TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống quản lý cho hệ chiller của tòa nhà King Palace Hà Nội sử dụng bộ điều khiển hãng Schneider Electric CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÒA NHÀ KING PALACE HÀ NỘI 1 1.1 Giới thiệu về tòa nhà King Palace Hà Nội 1 1.2 Hệ thống chiller trong tòa nhà King Palace Hà Nội 2 1.2.1 Tổng quan chung hệ chiller 2 1.2.2 Cấu tạo chung và nguyên lí hoạt động của hệ chiller 3 1.2.3 Hệ thống chiller trong tòa nhà King Palace Hà Nội 3 CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG BMS TRONG TÒA NHÀ 7 2.1 Hệ thống quản lý tòa nhà là gì? 7 2.2 Chức năng của hệ thống BMS 8 2.3 Ưu điểm của hệ thống quản lý tòa nhà 8 2.4 Một số hệ thống thuộc hệ BMS trong tòa nhà 9 2.5 Một số giao thức truyền thông trong hệ thống BMS 10 2.6 Mô hình điều khiển trong hệ thống BMS 11 2.7 Giải pháp tự động hóa tòa nhà (BMS) của hãng Schneider Electric 12 CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ, GIÁM SÁT HỆ CHILLER TÒA NHÀ KING PALACE HÀ NỘI 13 3.1 Danh mục các điểm đo lường điều khiển 13 3.2 Thiết kế lựa chọn cảm biến 16 3.3 Thiết kế tủ điều khiển tại chỗ (Local) 19 3.3.1 Danh mục các tín hiệu thiết kế tủ điều khiển tại chỗ 19 3.3.2 Thiết kế lựa chọn thiết bị 20 3.4 Mô hình BMS đề xuất 22 3.4.1 Mô hình quản lý hệ chiller 23 CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 26 4.1 Lựa chọn thiết bị điều khiển 26 4.1.1 Giới thiệu về bộ điều khiển DCC HRCPDG42R của hãng Schneider Electric 27 4.2 Tính toán, thiết kế bộ điều khiển 29 4.2.1 Tính toán số lượng IO 29 4.2.2 Tính toán số lượng bộ điều khiển và module mở rộng 30 4.3 Tổng hợp hệ thống BMS cho hệ Chiller 31 CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ PHẦN MỀM 32 5.1 Phần mềm lập trình bộ điều khiển 32 5.1.1 Giới thiệu phần mềm lập trình EcoStruxure™ Machine Expert HVAC 32 5.1.2 Lập trình điều khiển DDC 34 5.2 Thiết kế màn hình điều khiển giám sát ( HMI ) cho hệ thống 34 5.2.1 Yêu cầu đối với phần mềm điều khiển giám sát 34 5.2.2 Lựa chọn phần mềm 34 5.3 Demo 39 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN 40 6.1 Kết luận 40 6.2 Hướng phát triển của đồ án trong tương lai 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 42
TỔNG QUAN VỀ TÒA NHÀ KING PALACE HÀ NỘI
Giới thiệu về tòa nhà King Palace Hà Nội
Tòa nhà King Palace, tọa lạc tại số 108 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà Nội, sở hữu vị trí đắc địa gần Royal City, mang lại nhiều lợi thế cho khu vực Với kết nối giao thông thuận tiện từ các tuyến đường lớn như Nguyễn Trãi, Trường Chinh, và Đường Láng, tòa nhà dễ dàng di chuyển đến các khu vực trung tâm và ra đường vành đai 3, tạo điều kiện lý tưởng cho giao thương và phát triển, cũng như tiếp cận đối tác khách hàng.
- Dự án Chung cư King Palace 108 Nguyễn Trãi chỉ cách Ngã Tư Sở và Vành đai 3 chưa đầy 1 km.
- Dễ dàng tiếp cận các trường Đại học: ĐH Quốc Gia, ĐH Thủy Lợi, ĐH Công Đoàn, HV Ngân Hàng, ĐH Y, ĐH Bách Khoa, ĐH Xây dựng, ĐH KTQD…
- Dễ dàng tiếp cận các trường bệnh Viện lớn: Bạch Mai, ĐH Y Hà Nội, Răng Hàm Mặt, Việt Pháp, Lão Khoa, Da Liễu, Y học Cổ Truyền Việt Nam.
- Trung tâm Thương Mại: Royal City, Pico Tây Sơn, Pico Nguyễn Trãi,
HC Thái Thịnh, Lotte, Mipec, Parkson… chợ Ngã Tư Sở, chợ Khương Đình, chợ Nhân Chính…
Chung cư King Palace 108 Nguyễn Trãi – Quận Thanh Xuân là một dự án chung cư hạng sang, hiện đại nhất, sang trọng nhất để mang đến một không gian
Tòa nhà King Palace Hà Nội, nằm trong nội đô thành phố, là một biểu tượng của sự cạnh tranh và hòa quyện với Vinhomes Royal City Với cảm biến 22WP-137, tòa nhà không chỉ nổi bật về kiến trúc mà còn thể hiện sự hiện đại và tiện nghi trong cuộc sống đô thị.
Tầng 1 – tầng 4: Thương mại, dịch vụ, văn phòng, trường mầm non quốc tế. Tầng 5 gồm 15 căn hộ: 2 phòng ngủ, 3 phòng ngủ, 6 phòng ngủ.
Tầng 6 – tầng 9 gồm 52 căn hộ: 2 phòng ngủ, 3 phòng ngủ.
Tầng 10 – tầng 35 gồm 388 căn hộ: 2 phòng ngủ, 3 phòng ngủ.
Tầng 36 gồm 8 căn hộ: 2 phòng ngủ, 3 phòng ngủ, 5 phòng ngủ, 6 phòng ngủ.
Tất cả đều có quy trình quản lý, bảo trì, bảo dưỡng theo tiêu chuẩn quốc tế.
Hệ thống chiller trong tòa nhà King Palace Hà Nội
1.2.1 Tổng quan chung hệ chiller
Hệ thống điều hòa không khí là một yếu tố thiết yếu trong hầu hết các tòa nhà cao tầng, đặc biệt là tại các khu chung cư và trung tâm thương mại.
Hệ thống điều hòa không khí bao gồm quạt thông gió, hệ thống sưởi và làm lạnh, giúp kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí trong tòa nhà Nhờ đó, không gian sống và làm việc trở nên thoải mái và trong lành hơn cho người sử dụng.
Có nhiều phương pháp làm lạnh không khí trong tòa nhà, trong đó hệ thống chiller là một giải pháp hiệu quả giúp kiểm soát quá trình làm lạnh một cách dễ dàng hơn.
Hệ thống Chiller hay còn được gọi là hệ thống điều hòa trung tâm (Chiller central air conditioning system).
Hệ thống Chiller hoạt động bằng cách sử dụng máy phát để tạo ra nguồn lạnh, giúp làm mát các vật dụng và thực phẩm Đây cũng là thiết bị sản xuất nước lạnh cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm, trong đó nước được sử dụng làm chất tải lạnh.
Hệ chiller điển hình hoạt động dựa trên cơ chế làm lạnh nước thông qua bình bốc hơi, với nhiệt độ đầu vào khoảng 12 độ và nhiệt độ đầu ra đạt 7 độ.
Hệ thống điều hòa trung tâm Chiller thường được sử dụng cho các nhà máy, các trung tâm thương mại hay các tòa nhà cao tầng.
Hệ chiller gồm 2 loại là chiller giải nhiệt nước và chiller giải nhiệt gió.
1.2.2 Cấu tạo chung và nguyên lí hoạt động của hệ chiller
Hệ thống điều hòa trung tâm Chiller gồm có cấu tạo gồm 5 phần chính bao gồm:
- Cụm trung tâm nước Water Chiller.
- Hệ Thống đường ống nước lạnh và bơm nước lạnh.
- Hệ Thống tải sử dụng Trực Tiếp: AHU, FCU, PAU,.v.v.
- Hệ Thống tải sử dụng Gián Tiếp: Hệ Thống đường ống gió thổi qua phòng cần điều hòa, Các van điều chỉnh ống gió, miệng gió: VAV, Damper.v.v.
- Hệ Thống Bơm và tuần hoàn nước qua Cooling Tower đối với Chiller giải nhiệt nước.
Hệ thống chiller sử dụng nước được làm lạnh xuống nhiệt độ thấp làm môi chất làm lạnh dẫn đi khắp tòa nhà.
Nước được vận chuyển tuần hoàn trong đường ống qua Chiller làm lạnh xuống 7°C.
Nước lạnh chảy qua các dàn trao đổi nhiệt FCU/AHU, nơi nó trao đổi nhiệt với không khí tuần hoàn trong phòng, giúp giảm nhiệt độ trong không gian sống.
Nước lạnh hấp thụ nhiệt từ không khí trong phòng, làm nhiệt độ tăng lên khoảng 12°C trước khi được bơm tuần hoàn trở lại Chiller Tại đây, nước sẽ được làm lạnh tiếp xuống còn 7°C.
1.2.3 Hệ thống chiller trong tòa nhà King Palace Hà Nội
Tòa nhà King Palace có hệ thống chiller giải nhiệt gió được lắp đặt trên tầng TUM, với chiller đặt ngoài trời và bơm nước lạnh trong phòng bơm Mặc dù không phải là một tòa nhà lớn, hệ thống này vẫn đảm bảo hiệu suất làm mát hiệu quả cho toàn bộ tòa nhà.
Hình 1.3 Chiller giải nhiệt gió tại tòa nhà King Palace
Hình 1.4 Bơm nước lạnh tại tòa nhà King Palace Ở đây, em xét việc điều khiển, giám sát hệ thống chiller tòa nhà gồm hai phần:
- Chiller giải nhiệt gió (Số lượng: 2) có công suất 180 KW.
- Bơm nước lạnh (Số lượng: 3) có công suất ất 40 kW.
Cả hệ được lắp đặt trên cùng 1 mặt bằng với khoảng cách không xa nhau.
Hệ thống bơm Chiller bao gồm ba bơm được lắp đặt trong phòng bơm có kích thước 5m x 9m và hai chiller giải nhiệt gió được đặt ngoài trời, cách phòng bơm 2m Tất cả các điểm cần điều khiển và giám sát đều được bố trí trên cùng một mặt bằng tầng mái.
Hình 1.5 Mặt bằng tầng TUM tòa nhà King Palace Hà Nội
Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý hệ chiller tòa nhà King Palace
HỆ THỐNG BMS TRONG TÒA NHÀ
Hệ thống quản lý tòa nhà là gì?
Hệ thống quản lý toà nhà (BMS) là giải pháp toàn diện cho việc điều khiển và quản lý nhiều thiết bị trong toà nhà, bao gồm máy điều hòa không khí, thiết bị phụ trợ và nguồn điện Với sự tiến bộ của công nghệ thông tin, các thiết bị điều khiển tự động được tích hợp vào hệ thống trung tâm để giám sát và điều khiển hiệu quả Hệ thống quản lý toà nhà tích hợp hiện nay có khả năng theo dõi một lượng lớn thiết bị như đèn chiếu sáng, thang máy, hệ thống phòng cháy chữa cháy và các thiết bị an ninh, đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động tối ưu cho toà nhà.
Hệ thống quản lý thông minh có khả năng mở rộng, cho phép điều khiển tất cả các thiết bị trong tòa nhà, đảm bảo chúng hoạt động hiệu quả và tối ưu hóa hiệu suất.
Hình 2.7 Mô hình hệ thống BMS 8
Chức năng của hệ thống BMS
Hệ thống quản lý toà nhà (BMS) có những chức năng cơ bản sau:
Điều khiển và giám sát các hệ thống cơ/điện trong tòa nhà là rất quan trọng để đảm bảo quá trình vận hành của chúng diễn ra một cách tối ưu và hiệu quả.
Phối hợp hiệu quả các hệ thống cơ và điện trong tòa nhà là rất quan trọng để đáp ứng tối ưu nhu cầu sử dụng Điều này không chỉ đảm bảo an ninh và an toàn mà còn mang lại sự tiện nghi và thoải mái cho cư dân trong tòa nhà.
Chúng tôi phát triển một công cụ giao tiếp Người/Máy dành cho nhân viên vận hành tòa nhà, giúp họ điều khiển các hệ thống cơ và điện một cách an toàn, chính xác và hiệu quả.
Thống kê số liệu về tình trạng hoạt động và thông số kỹ thuật của các hệ thống cơ/điện trong tòa nhà dưới dạng báo cáo và cơ sở dữ liệu là rất quan trọng Điều này giúp các kỹ sư vận hành tối ưu hóa quy trình vận hành tòa nhà, nâng cao hiệu quả và giảm thiểu sự cố.
Hệ thống tự động phát hiện sớm sự cố và cung cấp cảnh báo nhanh chóng, chính xác cho người vận hành, giúp họ kịp thời sửa chữa và khắc phục, từ đó giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của tòa nhà.
Tạo ra một môi trường làm việc thân thiện và thoải mái là yếu tố quan trọng giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và làm việc của mọi người trong tòa nhà.
Mô hình điều khiển giám sát:
Hình 2.8 Mô hình điều khiển giám sát
Ưu điểm của hệ thống quản lý tòa nhà
Hệ thống quản lý toà nhà (BMS) mang lại môi trường sống thoải mái, an toàn và tiện lợi cho người dùng Nó giúp chủ sở hữu tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu nhân lực, đồng thời đảm bảo các thiết bị hoạt động hiệu quả và bền bỉ Rõ ràng, BMS tạo ra những lợi thế vượt trội trong việc quản lý toà nhà.
- Quản lý hiệu quả, tiết kiệm nhân công
Việc tích hợp công nghệ cho phép kiểm soát lượng lớn dữ liệu, giúp tối ưu hóa vận hành tòa nhà và các thiết bị chỉ với một đội ngũ nhân công nhỏ Nhờ vào việc khai thác hiệu quả các nguồn thông tin, nhiều chức năng quản lý có thể được thực hiện một cách dễ dàng hơn.
- Duy trì và tối ưu hóa môi trường
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho từng người sử dụng hoặc thiết bị sản xuất, cần duy trì các điều kiện môi trường lý tưởng như nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí CO, bụi và cường độ ánh sáng phù hợp.
- Tiết kiệm năng lượng, nhiên liệu
Để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tự nhiên và giảm thiểu lãng phí nguyên liệu, cần áp dụng các biện pháp như kiểm soát và duy trì nhiệt độ đã được thiết lập sẵn, cũng như tận dụng khí trời khi cần thiết để quản lý tải trọng trong tòa nhà.
- Đảm bảo các yêu cầu an toàn
Bằng cách tập trung thông tin từ tất cả các thiết bị về một đơn vị xử lý trung tâm, chúng ta có thể nhanh chóng xác định trạng thái hoạt động và khắc phục sự cố như mất điện, hỏng hóc hoặc cháy nổ Hệ thống an ninh tích hợp đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong tòa nhà, đồng thời bảo mật thông tin cá nhân mà vẫn giữ được sự thoải mái cho cư dân.
- Nâng cao sự thuận tiện cho người sử dụng tòa nhà
Việc tích hợp nhiều tính năng trong thiết bị mang lại sự thoải mái tối đa cho người dùng, cho phép họ ra vào 24 giờ một ngày và dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ Hệ thống cũng cho phép cài đặt chế độ thời gian, theo dõi thời tiết bên ngoài và quản lý thông tin của tòa nhà Bài viết sẽ trình bày ví dụ về hệ thống tự động điều khiển điều hòa nhiệt độ và hệ thống tự động hóa tòa nhà tích hợp điển hình.
Một số hệ thống thuộc hệ BMS trong tòa nhà
- Hệ thống BMS có thể tích hợp nhiều hệ thống khác nhau với mục đích giám sát, điều khiển phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế.
- Hệ thống phân phối điện năng: PMS ( Power Management System )
- Hệ thống máy phát và ắc quy điện dự phòng: ATS ( Automatic Transfer Switch )
- Hệ thống chiếu sáng tòa nhà:
- Hệ thống điều hoà nhiệt độ: Chiller, FCU,…
- Hệ thống cấp, thoát nước và xử lý nước, rác thải.
- Hệ thống phòng cháy và chữa cháy.
- Hệ thống thang máy và thang thoát hiểm
Hệ thống an ninh hiện đại bao gồm quản lý ra vào kết hợp với chấm công, hệ thống camera giám sát, hàng rào hồng ngoại và xung điện, cùng với các công nghệ nhận dạng sinh học tiên tiến.
- Hệ thống âm thanh công cộng: PA (Public Announcement ).
- Hệ thống thông báo hình ảnh công cộng: OMS (Office Media System).
Hình 2.9 Một số hệ thống thuộc hệ BMS trong tòa nhà
- Hệ thống thông tin liên lạc.
Một số giao thức truyền thông trong hệ thống BMS
Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) sẽ được thiết lập với một mạng lưới các bộ điều khiển kỹ thuật số, kết nối qua giao thức BACnet IP Hệ thống này có khả năng kết nối trực tiếp với phần mềm điều khiển trung tâm thông qua các giao thức như Bacnet, Modbus và KNX, mà không cần sử dụng bộ điều khiển mạng trung gian.
Hệ Thống Quản Lý Tòa Nhà (BMS) tích hợp các bộ điều chỉnh nhiệt, van điều khiển, dampers và bộ điều hành, cùng với các thiết bị chỉ dẫn và giao diện vận hành Những thành phần này đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành hệ thống cơ và thực hiện các chức năng theo yêu cầu.
Hệ Thống Quản Lý Tòa Nhà (BMS) tích hợp các bộ điều khiển DDC và kết nối qua mạng BACnet IP tới mạng LAN của tòa nhà hoặc mạng khu vực, tùy thuộc vào cấu hình Người dùng có thể truy cập hệ thống qua mạng LAN của tòa nhà hoặc từ xa thông qua các trình duyệt Web tiêu chuẩn, sử dụng Internet hoặc mạng cục bộ.
Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) có vai trò quan trọng trong việc giám sát và điều khiển các thiết bị theo "Quy trình hoạt động" và danh sách các điểm điều khiển giám sát, đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn cho tòa nhà.
Hệ Thống Quản Lý Tòa Nhà (BMS) sẽ cung cấp đầy đủ đồ họa giao diện bộ điều hành bao gồm tối thiểu các đồ họa sau:
Trang chủ bao gồm sơ đồ hình cây thể hiện danh mục và thư mục vận hành, cung cấp các thông số quan trọng như nhiệt độ bên ngoài, độ ẩm tương đối, KWH và KW.
Đồ họa tầng miêu tả chính xác mặt bằng các phòng, tường, hành lang, và hiển thị vị trí chính xác của cảm biến và thiết bị chính.
Hình 2.10 Mô hình điều khiển phân tán
Hình 2.11 Mô hình điều khiển tập trung
The detailed graphics for each device in the minimum mechanical system include Air Handling Units (AHUs), Energy Recovery Units (ERUs), Terminal Units (TUs), Exhaust Fans (EFS), cooling equipment, and various controllers.
Hệ thống BMS sẽ tự động cảnh báo các lỗi và sự cố xảy ra, đồng thời hiển thị các sự kiện quan trọng trên màn hình điều khiển hệ thống.
Mô hình điều khiển trong hệ thống BMS
2.6.1.1 Mô hình điều khiển phân tán
Tín hiệu từ cảm biến và cơ cấu chấp hành được gửi đến module I/O, sau đó truyền về bộ điều khiển trung tâm qua các giao thức như BACnet và Modbus Dữ liệu từ bộ điều khiển được chuyển đến máy chủ và màn hình giám sát qua mạng LAN, cho phép theo dõi hiệu quả Hệ thống này phù hợp cho các dự án lớn và nhiều tầng, đảm bảo khả năng truyền tải dữ liệu xa.
2.6.1.2 Mô hình điều khiển tập trung
Hình 2.12 Mô hình điều khiển giám sát hệ thống BMS của hãng Schneider Electric
Tín hiệu từ cơ cấu chấp hành và các cảm biến được truyền trực tiếp đến bộ điều khiển và các module I/O Dữ liệu từ bộ điều khiển được gửi về máy chủ và màn hình giám sát qua mạng LAN Việc truyền dữ liệu từ thiết bị trường đến bộ điều khiển và module I/O thường diễn ra trong một khu vực nhỏ và vừa, phù hợp cho các dự án có diện tích nhỏ và ít tầng.
Giải pháp tự động hóa tòa nhà (BMS) của hãng Schneider Electric
Schneider định nghĩa mô hình điều khiển và giám sát hệ thống BMS với ba cấp độ: cấp vận hành giám sát, cấp điều khiển và cấp hiện trường Trong đó, cấp hiện trường đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các hoạt động giám sát và điều khiển trực tiếp.
Cấp hiện trường bao gồm các bộ vào/ra phân tán, giúp kết nối với sensor và các cơ cấu chấp hành Chúng có chức năng tiếp nhận tín hiệu vào/ra và thực hiện xử lý sơ bộ trước khi gửi dữ liệu lên cấp điều khiển.
Hiện nay, sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành đã dẫn đến sự ra đời của các cảm biến thông minh và cơ cấu chấp hành thông minh, cho phép kết nối trực tiếp với các bộ điều khiển.
Trong hệ BMS, các thiết bị nhất thứ gồm:
- Các thiết bị đo lường: đồng hồ đo điện (Power meter), đồng hồ đo lưu lượng nước (Flow meter), đồng hô đo nước (Water meter)…
- Các cảm biến: cảm biến nhiệt độ, cảm biến áp suất nước, công tắc dòng chảy, cảm biến độ ẩm, cảm biến gió, cảm biến ánh sáng,…
- Các thiết bị truyền động: Bơm, van nước, van điều tiết, quạt,… b Cấp điều khiển
Cấp điều khiển bao gồm các bộ điều khiển thực hiện xử lý và điều khiển toàn bộ nhà máy, xử lý tín hiệu và thực hiện các thuật toán điều khiển Các bộ điều khiển này đọc dữ liệu từ cảm biến qua các chuẩn truyền thông và gửi lệnh điều khiển đến cơ cấu chấp hành Chúng cũng có khả năng trao đổi dữ liệu qua mạng truyền thông tại cấp điều khiển Tại trung tâm, có một bộ điều khiển trung tâm tích hợp các hệ thống khác nhau thông qua các giao thức truyền thông khác nhau, đóng vai trò quan trọng trong cấp vận hành và giám sát.
Cấp vận hành giám sát bao gồm các trạm vận hành, cung cấp giao diện cho người vận hành với quá trình.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ, GIÁM SÁT HỆ
Danh mục các điểm đo lường điều khiển
Dựa trên khảo sát thực tế và sơ đồ nguyên lý Hình 1.6, tôi đã thu thập và bổ sung danh sách các tín hiệu cần thiết cho công tác điều khiển và giám sát Các tín hiệu này được liệt kê theo các điểm đo lường đã được thể hiện trong sơ đồ nguyên lý Hình 3.1.
Danh mục các điểm đo lường điều khiển của hệ thống chiller tòa nhà gồm:
Các tín hiệu trạng thái DI (digital input).
Các tín hiệu đo lường AI (analog input).
Các tín hiệu điều khiển DO (digital output) và AO (analog output).
Bảng 3.1 Các tín hiệu trạng thái DI (digital input)
No Signal Name Notatio n Group
18 Chiller valve 1 full open Chiller system
19 Chiller valve 1 full close Chiller system
20 Chiller valve 2 full open Chiller system
21 Chiller valve 2 full close Chiller system
Bảng 3.2 Các tín hiệu đo lường AI (analog input)
No Signal Name Notatio n Group
6 On-off motorize valve Chiller system
7 On-off motorize valve Chiller system
11 Modulating motorize valve Chiller system
Bảng 3.3 Các tín hiệu điều khiển DO (digital output) và AO (analog output)
No Signal Name Notation Group
4 Water flow WFM - 01 Chiller system
5 Chiller in water temperature WTS - 01 Chiller system
6 Chiller out water temperature WTS - 02 Chiller system
7 Chiller in water temperature WTS - 03 Chiller system
8 Chiller out water temperature WTS - 04 Chiller system
9 Chiller system in water temperature WTS - 05 Chiller system
10 Chiller system in water temperature WTS - 06 Chiller system
11 Pipe mounted pressure sensor PPS - 01 Chiller system
12 Pipe mounted pressure sensor PPS - 02 Chiller system
13 Bypass valve feedback Chiller system
14 Bypass valve different pressure DPS - 01 Chiller system Giải thích kí hiệu
Bảng 3.4 Giải thích kí hiệu
Thiết kế lựa chọn cảm biến
Từ danh mục các điểm đo lường điều khiển, em đã thống kê những tín hiệu đo lường, trạng thái cần thiết kế, lựa chọn cảm biến.
Bảng 3.5 Thống kê những tín hiệu đo lường, trạng thái cần thiết kế, lựa chọn cảm biến
Cụm Tên Kí hiệu Yêu cầu thiết kế SL
CH 1 Công tắc dòng chày 1 FS - 01 Loại tiếp điểm: NO/NC Áp suất giới hạn: 20bar 2
CH 2 Công tắc dòng chảy 2 FS - 02
Chiller system Đo lưu lượng nước WFM - 01 Dải đo : 0~3m 3 /s 1 Nhiệt độ nước vào chiller 1 WTS - 01
Nhiệt độ nước ra chiller 1 WTS - 02 Nhiệt độ nước vào chiller 2 WTS - 03
Nhiệt độ nước ra chiller 2 WTS - 04 Nhiệt độ nước vào dàn ngưng WTS - 05
Nhiệt độ nước ra dàn ngưng WTS - 06 Áp suất tĩnh gắn đường ống 1 PPS - 01 Dải đo : 0~10 bar 2 Áp suất tĩnh gắn đường ống 2 PPS - 02
Chênh áp van bypass DPS - 01 Dải đo chênh áp:
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại cảm biến khác nhau, nhưng qua thời gian thực tập tại công ty Song Nam, tôi đã có cơ hội làm việc với các cảm biến của các hãng nổi tiếng như Belimo, Schneider Electric và Dwyer Dựa trên yêu cầu kỹ thuật và bảng thống kê tín hiệu vào ra, tôi đã lựa chọn những cảm biến phù hợp để thực hiện dự án này.
3.2.1.1 Thiết kế, lựa chọn cảm biến cho tín hiệu FS
Với tín hiệu công tắc dòng chảy, em lựa chọn mã EXT-TN-1100009 của Belimo, dưới đây là bảng đáp ứng kĩ thuật của cảm biến.
Bảng 3.6 Đáp ứmg kỹ thuật cảm biến EXT-TN-1100009
Mô tả Yêu cầu thiết kế Thiết bị lựa chọn Kết luận
Loại tiếp điểm NO/NC tiếp điểm khô NO/NC tiếp điểm khô Đáp ứng Áp suất giới hạn 20 bar 25 bar Đáp ứng Độ ấm hoạt động 0 ~ 100 % 0 ~ 100 % Đáp ứng
Cảm biến EXT-TN-1100009 đã được lựa chọn một cách chính xác để đáp ứng các yêu cầu đề ra Dưới đây là thông số và số lượng chi tiết của cảm biến này.
Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật cảm biến EXT-TN-1100009 Áp suất giới hạn 25 bar Loại tiếp điểm Công tắc ON/OFF Nhiệt độ hoạt động -20°C +85°C Độ ẩm hoạt động 0 ~ 100%
3.2.1.2 Thiết kế, lựa chọn cảm biến cho tín hiệu WFM
Với tín hiệu đo lưu lượng nước, em lựa chọn mã IEF-SN-CND hãng Dwyer dưới đây là bảng đáp ứng kĩ thuật của cảm biến.
Bảng 3.8 Đáp ứng kỹ thuật cảm biến IEF-SN-CND
Mô tả Yêu cầu thiết kế Thiết bị lựa chọn Kết luận
Nguồn cấp 220VAC / 24VDC 12 ~ 42 VDC Đáp ứng
Tín hiệu output 4-20mA / 0-10VDC 4-20mA / 0-10VDC Đáp ứng Độ chính xác ±2% FS ±1% FS Đáp ứng
Cảm biến IEF-SN-CND đã được lựa chọn dựa trên bảng thông số, hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu đề ra Dưới đây là các thông số và số lượng chi tiết của cảm biến này.
Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật cảm biến IEF-SN-CND
Tín hiệu output 4-20mA hoặc 0-10VDC Độ chính xác ±1% FS
Chất liệu Thép không gỉ Áp suất làm việc tối đa 400 psi
3.2.1.3 Thiết kế, lựa chọn cảm biến cho tín hiệu WTS
Tôi đã chọn cảm biến đo nhiệt độ nước mã 01DT-1LN và ống nhúng A-22P-A10 từ hãng Belimo Dưới đây là bảng thông số kỹ thuật chi tiết của cảm biến này.
Bảng 3.10 Đáp ứng kỹ thuật cảm biến 01DT-1LN và A-22P-A10
Mô tả Yêu cầu thiết kế Thiết bị lựa chọn Kết luận
Nguồn cấp 220VAC / 24VDC 12 ~ 42 VDC Đáp ứng
Loại cảm biến 4-20mA / 0-10VDC 4-20mA / 0-10VDC Đáp ứng Độ chính xác ±2% FS ±1% FS Đáp ứng
Cảm biến 01DT-1LN và A-22P-A10 đã được lựa chọn phù hợp với các yêu cầu đề ra, với các thông số và số lượng rõ ràng.
Bảng 3.11 Thông số kỹ thuật cảm biến 01DT-1LN và A-22P-A10
Dải đo -50 ~ 150 °C Độ chính xác ±0.2 °C tại 25 °C Chất liệu ống nhúng Thép không gỉ
3.2.1.4 Thiết kế, lựa chọn cảm biến cho tín hiệu PPS
Với tín hiệu đo áp suất tĩnh gắn đường ống , em lựa chọn mã 22WP-137của hãng Belimo Dưới đây là bảng đáp ứng kĩ thuật của cảm biến.
Bảng 3.12 Đáp ứng kĩ thuật của cám biến 22WP-137
Mô tả Yêu cầu thiết kế Thiết bị lựa chọn Kết luận
Nguồn cấp 220VAC / 24VDC 15 - 24VDC Đáp ứng
Tín hiệu output 4-20mA / 0-10VDC 4-20mA / 0-10VDC Đáp ứng Độ chính xác ±1% ±0.5% tại 25 °C Đáp ứng
Dải đo 0 ~ 10 bar 0 ~ 16 bar Đáp ứng
Dựa vào bàng, hoàn toàn thấy cảm biến đã lựa chọn đáp ứng yêu cầu đề ra Dưới đây là thông số và số lượng của cảm biến 22WP- 137:
Bảng 3.13 Thông số kỹ thuật cảm biến 22WP-137
Tín hiệu output 4-20mA hoặc 0-10VDC Khoảng đo áp suất 0 ~ 16 bar Độ chính xác ±0.5% tại 25 °C Nhiệt độ hoạt động -40 ~ 105 °C
3.2.1.5 Thiết kế, lựa chọn cảm biến cho tín hiệu DPS
Với tín hiệu đo chênh áp van bypass, em lựa chọn mã 22WDP-135 của hãng Belimo Dưới đây là bảng đáp ứng kĩ thuật của cảm biến.
Bảng 3.14 Đáp ứng kĩ thuật của cám biến 22WDP-135
Mô tả Yêu cầu thiết kế Thiết bị lựa chọn Kết luận
Nguồn cấp 220VAC / 24VDC 15 - 24VDC Đáp ứng
Tín hiệu output 4-20mA / 0-10VDC 4-20mA / 0-10VDC Đáp ứng
Dải đo 0 ~ 5 bar 0 ~ 6 bar Đáp ứng
Dựa vào bàng, hoàn toàn thấy cảm biến đã lựa chọn đáp ứng yêu cầu đề ra Dưới đây là thông số và số lượng của cảm biến 22WDP- 135:
Bảng 3.15 Thông số kỹ thuật cảm biến 22WDP-135
Tín hiệu output 4-20mA hoặc 0-10VDC Khoảng đo chênh áp 0 ~ 6 bar
Thiết kế tủ điều khiển tại chỗ (Local)
3.3.1 Danh mục các tín hiệu thiết kế tủ điều khiển tại chỗ
Tủ điều khiển tại chỗ đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành thiết bị và kiểm tra lỗi thông qua các nút nhấn, công tắc và đèn báo trực quan Dựa trên bảng tín hiệu trạng thái và thực tế từ các tủ điều khiển trực tiếp, tôi đã tổng hợp các tín hiệu cần thiết để thiết kế tủ điều khiển cho dự án này.
Bảng 3.16 Danh mục các tín hiệu thiết kế tủ điều khiển tại chỗ
3.3.2 Thiết kế lựa chọn thiết bị
3.3.2.1 Thiết kế, lựa chọn công tắc, nút nhấn, đèn báo
Với các tín hiệu bảng 3.16, em chọn các công tắc, nút nhấn nhả, đèn báo như sau:
Bảng 3.17 Lựa chọn công tắc, nút nhấn, đèn báo
Loại Công dụng Nguồn cấp Hình ảnh
Công tắc 2 vị trí 3 pha
Chuyển trạng thái tại chỗ/ từ xa, tự động/bằng tay
Công tắc nhấn nhả 3 pha
Bật tắt thiết bị 200/440VAC Đèn báo Báo lỗi 200/440VAC
3.3.2.2 Thiết kế lựa chọn aptomat, công tắc tơ và rơ le nhiệt
U là điện áp 380 V cosθ là hệ số công suất quạt Η là hiệu suất quạt
Với bơm nước lạnh CHWP – 01
Bảng 3.18 Tính toán dòng điện tải
Tính toán lựa chọn Aptomat:
- IđmA ≥ (1.1 ÷ 1.2)Itt → Chọn IđmA = 1.2Itt
Trong đó: UđmA là điện áp đinh mức của aptomat
Uđm là điện áp lưới
IđmA là dòng điện định mức của aptomat
Itt là dòng điện tải
IcđmA là dòng cắt ổn định điện động
Ixk là dòng xung kích
IN là dòng ngắn mạch lớn nhất
Kí hiệu I dm (A) I cs (kA) Loại Công dụng
100A 100 10 Apt 3 pha Atm bảo vệ bơm nước lạnh
MCCB 3P 500A 500 45 Apt 3 pha Atm bảo vệ chiller b Lựa chọn công tắc tơ và rơ le nhiệt
Tính chọn công tắc tơ dựa vào các thông số sau:
Điện áp định mức: Udm ≥ Udm
Dòng điện định mức: I dm ≥ Itt
Khả năng đóng cắt: Idong ≥ (4 ÷ 7) Itt ; Ingat = 10 Itt
Tính chọn Rơ le nhiệt dựa vào các thông số sau:
Điện áp định mức: Udm ≥ Udm
Dòng điện định mức: I dm ≥ 1,4Itt
Bảng 3.20 Lựa chọn công tắc tơ, rơ le nhiệt
Kí hiệu I (A) Loại Công dụng Hình ảnh
3P/100A 100 3 pha, cuộn hút 380V Điều khiển bơm nước lạnh
3 pha Bảo vệ bơm nước lạnh
3P/500A 500 3 pha, cuộn hút 380V Điều khiển chiller
Hình 3.14 Mô hình hệ thống BMS phân cấp
Mô hình BMS đề xuất
Hệ thống BMS cho hệ chiller của tòa nhà đáp ứng theo yêu cầu thiết kế.
Tối ưu quá trình vận hành dẫn tới tối ưu năng lượng và chi phí.
Dựa vào việc phân tích các điểm đo lường điều khiển mục 3.1.1 và thực tế hiện trường của dự án.
Từ những yêu cầu đặt ra, em đề xuất mô hình BMS điều khiển tập trung:
Trong đó, các thiết bị chấp hành là biến tần, cảm biến sẽ điều khiển trực tiếp các thiết bị hệ thống.
Bộ điều khiển và các module I/O có chức năng gửi và thu thập dữ liệu từ các thiết bị chấp hành, đồng thời xử lý thông tin và phát đi các tín hiệu điều khiển.
- Máy chủ là nơi sẽ tiếp nhận và lưu trữ các dữ liệu từ bộ điều khiển.
- Màn hình giám sát sẽ lấy dữ liệu từ máy chủ để hiển thị giúp người vận hành dễ thao tác trong việc giám sát và điều khiển.
3.4.1 Mô hình quản lý hệ chiller
3.4.1.1 Phương án điều khiển, giám sát hệ chiller
Hệ thống quản lý hệ sẽ được xây dựng với 2 chế độ Local và Remote
- Ở chế độ Local, hệ thống được điều khiển ON/OFF bằng các nút ấn tại tủ Local.
- Ở chế độ Remote gồm 2 chế độ Auto và Manual:
Chế độ Manual, các van, chiller, bơm nước lạnh sẽ được điều khiển thông qua người vận hành.
Hình 3.15 Chu trình chạy hệ thống chiller
Hình 3.16 Chu trình tắt hệ thống chiller
Chế độ Auto, các van, chiller, bơm nước lạnh sẽ được điều khiển tự động thông qua lập lịch theo thời gian.
3.4.1.2 Nguyên lý tủ điều khiển DDC
Van, chiller sẽ được điều khiển bật tắt thông qua rơ le ở chế độ remote, DDC sẽ gửi tín hiệu DO đến để mở van, bật chiller.
Khi chuyển khóa sang Local thì các van và chiller sẽ được bật tắt thông qua công tắc tại hiện trường.
Bơm nước lạnh có hai chế độ hoạt động: chế độ remote và chế độ local Trong chế độ remote, DDC gửi tín hiệu DO để khởi động bơm và tín hiệu AO để điều chỉnh tốc độ, sau đó biến tần sẽ điều khiển bơm tại chỗ Ngược lại, ở chế độ local, việc bật tắt bơm được thực hiện thông qua các nút bấm trên tủ điện.
3.4.1.3 Nguyên lý điều khiển hệ chiller ở chế độ Remote
Trình tự hoạt động hệ chiller
- Chu trình chạy hệ thống
Khi van mở, bơm sẽ hoạt động Sau khi nhận tín hiệu từ công tắc dòng chảy, chiller sẽ khởi động, và các lệnh điều khiển bơm sẽ được liên kết với trạng thái mở hoàn toàn của van và trạng thái hoạt động của bơm.
- Chu trình tắt hệ thống
Để tắt hệ thống chiller, trước tiên cần gọi lệnh tắt chiller và chờ trong 3 phút Sau đó, gửi lệnh tắt bơm và đợi thêm 2 phút trước khi gửi lệnh đóng van Hệ thống van và bơm hoạt động liên động với nhau để đảm bảo quy trình diễn ra suôn sẻ.
Chiller được hoạt động dựa thời gian hoạt động của chiller Chiller có thời gian hoạt động ít nhất sẽ được ưu tiên khởi động đầu chu trình.
Chiller chỉ chạy khi thỏa mãn các điều kiện sau: van chiller mở, bơm nước lạnh chạy, có tín hiệu công tắc dòng chảy về BMS.
Trường hợp dừng hệ thống, chiller được lệnh tắt đầu tiên, bơm nước lạnh sẽ tắt sau 3 phút, sau bơm tắt 2 phút van chiller sẽ đóng lại.
Hệ thống chiller chạy luân phiên dựa trên thời gian hoạt động của chiller
Việc gọi thêm chiller dựa trên phần trăm tải của chiller, phụ thuộc vào phần trăm tải cài đặt để gọi thêm chiller hoạt động.
Hoạt động của bơm nước lạnh
Số lượng bơm nước lạnh được chạy theo số lượng chiller.
Khi gọi thêm chiller, bơm nước lạnh chạy trước khi mở van của chiller được gọi.
Bơm được chạy dựa trên thời gian chạy thực của bơm, bơm có thời gian chạy ít sẽ được ưu tiên chạy trước.
Tốc độ biến tần điều khiển bơm được cài đặt ở tần số cố định.
Khi 1 bơm lỗi, nó sẽ bị loại khỏi chu trình.
Bơm được liên động với cụm van nước lạnh của chiller.
Bơm có thể được bật hoặc tắt và được điều khiển tần số bởi người vận hành Trước khi bật bơm, cần đảm bảo rằng van nước lạnh đã được mở Để tắt bơm, tất cả các chiller phải được tắt trong ít nhất 3 phút.
Bơm sẽ được tắt sau 3 phút khi có tín hiệu tắt toàn bộ chiller.
Hoạt động của van bypass
Van bypass hoạt động dựa trên nhiệt độ hồi về chiller và chênh áp suất nước cuối đường ống.
Khi nhiệt độ hồi về nhỏ hơn giá trị cài đặt: van bypass đóng hoàn toàn.
Khi nhiệt độ hồi về vượt quá giá trị cài đặt, van bypass sẽ điều chỉnh đóng mở dựa trên chênh áp suất nước Nếu chênh áp suất lớn hơn giá trị cài đặt, van sẽ mở; ngược lại, nếu chênh áp suất nhỏ hơn giá trị cài đặt, van sẽ đóng lại.
Van được đóng/mở bởi người vận hành.
Van được đóng hoàn toàn.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Lựa chọn thiết bị điều khiển
Trong ngành kỹ thuật nói chung và lĩnh vực kỹ thuật tự động nói riêng, ắt hẳn những người trong ngành đều từng nghe đâu đó cụm từ
Trong ngành tự động hóa, thuật ngữ phổ biến là "bộ điều khiển PLC", trong khi trong kỹ thuật tòa nhà, người ta thường nhắc đến "bộ điều khiển DDC".
DDC, viết tắt của "Direct Digital Control" (bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp), là thiết bị quan trọng trong các hệ thống BMS, HVAC, AHU và Chiller Bộ điều khiển DDC giúp quản lý và điều khiển các hoạt động độc lập của các hệ thống trong tòa nhà và nhà máy, đảm bảo hiệu suất và hoạt động tối ưu.
Bộ điều khiển DDC (Direct Digital Control) tương tự như PLC (Programmable Logic Controller), đóng vai trò là bộ điều khiển trung tâm Nó được trang bị chip xử lý và bộ nhớ để lưu trữ chương trình, cùng với đồng hồ thời gian để định thời và các cổng vào ra I/O nhằm nhận và xuất tín hiệu điều khiển.
Các yêu cầu thiết kế cho thiết bị điều khiển hệ thống giám sát và điều khiển chiller tại tòa nhà King Palace Hà Nội bao gồm việc lựa chọn thiết bị phù hợp, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu và tính khả thi trong việc tích hợp với hệ thống hiện tại.
- Tối thiểu 01 cổng truyền thông BACnet IP
- Trực tiếp thu thập thông tin, giám sát môi trường, thiết bị thông qua các đầu vào ra.
- Hỗ trợ đồng hồ thời gian thực, hoạt động độc lập, trực tiếp xử lý thông tin nhận được và đưa ra các lệnh điều khiển
- Trao đổi dữ liệu với các bộ điều khiển mạng, các giao diện người dùng trên máy chủ, máy trạm hệ thống.
Trong lĩnh vực tự động hóa, có nhiều bộ điều khiển như S7 của Siemens, PLC Mitsubishi, PLC Omron, và PLC ABB Tuy nhiên, qua thời gian học tập tại công ty Song Nam, tôi đã có cơ hội làm việc với bộ điều khiển DDC HRCPDG42R của Schneider Electric, nổi bật với khả năng hỗ trợ đầy đủ các giao thức truyền thông như Ethernet, Modbus TCP/RTU, và Bacnet Do đó, tôi đã quyết định chọn bộ điều khiển này cho dự án của mình Dưới đây là so sánh khả năng đáp ứng của bộ điều khiển HRCPDG42R với các yêu cầu thiết kế đã đề ra.
Bảng 4.21 Đáp ứng kĩ thuật của bộ điều khiển HRCPDG42R
Yêu cầu thiết kế HRCPDG42R Tổng kết
Tối thiểu 01 cổng truyền thông
BACnet IP Có 2 cổng RS485 cho truyền thông Modbus hoặc BACnet Đáp ứng
Tối thiểu 01 cổng RS-485 Có 2 cổng RS485 Đáp ứng
Trực tiếp thu thập thông tin, giám sát môi trường, thiết bị thông qua các đầu vào ra.
Trực tiếp thu thập thông tin, giám sát môi trường, thiết bị thông qua các đầu vào ra. Đáp ứng
Hỗ trợ đồng hồ thời gian thực, hoạt động độc lập, trực tiếp xử lý thông tin nhận được và đưa ra các lệnh điều khiển
Hỗ trợ đồng hồ thời gian thực, hoạt động độc lập, trực tiếp xử lý thông tin nhận được và đưa ra các lệnh điều khiển. Đáp ứng
Trao đổi dữ liệu với các bộ điều khiển mạng, các giao diện người dùng trên máy chủ, máy trạm hệ thống
Trao đổi dữ liệu với các bộ điều khiển mạng, các giao diện người dùng trên máy chủ, máy trạm hệ thống Đáp ứng
Từ bảng Đáp ứng kĩ thuật trên, ta hoàn toàn thấy bộ điều kiển đã lựa chọn đáp ứng các yêu cầu của bài toán
4.1.1 Giới thiệu về bộ điều khiển DCC HRCPDG42R của hãng Schneider Electric
Bộ điều khiển DDC Control Logic HRCPDG42R có thông số kỹ thuật cơ bản như sau:
- Bộ nhớ ứng dụng/ Application memory: tối thiểu 1.0 MB.
- Bộ nhớ giao diện người dùng/ User Interface memory: tối thiểu 1.5 MB.
- Bộ nhớ Flash: Tối thiểu 5MB.
Bộ điều khiển hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông như BACnet IP và Modbus TCP, cho phép điều khiển và giám sát hiệu quả trong các tòa nhà Thiết bị này sử dụng mạng Ethernet Cat5E/CAT6 và được trang bị các cổng kết nối tương thích với các giao thức đã đề cập.
- 2 cổng RS-485 cho truyền thông modbus RTU hoặc BACnet MSTP
- 1 Cổng CAN bus cho module I/O mở rộng
- 1 Cổng RJ-45 cho Modbus TCP hoặc BACnet IP
- 1 cổng USB type A và 1 cổng USB type mini B
Bộ HRCPDG42R cho phép cấu hình dễ dàng cả tại hiện trường lẫn qua webserver, thuận tiện cho việc thiết lập tại phòng vận hành giám sát Bộ điều khiển DDC thu thập thông tin và giám sát môi trường, thiết bị thông qua các đầu vào ra một cách độc lập Nó xử lý thông tin và đưa ra lệnh điều khiển dựa trên thuật toán đã được nạp sẵn Ngay cả khi bị ngắt kết nối mạng, DDC vẫn hoạt động bình thường và không ảnh hưởng đến các thiết bị điều khiển Qua cáp truyền thông, bộ điều khiển có thể trao đổi dữ liệu với các bộ điều khiển mạng và giao diện người dùng, giúp người vận hành theo dõi dễ dàng mà không cần phải có mặt tại hiện trường.
Bộ điều khiển hỗ trợ nhiều dạng tín hiệu đầu vào, tương thích với nhiều loại cảm biến, giúp đơn giản hóa quá trình lựa chọn cảm biến Đồng thời, việc hỗ trợ các đầu ra với nhiều dạng tín hiệu cũng giúp kết nối và điều khiển các thiết bị trường trở nên dễ dàng và trực quan hơn.
- Ngõ vào các tín hiệu analog: 0 – 10 VDC; 0/4-20mmA;
- Tín hiệu điện trở PTC, NTC, PT1000
- Ngõ vào các tín hiệu digital: Tiếp điểm không điện áp.
- Ngõ ra tín hiệu dạng analog: 0 - 10 VDC,0-10VDC, 4-20mA
- Ngõ ra dạng digital cung cấp những tiếp điểm: SPST, SPDT
Module mở rộng cho bộ điều khiển cần phải là loại chuyên dụng, được thiết kế để dễ dàng kết nối với bộ điều khiển Kết nối giữa mô-đun I/O và bộ điều khiển sử dụng chuẩn CAN bus, với tốc độ truyền dữ liệu lên đến 1Mbps, đảm bảo hiệu quả trong việc truyền dữ liệu từ mô-đun I/O về bộ điều khiển.
Bộ điều khiển HRCPDG42R có khả năng mở rộng lên tới 8 bộ module mở rộng theo hàng ngang, cho phép số lượng I/O đạt tối đa 154 điểm đo lường và điều khiển.
Dưới đây là các thông số của bộ điều khiển và module mở rộng:
Bảng 4.22 Thông số bộ điều khiển HRCPDG42R
Số lượng đầu ra Digital 12
Số lượng đầu ra Analog 6 Điện áp cấp 24 VDC
Bảng 4.23 Thông số bộ module mở rộng HRCEP14R
Số lượng đầu ra Digital 4
Số lượng đầu ra Analog 2 Điện áp cấp 24 VDC
Tính toán, thiết kế bộ điều khiển
4.2.1 Tính toán số lượng IO
Dựa vào sơ đồ nguyên lý và bảng thống kê các điểm đo lường điều khiển, tôi đã lập bảng số lượng tín hiệu IO cần thiết để thiết kế hệ thống BMS cho đồ án này.
Bảng 4.24 Tính toán số lượng IO
Hệ thống chiller Máy chiller
Chạy - dừng 2 3 Điều khiển mở - 7 đóng van nước 2
AO Điều khiển động cơ biến tần 3 Điều khiển độ mở 4 van bypass 1
Chế độ hoạt động tại chỗ/từ xa 1
Chế độ tự động - bằng tay 2 3
Tốc độ động cơ biến tần 3
Nhiệt độ nước ra - vào chiller 4
Nhiệt độ nước ra - vào dàn ngưng 2
Cảm biến áp suất tĩnh gắn trên đường ống 2
Cảm biến chênh áp van bypass 1
Phản hồi vị trí van
4.2.2 Tính toán số lượng bộ điều khiển và module mở rộng
Dựa trên số lượng tín hiệu IO từ bảng 3.23, tôi đã tính toán số lượng bộ điều khiển và module mở rộng cho hệ thống BMS, đảm bảo đủ số lượng IO dự phòng theo quy định, với tỷ lệ dự phòng là 20%.
Bảng 4.25 Tính toán số lượng bộ điều khiển và module mở rộng
DO DI AO AI HRCPDG42R HRCEP14R
Số IO chính (IO dự phòng)
Hình 3.17 Hình ảnh tủ DDC tại tòa nhà
Hình 3.18 Sơ đồ hệ thống BMS hệ thống chiller cho tòa nhà King Palace Hà Nội
Tổng hợp hệ thống BMS cho hệ Chiller
Trong đó, các thiết bị chấp hành bao gồm biến tần, cảm biến, tủ điều khiển tại chỗ và các thết bị thuộc hệ chiller.
Tủ điều khiển tại chỗ có khả năng gửi tín hiệu trạng thái từ xa hoặc tự động, đồng thời cho phép điều khiển bằng tay Tủ này cũng thực hiện việc gửi tín hiệu bật và tắt tới các thiết bị trong hệ thống, đảm bảo hoạt động hiệu quả và linh hoạt.
- Dữ liệu từ các cảm biến được đưa về bộ điều khiển qua các tín hiệu trạng thái (On/Off) và các tín hiệu đo lường (NTC10k, 0-10VDC).
Bộ điều khiển thực hiện việc gửi và thu thập dữ liệu từ các thiết bị chấp hành, đồng thời xử lý thông tin để phát đi các tín hiệu điều khiển.
- Máy chủ là nơi sẽ tiếp nhận và lưu trữ các dữ liệu từ bộ điều khiển thông qua mạng cục bộ LAN.
- Màn hình giám sát sẽ lấy dữ liệu từ máy chủ để hiển thị giúp người vận hành dễ thao tác trong việc giám sát và điều khiển.
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Phần mềm lập trình bộ điều khiển
5.1.1 Giới thiệu phần mềm lập trình EcoStruxure™ Machine Expert HVAC
EcoStruxure Machine Expert - HVAC là phần mềm lập trình tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61131-3, hỗ trợ đầy đủ các ngôn ngữ được quy định trong tiêu chuẩn này Phần mềm này cung cấp công cụ hữu ích cho người dùng trong việc phát triển các ứng dụng liên quan đến hệ thống HVAC.
- Ngôn ngữ lập trình của trình soạn thảo mã nguồn văn bản: IL, ST.
- Ngôn ngữ lập trình của trình chỉnh sửa mã nguồn đồ họa: LD, FBD, SFC.
- Project- wide variables và danh sách khối chức năng (Function block lists).
- Có khả năng quản lý một số lượng biến quá trình lớn.
- Có khả năng xuất chương trình ra ngoài và nhập chương trình từ ngoài vào.
Chương trình không chỉ cung cấp chức năng kiểm tra trực tuyến (gỡ lỗi) mà còn đi kèm với tài liệu hướng dẫn chi tiết, bao gồm đồ họa và hỗ trợ toàn diện cho người sử dụng.
Ngoài các chương trình, tất cả phần cứng được trình bày dưới dạng đồ họa và được gửi đi để kiểm tra độ tin cậy, cùng với các phần mềm ứng dụng được phân phối.
EcoStruxure Machine Expert - HVAC được chia thành bốn mục:
Hình 4.19 Mục cấu hình (configuration)
Hình 4.20 Mục lập trình (programming)
Hình 4.21 Mục hiển thị (display)
Hình 4.22 Mục vận hành (commissioning)
5.1.2 Lập trình điều khiển DDC
Trong đồ án này, tôi đã sử dụng ngôn ngữ lập trình FBD (Function Block Diagram) vì nó mang lại tính trực quan và dễ sử dụng Điều này giúp người đọc dễ dàng hiểu chương trình và thuận tiện cho việc sửa lỗi hệ thống sau này.
Hình 4.23 Lập trình sử dụng phần mềm EcoStruxure Machine Expert - HVAC
Thiết kế màn hình điều khiển giám sát ( HMI ) cho hệ thống
thống 5.2.1 Yêu cầu đối với phần mềm điều khiển giám sát
Phần mềm điều khiển và giám sát cho hệ chiller tòa nhà King Palace có vai trò quan trọng với các chức năng đa dạng, tùy thuộc vào nhà sản xuất Những chức năng này bao gồm giám sát hiệu suất hoạt động, điều chỉnh nhiệt độ, và tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng, nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và tiết kiệm.
- Giám sát toàn bộ hệ thống điều khiển tại tòa nhà.
- Điều khiển các thiết bị có trong hệ thống chiller tại tòa nhà.
- Tạo báo cáo, đồ thị.
- Lưu trữ và khôi phục dữ liệu quá khứ.
- Phân quyền điều khiển cho các nhóm chức năng.
- Bảo mật cho việc truy cập, điều khiển hệ thống.
- Dễ dàng chỉnh sửa, thêm bớt tín hiệu khi cần thiết.
- Có thể mở rộng khi cần nâng cấp và sửa chữa.
Giao diện màn hình điều khiển giám sát (HMI) cần phải trực quan, thuận tiện và dễ quản lý để đảm bảo an toàn và độ tin cậy cao Trên thị trường hiện nay có nhiều phần mềm phù hợp như WinCC (Siemens), Intouch (Wonderware), và Digivis (ABB) Trong quá trình thực tập, tôi đã học và làm việc với phần mềm EcoStruxure Building Operation (EBO) của Schneider Electric, phần mềm này hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu thiết kế và tích hợp hệ thống.
Chức năng cảnh báo nhanh và đơn giản của bộ điều khiển DDC cùng hãng giúp người dùng dễ dàng quản lý, trong khi việc sử dụng các phần mềm khác thường yêu cầu kết nối qua OPC, gây ra sự phức tạp không cần thiết.
Vì vậy em đã lựa chọn phầm EBO để thiết kế giao diện màn hình điều khiển giám sát.
5.2.2.1 Tổng quan phần mềm EBO
EBO WorkStation cung cấp một môi trường toàn diện cho việc vận hành và quản lý các hệ thống Đây là công cụ giúp người dùng theo dõi mức tiêu thụ năng lượng và tối ưu hóa hiệu quả hoạt động của tòa nhà một cách liên tục.
EBO WorkStation tự động tạo báo cáo định kỳ cho bản ghi tiện ích hoặc dựa trên sự kiện khi có báo thức được kích hoạt Những báo cáo này có thể được gửi đến nhân viên vận hành, giúp họ nhanh chóng đáp ứng và thực hiện bảo trì cần thiết.
5.2.2.2 Các tính năng nổi bật của EBO
Phần mềm EcoStruxure Building Operation (EBO) là một giải pháp quản lý hiệu quả, chạy trên nền tảng Windows với giao diện đồ họa thân thiện Nó cho phép người dùng dễ dàng thực hiện các thao tác vận hành và giám sát Người dùng cũng có thể sử dụng các thiết bị ngoại vi như máy tính cá nhân, màn hình, máy in, chuột và bàn phím để nâng cao hiệu quả trong việc quản lý và vận hành hệ thống.
Việc vận hành trên EBO cho phép các tính năng nổi bật sau:
Phần mềm điều khiển BMS không chỉ cung cấp cảnh báo bằng hình ảnh mà còn hỗ trợ cảnh báo âm thanh, giúp nhắc nhở nhân viên vận hành khi họ không chú ý đến màn hình điều khiển.
Người vận hành có khả năng điều khiển và giám sát các hệ thống trong tòa nhà theo thời gian thực thông qua màn hình đồ họa Các màn hình này được thiết kế dưới dạng sơ đồ hệ thống hoặc sơ đồ mặt bằng của tòa nhà, cho phép người dùng dễ dàng nhận diện và tương tác Để điều khiển, người vận hành chỉ cần kích hoạt các biểu tượng tương ứng trên màn hình, giúp tối ưu hóa quá trình quản lý và vận hành.
Hình 4.25 Màn hình vận hành, giám sát
Hình 4.26 Giao diện cài đặt thời gian biểu
Lịch vận hành hàng tuần, hàng tháng theo hệ thống.
Lịch vận hành cưỡng bức tạm thời, theo hệ thống.
Ngoài ra, có thể thiết lập một lịch vận hành tạm thời để điều chỉnh hoạt động hiện tại Sau khi lệnh từ lịch tạm thời được thực hiện, hệ thống sẽ tự động quay trở lại lịch vận hành ban đầu.
Phần mềm hệ thống BMS cung cấp nhiều mức vận hành khác nhau, được quản lý thông qua Username và Password Nhân viên vận hành được cấp quyền truy cập tương ứng với nhiệm vụ của họ, cho phép giám sát và điều khiển ở các mức độ khác nhau, phù hợp với từng ứng dụng và thiết bị cụ thể.
Hình 4.28 Tính năng Trend log
Tính năng Trend log cho phép người dùng xem và phân tích dữ liệu lịch sử một cách trực quan thông qua đồ thị thời gian thực và dữ liệu trong quá khứ Nó hiển thị giá trị của các tham số theo thời gian thực, bao gồm cả giá trị hiện tại và giá trị tại vị trí con trỏ, với mỗi tham số được phân biệt bằng màu sắc riêng Các chế độ hỗ trợ hiển thị bao gồm thang đo, màu sắc, trục tọa độ, dịch chuyển, ẩn hiện và xem lại, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và phân tích thông tin.
5.2.2.3 Thiết kế giao diện HMI cho hệ thống BMS Đối với hệ thống điều khiển, giám sát Chiller, em đã thiết kế 2 trang màn hình, trong đó, 1 trang chủ hệ thống, 1 trang HMI cho hệ Chiller.
- Màn hình HMI trang chủ hệ thống
Hình 4.27 Giao diện đăng nhập
Hình 4.29 Màn hình giao diện trang chủ hệ thống
Màn hình Home của hệ thống BMS hiển thị thông tin về các hệ thống quản lý tòa nhà, bao gồm điều hòa không khí, điện, bơm nước và chiếu sáng, đồng thời cung cấp liên kết đến từng hệ thống này.
Màn hình HMI cho hệ chiller cung cấp cái nhìn tổng quan về hệ thống giám sát, hiển thị các thiết bị trong hệ thống Nó cũng cho phép người dùng điều khiển thông qua các nút bấm và hỗ trợ hai chế độ vận hành là tự động (Auto) và bằng tay (Manual).
Tại giao diện vận hành bằng tay (Manual) có thể giám sát, điều khiển:
Vận hành các van, bơm, chiller theo đúng quy trình vận hành hệ thống.
Giám sát các tín hiệu cảm biến
Giám sát các tín hiệu lỗi, cảnh báo
Hình 4.31 Màn hình HMI hệ thống chiller (Auto)
Tại giao diện vận hành bằng tay (Auto) có thể giám sát, điều khiển:
Cài đặt lịch bật tắt hệ thống, giá trị áp suất điều khiển bơm và giá trị áp suất chênh lệch trên van bypass để điều khiển van.
Giám sát các tín hiệu cảm biến.
Giám sát các tín hiệu lỗi, cảnh báo.