TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ điều khiển hệ thống HVAC BMS

1 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Vấn đề tiết kiệm lượng, thân thiện với môi trường tự động hóa điều khiển giám sát thiết bị sử dụng điện nói chung giải pháp hàng đầu nghiệp công nghiệp hóa đại hóa Việt Nam Do đó, luận văn đưa mô hình điều khiển hệ thống HVAC BMS đáp ứng yêu cầu điều khiển thực tế nêu Với phương pháp điều khiển BMS, người có khả giám sát thông số thiết bị nhiệt độ, CO2, tình trạng hoạt động cố máy móc từ hình máy tính trung tâm Từ đó, người ta đưa chế độ vận hành, điều khiển cách hợp lý với độ xác cao 1.2 Tính cấp thiết đề tài Vấn đề tiết kiệm lượng, thân thiện với môi trường tự động hóa điều khiển giám sát thiết bị sử dụng điện nói chung giải pháp hàng đầu nghiệp công nghiệp hóa đại hóa Việt Nam Do đó, luận văn đưa mô hình điều khiển hệ thống HVAC BMS đáp ứng yêu cầu điều khiển thực tế nêu Với phương pháp điều khiển BMS, người có khả giám sát thông số thiết bị nhiệt độ, CO2, tình trạng hoạt động cố máy móc từ hình máy tính trung tâm Từ đó, người ta đưa chế độ vận hành, điều khiển cách hợp lý với độ xác cao 1.3 Mục tiêu nghiên cứu - Thiết kế mạch điều khiển mô hình hệ thống HVAC - Thiết kế chương trình giao tiếp máy tính mô hình - Thiết kế giao diện mô máy tính - Xây dựng mô hình hệ thống HVAC 1.4 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan hệ thống BMS - Nghiên cứu tổng quan hệ thống HVAC - Nghiên cứu chuẩn truyền thông thông dụng RS-232, RS-485 Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình MikroC, ngôn ngữ lập trình Delphi - Nghiên cứu loại cảm biến nhiệt độ, cảm biến CO2, van điện từ - Xây dựng mô hình điều khiển hệ thống HVAC BMS - Đánh giá hiệu mô hình HVAC điều khiển BMS 1.5 Nội dung luận văn Nội dung luận văn gồm chương: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tổng quan hệ thống BMS (Building Management System) Chương 3: Tổng quan hệ thống điều hòa, thông gió (HVAC) Chương 4: Các chuẩn truyền thông cảm biến thông dụng Chương 5: Ngôn ngữ lập trình Chương 6: Xây dựng mô hình điều khiển HVAC BMS Chương 7: Kết luận hướng nghiên cứu phát triển Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS 2.1 Tính BMS - Cho phép điều khiển thiết bị tòa nhà thông qua cáp truyền liệu - Giám sát trạng thái hoạt động thiết bị, giám sát lượng CO2 không khí - 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 - 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 2.2 Lợi ích mang lại từ BMS - Giảm chi phí nhân công, giảm tổn hao lượng - Khả tự động hóa cao vận hành đơn giản - 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 3 - Đảm bảo tốt yêu cầu an toàn 2.3 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 Chương 3: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒATHÔNG GIÓ (HVAC) HVAC viết tắt Heating, Ventilation, and Air Conditioning (sưởi ấm, thông gió điều hòa không khí) 3.1 Điều khiển nhiệt độ phòng (khí đầu vào khí hồi lưu) - Xác định nhiệt độ phòng cảm biến nhiệt điều khiển tỉ lệ van nước nóng, lạnh Van điều tiết khí trời/khí hồi lưu /khí thải (khi làm mát khí trời) - Sử dụng lượng tự nhiên thực làm mát khí trời việc hút khí vào có hiệu - Đảm bảo độ mở nhỏ cho đầu hút khí trời để đảm bảo với lượng khí trời mật độ CO2 thiết kế 3.2 Dàn quạt lạnh (FCU) Máy điều hoà không khí thu gọn gồm quạt, ống dẫn lọc, v.v Nói chung, không hút khí trời vào thực phun ẩm, mà đơn giản thực tuần hoàn không khí Có loại đặt sàn, treo lên trần dạng khối xách theo 3.3 Điều hòa không khí cục Đây thiết bị đặt phòng có gắn thêm máy nén Có hai loại: máy nén lạnh kèm máy sấy điện loại bơm nhiệt Ngoài có loại dùng nguồn nước số loại kết hợp 4 3.4 Điều hòa không khí AHU Các hệ điều hòa không khí chia thành ba hệ chính: điều hòa không khí trời, phòng quanh phòng, phụ thuộc vào tải trọng đặt lên máy điều hòa không khí Chương 4: CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG VÀ CẢM BIẾN THÔNG DỤNG 4.1 Chuẩn truyền thông RS-485 Chuẩn RS485 cho phép 32 mạch truyền nhận nối vào đường dây bus đơn (với repeater tự động truyền/ nhận trở kháng cao, giới hạn mở rộng lên tới 256 node mạng) Bên cạnh đó, RS485 chịu xung đột data (data collision) điều kiện lỗi đường truyền 4.2 Chuẩn truyền thông RS-232 Cổng nối tiếp chuẩn RS232 giao tiếp phổ biến rộng rãi nhất, gọi cổng COM Cổng truyền liệu dạng nối tốc độ người lập trình quy định (thường 1200, 2400, 4800, 9600bps…) Cổng nối tiếp chuẩn RS232 hệ thống Bus, cho phép dễ dàng tạo liên kết hình thức điểm thiết bị cần trao đổi thông tin với Chiều dai liệu truyền bit, kèm theo bit Start, Stop, Parity để tạo thành khung truyền (Frame) Do việc truyền liệu nối tiếp nên tốc độ truyền bị hạn chế thường không sử dụng ứng dụng cần tốc độ truyền cao 4.3 Cảm biến nhiệt độ Cảm biến nhiệt độ dùng để báo trạng thái nhiệt độ môi trường thời điểm đặt cảm biến Cảm biến nhiệt độ có khả nhận biết tín hiệu tín hiệu nhiệt độ cách xác chuyển đổi thành tín hiệu đo lường điện áp, dòng điện, điện trở, thể tích áp suất.v.v Cảm biến nhiệt thực tế có nhiều loại khác nhau, cấu tạo khác nhau, ứng dụng khác - Cặp nhiệt điện: dụng cụ đo nhiệt độ thường sử dụng rộng rãi công nghiệp 5 - Nhiệt kế điện trở: nguyên lý làm việc nhiệt kế dựa vào thay đổi điện trở theo nhiệt độ vật liệu dẫn điện - IC cảm biến nhiệt độ: mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt độ chuyển đổi thành điện, cho phép đo dạng điện áp hay dòng điện Một số IC cảm biến thông dụng là: LX5700, LX135, LM235, LM335, AD590, LM134.v.v 4.4 Cảm biến CO2 Cảm biến CO2 thường dùng hệ thống điều hòa không khí, để báo trạng thái CO2 môi trường làm việc người đồng thời điều khiển thiết bị quạt cấp khí từ vào để đảm bảo lượng CO2 phạm vi cho phép Chương 5: NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH 5.1 Ngôn ngữ lập trình MikroC MikroC cho PIC công cụ mạnh mẽ, tính phong phú, phát triển cho vi điều khiển PIC Nó thiết kế để cung cấp cho lập trình với giải pháp dễ để phát triển ứng dụng cho hệ thống nhúng, mà không ảnh hưởng hiệu suất điều khiển MikroC lập trình cho vi điều khiển Pic 18f4550, dùng để điều khiển hệ thống, đọc nhiệt độ từ cảm biến đồng thời xuất tín hiệu báo trạng thái thiết bị 5.2 Ngôn ngữ lập trình Delphi Delphi ngôn ngữ lập trình cấp cao, có trình biên dịch hoàn hảo, hỗ trợ mạnh kiểu liệu có cấu trúc thiết kế dựa tảng ngôn ngữ lập trình huớng đối tuợng (OOP: ObjectOriented Programming) Borland Pascal Ngày nay, Delphi đuợc phát triển thành môi truờng xây dựng ứng dụng tức thời RAD (Rapid Application Development) Ngôn ngữ lập trình Delphi, dùng để thiết lập đối tượng giao diện điều khiến liên kết đến đối tượng cần điều khiển, để điều khiển đối tượng Chương 6: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG HVAC BẰNG BMS 6.1 Xây dựng mô hình phần cứng 6.1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển Hình Mạch khiển 6.1.2 Sơ đồ nguyên lý 6.1: mạch rơ leđiều đóng, cắtchính Hình 6.4: Sơ đồ nguyên lý mạch rơle đóng, cắt rơ 6.1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp tín hiệu Hình 6.7: Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp tín hiệu 6.2 Thiết kế sơ đồ điều khiển 6.2.1 Thiết kế mạch động lực Hình 6.10: Sơ đồ mạch động lực 6.2.2 Thiết kế mạch điều khiển Mạch điều khiển BMS 6.3 Quạt giải nhiệt Xây dựng môHình hình6.11: hệ thống Sơ đồHVAC mạch điều khiển 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 Hình 6.12: Mô hình hệ thống HVAC Bơm nước lạnh 6.4 Lưu đồ giải thuật 6.4.1 Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF cho hệ thống Chiller Hình 6.13: Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF hệ thống Chiller 10 6.4.2 Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF Damper Hình 6.14: Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF Damper 11 6.4.3 Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF đèn Hình 6.15: Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF đèn 12 6.5 Kết luận Đây đề tài có tính chất thực tế cao, ứng dụng tòa nhà cao 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 13 Với thời gian giới hạn kiến thức hạn chế, trình thực đề tài không tránh khỏi sai sót Tôi mong góp ý từ thầy cô, bạn bè đồng nghiệp bạn sinh viên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Trung Hòa Hướng dẫn thiết kế hệ thống quản lý tòa nhà Nhà xuất Xây Dựng [2] ThS Vũ Duy Linh, ThS Nguyễn Nhị Gia Vinh, ThS Lê Thị Diễm Lý thuyết lập trình Delphi Trường ĐH Cần Thơ – năm 2010 [3] Nguyễn Đình Phú Vi điều khiển lý thuyết thực hành Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM [4] Những ví dụ lập trình Delphi - Distributed by Diễn đàn Tin học – http://www.diendantinhoc.net [5] Hermann Merz , Thomas Hansemann, Christof Hübner Building Automation Communication Systems with EIB/KNX, LON and BACnet [6] Stephen L Herman, Bennie L Sparkman Electricity & Controls for HVAC/R [7] The reading text for this course was originally written by Steven T Taylor, P.E.vIt was then partially revised by Ross Montgomery P.E.vbefore being edited and partly rewritten by Robert McDowall P.Eng Fundamentals of HVAC Control Systems [8] www.mikroe.com [9] http://www.diendantinhoc.net [10] http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39632e.pdf ... điều khiển hệ thống HVAC BMS - Đánh giá hiệu mô hình HVAC điều khiển BMS 1.5 Nội dung luận văn Nội dung luận văn gồm chương: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tổng quan hệ thống BMS (Building Management... dụng Chương 5: Ngôn ngữ lập trình Chương 6: Xây dựng mô hình điều khiển HVAC BMS Chương 7: Kết luận hướng nghiên cứu phát triển Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS 2.1 Tính BMS - Cho phép điều... soát vào - Hệ thống an ninh Chương 3: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒATHÔNG GIÓ (HVAC) HVAC viết tắt Heating, Ventilation, and Air Conditioning (sưởi ấm, thông gió điều hòa không khí) 3.1 Điều