time OFF” không tắt theo nhiệt độ nhiệt độ thời điểm nhỏ nhiệt độ cài đặt, mà trạng thái nhiệt độ thay đổi thời điểm hiển thị 2.6 Kết mô đạt mô hình hệ thống HVAC Mô hình hệ thống HVAC cài đặt nhiệt độ, hiển thị nhiệt độ, CO2 chọn trạng thái điều khiển hệ thống “ON”, “OFF”, “AUTO” từ hình LCD board Mô hình hệ thống HVAC kết nối với máy tính để điều khiển thông qua phần mềm giao diện lập trình sẵn Mô hình hệ thống HVAC tự động chạy tắt theo thời gian chọn người vận hành Tự động ngưng cấp lạnh môi trường làm lạnh đạt đến nhiệt độ đặt trước Các kết đạt từ mô sau: • Điều khiển hệ thống Chiller System “AUTO” (xem hình 2.5) - Cài đặt nhiệt độ nước làm lạnh (như hình 100C), ý nhiệt độ cài đặt nước làm lạnh hệ thống phải nhỏ nhiệt độ CHWS Temp thời hệ thống tự động - Cài đặt nhiệt độ làm mát cho nước giải nhiệt (như hình sau 260C), ý nhiệt độ cài đặt làm mát nước phải nhỏ nhiệt độ thực CWS Temp thời điểm quạt Colling hoạt động - Cài đặt thời gian mở hệ thống thời gian tắt hệ thống (như hình sau thời gian mở hệ thống 8h0 thời gian tắt hệ thống 23h0) Thời gian thực 12h27 (thời gian thực phài nằm khoảng Time ON Time OFF hệ thống tự động được) Điều khiển hệ thống Chiller System “ON” (xem hình 2.6) • Điều khiển FCU “AUTO” (xem hình 2.7) - Lưu ý FCU (quạt dàn lạnh) tự động chạy hệ thống Chiller System “AUTO”, nhiệt độ phòng (nhiệt độ nơi - cần làm lạnh) lớn nhiệt độ cài đặt • Điều khiển FCU “ON” (xem hình 2.8) - Lưu ý FCU (quạt dàn lạnh) chạy “ON” hệ thống Chiller System “ON”, không tự động tắt theo nhiệt độ cài đặt Nhưng nhiệt độ phòng hiển thị hình tầng có sử dụng BMS để điều khiển giám sát thiết bị Trong đề tài này, thực phần hệ thống BMS xây dựng mô hình điều khiển hệ thống HVAC BMS Ngoài BMS ứng dụng điều khiển giám sát hệ thống khác tòa nhà như: hệ thống phòng cháy chữa cháy, hệ thống phân phối điện hạ thế, hệ thống máy phát, hệ thống phát thanh, hệ thống camera, hệ thống cấp nước sinh hoạt xử lý nước thải.v.v… Tuy nhiên, để hoàn thiện hệ thống BMS có đầy đủ tính nêu phải cần nhiều thời gian để nghiên cứu Cho nên, sau có điều kiện nghiên cứu phát triển thêm đề tài với đầy đủ hệ thống ứng dụng tòa nhà cao tầng Ross Montgomery P.E.vbefore being edited and partly rewritten by Robert McDowall P.Eng Fundamentals of HVAC Control Systems www.mikroe.com http://www.diendantinhoc.net KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết đạt hoàn thành luận văn xây dựng mô hình hệ thống HVAC hoạt động theo yêu cầu đề điều hòa không khí thông gió Đồng thời cho kết cụ thể việc ứng dụng BMS việc điều khiển giám sát thiết bị KẾT LUẬN Đây đề tài có tính chất thực tế cao, ứng dụng tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại.v.v… TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Trung Hòa - Nhà xuất Xây Dựng Hướng dẫn thiết kế hệ thống quản lý tòa nhà Stephen L Herman, Bennie L Sparkman Electricity & Controls for HVAC/R The reading text for this course was originally written Steven T Taylor, P.E.vIt was then partially revised by Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý mạch tích hợp pic 18f4550 Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch rơle đóng cắt Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp tín hiệu Quạt giải nhiệt Tháp giải nhiệt Nơi cấp lạnh Quạt dàn lạnh Bồn chứa nước làm lạnh Bồn chứa nước giải nhiệt Bảng điều khiển Máy nén Bơm nước giải nhiệt Bơm nước lạnh Hình 2.4: Mô hình hệ thống HVAC Cài đặt nhiệt độ nước giải nhiệt Hệ thống hoạt động chế độ “AUTO” Cài đặt nhiệt độ nước làm lạnh Thời gian thực Hình 2.5: Hệ thống Chiller hoạt động chế độ “AUTO” ON ON ON ON ON Trạng thái Chiller System “ON” Hiển thị nhiệt độ Hiển thị nhiệt độ Hình 2.6: Điều khiển Chiller System chuyển từ “AUTO” sang :ON” ON Nhiệt độ phòng cài đặt ON Nhiệt độ phòng thời điểm Hình 2.7: FCU (quạt dàn lạnh) chạy theo nhiệt độ đặt Hiển thị nhiệt độ phòng Trạng thái FCU “ON” Hình 2.8: FCU (quạt dàn lạnh) hoạt động trạng thái “ON” ... dụng BMS để điều khiển giám sát thiết bị Trong đề tài này, thực phần hệ thống BMS xây dựng mô hình điều khiển hệ thống HVAC BMS Ngoài BMS ứng dụng điều khiển giám sát hệ thống khác tòa nhà như: hệ. .. Kết mô đạt mô hình hệ thống HVAC Mô hình hệ thống HVAC cài đặt nhiệt độ, hiển thị nhiệt độ, CO2 chọn trạng thái điều khiển hệ thống “ON”, “OFF”, “AUTO” từ hình LCD board Mô hình hệ thống HVAC. .. cứu hệ thống HVAC điều khiển BMS Sau số hướng dẫn cách xây dựng mô hình điều khiển hệ thống HVAC BMS 2.1 Thiết kế sơ đồ mạch mạch điều khiển Mạch điều khiển mạch tích hợp vi điều khiển pic 18f4550,