THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA TRONG KHÁCH SẠN 4.1 Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển tự động
Xác định đặc tính của khách sạn của toà nhà
Xác định tổng quan các thiết bị trong khách sạn
Xác định điều kiện môi trường
Xác định đối tượng điều khiển và chức năng
Lựa chọn hệ thống và phương thức điều khiển
Kiểm tra sự thích ứng với các hệ thống thiết bị
Xác định diện tích, người ở, tỉ lệ, phương thức quản lý và điều hành, thiết kế và ngân sách của toà nhà.
Xác định phương thức, hệ thống và số lượng các thiết bị.
Điều kiện về nhiệt độ, độ ẩm, tiết kiệm năng lượng hay độ tin cậy.
Xác định đối tượng điều khiển, giám sát, vận hành và cho tất cả các thiết bị.
Chọn cấu trúc và phương thức điều khiển cho hệ thống phù hợp.
Kiểm tra chức năng và phương thức điều khiển đã chọn có thích ứng không.
Xác định điều kiện hiện tại
Kế hoạch cơ sở
Điều tra thiết kế
Kế hoạch thiết kế Kế hoạch lắp đặt Lắp đặt Vận hành Xác định hiệu quả của hệ thống mới
Xác định chính xác các vấn đề và yêu cầu của chủ công trình. Khảo sát hệ thống và các thiết bị hiện tại. Xác định nhu cầu việc bổ sung.
Phân tích lý do lỗi trục trặc mà chủ sở hữu, người dùng và quản lý cần bổ sung. Đề xuất các giải pháp và phương án nâng cấp để thỏa mãn yêu cầu.
Thực hiện điều tra chi tiết để hiện thực các giải pháp.
Bổ sung cho khách sạn phụ thuộc vào các yếu tố khác nhau và cần có bản điều tra chi tiết trước khi hình thành bản kế hoạch bổ sung thiết kế.
Kế hoạch lắp đặt không được gây trở ngại đến sự vận hành thường nhật của khách sạn. Cần có một bản kế hoạch lắp đặt chi tiết trước khi bắt tay vào bổ sung khách sạn khi nó vẫn được sử dụng.
Đào tạo, hướng dẫn hệ thống mới. Lập một kế hoạch đào tạo để quản lý khách sạn mới
4.3 Các hệ thống điều khiển chính
Trong một tòa nhà hay khách sạn, các hệ thống kỹ thuật hoạt động luôn cần sự liên kết với nhau. Thí dụ hệ thống báo cháy luôn cần sự tương tác từ hệ thống âm thanh, chiếu sáng, điều hòa thông gió…bởi vì khi có cháy, không chỉ còi báo cháy hoạt động mà hệ thống âm thanh phải hướng dẫn người thoát ra như thế nào, hệ thống chiếu sáng phải bật đèn dẫn hướng cho người ra, các quạt thông gió điều hòa phải thay đổi chế độ để không đưa thêm ôxi vào khu vực cháy mà phải hút khói ra ngoài… Hệ thống SCADA khi được áp dụng sẽ tạo ra mối liên kết các hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà và phối hợp các hệ thống một cách linh hoạt để có thể phản ứng một cách nhanh nhất với các sự việc bất thường xảy ra.
Hình 4.2: Mô hình tương tác giữa các hệ thống kĩ thuật trong khách sạn
4.3.1 Hệ thống điện
1. Tổng quan
Hệ thống điện hoạt động thì các hệ thống khác trong tòa nhà mới hoạt động nên việc giám sát hệ thống điện trong hệ thống SCADA là một điều cần thiết.
Các thiết bị của hệ thống điện tích hợp gồm: máy phát điện, các thiết bị bảo vệ, tủ điện phân phối chính, các tủ điện tầng.
Hệ thống điện sẽ quản lý và giám sát máy phát điện dự phòng chạy bằng Diezel, các tủ điện phân phối chính tại các lộ, các tủ điện phân phối phụ đặt tại các tầng.
2. Yêu cầu kỹ thuật
Để đảm bảo cho việc tích hợp và hoạt động tốt của hệ thống SCADA, các hệ thống và thiết bị được cung cấp phải đáp ứng các yêu cầu sau đây:
a. Hệ thống điện:
- Nhà thầu hệ thống điện cần cung cấp các MCCB, ACB, máy phát có tiếp điểm phụ báo trạng thái On/Off và báo lỗi trip cho hệ thống SCADA.
- Cung cấp điểm đấu nguồn 220v cho các thiết bị, tủ hệ thống SCADA.
b. SCADA:
- Cung cấp đầy đủ các điểm vào ra tín hiệu cho phần mềm và phần cứng kỹ thuật tín hiệu số và tín hiệu tương tự để kết nối các thiết bị có liên quan của hệ thống điện.
- Cung cấp các đồng hồ kỹ thuật số để đo đếm thông số điện năng cho các tủ điện tầng.
- Cung cấp và kéo dây cáp tín hiệu từ tủ DDC đến các điểm kết nối liên quan của hệ thống điện.
- Phần mềm WINCC đảm bảo sẵn sàng kết nối với hệ thống điện theo chuẩn truyền thông ModBus.
- Lập trình giám sát hệ thống, cung cấp giao diện đồ họa trên màn hình máy tính.
3. Hoạt động
a. Giám sát điện năng tiêu thụ của khách sạn.
Để quản lý tốt hệ thống điện, hệ thống SCADA giám sát điện năng tiêu thụ của khách sạn, thiết bị giám sát theo giõi được các thông số kỹ thuật chính của các nguồn điện được cấp từ trạm biến thế hạ áp – Máy phát điện dự phòng.
- Công suất hữu ích của khách sạn P. - Công suất biểu kiến S.
- Công suất phản kháng Q.
- Công suất tiêu thụ của khách sạn kWh. - Hệ số cosφ.
- Điện áp dây tại tủ cấp nguồn chính (V) - Điện áp pha tại tủ cấp nguồn chính (V)
Các thông số này được giám sát chặt chẽ vì nó ảnh hường rất lớn tới việc vận hành của tất cả các thiết bị sử dụng điện trong tòa nhà, quản lý tốt các tham số chính này cũng đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành của khách sạn nói riêng cũng như các tòa nhà nói chung, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị. Các tham số này cần thiết được đo đếm nhờ bộ đo đếm điện năng kỹ thuật số ( DEM: Digital Electric Meter) có khả năng nối mạng và thể hiện các thông số đo lường trên giao diện màn hình máy tính điều khiển, có khả năng lưu trữ tại máy tính của hệ thống khi người quản lý có yêu cầu.
Hình 4.3: Mô hình giám sát điện năng tiêu thụ
Đồ họa mô phỏng quản lý điện năng thể hiện được các giá trị là số đo đếm được, các tham số được Việt hóa về tên và vị trí thiết bị để đơn giản hóa quá trình vận hành của người giám sát, quản lý hệ thống.
b. Giám sát trạng thái các tủ điện phân phối nguồn chính, các tủ điện tầng.
- Giám sát chất lượng điện áp tại các tủ phân phối điện bao gồm: Điện áp, tần số, công suất, điện năng tiêu thụ thông qua đồng hồ đo đếm điện năng hỗ trợ chuẩn kết nối ModBus RS-485.
- Giám sát quản lý tình trạng hoạt động các máy cắt ACB, MCCB hay thiết bị đóng cắt của tủ điện tầng, tủ điện phân phối chính. Mục đích việc quản lý này là nhằm quản lý các thiết bị điện từ máy tính điều khiển của phòng điều khiển trung tâm.
- Quản lý các sự cố quá tải của các thiết bị đóng cắt chính tại các tủ phân phối (Áp tô mát tổng, Áp tô mát cấp nguồn chính của các nhánh)
Để thực hiện việc quản lý tốt các thiết bị đóng cắt, các thiết bị thuộc diện cần quản lý giám sát cần đáp ứng về yêu cầu phần cứng:
+ Có khả năng cung cấp các điểm tín hiệu báo trạng thái của chính bản thân của thiết bị, tín hiệu đầu ra trạng thái là tín hiệu ON/OFF của công tắc báo trạng thái.
+ Nếu không có sẵn các điểm tín hiệu báo trạng thái này, thiết bị đóng cắt cần phải được lắp thêm các công tắc phụ trợ (auxilary contact) để thực hiện nối về hệ thống SCADA.
c. Giám sát trạng thái máy phát điện dự phòng
- Máy phát điện dự phòng được kiểm soát các trạng thái như: Hoạt động-ngừng- sẵn sàng khởi động, đáp ứng yêu cầu phát điện dự phòng khi không có nguồn điện lưới thành phố. Đối với
+ Nguồn điện nạp ắc quy:
Tại tủ điện cung cấp nguồn cho bộ nạp ắc quy, thiết bị nạp đưa ra thông tin về nguồn điện nuôi cho bộ nạp hiện hữu hoặc đã bị mất nguồn nuôi. Các tín hiệu này là dạng DO (Digital Output) sẽ được đưa đến đầu ra của tủ điện cung cấp nguồn nạp ắc quy và đầu vào dạng DI (Digital Input) của tủ điều khiển DDC của hệ thống SCADA.
+ Điện áp sấy nóng máy, đáp ứng yêu cầu sẵn sàng khởi động cấp điện khi không có điện lưới:
Để nâng cao tính sẵn sàng của hệ thống máy phát điện dự phòng, các máy phát có thêm thiết bị sấy nóng nước làm mát và thân máy để dễ dàng khởi động. Các tín hiệu báo tình trạng nguồn sấy nóng máy này sẽ được tủ điện cấp nguồn đưa đầu ra dưới dạng tín hiệu DO và đưa tới tủ DDC dưới dạng tín hiệu DI.
+ Giám sát tình trạng hoạt động của máy phát trạng thái hoạt động- ngừng, trạng thái báo lỗi của máy phát, trạng thái máy cắt bảo vệ máy phát. Các tín hiệu này được tủ điện cấp nguồn và tủ điện điều khiển máy phát cung cấp các thông tin đầu ra dưới dạng các điểm điều khiển DO, và vào các DDC dưới dạng điểm điều khiển DI.
+ Giám sát chất lượng điện áp đầu ra của máy phát điện: Điện áp, dòng điện, tần số, công suất, điện năng tiêu thụ…thông qua kết nối với tủ điều khiển máy phát bằng giao tiếp chuẩn ModBus RS-485.
+ Giám sát mức dầu trong bồn chứa dầu, giám sát trạng thái hoạt động bể dầu, trạng thái lỗi quá tải của các máy bơm dầu, đo đếm điện năng V, A, Hz, cosφ, Kwh của máy phát.
Các thông số của bộ MEC: + Cố định I/O
+ Lựa chọn các model sau:
Hỗ trợ Modem
Hỗ trợ Point Expansion Bus
Công tắc Hand – Off – Auto
Kết nối LonWork FLN
Hỗ trợ cổng RS-485BLN
Hỗ trợ mạng TCP/IP Ethernet BLN
Bộ nhớ 40 to 70 MB tùy theo model
Bộ vi xử lý PC tốc độ 48 MHz
Tại phòng điều khiển trung tâm, người vận hành thực hiện giám sát các thông số, trạng thái hoạt động của từng thiết bị, tình trạng đóng cắt khi có sự cố, thông tin về nguồn cung cấp cho hệ thống điện “lưới – máy phát” thông qua các giao diện đồ họa.
Để thực hiện việc kết nối này, máy phát điện dự phòng cần phải có module giao diện đầu ra LonWork để thực hiện kết nối máy phát vào tủ điều khiển MEC tích hợp của hệ thống SCADA.
4. Điều khiển
Điều khiển đóng cắt các tủ điện phân phối tầng, tủ điện hạ thế, tủ điện tổng
5. Giám sát
- Giám sát trạng thái hoạt động của các thiết bị đóng cắt nguồn điện tại tủ điện hạ thế, tủ điện tổng, tủ điện ATS
- Giám sát các sự cố quá tải của các thiết bị đóng cắt chính - Công suất tiêu thụ của tòa nhà kWh
- Điện áp dây tại tủ cấp nguồn chính (V) - Điện áp các pha tại tủ cấp nguồn chính (V)
- Dòng điện của các pha tại tủ cấp nguồn chính (A)
6. Các báo động được giám sát từ Server
Báo động điện áp/dòng điện cao hoặc thấp.
Hình 4.5: Sơ đồ kết nối các thiết bị DEM
4.3.2 Hệ thống báo cháy
Hệ thống SCADA được thiết kế để cho phép kết nối với hệ thống báo cháy thông qua giao thức tích hợp mức cao là Bacnet - TCP/IP.
2. Yêu cầu kỹ thuật
Để đảm bảo cho việc tích hợp và hoạt động tốt của hệ thống SCADA, các hệ thống và thiết bị được cung cấp phải đáp ứng các yêu cầu sau đây:
a. Hệ thống báo cháy:
- Nhà thầu hệ thống báo cháy cung cấp cổng giao tiếp theo chuẩn truyền thông Bacnet-TCP/IP để giao tiếp với hệ thống SCADA với đầy đủ các thông số báo cháy của hệ thống báo cháy.
b. SCADA:
- Cung cấp và kéo dây cáp tín hiệu đến cổng Bacnet-TCP/IP của hệ thống báo cháy.
Lập trình giao diện đồ họa cho hệ thống báo cháy.
3. Hoạt động
Các thông số về trạng thái của hệ thống báo cháy thường xuyên được đưa về hệ thống SCADA.
4. Lịch trình làm việc
Tình trạng của hệ thống báo cháy sẽ được xuất ra dưới dạng các báo cáo theo các lịch trình yêu cầu.
5. Giám sát
Các thông số trạng thái hệ thống được giám sát bởi SCADA như sau:
- Hệ thống báo cháy sẽ đưa các tín hiệu giám sát qua giao thức chuẩn Modbus, Bacnet TCP/IP tới hệ thống SCADA để người vận hành theo dõi, giám sát tình trạng của hệ thống báo cháy và của khách sạn.
6. Các báo động được giám sát từ trung tâm điều khiển
- Báo động khi phát hiện có cháy, có khói, có quá nhiệt …được hiển thị trên màn hình giao diện.
4.3.3 Hệ thống chữa cháy
1. Tổng quát
Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý kết nối các thiết bị báo cháy
Hệ thống SCADA được thiết kế để cho phép giám sát trạng thái của các bơm chữa cháy, bể nước chữa cháy, áp lực nước chữa cháy. Khi có các sự cố, tín hiệu báo động cháy gửi từ hệ thống báo cháy tới, hệ thống SCADA sẽ ra lệnh dừng tức thì đối với các máy điều hòa và thông gió để ngăn luồng không khí cấp cho các khu vực, trạng thái của các thiết bị chữa cháy được theo giõi trên giao diện đồ họa phục vụ cho việc giám sát hệ thống phòng và chữa cháy.
Khi có sự cố cháy:
- Các bơm chữa cháy hoạt động - Các quạt tăng áp hoạt động
- AHU và quạt thông gió ngừng hoạt động.
2. Yêu cầu kỹ thuật
Để đảm bảo cho việc tích hợp và hoạt động tốt của hệ thống SCADA, các hệ thống và thiết bị được cung cấp phải đáp ứng các yêu cầu sau đây:
Nhà thầu PCCC cần cung cấp đầy đủ các tiếp điểm cho việc giám sát trạng thái của các máy bơm nước, bình áp lực, mức nước của bể nước chữa cháy:
- Tiếp điểm giám sát trạng thái hoạt động tắt/mở của các bơm. - Tiếp điểm giám sát tín hiệu báo lỗi các bơm.
- Tiếp điểm giám sát tín hiệu mức nước bể chữa cháy.
- Tiếp điểm giám sát trạng thái nguồn cấp cho bơm chữa cháy.
b. SCADA:
- Cung cấp đầy đủ các điểm vào ra tín hiệu cho phần mềm và phần cứng kỹ thuật tín hiệu số và tín hiệu tương tự để kết nối các hệ thống có liên quan.
- Cung cấp và kéo dây cáp tín hiệu, ống nhựa bảo vệ từ tủ DDC tới các tiếp điểm giám sát trạng thái thiết bị của hệ thống PCCC.
Lập trình giao diện đồ họa cho hệ thống chữa cháy.
3. Hoạt động
- SCADA giám sát trạng thái hoạt động của toàn bộ hệ thống bơm chữa cháy. - Hệ thống SCADA liên tục giám sát áp lực nước chữa cháy, nếu áp lực nước chữa cháy thấp hơn so với yêu cầu thì SCADA sẽ đưa ra cảnh báo trên giao diện đồ hoạ để người vận hành thông báo cho cán bộ kỹ thuật kiểm tra hoạt động của bơm tiếp áp cũng như hệ thống bơm chữa cháy.
Khi có sự cố cháy, SCADA sẽ đưa ra cảnh báo trên màn hình đồ họa, lưu vào cơ sở dữ liệu đồng thời giám sát trạng thái của bơm chữa cháy.
4. Giám sát
Các thông số trạng thái hệ thống được giám sát bởi SCADA như sau: - Trạng thái của thiết bị (bơm chữa cháy).
- Áp suất nước trong đường ống của hệ chữa cháy.
- Mức nước của các bể chứa nước cung cấp đảm bảo mức yêu cầu sẵn