CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Chức năng điều khiểncủa BMS
Lợi ích về năng lượng
Điều chỉnh lưu lượng bơm nước sinh hoạt theo điều kiện tối ưu giúp tiết kiệm chi phí điện năng Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) có khả năng điều khiển linh hoạt cho các tòa nhà và cao ốc khác nhau thông qua việc điều chỉnh các thông số trên máy tính.
Hệ thống tự động điều khiển liên tục công suất tải, cho phép các thiết bị chấp hành hoạt động theo tiến trình đã được định trước hoặc theo các tiêu chuẩn ban đầu Những hoạt động này dựa trên thông tin nhận được từ các cảm biến của thiết bị đầu cuối, chẳng hạn như cảm biến nước, áp suất và đồng hồ đo thời gian thực.
- Điều khiển đóng ngắt hệ thống điện khi gặp sự cố, khởi động hệ thống chiếu sáng theo chế độ cài đặt sẵn và điều khiển theo mong muốn.
Giám sát việc sử dụng năng lượng hàng ngày và lưu trữ dữ liệu vào máy tính là rất quan trọng Hệ thống tự động sẽ gửi cảnh báo nếu mức tiêu thụ năng lượng hàng ngày vượt quá ngưỡng cho phép, giúp người dùng quản lý hiệu quả hơn.
- Giám sát mức độ tiêu thụ năng lượng, in hoá đơn điện năng tiêu thụ cho từng khu vực khác nhau.
Việc xác định chính xác công suất điều hòa không khí cho từng phòng và khu vực là rất quan trọng, đặc biệt là trong các cao ốc văn phòng cho thuê Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng khi nhiều công ty khác nhau cùng thuê văn phòng trên một tầng.
Hỗ trợ vận hành
Hệ thống tự động điều khiển thiết bị chấp hành trong các cao ốc văn phòng được thiết lập để hoạt động theo các điều kiện thực tế, bao gồm thời gian tắt mở và phản hồi từ các thiết bị đầu cuối về BMS Chẳng hạn, khi xảy ra cháy tại tầng 3, hệ thống sẽ tự động kích hoạt các thiết bị hỗ trợ chữa cháy và cứu nạn, như hệ thống chữa cháy tự động, mở hệ thống hút khói, và kích hoạt quạt tăng áp cầu thang Đồng thời, hệ thống thang máy cũng sẽ tự động di chuyển xuống tầng trệt để phục vụ công tác cứu hộ.
Nhân viên vận hành tòa nhà có thể dễ dàng điều chỉnh các thông số của thiết bị chấp hành thông qua giao diện trực quan tại trung tâm điều khiển, nhằm đáp ứng các yêu cầu đa dạng từ khách hàng.
Trên màn hình, vị trí và trạng thái hoạt động của các thiết bị được hiển thị một cách trực quan, giúp người vận hành dễ dàng nhận biết tình trạng hoạt động cũng như các sự cố xảy ra trong toàn bộ hệ thống đã kết nối với BMS.
Hỗ trợ bảo dưỡng
Hệ thống BMS (Building Management System) giám sát tình trạng hoạt động của các thiết bị trong tòa nhà, cung cấp cảnh báo kịp thời và lập lịch bảo trì, bảo dưỡng cho các thiết bị Điều này giúp giảm thiểu thời gian kiểm tra thiết bị và hạn chế rủi ro xảy ra bất ngờ.
- BMS giám sát tình trạng hoạt động của các thi ết bị dự phòng, đảm bảo tính sẵn sàng hoạt động.
- Ghi lại dữ liệu cũ để hỗ trợ phân tích lỗi đã xảy ra và tránh những những sự cố xảy ra tương tự.
2.1.4 Kiểm soát và và tiết kiệm năng lượng sử dụng
- Toà nhà Maritime Bank Tower sử dụng giải pháp BMS của hãng AirTek với chi phí đầu tư và dự kiến chi phí tiết kiệm như sau:
- Chi phí đầu tư ban đầu: 1.6 tỉ đồng
- Tiêu thụ điện năng (Chưa trang bị BMS): 3.696.000 kWh/ 1năm.
- Tiết kiệm năng lượng tương ứng 12 %: 443.520kWh/ 1năm.
- Tiền điện tiết kiệm: 887.040.000 đồng/1 năm.
- =>Thời gian thu hồi vốn khoảng 2 năm.
2.1.5 Vận hành toà nhà tự động theo lập trình sẵn
Mỗi tòa nhà có những đặc thù hoạt động riêng, do đó cần lập trình hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) để tối ưu hóa việc điều khiển Việc này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí thuê nhân viên vận hành mà còn cho phép người điều hành dễ dàng kiểm soát các thiết bị từ phòng kỹ thuật Với BMS, họ có thể bật/tắt thiết bị và thiết lập lịch trình vận hành tự động cho các thiết bị một cách hiệu quả.
- Tất cả các thiết bị chấp hành được vận hành tự động và chính xác bằng hệ thống BMS.
Quản lý hiệu quả các tập đoàn lớn và hệ thống BMS đa dạng thông qua giám sát và điều khiển trực tuyến Người điều hành có thể ngồi tại trung tâm để điều chỉnh và quản lý một cách thuận tiện và chính xác.
2.1.6 Điều khiển bơm nước theo lập trình
Phương pháp điều khiển thông thường sử dụng cọc hoặc phao để giám sát mực nước và gửi tín hiệu về tủ điện khi bồn sắp hết nước, kích hoạt bơm hoạt động Thời gian bơm thường rơi vào giờ cao điểm do nhu cầu nước tăng cao Hệ thống BMS tối ưu hóa hoạt động của bơm vào giờ thấp điểm và trung bình, giúp tiết kiệm khoảng 40% chi phí điện năng.
Hệ thống BMS của các hãng như AirTek, Yamatake, Siemens và Honeywell giúp điều khiển các thiết bị trong tòa nhà theo lập trình Dựa vào các chức năng của BMS và kinh nghiệm thực tiễn, luận văn này thiết kế hệ thống BMS nhằm điều khiển hoạt động của bơm nước vào thời điểm giá điện thấp, tức là trong giờ thấp điểm và trung bình, đồng thời hạn chế tối đa việc bơm hoạt động vào giờ cao điểm, trừ những trường hợp ngoại lệ cần thiết.
Khi truyền thông tin ở tốc độ cao hoặc qua khoảng cách lớn, tín hiệu vi sai giúp loại bỏ ảnh hưởng do thay đổi nối đất và giảm nhiễu điện áp chung Trong mạng multi-network với nhiều mạch phát và nhận kết nối vào đường dây bus chung, RS485 đáp ứng yêu cầu này bằng cách cho phép 32 mạch truyền và nhận cùng lúc, có thể mở rộng lên tới 256 node với bộ repeater và bộ truyền/nhận trở kháng cao RS485 còn chịu được xung đột data và các điều kiện lỗi trên đường truyền Để giải quyết xung đột data trong mạng multi-drop, phần cứng như converters, repeaters và micro-processor controls luôn ở trạng thái nhận cho đến khi sẵn sàng truyền data Node master sẽ kích hoạt yêu cầu truyền đến node slave bằng cách định địa chỉ và phần cứng sẽ tự động cho phép bộ truyền hoạt động khi phát hiện bit start.
2.2 Phương pháp điều khiển của hệ thống bơm nước sinh hoạt Để đưa ra giải pháp điều khiển bơm nước trong Tà nhà, phải căn cứ vào các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam và mức độ sử dụng nước của tòa nhà.
2.2.1 Phần cấp nước theo thuyết minh thiết kế của Tòa nhà Maritime Bank
- Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình năm 1999.
- Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước bên trong T.C.V.N – 4513 – 88.
- Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước ngoài công trình 20.T.C.N – 51-2006; T.C.V.N 5945 – 1995.
- Tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam tập VI- Tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN323-2004 – Nhà cao tầng – Tiêu chuẩn thiết kế.
Tòa nhà Maritime Bank tại 180-192 Nguyễn Công Trứ, Quận 1, với quy mô 25 tầng, bao gồm 3 tầng hầm, trung tâm thương mại và văn phòng cho thuê, được thiết kế để cung cấp nước sinh hoạt và phục vụ cho công tác chữa cháy hiệu quả.
Tòa nhà Maritime Bank Tower dự kiến tiêu thụ 450 m3 nước mỗi ngày, trong đó nước sinh hoạt chiếm tỷ lệ cao nhất Ngoài ra, còn có nước hao hụt cho hệ thống điều hòa không khí, nước tưới cây và các hao hụt khác.
Nguồn cấp nước chính cho hệ thống đến từ nguồn nước sạch của TP.Hồ Chí Minh, với vị trí lấy nước được xác định tại lối xe xuống của Tòa nhà Maritime Bank, đường Nguyễn Công Trứ Hệ thống đường ống cấp nước có đường kính DN100, được chia thành 2 nhánh có đường kính DN80.
Giải pháp kỹ thuật cấp nước:
- Nước cấp cho nhu cầu sinh hoạt:
Nước từ bồn chứa 615,6 m3 trên tầng mái của Tòa nhà được phân phối đến từng tầng của khu văn phòng và Trung tâm thương mại, với các valve giảm áp được lắp đặt ở đầu các đường ống phân nhánh.
Nước sạch được lưu trữ trong bể chứa nổi trên sàn tầng hầm B2 và được bơm lên bồn chứa nước ở tầng mái Bồn chứa nước tầng mái có nhiệm vụ phân phối nước đến các khu vực vệ sinh, khu ăn uống trong trung tâm thương mại và đáp ứng các nhu cầu nước khác trong tòa nhà.
Bồn nước chữa cháy có dung tích 333m³ được lắp đặt âm tại tầng hầm B3, cung cấp nước trực tiếp từ nguồn nước sạch của Thành phố, nhằm đáp ứng nhu cầu chữa cháy hiệu quả.
Tính toán hệ thống cấp nước
Lượng nước cần thiết cấp cho Tòa nhà trong ngày dùng nước nhiều nhất.
- Q Shmax : Lượng nước cấp trong ngày dùng nhiều nhất được xác định theo công thức
Q Shmax = k Q ShTB = 1,2 x 402,9 = 483,48m 3 / 1 ngày Với các thông số kỹ thuật lấy theo tiêu chuẩn quy phạm thiết kế cấp nước hiện hành, chọn hệ số điều hòa trong ngày, chọn k = 1,2
QShTB: Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt trung bình trong một ngày (m3/ngày đêm), được tính theo công thức sau:
Q 1 = 15 lít/ngày đêm - Tiêu chuẩn dùng nước cho 1 người ở khối văn phòng cho thuê – TCVN4513:1998.
N 1 = 4.540 người: số người sinh hoạt trong khối văn phòng cho thuê.
Q 2 = 60 lít/ngày đêm: Tiêu chuẩn dùng nước cho một người trong 1 ngày đêm ở khối giao dịch trong tòa nhà – TCVN4513-1998.
N 2 = 5.000 người: số người sinh hoạt trong khối giao dịch.
Q 3 = 25 lít/ngày đêm: tiêu chuẩn dùng nước cho một cán bộ quản lý tòa nhà + người phục vụ 1 ngày đêm trong tòa nhà – TCVN4513:1998.
N 3 = 100 người: Số cán bộ công nhân viên quản lý tòa nhà + người phục vụ.
Q 4 : Lượng nước phục vụ rửa sàn tầng hầm 1,2, 3.
Q CC : Lượng nước cần thiết cấp cho cứu hỏa Q CC = 333 m 3
Lượng nước bù hao hụt cho hệ thống điều hòa không khí là 131m³, được tính toán dựa trên tỉ lệ hao hụt 1% của lượng nước cấp cho điều hòa trong thời gian 15 giờ mỗi ngày Đồng thời, cần xác định đường kính ống nước sinh hoạt để đảm bảo hiệu quả sử dụng và cung cấp nước.
- Vận tốc nước chảy trong ống nước cấp bên trong tòa nhà tối đa 1,5m/s.
- Chọn đường kính ống dựa vào công thức:
(2.2) Trong đó: q: Lưu lượng nước (l/s) v: Vận tốc nước trong đường ống (m/s) d: Đường kính ống (mm)
Tính dung tích toàn phần của bồn nước tầng mái:
V k = K(W đh + W CC +W đhkk ) (m 3 ) (2.3) Trong đó:
- V K : Dung tích toàn phần của bồn nước tầng mái (m 3 )
- K: Hệ số dự trữ kể đến chiều cao xây dựng và phần cặn lắng ở bồn nước, chọn 1,1.
- W CC : Dung tích chữa cháy (tính 10 phút đầu cho ch ữa cháy vách tường trong nhà, lượng nước này do công an phòng cháy cấp) = 3 m 3
- W đh : Dung tích điều hòa nước sinh hoạt của bồn nước tầng mái = Q b /4n 2,5 m 3
- Q b : Công suất định mức của một máy bơm sinh hoạt = 240 m 3 /h.
- n: Số lần mở máy bơm nhiều nhất tron g 1 giờ = 4 lần.
- W đhkk : Dung tích nước bù hao hụt nước phục vụ cho điều hòa không khí 131m3.
Chọn bồn nước bê tông cốt thép với dung tích 200m 3
Để đảm bảo cung cấp nước sinh hoạt liên tục cho tòa nhà, cần tính toán dung tích bể chứa nước dự trữ Tư vấn thiết kế bể chứa nước ngầm tại sàn hầm B3 với dung tích toàn phần được xác định theo công thức cụ thể.
- W BC : Dung tích điều hòa lượng nước sinh hoạt của bể chứa (m 3).
Q ngày : Lượng nước sinh hoạt cần dùng trong ngày (m 3/ngày) = 402,9 m 3
- n: Số lần đóng mở máy bơm bằng tay trong ngày = 4 lần.
- W 1 : Dung tích nước chữa cháy trong bể = 333,4 m 3
Điều khiển bơm nước theo lập trình
Phương pháp điều khiển thông thường sử dụng cọc hoặc phao để giám sát mực nước và gửi tín hiệu về tủ điện khi bồn sắp hết nước, từ đó điều khiển bơm hoạt động Thông thường, bơm hoạt động vào các giờ cao điểm do nhu cầu sử dụng nước tăng cao Tuy nhiên, hệ thống BMS có khả năng điều khiển bơm hoạt động vào giờ thấp điểm và trung bình, giúp tiết kiệm khoảng 40% chi phí điện năng.
Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) của các thương hiệu nổi tiếng như AirTek, Yamatake, Siemens và Honeywell được thiết kế để điều khiển các thiết bị trong tòa nhà theo lập trình Dựa trên các chức năng của BMS và kinh nghiệm thực tế, bài luận văn này đề xuất một hệ thống BMS nhằm điều khiển hoạt động của bơm nước theo thời điểm giá điện thấp, tối ưu hóa việc hạn chế hoạt động của bơm vào giờ cao điểm, trừ những trường hợp cần thiết.
Phương pháp điều khiển của hệ thống nước sinh hoạt
Khi truyền thông tin ở tốc độ cao qua khoảng cách lớn, tín hiệu vi sai giúp loại bỏ ảnh hưởng từ sự thay đổi nối đất và giảm nhiễu điện áp chung Trong mạng multi-network với nhiều mạch phát và nhận kết nối vào một đường dây bus chung, chuẩn RS485 đáp ứng yêu cầu này, cho phép tối đa 32 mạch truyền và nhận cùng lúc (có thể mở rộng lên 256 node với bộ repeater và thiết bị truyền/nhận trở kháng cao) RS485 cũng có khả năng chịu đựng xung đột dữ liệu và các lỗi trên đường truyền Để giải quyết xung đột dữ liệu trong mạng multi-drop, các phần cứng như converters, repeaters và micro-processor controls luôn duy trì ở trạng thái nhận cho đến khi sẵn sàng truyền dữ liệu Node master sẽ gửi yêu cầu truyền đến node slave bằng cách xác định địa chỉ của nó, và phần cứng sẽ tự động cho phép bộ truyền hoạt động khi phát hiện bit start.
2.2 Phương pháp điều khiển của hệ thống bơm nước sinh hoạt Để đưa ra giải pháp điều khiển bơm nước trong Tà nhà, phải căn cứ vào các tiêu chuẩn hiện hành của Việt Nam và mức độ sử dụng nước của tòa nhà.
2.2.1 Phần cấp nước theo thuyết minh thiết kế của Tòa nhà Maritime Bank
- Quy chuẩn hệ thống cấp thoát nước trong nhà và công trình năm 1999.
- Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước bên trong T.C.V.N – 4513 – 88.
- Tiêu chuẩn thiết kế cấp nước ngoài công trình 20.T.C.N – 51-2006; T.C.V.N 5945 – 1995.
- Tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam tập VI- Tiêu chuẩn thiết kế TCXDVN323-2004 – Nhà cao tầng – Tiêu chuẩn thiết kế.
Tòa nhà Maritime Bank, tọa lạc tại 180-192 Nguyễn Công Trứ, Quận 1, có quy mô 25 tầng với 3 tầng hầm, bao gồm trung tâm thương mại và văn phòng cho thuê, cung cấp cấp nước sinh hoạt và phục vụ chữa cháy.
Tòa nhà Maritime Bank Tower dự kiến sẽ tiêu thụ khoảng 450 m3 nước mỗi ngày, trong đó nguồn nước sinh hoạt chiếm tỷ lệ lớn nhất Bên cạnh đó, còn có nước hao hụt cho hệ thống điều hòa không khí, nước dùng để tưới cây và các hao hụt khác.
Nguồn cấp nước chủ yếu đến từ nguồn nước sạch của TP.Hồ Chí Minh, với vị trí lấy nước được xác định tại lối xe xuống của Tòa nhà Maritime Bank trên đường Nguyễn Công Trứ Hệ thống đường ống cấp nước có đường kính DN100, được chia thành hai nhánh với đường kính DN80.
Giải pháp kỹ thuật cấp nước:
- Nước cấp cho nhu cầu sinh hoạt:
Nước từ bồn chứa 615,6 m3 trên tầng mái của Tòa nhà được phân phối cho từng tầng khu văn phòng và Trung tâm thương mại, với các valve giảm áp được lắp đặt ở đầu các đường ống phân nhánh.
Nước sạch được lưu trữ trong bể chứa nổi trên sàn tầng hầm B2 và được bơm lên bồn chứa nước ở tầng mái Bồn chứa nước trên tầng mái có nhiệm vụ phân phối nước đến các khu vực vệ sinh, khu ăn uống trong Trung tâm thương mại và đáp ứng các nhu cầu nước khác trong tòa nhà.
Nước phục vụ cho nhu cầu chữa cháy được cung cấp từ bồn nước chữa cháy đặt âm tại tầng hầm B3 với tổng dung lượng 333m³ Hồ nước này được cấp nước trực tiếp từ nguồn nước sạch của Thành phố.
Tính toán hệ thống cấp nước
Lượng nước cần thiết cấp cho Tòa nhà trong ngày dùng nước nhiều nhất.
- Q Shmax : Lượng nước cấp trong ngày dùng nhiều nhất được xác định theo công thức
Q Shmax = k Q ShTB = 1,2 x 402,9 = 483,48m 3 / 1 ngày Với các thông số kỹ thuật lấy theo tiêu chuẩn quy phạm thiết kế cấp nước hiện hành, chọn hệ số điều hòa trong ngày, chọn k = 1,2
QShTB: Lưu lượng nước cấp cho sinh hoạt trung bình trong một ngày (m3/ngày đêm), được tính theo công thức sau:
Q 1 = 15 lít/ngày đêm - Tiêu chuẩn dùng nước cho 1 người ở khối văn phòng cho thuê – TCVN4513:1998.
N 1 = 4.540 người: số người sinh hoạt trong khối văn phòng cho thuê.
Q 2 = 60 lít/ngày đêm: Tiêu chuẩn dùng nước cho một người trong 1 ngày đêm ở khối giao dịch trong tòa nhà – TCVN4513-1998.
N 2 = 5.000 người: số người sinh hoạt trong khối giao dịch.
Q 3 = 25 lít/ngày đêm: tiêu chuẩn dùng nước cho một cán bộ quản lý tòa nhà + người phục vụ 1 ngày đêm trong tòa nhà – TCVN4513:1998.
N 3 = 100 người: Số cán bộ công nhân viên quản lý tòa nhà + người phục vụ.
Q 4 : Lượng nước phục vụ rửa sàn tầng hầm 1,2, 3.
Q CC : Lượng nước cần thiết cấp cho cứu hỏa Q CC = 333 m 3
Lượng nước cần bù hao hụt cho hệ thống điều hòa không khí là 131m³, tương ứng với tỷ lệ hao hụt 1% của lượng nước cấp trong thời gian 15 giờ mỗi ngày Đồng thời, cần xác định đường kính ống nước sinh hoạt để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.
- Vận tốc nước chảy trong ống nước cấp bên trong tòa nhà tối đa 1,5m/s.
- Chọn đường kính ống dựa vào công thức:
(2.2) Trong đó: q: Lưu lượng nước (l/s) v: Vận tốc nước trong đường ống (m/s) d: Đường kính ống (mm)
Tính dung tích toàn phần của bồn nước tầng mái:
V k = K(W đh + W CC +W đhkk ) (m 3 ) (2.3) Trong đó:
- V K : Dung tích toàn phần của bồn nước tầng mái (m 3 )
- K: Hệ số dự trữ kể đến chiều cao xây dựng và phần cặn lắng ở bồn nước, chọn 1,1.
- W CC : Dung tích chữa cháy (tính 10 phút đầu cho ch ữa cháy vách tường trong nhà, lượng nước này do công an phòng cháy cấp) = 3 m 3
- W đh : Dung tích điều hòa nước sinh hoạt của bồn nước tầng mái = Q b /4n 2,5 m 3
- Q b : Công suất định mức của một máy bơm sinh hoạt = 240 m 3 /h.
- n: Số lần mở máy bơm nhiều nhất tron g 1 giờ = 4 lần.
- W đhkk : Dung tích nước bù hao hụt nước phục vụ cho điều hòa không khí 131m3.
Chọn bồn nước bê tông cốt thép với dung tích 200m 3
Để đảm bảo cung cấp nước sinh hoạt liên tục và an toàn cho tòa nhà, việc tính toán dung tích bể chứa nước dự trữ là rất quan trọng Chúng tôi tư vấn thiết kế một bể chứa nước ngầm tại sàn hầm B3, với dung tích toàn phần của bể được xác định theo công thức cụ thể.
- W BC : Dung tích điều hòa lượng nước sinh hoạt của bể chứa (m 3).
Q ngày : Lượng nước sinh hoạt cần dùng trong ngày (m 3/ngày) = 402,9 m 3
- n: Số lần đóng mở máy bơm bằng tay trong ngày = 4 lần.
- W 1 : Dung tích nước chữa cháy trong bể = 333,4 m 3
Dung tích bù nước hao hụt của hệ thống điều hòa không khí được xác định là 1 m³ trong vòng một ngày Tỷ lệ hao hụt được tính là 1% so với lượng nước cấp cho hệ thống điều hòa, với thời gian hoạt động là 8 tiếng mỗi ngày.
Vậy, dung tích toàn phần của bể chứa nước sạch được tính như sau:
Tổng dung tích bể chứa nước dự trữ được tính toán là V BC = W BC + W 1 + W 2 = 151,1 + 333,4 + 131 = 615,6m³ Dựa trên kết quả này, chúng tôi đã chọn hai bể chứa nước dự trữ: bể số 1 với dung tích 200m³ phục vụ cho sinh hoạt, điều hòa không khí và phòng cháy chữa cháy, sẽ được đặt ở tầng hầm B2; và bể số 2 với dung tích 233m³ dành riêng cho chữa cháy, sẽ được đặt ở tầng hầm B3.
Tính toán bơm cấp nước sinh hoạt:
Việc lựa chọn công suất của máy bơm được dựa trên 2 tiêu chí cơ bản:
Lưu lượng của máy bơm (được tính cho giờ dùng nước nhiều nhất trong ngày) Áp lực toàn phần của máy bơm
Dựa trên kết quả tính toán, lượng nước cần thiết cho tòa nhà trong một ngày cao điểm là 483,48 m³, trong đó lượng nước sử dụng nhiều nhất trong ngày đạt 279 m³, tập trung chủ yếu vào các khung giờ từ 11h đến 17h và từ 17h đến 20h.
Chọn lưu lượng máy bơm Q b = 66 lít/s, H= 125m.
Xác định áp lực toàn phần của máy bơm:
H S H/bơm = hyc + h.dp = (h h h + h.h + h đ + h c b + h td ) + h.d p (m 3 ) (2.5) Trong đó:
- H S H/bơm: Áp lực của máy bơm tăng áp cấp nước sinh hoạt.
- h yc : Áp lực yêu cầu, được xác định theo công thức sau:
- h h.h : Độ cao hình học đưa nước tính từ mực nước thấp nhất trong bể chứa đến vòi cấp nước vào bồn tầng mái là 98m.
- h.h: Tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài đường ống hút 3,0m.
- h đ : Tổn thất áp lực do ma sát theo chiều dài đường ống đẩy = 7m.
- h tđ : Áp lực tự do đầu vòi cấp nước vào bể chọn theo tiêu chuẩn 2m.
- h c.b : tổn thất áp lực cục bộ trên tuyến ống hút và đẩy (m). h c b = 30% (h h + h đ ) = 0,3 (3+7) = 3m.
- h.d p : áp lực công tác dự phòng (tính bằng 10% - 12% hyc) = 12m.
H bSH được tính bằng công thức: H bSH = (h h.h + h.h + h đ + h c.b + h tđ) + h.d p = 98 + 3 + 7 + 2 + 3 + 12 = 125m Dựa vào kết quả này, chúng tôi chọn 2 máy bơm sinh hoạt Grundfos mã GSHF, mỗi máy có công suất 110kW, lưu lượng 240m³/h, cột áp 125m, áp suất tối đa 12 bar, điện áp 380V, và tốc độ 1450 vòng/phút, trong đó 1 máy hoạt động và 1 máy làm dự phòng.
2.2.2 Phòng bơm Để đảm bảo cung cấp nước không bị gián đ oạn trong các tòa nhà, người ta luôn thiết kế 2 bơm hoạt động luân phiên nhau Khi có 1 bơm bị sự cố thì phải khống chế cho 1 bơm luôn hoạt động để sửa chữa bơm bị hư.
Hình 2.1 Phòng bơm 2.2.3 Bảng giá 3 thời điểm của công ty điện lực
XÂY DỰNG ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN 3.1 Cơ sở dữ liệu đầu vào của các thiết bị trong hệ điều khiển
Phương pháp điều khiển
Điều khiển máy bơm ch ia thành 2 phần: điều khiển bằng tay và điều khiển tự động.
Để điều khiển bơm theo ý muốn, hãy chuyển công tắc Man-Off-Auto sang chế độ MAN Nhấn ON1 để khởi động bơm 1 và nhấn ON2 để khởi động bơm 2 Để dừng hoạt động của bơm, hãy nhấn Off1 cho bơm 1 và Off2 cho bơm 2.
Để khởi động động cơ theo lập trình của BMS, hãy chuyển công tắc Man-Off-Auto sang chế độ Auto, lúc này máy điều khiển sẽ hoàn toàn được vận hành bằng máy tính Sơ đồ điều khiển có thể tham khảo từ hình 2.2.
Thiết kế mạch điều khiển
Mạch điều khiển được thiết kế k ết hợp 2 mạch điều khiển: mạch điều khiển chính và mạch đọc mực nước.
Mạch điều khiển được thiết kế để đếm thời gian thực và nhận tín hiệu từ các cảm biến nước, phục vụ cho việc đọc mức nước của bồn dưới và bồn trên Tất cả hoạt động này được điều khiển dựa trên chương trình của vi điều khiển AT89S52.
- JP1: Đường truyền giao tiếp 485.
- JP3: Nguồn lấy ra 5VDC.
- LM7805: IC ổn áp 5VDC.
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý của board điều khiển chính
- Tuxgr_16X2_R2: Màn hình hiển thị.
- AT89S52: IC vi điều khiển.
- DS12C887: IC đồng hồ thời gian thực.
- S1 đến S4: Các nút nhấn điều chỉnh màn hình LCD.
- Các tụ 220MF, 470MF: Tụ 1 chiều.
- Điện trở 10K: Điện trở thanh.
Nguồn cấp cho mạch 15VAC được nắn điện qua cầu diode W06M, cấp cho IC ổn áp LM7805, ngõ ra của IC ổn áp cấp cho toàn mạch điều khiển.
Màn hình Tuxgr_16X2_R2 được điều khiển bởi vi điều khiển AT89S52, cung cấp thông tin về thời gian thực và các chế độ hoạt động của máy bơm, bao gồm hiển thị mực nước cũng như các chế độ On, Off và Auto.
Max485 giao tiếp với vi điều khiển AT89S52 để tiếp với board và máy tính thông qua chuẩn truyền thông RS485.
DS12C887 điếm thời gian thực và hỗ trợ vi điều khiển AT89S52 để thực hiện các chế độ đóng ngắt rơle theo chương trình điều khiển.
Vi điều khiển IC AT89S52 hoạt động dựa trên các dữ liệu đầu vào từ đồng hồ điếm thời gian thực và board cảm biến mực nước ở bồn trên và bồn dưới Nó có khả năng giao tiếp với máy tính và điều khiển rơle theo các chế độ tự động hoặc bằng tay.
- LM7805: IC ổn áp 5VDC.
- SV3: Nguồn lấy ra 5VDC.
- SV2: Ngõ vào của cảm biến nước bền trên.
- SV5: Ngõ vào cảm cảm biến nước bồn chứa.
- SV4: Ngõ ra hiển thị 8 mực nước bồn trên.
- SV6: Ngõ ra hiển thị 4 mực nước bồn dưới.
- AT89S52: IC vi điều khiển.
Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý của board đọc mức nước
- Điện trở 10K: điện trở thanh.
Nguồn cấp cho mạch 15VAC được nắn điện qua cầu diode W06M, cấp cho IC ổn áp LM7805, ngõ ra của IC ổn áp cấp cho toàn mạch điều khiển.
Vi điều khiển IC AT89S52 có khả năng đọc tín hiệu từ các cảm biến của bồn nước trên và bồn nước dưới, đồng thời giao tiếp với board điều khiển chính thông qua đường truyền RS485 Cụ thể, Port P1.0 đến P1.7 được sử dụng để đọc 8 cảm biến nước của bồn trên, trong khi Port 2.0 đến 2.3 đảm nhận việc đọc 4 cảm biến của bồn dưới Ngoài ra, Port 0.0 đến 0.7 hiển thị mức nước của bồn trên thông qua 8 LED, và Port 2.4 đến 2.7 hiển thị mức nước của bồn dưới qua 4 LED.
Max485 thực hiện giao tiếp bới board mạch chính.
THI CÔNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Sơ đồ khối của hệ thống BMS
Lưu đồ giải thuật
Lưu đồ 4.1 Đọc phím trên board chính
Lưu đồ 4.2 Nhận tín hiệu chỉnh thời gian từ máy tính cho Dalas
Lưu đồ 4.3 Đọc mức nước bồn trên
Lưu đồ 4.4 Đọc mức nước bồn dưới
Lưu đồ 4.5 Gởi tín hiệu từ board chính về máy tính
Thi công
Bồn trên được thiết kế thu nhỏ với chất liệu mica làm vách, keo silicon và khung sắt V30mm làm khung cố định.
Cảm biến được thiết kế bằng công tắc từ đặt ở 8 vị trí từ mức 1 đến mức 8 của bồn nước.
Kết hợp bồn nước trên và cảm biến
Mức8- 200m 3 Mức 7- 175m 3 Mức 6- 150m 3 Mức 5- 125m 3 Mức 4- 100m 3 Mức 3- 75m 3 Mức 2- 50m 3 Mức 1- 25m 3
Hình 4.2 Cảm biến nước của bồn trên
Hình 4.3 Bồn trên và cảm biến
Mức8Mức 7Mức 6Mức 5Mức 4Mức 3Mức 2Mức 1
Hồ trên được thiết kế thu nhỏ với chất liệu mica làm vách, keo silicon và khung sát V30mm làm khung cố định.
4.3.4 Thi công cảm biến bồn dưới
Cảm biến được thiết kế với công tắc từ tại 4 vị trí từ mức 1 đến mức 4 của bồn nước, giúp ngăn ngừa tình trạng cạn nước và hiển thị chính xác mực nước trong bồn.
Kết hợp bồn nước trên và cảm biến
Hình 4.5 Cảm biến nước bồn dưới
Hình 4.6 Bồn dưới và cảm biến nước
4.3.5 Thi công bảng điều khiển
Hình 4.7 Lắp đặt thiết bị điều khiển bơm
4.3.6 Thiết kế board đọc mực nước bồn trên, dưới và hiển thị Led
Thiết kế mạch đọc mức nước bồn trên và dưới được tiến hành theo các mục sau:
Dựa vào sơ đồ nguyên lý, dùng phần mềm Eagle để vẽ, board mạch sau khi vẽ hoàn thành như sau:
Hình 4.8 Mạch in của board đọc mức nước
Sau khi hoàn thành việc vẽ, hãy in hình lên giấy A4 Tiếp theo, đặt giấy in lên mạch đồng và sử dụng bàn ủi để làm cho mực bám chặt vào lớp đồng Cuối cùng, ngâm mạch trong dung dịch rửa mạch khoảng 15 phút để có được mạch đồng như mong muốn.
4.3.6.2 Thi công lắp ráp linh kiện
Hình 4.9 Mạch đọc mức nước hoàn thiện
4.3.7 Thi công board điều khiển chính
Board mạch chính được thi công gồm 2 phần: thi công mạch in và thi công lắp ráp linh kiện hoàn chỉnh.
Phương pháp thi công tương tự như trên
Hình 4.10 Mạch in của board chính
4.3.7.2 Thi công lắp ráp linh kiện
Mô hình thi công hoàn chỉnh
Hình 4.12 Mô hình hoàn thiện
Hướng dẫn sử dụng trên máy tính
Hướng dẫn sử dụng gồm: giao diện trên màn hình và các tính năng điều khiển.
4.5.1 Các giao diện trên màn hình
- Sau khi lập trình xong sẽ đóng gói và tạo file chạy như màn hình sau:
Hình 4.13 Giao diện màn hình máy tính
- Giao diện sau khi chạy chương trình
Hình 4.14 Giao diện màn hình điều khiển bơm nước trên máy tính
Biểu tượng chạy chương trình
- Các phím chức năng trên dao diện chính
Hình 4.15 Các phím chức năng trên màn hình điều khiển trên máy tính
Bước 1: Trên bảng điều khiển chuyển nút CS sang chế độ Auto.
Bước 2: Kết nối máy tính với board mạch điều khiển qua cáp RJ45.
Bước 3: Mở file BMS control, xem các giao diện mục 4.13
Bước 4: Muốn điều khiển máy bơm ở chế độ bằng tay thì chuyển nút System sang chế độ ON, muốn dừng chuyển sang OFF.
Bước 5: Muốn điều khiển máy bơm hoạt động theo thời gian cài đặt chuyển nút System sang chế độ Auto.
Hiển thị thứ (từ thứ 2 đến chủ nhật)
Hiển thị ngày, tháng, năm và điều chỉnh giờ, phút, giây Có thể điều chỉnh ngày, tháng, năm và chọn thứ trong tuần từ thứ Hai đến Chủ nhật Ngoài ra, người dùng có thể điều khiển chế độ hoạt động của bơm với các tùy chọn Auto và On.
Cài đặt mực nướ c bơm giờ cao điểm
Cài đặt mực nước bơm giờ trung bình
Cài đặt thời gian bơm giờ thấp điểm
Hiển thị 8 mức nước bồn trên
Hiển thị 8 mức nước bồn dưới
2 Máy bơm nước sinh hoạt
Hiển thị mức nước của bồn trên
Hiển thị mức nước của bồn dưới Đồng hồ cập nhật từ board mạch điều khiển
Các nút cài đặt mức nước giờ cao điểm, trung bình và điều chỉnh thời gian giờ thấp điểm giúp người vận hành linh hoạt điều khiển theo nhu cầu sử dụng nước khác nhau.
- Các nút cài đặt ngày, giờ giúp người vận hành kiểm tra sự hoạt động của hệ thống.
Màn hình hiển thị hai chế độ mực nước thông qua hình ảnh và cảm biến, giúp người vận hành dễ dàng quan sát mức nước thực tế trong bồn.
Kết quả khi điều khiển bơm nước bởi BMS
Theo tính toán bơm nước mục 2.2.6 chia ra làm các thời điểm bơm hoạt động như sau:
4.6.1 Giờ thấp điểm từ 22h00 đến 4h00 Nếu nước bồn cạn đến cảm biến 1 hoặc sau 3h00 thì bơm hoạt động đến cảm biến 8.
Hệ thống ON được kích hoạt khi mực nước đạt đến cảm biến 1 và tự động OFF khi mực nước bơm tới cảm biến 8 Bài viết kèm theo hình ảnh thực tế hiển thị trên màn hình máy tính cùng với hình ảnh kết nối giữa máy tính và mô hình thực tế.
4.6.1.1 Hình chụp mô hình ở chế độ ON
Theo hình ảnh trên màn hình máy tính, hiện tại là 3 giờ 8 phút 18 giây Hệ thống hiển thị bồn nước trên cạn với mức nước ở số 1, và đang hoạt động ở chế độ tự động (Auto) và bật (ON).
Hình 4.16 Chế độ ON trên mà hình vi tính giờ thấp điểm
Hình 4.17 Kết nối giữa máy tính và mô hình chế độ ON
Hình hiển thị bồn hết nước
Mức nước đến cảm biến 1
Nút CS ở vị trí Auto Đèn báo bồn trên cạn đến mức 1 Đèn báo động cơ đang hoạt động
4.6.1.2 Hình chụp mô hình ở chế độ OFF
Khi bơm tới mức 8 thì trên màn hình máy tính thể hiện như sau:
Hình 4.18 Chế độ OFF trên mà hình vi tính giờ thấp điểm
Hình 4.19 Kết nối giữa máy tính và mô hình chế độ OFF
Chế độ Auto Đèn báo ở chế độ OFF Đèn báo bồn trên ở mức 8 (bồn đầy nước)
Chế độ Auto System đang OFF
Hình hiển thị bồn đầy nước
Mức nước đến cảm biến 8
4.6.2 Giờ cao điểm 17h00 đến 20h00 mức nước cạn đến cảm biến 1 thì bơm đến cảm biến 4.
4.6.2.1 Hình chụp trên màn hình máy tính và hình kết nối giữa máy tính và mô hình ở chế độ ON
Hình 4.20 Chế độ ON trên màn hình vi tính giờ cao điểm
Hình 4.21 Kết nối giữa máy tính và mô hình chế độ ON Đèn báo bồn trên cạn đến mức 1 Đèn báo động cơ đang hoạt động
Hình hiển thị bồn hết nước Mức nước đến cảm biến 1 Đồng hồ thời gian thực
Chế độ AutoSystem đangON
4.6.2.2 Hình chụp trên màn hình máy tính và hình kết nối giữa máy tính và mô hình ở chế độ OFF
Hình 4.22 Chế độ OFF trên màn hình vi tính giờ cao điểm
Hình 4.23 Kết nối giữa máy tính và mô hình chế độ OFF
Chế độ Auto Đèn báo ở chế độ OFF Đèn báo bồn trên ở mức 4 Đồng hồ thời gian thực
Mức nước đến cảm biến 4