Tổng quan hệ thống thông gió tầng hầm
Đặt vấn đề
Trong cuộc sống hiện đại, tòa nhà thông minh ngày càng được ưa chuộng nhờ vào sự tiện lợi, an toàn và trải nghiệm tuyệt vời mà chúng mang lại Các trung tâm thương mại, chung cư cao tầng, khách sạn và khu vui chơi giải trí đều có tầng hầm phục vụ nhu cầu gửi xe và các dịch vụ khác Hệ thống thông gió là một thành phần thiết yếu, góp phần tạo ra không gian tươi mát và sạch sẽ cho các tòa nhà.
Không gian tầng hầm thường được sử dụng cho bãi đỗ xe, thu gom rác và trung tâm thương mại, dẫn đến việc phát sinh khí độc hại như NO, CO2, SO2 Những khí này có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và công việc của cư dân cũng như nhân viên tại khu vực Đặc biệt, sự tích tụ quá nhiều CO2 có thể gây ra các sự cố ngoài ý muốn như hỏa hoạn, ảnh hưởng đến tính mạng và tài sản của người dân Do đó, hệ thống thông gió tầng hầm đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc đảm bảo an toàn.
Theo Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA), nấm mốc, đặc biệt là nấm mốc đen, có thể gây ra dị ứng, làm nặng thêm cơn hen và xuất hiện triệu chứng cúm Tại Việt Nam, người dân thường chỉ chú trọng đến việc thông gió tầng hầm để giảm lượng khí CO, trong khi ở nhiều quốc gia khác, việc giảm thiểu khí Radon - nguyên nhân chính gây ung thư phổi ở những người không hút thuốc - được đặt lên hàng đầu.
Hiện nay, Tiêu chuẩn 5687-2010 là tiêu chuẩn hàng đầu tại Việt Nam cho việc thiết kế hệ thống thông gió tầng hầm, được coi là phương pháp tính toán thông gió tầng hầm chính thống và hiệu quả nhất.
Hình 1.1 TCVN 5687:2010 về thông gió tòa nhà
Hệ thống thông gió là gì?
Hệ thống thông gió là giải pháp giúp không khí trong lành lưu thông và loại bỏ không khí ô nhiễm trong không gian hạn chế Được áp dụng rộng rãi trong cả gia đình và nơi làm việc, hệ thống này có nhiều mục đích, bao gồm duy trì độ ẩm và nhiệt độ ổn định, loại bỏ bụi bẩn và chất gây dị ứng, cũng như cung cấp và trao đổi khí O2 và CO2.
Hình 1.2 Mô phỏng hệ thống thông gió
3 Chức năng của hệ thống thông gió
Quạt thông gió tầng hầm đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các khí độc hại như CO2, SO2 và các chất ô nhiễm khác Đồng thời, thiết bị này còn cung cấp không khí tươi từ bên ngoài, giúp cải thiện chất lượng không khí, mang lại không gian trong lành và thoáng mát hơn cho tầng hầm.
Tạo bầu không khí trong lành trong môi trường làm việc, tăng cường sức khỏe cho người lao động
Phòng chống hỏa hoạn và kiểm soát cháy là rất quan trọng, giúp hút khói và mùi một cách nhanh chóng khi xảy ra hỏa hoạn, từ đó hỗ trợ con người di tản an toàn.
Lắp đặt và vận hành hệ thống tiết kiệm chi phí, đồng thời dễ dàng bảo trì, phù hợp với tiêu chuẩn sử dụng cũng như điều kiện khí hậu và kinh tế tại Việt Nam.
Hình 1.3 : Mô phỏng hệ thống thông gió
4 Phân loại hệ thống thông gió
4.1 Theo hướng chuyển động của gió
Thổi không khí sạch vào phòng và không khí trong phòng thải ra bên ngoài qua các khe hở của phòng nhờ chênh lệch cột áp
Phương pháp thông gió kiểu thổi mang lại lợi ích lớn khi có khả năng cung cấp gió đến những khu vực cần thiết, đặc biệt là nơi tập trung đông người hoặc có nhiều nhiệt và độ ẩm dư thừa Hệ thống này thường duy trì tốc độ gió luân chuyển cao, giúp cải thiện chất lượng không khí và tạo sự thoải mái cho người sử dụng.
Một nhược điểm của phương pháp này là áp suất dương trong phòng, dẫn đến gió có thể tràn ra mọi hướng, gây ra hiện tượng gió xâm nhập vào các khu vực không mong muốn.
Hệ thống hút xả không khí ô nhiễm trong phòng giúp loại bỏ không khí độc hại, trong khi không khí tươi từ bên ngoài được đưa vào qua các khe hở hoặc cửa thông gió nhờ vào sự chênh lệch áp suất.
Thông gió kiểu hút xả mang lại lợi ích lớn nhờ khả năng hút trực tiếp không khí ô nhiễm từ nguồn phát sinh, ngăn chặn sự lan tỏa trong không gian phòng Với thiết kế này, lưu lượng thông gió không cần quá lớn nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả cao trong việc cải thiện chất lượng không khí.
Phương pháp này có nhược điểm là gió tuần hoàn trong phòng rất thấp, gần như không có sự tuần hoàn đáng kể Hơn nữa, không khí tràn vào phòng một cách tự do, dẫn đến việc không thể kiểm soát chất lượng không khí Điều này có thể khiến không khí từ những vị trí không mong muốn xâm nhập vào không gian sống.
Phương pháp thông gió hiệu quả nhất là kết hợp giữa hút xả và thổi không khí vào phòng Hệ thống này bao gồm quạt hút để loại bỏ không khí ô nhiễm từ những vị trí phát sinh chất độc và quạt thổi để cung cấp không khí tươi đến những khu vực cần thiết nhất.
Phương pháp kết hợp tận dụng tất cả các ưu điểm của hai phương pháp cấp gió trước đó, đồng thời khắc phục những nhược điểm của chúng Mặc dù vậy, chi phí đầu tư cho phương pháp này lại cao hơn.
Hình 1.4 Phương pháp thống gió kết hợp 4.2 Theo phương pháp tổ chức
Thông gió tổng thể cho toàn bộ phòng hay công trình, nhà ở
Thông gió tổng thể cho toàn bộ phòng hay công trình, nhà ở
Hình 1.5 Thông gió cục bộ cho nhà ở 4.3 Theo mục đích
Mục đích của thông gió nhằm loại bỏ các chất độc hại, nhiệt thừa, ẩm thừa và cung cấp ôxi cho sinh hoạt của con người
Các chung cư cao cấp, văn phòng, nhà xưởng đều có trang bị hệ thống thông gió nhằm khắc phục các sự cố khẩn cấp
Khi xảy ra hỏa hoạn, cần ngăn chặn lửa xâm nhập vào cầu thang và cửa thoát hiểm Hệ thống hút gió hoạt động hiệu quả, tạo áp lực dương để hỗ trợ mọi người thoát hiểm một cách dễ dàng.
Hình 1.6 So sánh hệ thống thông gió sự cố và hệ thống thông gió thông thường
Hiện nay có 2 phương án chính để thông gió cho tầng hầm bao gồm : thông gió tự nhiên và thông gió cơ học
Thông gió tự nhiên tầng hầm sử dụng luồng không khí tự nhiên và thường áp dụng cho các tầng hầm có thiết kế cửa sổ hoặc ô lấy gió có thể điều chỉnh Các cửa này mở ra trong điều kiện bình thường và sẽ đóng lại khi trời mưa để ngăn ngừa nước xâm nhập Để đạt hiệu quả tốt nhất, cửa lấy gió cần được bố trí đều và đối diện nhau, theo hướng gió tự nhiên Phương pháp này giúp tiết kiệm chi phí cho chủ đầu tư, nhưng không hiệu quả khi độ ẩm trong tầng hầm quá cao.
Hình 1.7: Hệ thống thông gió tự nhiên
Thông gió cơ học là phương pháp sử dụng quạt và hệ thống ống gió để cung cấp và hút không khí từ bên ngoài vào không gian hầm Tùy thuộc vào kinh phí, số tầng hầm và mục đích sử dụng, một số tầng hầm chỉ có hệ thống hút thải, trong khi những tầng khác có cả hệ thống cấp và hút không khí.
Hình 1.1 Hệ thống thông gió cơ học
5 Các loại khí độc có thể có trong tầng hầm
Khí CO, hay cacbon monoxit, có công thức hóa học là CO, là loại khí không màu, không mùi và có độc tính cao, dễ gây nổ ở nồng độ cao Nó là sản phẩm của quá trình cháy không hoàn toàn của các chất chứa cacbon như xăng, dầu, và gỗ Độc tính của cacbon monoxit rất nguy hiểm; chỉ cần hít phải một lượng nhỏ có thể gây ngạt khí và dẫn đến tử vong nếu không được phát hiện kịp thời.
Hình 1.9 Ngộ độc khí CO
5.1.2 Các nguồn gây ra khí CO và các triệu chứng ngộ độc khí CO
Tính toán thiết kế thông gió tầng hầm
Mô tả bài toán
Trong bài tập lớn này, chúng em sẽ thiết kế hệ thống thông gió cho tầng hầm của một khu thương mại Tầng hầm bao gồm một bãi đỗ xe với kích thước 70m x 70m x 3m, đảm bảo thông thoáng và an toàn cho người sử dụng.
Loại bỏ khí độc hại ( CO, NO2 ) ra khỏi khu vực để xe, duy trì nồng độ các khí ở mức an toàn
Cung cấp đủ lượng khí tươi cần thiết cho tầng hầm
Kiểm tra, giám sát nhiệt độ, độ ẩm trong tầm hầm
Cho phép ban quản lý giám sát và điều khiển hoạt động thông gió tầng hầm
Hình 2.1 Sơ đồ thiết kế tầng hầm
Tính toán thiết kế hệ thống
2.1 Tính thể tích tầng hầm
Giả thiết tầng hầm có kích thước 70m x 70m có chiều cao 3m
Tổng thể tích tầng hầm là V 70 m 70 m 3 m 14700 m 3
2.2 Tính lưu lượng gió thải
Quy chuẩn thiết kế: Theo tài liệu tiêu chuẩn Sigapore CP 13 1999: lưu lượng thay đổi không khí trong không gian tầng hầm dùng làm bãi đậu xe như sau:
Lưu lượng không khí thải lấy đi ở trạng thái bình thường:
Lưu lượng không khí thải lấy đi ở trạng thái có cháy:
2.3 Tính chọn quạt hút khí thải
Chọn số lượng quạt hút không khí thải là 2 cho 2 đường ống hút
Do đó lưu lượng mỗi quạt sẽ là:
Theo kết cấu đường ống không khí thải đã thiết kế, chọn cột áp tĩnh của quạt là 550Pa
Như vậy quạt được chọn là 2 loại tốc độ, theo đó thông số quạt sẽ là:
Sử dụng quạt hướng trục AXP – 7 – NoD và AXP – 8 – NoD
Quạt hút khí thải AXP- 7-NoD
Quạt cấp khí tươi AXP-8- NoD
Công suất 0.55 - 132 kW 0.55 – 22 kW Điện áp 220 – 380V 220 – 380V
Lưu lượng 700 – 130.000 m3/h 2500 – 100 000 m3/h Áp suất 60 – 3200 Pa 100 – 800 Pa
Với quạt AXP – 7 – NoD ta lựa chọn biến tần HVAC400-132-21 của Honeywell với công suất 132kW, điện áp 400V, tần số 0 – 320Hz
Hình 2.2: Quạt hút thải và biến tần
2.4 Tính toán ống thông gió chính
Lưu lượng gió lúc bình thường: 12500 l/s, chọn vận tốc trong ống gió chính là 6.8m/s Tổn thất trên một met chiều dài ống: 0.219 Pa/m
Kích thước ống gió: 1200x1650mm
Lưu lượng gió lúc có cháy: 18500 l/s, chọn vận tốc gió trong ống gió chính 9.6 m/s
Tổn thất trên một met chiều dài ống: 0.55 Pa/m
Kích thước ống gió: 1200x1650mm
Hình 2.3 Tính toán ống thông gió nhờ app McQuay
2.5 Tính toán số lượng miệng ống gió Ống gió thải (tính tương tự cho 2 đường ống hút gió thải)
Kích thước (cổ) miệng gió chọn là: 0.5 0.5m
Tiết diện của miệng gió: 0.25
Ta chọn vận tốc gió qua miệng gió là 2 m/s
Số miệng gió sẽ là: 18.5/(0.25x2) = 37
Lựa chọn thiết bị
Cấu trúc hệ thống
Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống
Lựa chọn thiết bị
Hình 3.2 Bộ điều khiển CiPer 30 Thông số kỹ thuật
Nguồn điện: 20‐30 Vac; 50 / 60Hz Đầu vào chung (UI)
Bài viết đề cập đến 22 đầu vào đa năng, bao gồm 6 giao diện người dùng (UI) và 3 giao diện có thể định cấu hình như đầu ra tương tự (AO) Các giao diện này cho phép kết nối với các cảm biến bên ngoài như 20KNTC, PT1000 và các cảm biến điện trở khác Đầu vào xung hỗ trợ tần số tối đa 100Hz, với chu kỳ làm việc tối thiểu là 5 mS cho cả chế độ BẬT và TẮT.
Ba trong số sáu giao diện người dùng (UI 4, 5, 6) có khả năng cấu hình là đầu ra analog (AO 1, 2, 3) Đầu ra analog này có thể được tùy chỉnh riêng cho dòng điện hoặc điện áp đầu ra kỹ thuật số (DO).
Rơ le trạng thái rắn 6 đầu ra kỹ thuật số có khả năng đánh giá dòng điện liên tục lên đến 1.5A và đạt 3.5A trong thời gian ngắn 100 mili giây Thiết bị này hoạt động với điện áp từ 20 đến 30 VAC tại tần số 50/60Hz.
Thông số kỹ thuật phần cứng
CPU Cortex A9 32-bit processor 1 GHz,
Hệ điều hành QNX cung cấp độ chính xác cao cho thời gian, bao gồm lịch 24 giờ và 365 ngày, với khả năng hiển thị ngày trong tuần Hệ thống được cấu hình để tự động điều chỉnh giờ tiết kiệm ánh sáng ban ngày vào lúc 2 giờ sáng theo giờ địa phương vào những ngày đã định Ngoài ra, hệ thống cũng đảm bảo sao lưu tối thiểu trong vòng 48 giờ.
Mất nguồn Sao lưu bộ nhớ 24 giờ ở 32 ° F đến 100 ° F (0 ° C đến
(38 ° C đến 50 ° C) Thời gian chính xác ±1 minute per month at 77° F (25° C)
Gắn Bộ điều khiển CIPer này gắn trên thanh DIN tiêu chuẩn theo một trong hai cách:
Theo chiều dọc, với các kết nối ở bên phải và bên trái của thiết bị
Theo chiều ngang, với các kết nối ở trên và dưới của thiết bị
Bộ điều khiển này được trang bị kẹp khóa và hai loại mô-đun mở rộng I/O, giúp đảm bảo kết nối chính xác giữa các mô-đun khi gắn trên đường ray DIN Ngoài ra, bộ điều khiển có thể được gắn vít qua bốn mấu gắn, dễ dàng truy cập dưới các nắp, và có thể ngắt nếu cần để tiết kiệm không gian khi lắp đặt trên thanh ray DIN.
E3Point có khả năng phát hiện nhiều loại khí độc hại và dễ cháy trong các không gian tòa nhà thương mại và tòa nhà phụ, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.
E3Point là thiết bị phát hiện khí đa năng, có khả năng phát hiện 23 loại khí như CO, NO2, O2, H2, H2S, CH4 và C3H8 Thiết bị này có thể hoạt động độc lập với khả năng phát hiện khí đơn hoặc kép thông qua cảm biến từ xa Ngoài ra, E3Point còn có thể kết nối mạng và tương thích với các hệ thống như BACnet, Modbus hoặc các hệ thống tự động hóa tòa nhà khác, đồng thời hoạt động hiệu quả với các bộ điều khiển hiện có trong hệ thống giám sát khí có dây và không dây.
E3Point tích hợp Hệ thống thông gió kiểm soát theo nhu cầu thông qua rơ le, Hệ thống tự động hóa tòa nhà (BAS) hoặc bộ điều khiển, nhằm nâng cao hiệu quả tiết kiệm năng lượng và kéo dài tuổi thọ quạt Bên cạnh đó, E3Point còn tối ưu hóa hiệu suất cho các hệ thống HVAC, giám sát lửa / khói và các hệ thống tòa nhà khác, phù hợp với các phương pháp tốt nhất trong xây dựng xanh.
Thiết kế sản phẩm thông minh không chỉ giúp giảm chi phí sở hữu mà còn tăng tính linh hoạt trong ứng dụng Cảm biến thông minh được hiệu chỉnh trước và tự động cấu hình, hoạt động liên tục nhờ công nghệ Reflex © đã được cấp bằng sáng chế, theo dõi tình trạng tế bào cảm biến và cảnh báo người dùng về lỗi Hệ thống hộp mực cảm biến plug-n-play, cùng với menu thân thiện và các tùy chọn đi dây, đơn giản hóa quy trình lắp đặt và bảo trì, đồng thời giảm chi phí giám sát khí trong suốt vòng đời thiết bị.
Các tính năng và lợi ích bổ sung:
Đi kèm độc lập, độc lập với điều khiển từ xa (chế độ khí kép) hoặc phiên bản mạng
Kết nối với các hệ thống tương tự hoặc kỹ thuật số
Hoạt động với hầu hết mọi BAS bao gồm BACnet và Modbus
Kết nối với hệ thống có dây hoặc không dây (thông qua bộ điều khiển không dây 301CW)
Giá treo tường hoặc ống gió
Hộp mực được hiệu chuẩn tại nhà máy
Hiệu quả về chi phí:
Tiết kiệm năng lượng thông qua Hệ thống thông gió kiểm soát nhu cầu
Đơn giản hóa việc cài đặt / bảo trì thông qua cảm biến plug-n-play
Tùy chọn cảm biến từ xa cung cấp khả năng giám sát khí kép (chỉ dành cho phiên bản độc lập)
Tối ưu hóa BAS, hệ thống cứu hỏa, thông gió và các hệ thống an ninh khác Truyền thông đa năng:
Hoạt động thông qua BAS để cải thiện chẩn đoán lỗi và thu thập dữ liệu về mức nồng độ khí, tình trạng cảm biến, v.v
Kết hợp với 301C để ghi dữ liệu và chuỗi daisy lên đến 96 đơn vị E3Point Công nghệ cảm biến tiên tiến:
Phát hiện CO, NO2, O2, H2, H2S, CH4, C3H8
Hiệu suất cảm biến điện hóa tiên tiến (đối với khí độc) và hạt xúc tác (đối với khí dễ cháy)
Sử dụng công nghệ Reflex® và hộp mực thông minh đã được cấp bằng sáng chế Chứng chỉ Điện • Hoa Kỳ (ANSI / UL 61010-1) • Canada (CSA C22.2
Các tính năng và lợi ích:
Độc lập, độc lập với điều khiển từ xa (chế độ khí kép) hoặc các phiên bản mạng có sẵn
Tiết kiệm năng lượng thông qua Hệ thống thông gió kiểm soát nhu cầu
Thông số kỹ thuật nhanh:
Hệ thống phát hiện khí độc và dễ cháy hoàn chỉnh với thiết bị âm thanh trên tàu
Có sẵn trong các tùy chọn điểm đơn hoặc khí kép
Đầu ra analog 4-20 mA hoặc Digital (Bacnet, Modbus và Lonworks)
Phạm vi phát hiện và mức báo động
Khí Phạm vi đo Cảnh báo
CO 0-250 ppm 25 ppm 100 ppm 255 ppm 500 ppm
H2 S 0-50 ppm 10 ppm 15 ppm 20 ppm 150 ppm
NO2 0-10 ppm 0.7 ppm 2 ppm 9 ppm 1000 ppm
O2 0-25%vol 19.5%vol 22%vol 22.5%vol 100%vol
COMB 0-100%LEL 25%LEL 50%LEL 90%LEL 100 %LEL
2.3 Cảm biến nhiệt độ & độ ẩm
Ngoài việc chú ý đến nồng độ an toàn của các thành phần khí trong không khí, nhiệt độ và độ ẩm cũng rất quan trọng Nhiệt độ cao hoặc độ ẩm tăng cao có thể dẫn đến tình trạng nồm ẩm trong hầm, gây hư hại cho các phương tiện lưu trữ trong đó.
Mã sản phẩm: XD100D – HT – 485
Hình 3.4 Cảm biến nhiệt độ & độ ẩm Tính năng:
Module kỹ thuật số, Độ phân giải 14 bit
Combo với nhiệt độ và độ ẩm, dễ dàng đo bên ngoài điểm
Đáng tin cậy và lâu dài
Giao thức: MODBUS , dễ dàng kết nối với PLC
Đã được sử dụng rộng rãi bởi Huawei/Emerson, v v
Dòng điện hoạt động: Ít hơn 15Ma
Phạm vi nhiệt độ -4 ~ 158F(-20 độ C-70 độ C) Độ chính xác nhiệt độ ± 1 độ C (BFSL) Độ phân giải nhiệt độ 0.05 độ C
Khoảng Đo độ ẩm 0 ~ 100% RH Độ ẩm độ phân giải 0.04% RH Độ chính xác độ ẩm ± 4% RH @ 77F(25 độ C)
Lưu trữ phạm vi nhiệt độ -40F ~ 185F(-40 độ C ~ 85 độ C) Độ ẩm lưu trữ 30-50% RH
Phạm vi nhiệt độ hoạt động -13 ~ 185F(-25 độ C ~ 85 độ C)
Giao tiếp Cấu hình 9600bps, N, 8, 1
Truyền Khoảng cách MODBUS-RTU
2.4 Cảm biến tốc độ gió
Tên sản phẩm: Cảm biến hướng gió
Cảm biến tốc độ gió được thiết kế với vỏ hợp kim nhôm, bộ nhận gió 3 cánh và cáp đầu ra 4 dây, mang lại độ bền cao và khả năng chống chịu thời tiết tốt Sản phẩm này không chỉ chống ăn mòn mà còn có khả năng chịu nước, đảm bảo hiệu suất sử dụng lâu dài.
Cảm biến tốc độ gió đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như máy móc kỹ thuật (cần trục, cần cẩu bánh xích, cần cẩu tháp), đường sắt, cảng, nhà máy điện, khí tượng, cáp treo, môi trường, nhà kính, chăn nuôi, điều hòa không khí và nông nghiệp Sự ứng dụng rộng rãi của thiết bị này giúp cải thiện hiệu suất và an toàn trong các hoạt động liên quan đến gió.
Tính năng của Cảm Biến Tốc Độ Gió:
Kích thước nhỏ, vật liệu hợp kim nhôm, độ bền cao
Ngoại hình tinh tế, độ chính xác cao
Khả năng chống nhiễu cho khoảng cách truyền xa
Tiêu thụ điện năng thấp, Phạm vi rộng, thông tin dữ liệu tốt
Dễ lắp đặt, dễ mang theo
Thông số của Cảm Biến Tốc Độ Gió
Giao tiếp RS485 / RS232 Điện áp 9V-24V DC Độ phân giải 0.1M / S
Tín hiệu out Loại xung MAX ≤ 200MW Tốc độ gió khởi động 0,4 ~ 0,8M / S
Tốc độ gió đo được 0-30m / s hoặc 0-60m / s
Chiều dài dây cảm biến 3m
Sơ đồ kết nối của Cảm Biến Tốc Độ Gió:
Dây màu vàng —- Tín hiệu điện áp
Dây màu xanh —– Tín hiệu dòng điện
Mạng truyền thông
Tổng quan
Trong lĩnh vực tự động hóa tòa nhà, có hai xu hướng chính liên quan đến các giao thức Một số nhà phát triển chọn giữ phần lớn nội dung giao thức độc quyền, cho phép các nhà sản xuất phát triển sản phẩm dựa trên các tiêu chuẩn đã được thiết lập Ngược lại, một số nhà phát triển khác công bố rộng rãi các tiêu chuẩn này, tạo điều kiện cho bất kỳ nhà sản xuất nào cũng có thể phát triển sản phẩm theo đó.
Ba giao thức phổ biến nhất hiện nay trong lĩnh vực tự động hóa tòa nhà là BACnet, LonMark và Modbus Mặc dù cả ba đều thành công trong việc triển khai hệ thống, nhưng cách thức hoạt động và giải quyết vấn đề của chúng lại rất khác nhau Sự khác biệt này không phản ánh sự ưu việt của giao thức nào, mà chỉ đơn thuần là sự đa dạng trong cách tiếp cận.
Hình 4.1 Ba loại giao thức phổ biến trong công nghiệp
BACnet
BACnet là một giao thức truyền thông dữ liệu quan trọng, chủ yếu được áp dụng trong ngành tự động hóa tòa nhà và hệ thống HVAC (Sưởi ấm, Thông gió và Điều hòa không khí).
Giao thức này cho phép các thiết bị như máy điều hòa không khí, máy bơm và thiết bị thông gió kết nối và giao tiếp hiệu quả với PLC, từ đó tạo ra những ngôi nhà "thông minh" với mức độ tự động hóa cao.
BACnet, viết tắt của Building Automation and Control Networks, là một tiêu chuẩn quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa và điều khiển tòa nhà, được phát triển lần đầu vào năm 1987 dưới sự hỗ trợ của Hiệp hội các kỹ sư nhiệt lạnh và điều hòa không khí (ASHRAE) Tiêu chuẩn này không chỉ là tiêu chuẩn quốc gia của Mỹ mà còn được công nhận là tiêu chuẩn châu Âu, tiêu chuẩn quốc gia của hơn 30 quốc gia khác và tiêu chuẩn toàn cầu ISO, đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hệ thống quản lý tòa nhà.
The BACnet protocol utilizes various services to connect devices within a building, including Who-Is, I-Am, Who-Has, and I-Have, which facilitate device and object discovery Additionally, the Read-Property and Write-Property services are employed for data sharing BACnet defines executable objects according to these services, which encompass a range of types such as Analog Input, Analog Output, Analog Value, Binary Input, Binary Output, Binary Value, Multi-State Input, Multi-State Output, Calendar, Event-Enrollment, File, Notification-Class, Group, Loop, Program, Schedule, Command, and Device.
BACnet không xác định cấu hình bên trong, cấu trúc dữ liệu hoặc logic điều khiển của bộ điều khiển Thông tin hiển thị qua mạng truyền thông được tóm tắt từ các chi tiết thực hiện bằng cách sử dụng các đối tượng tiêu chuẩn.
Hình 4.1 Các đối tượng BACnet
BACnet được xây dựng dựa trên kiến trúc bốn lớp, tương ứng với các lớp vật lý, liên kết dữ liệu, mạng và ứng dụng trong mô hình OSI Tiêu chuẩn BACnet định nghĩa rõ ràng lớp ứng dụng và lớp mạng một cách đơn giản.
Lớp ứng dụng – BACnet Application Layer
Để hiểu Lớp ứng dụng BACnet, cần xem xét nó như hai phần liên quan: một mô hình thông tin trong thiết bị tự động hóa tòa nhà và một tập hợp các chức năng hay "dịch vụ" dùng để trao đổi thông tin này.
Thiết kế và cấu hình bên trong của thiết bị BACnet mang tính độc quyền và khác nhau giữa các nhà cung cấp Để giải quyết vấn đề này, BACnet đã xác định một tập hợp các cấu trúc dữ liệu trừu tượng gọi là “đối tượng”, với các thuộc tính của chúng phản ánh các khía cạnh khác nhau của phần cứng, phần mềm và hoạt động của thiết bị.
Các đối tượng BACnet cho phép xác định và truy cập thông tin mà không cần hiểu biết về thiết kế bên trong của thiết bị Phần mềm giao tiếp trong thiết bị có khả năng diễn giải các yêu cầu thông tin từ những đối tượng trừu tượng này và chuyển đổi chúng để lấy dữ liệu từ các cấu trúc bên trong Nhìn chung, các đối tượng này tạo ra một đại diện "có thể nhìn thấy mạng" của thiết bị BACnet Một số kiểu đối tượng của BACnet bao gồm Analog Input, Analog Output, Analog Value, Binary Input, Binary Output, Binary Value, Calendar, Command và Device.
Mục đích của hầu hết các đối tượng BACnet nêu rõ ràng từ tên của đối tượng
Calendar: đại diện cho một danh sách các ngày có ý nghĩa đặc biệt khi thiết bị bắt đầu hoạt động:
Command: đại diện cho một trình tự các lệnh hành động, chẳng hạn như quy trình khởi động theo trình tự của một số thiết bị
Thiết bị: Cung cấp thông tin tổng quan về một thiết bị cụ thể, bao gồm tên nhà cung cấp, kiểu máy, vị trí, phiên bản giao thức hỗ trợ và loại đối tượng tương thích.
Event Enrollment cung cấp phương thức để xác định cảnh báo và các loại sự kiện khác, đồng thời chỉ định ai sẽ nhận thông báo khi chúng xảy ra Các đối tượng như Analog Input, Analog Output, Analog Value, Binary Input, Binary Output, Binary Value và Loop có các thuộc tính tùy chọn hỗ trợ khả năng báo cáo sự kiện nội tại mà không cần sử dụng Event Enrollment.
Group: cung cấp một cách viết tắt để đọc một số nhóm giá trị trong một yêu cầu
Loop có thể được sử dụng để biểu diễn bất kỳ vòng điều khiển phản hồi nào, bao gồm các kết hợp của điều khiển tỷ lệ, tích phân hoặc đạo hàm.
Notification Class: cung cấp cách quản lý việc điều phối các thông báo báo động hoặc sự kiện sẽ được gửi đến nhiều thiết bị khác nhau
Lớp mạng – BACnet Network Layer
BACnet cung cấp nhiều tùy chọn công nghệ mạng, cho phép thiết kế linh hoạt dựa trên nhu cầu về chi phí và hiệu suất Một công nghệ mạng duy nhất có thể được áp dụng trong hệ thống hoặc nhiều tùy chọn có thể kết hợp để tạo thành BACnet internetwork Giao thức lớp mạng của BACnet nhằm mục đích định tuyến thông điệp giữa các mạng BACnet khác nhau, bất kể công nghệ liên kết dữ liệu nào đang được sử dụng.
Liên kết dữ liệu và lớp vật lý
The BACnet protocol specifies several data link and physical layer connections, including ARCNET, Ethernet (BACnet/IP), Point-to-Point via RS-232, Master-Slave/Token-Passing (BACnet MS/TP) over RS-485, and LonTalk.
Tính linh hoạt của BACnet cho phép các nhà thiết kế hệ thống lựa chọn các tùy chọn phù hợp nhất cho từng ứng dụng cụ thể Trong các hệ thống tự động hóa tòa nhà lớn, thường có nhiều mạng phân cấp, với các bộ điều khiển ứng dụng nằm trên mạng LAN tốc độ thấp và được giám sát bởi các bộ điều khiển phức tạp hơn qua mạng LAN tốc độ cao Mặc dù BACnet hỗ trợ cấu trúc này, nhưng không bắt buộc phải áp dụng Kiến trúc phân lớp của BACnet cũng giúp giao thức thích ứng với những thay đổi công nghệ trong tương lai.
Giao thức BACnet gồm 2 phiên bản:
Dựa trên nền tảng nối tiếp: BACnet MS/TP
Dựa trên Ethernet: BACnet/IP
Bảng so sánh BACnet MS/TP với BACnet/IP
BACnet MS/TP BACnet/IP
Kiểu mạng RS-485 nối tiếp với giao thức chuyển mã thông báo Master/Slave
Mạng dựa trên Ethernet sử dụng UDP cho việc truyền dữ liệu
Cấu trúc liên kết Line topology (bus) Line or star topology
Cài đặt Bất kỳ cáp có ít nhất 3 dây dẫn có thể được sử dụng Khoảng cách giữa các nút phụ thuộc vào baud rate
Cáp xoắn Ethernet với đầu nối RJ45
Tốc độ 9600 kbit/s, 19200 kbit/s, 38400 kbit/s và 76800 kbit/s
Số tram tối đa 127 MS/TP masters Không giới hạn mạng về số lượng nút
Dữ liệu Tối đa 480 byte cho mỗi khung Tối đa 1476 byte mỗi khung
Tính năng mạng Cấu trúc mạng chi phí thấp, tốc độ thấp cho BACnet
BACnet qua các mạng IP tiêu chuẩn
Tìm hiểu về LONmark
Tiêu chuẩn LonMark dựa trên giao thức thông tin LonTalk, thiết lập quy tắc quản lý giao tiếp trong mạng thiết bị hợp tác Echelon đã hợp tác với Motorola để phát triển chip xử lý Neuron, giúp đơn giản hóa việc thực thi giao thức Chip này cùng phần mềm hỗ trợ xác định cách thức trao đổi thông tin giữa các thiết bị, cho phép các nhà thiết kế và lắp đặt tập trung vào các khía cạnh khác của hệ thống.
LonTalk tập trung vào cách các thiết bị truyền đạt thông tin mà không xem xét nội dung của việc trao đổi, trong khi LonWorks định nghĩa rõ ràng nội dung và cấu trúc thông tin được trao đổi LonWorks là một hệ thống điều khiển phân phối hoạt động trên nền tảng ngang hàng (peer-to-peer), cho phép mọi thiết bị giao tiếp với nhau hoặc sử dụng cấu hình chính-phụ (master-slave) để chia sẻ thông tin giữa các thiết bị thông minh Nền tảng LonWorks hỗ trợ nhiều phương tiện trao đổi thông tin đa dạng.
Các thiết bị tương thích với LonWorks giao tiếp với nhau qua một SNVT (Standard Network Variable Type) Mặc dù một SNVT định nghĩa một thiết bị cũng
Trong BACnet, 33 được xem như một đối tượng, yêu cầu cách giải quyết khác biệt Để một SNVT hoạt động hiệu quả, cả thiết bị gửi và nhận cần nắm rõ cấu trúc của SNVT Mỗi SNVT được gán một mã số riêng, giúp thiết bị nhận hiểu chính xác dữ liệu được truyền tải.
LonWorks ban đầu không định nghĩa mã SNVT cụ thể, dẫn đến sự nhầm lẫn giữa các nhà sản xuất khi sử dụng mã giống nhau cho các vấn đề khác nhau Để giải quyết vấn đề này và tiêu chuẩn hóa mã SNVT, Hiệp hội về Tính đổi lẫn cho LonMark (LonMark Interoperability Association) được thành lập vào năm 1994, bao gồm hàng trăm nhà sản xuất và tích hợp hệ thống Mục tiêu chính của hiệp hội là thiết lập các phương pháp tiêu chuẩn cho công nghệ LonWorks, đảm bảo rằng mọi thiết bị trong hệ thống LonMark hoạt động tương thích với nhau Để đạt được điều này, LonMark yêu cầu các thiết bị phải được thẩm tra tuân thủ giao thức LonMark để có được logo LonMark Hiệp hội cũng sử dụng công cụ trên nền web nhằm giảm thiểu thời gian và chi phí chứng nhận cho các thiết bị.
Một trong những đổi mới gần đây của LonMark là profile mạng, cho phép các thiết bị chuyên dụng trong hệ thống tòa nhà hoạt động đồng nhất mà không cần quan tâm đến nhà sản xuất Để giảm gánh nặng và tăng tốc độ lắp đặt, LonMark đã định nghĩa cách thức mà thiết bị thực thi chức năng trên mạng thông qua các điểm được đặt tên Profile mạng này là yêu cầu tối thiểu cho mọi thiết bị kết nối, trong khi các nhà sản xuất có thể bổ sung các mục riêng cho sản phẩm của họ, đảm bảo tính linh hoạt và đơn giản trong việc sử dụng.
Giống như BACnet, LonWorks cũng được chấp nhận và lưu hành bởi nhiều tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ANSI/CEA 709.1 và IEEE 1473-L)
Tìm hiểu về ModBus RTU
Giao thức Modbus, được phát triển bởi Modicon vào những năm 1970, đã trở thành một trong những phương tiện kết nối thiết bị điện tử phổ biến nhất trong các ứng dụng công nghiệp Sự đơn giản của Modbus không chỉ giúp nó dễ dàng tích hợp vào các hệ thống tự động hóa công nghiệp mà còn mang lại tính linh hoạt cho các ứng dụng tự động hóa tòa nhà.
Giao thức Modbus RTU là một giao thức mở, sử dụng các đường truyền vật lý RS-232 hoặc RS-485 với mô hình Master-Slave Giao thức này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS), tự động hóa, công nghiệp và điện lực.
Giao thức Modbus: Ổn định – Đơn giản – dễ dùng
Modbus là giao thức truyền thông hoạt động ở tầng "Application", cho phép truyền thông Master/Slave giữa các thiết bị kết nối thông qua các bus hoặc mạng.
Trên mô hình OSI, Modbus hoạt động ở lớp 7 và được xác định là giao thức "hỏi/đáp", sử dụng các "function codes" tương ứng để thực hiện quá trình này.
Hình 4.2 Bảy lớp của ModBus RTU
Modbus RTU hoạt động theo nguyên tắc "Master - Slave", trong đó một thiết bị Master có thể kết nối với nhiều thiết bị Slave Thiết bị Master thường là PLC, PC, DCS, RTU hoặc SCADA, trong khi thiết bị Slave thường là các cảm biến và thiết bị hiện trường Modbus là phương pháp phổ biến để truyền thông tin qua các kết nối này.
Mạng Modbus bao gồm một thiết bị điều khiển chính gọi là Modbus Master và tối đa 247 thiết bị phụ cung cấp thông tin, được gọi là Modbus Slaves Mỗi Slave có một địa chỉ duy nhất từ 1 đến 247, cho phép Master gửi và nhận thông tin Master cũng có khả năng ghi dữ liệu vào các Slave thông qua việc gửi thông điệp chứa các trường dữ liệu cần thiết.
Hình 4.4 Nguyên tắc truyền dữ liệu ModBus RTU Chức năng và vai trò cụ thể như sau:
Địa chỉ Byte xác định thiết bị nhận dữ liệu đối với Slave và nguồn dữ liệu đối với Master, với giá trị quy định từ 0 đến 254.
Byte mã hàm được quy định bởi Master để xác định yêu cầu dữ liệu từ thiết bị Slave Ví dụ, mã 01 dùng để đọc dữ liệu lưu trữ dưới dạng Bit, mã 03 để đọc dữ liệu tức thời dưới dạng Byte, mã 05 để ghi dữ liệu 1 bit vào Slave, và mã 15 để ghi dữ liệu nhiều bit vào Slave.
Byte dữ liệu: xác định dữ liệu trao đổi giữa Master và Slave
CRC check là giá trị 16 bit thiết yếu trong việc kiểm tra lỗi khi truyền nhận dữ liệu Giá trị CRC được tạo ra bởi thiết bị Master và được thiết bị nhận kiểm tra Nếu giá trị CRC không hợp lệ, thiết bị sẽ yêu cầu truyền lại thông điệp để đảm bảo tính chính xác của dữ liệu.
– Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu
– Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu – n byte dữ liệu đọc được
– Master: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu – n byte dữ liệu cần ghi
– Slave: 2 byte địa chỉ dữ liệu – 2 byte độ dài dữ liệu
– Byte CRC: 2 byte kiểm tra lỗi của hàm truyền cách tính giá trị của Byte CRC 16 Bit
Lựa chọn giao thức
Việc lựa chọn giao thức cần dựa trên nhu cầu của trang thiết bị và khả năng hỗ trợ của chúng cho từng giao thức cụ thể Mỗi giao thức có thể được sử dụng nhiều lần trong việc triển khai hệ thống và đều có những ưu điểm cùng nhược điểm riêng.
Trong hệ thống thông gió tầng hầm, nhóm đã chọn hai giao thức truyền thông chủ yếu: Modbus RTU để kết nối giữa cảm biến và cơ cấu chấp hành với bộ điều khiển, và BACnet IP để giao tiếp giữa bộ điều khiển và bộ điều khiển trung tâm.
Lựa chọn BACnet IP do:
Tính phổ biến: Mạng IP sẽ làm cho tất cả các giao diện cáp và cáp độc quyền của BMS không cần thiết, cắt giảm chi phí
Giám sát từ xa: Mạng IP có thể được giám sát thông qua mạng MPLS / VPN hoặc qua internet
Giám sát tổng hợp và tập trung
Cảnh báo thời gian thực về các thông số sức khỏe và an toàn của nhiều thiết bị
Ngôn ngữ kịch bản thông thường có thể được sử dụng
Giảm chi phí vận hành do tiết kiệm năng lượng với các tính năng bảo tồn năng lượng tự động
Sử dụng cáp Ethernet để kết nối giữa các bộ điều khiển giúp giảm chi phí lao động, đồng thời đơn giản hóa quy trình chấm dứt dây truyền thông so với các giao thức MSTP hoặc LON.
Để hoàn thành dự án một cách hiệu quả, cần loại bỏ các vấn đề giao tiếp phát sinh từ việc dây bị tước hoặc chấm dứt không chính xác khi sử dụng giao thức MSTP hoặc LON Việc này giúp đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quá trình truyền thông.
Giảm thời gian lập trình là một lợi ích quan trọng khi sử dụng BACnet IP, vì nó chỉ mất vài phút để giao tiếp giữa các bộ điều khiển, trong khi BACnet MSTP hoặc LON có thể mất hàng giờ.
Logic lập trình máy tính có thể được áp dụng để kiểm soát các tham số tiện ích
WiFi có thể được sử dụng để giám sát và liên lạc với các cảm biến / đơn vị BMS
Các hệ thống BMS khác nhau (ví dụ: ánh sáng và HVAC) có thể giao tiếp qua cùng một mạng IP
Có thể tạo các trang web tùy chỉnh để sử dụng cho người quản lý cơ sở
Lựa chọn ModBus RTU do:
Tất cả các tín hiệu được truyền trên 2 dây tín hiệu (với RS485) và khoảng cách truyền lên đến 1200m
Giảm lượng dây kết nối vào PLC và tiết kiệm được một lượng lớn Module mở rộng
Độ ổn định cao hơn và ít nhiễu hơn so với tín hiệu analog
Có thể kết nối các thiết bị của các hãng khác nhau cùng chuẩn Modbus RTU
Tiết kiệm không gian lắp đặt
Mô hình cấu trúc mạng
Hình 4.5 Mô hình cấu trúc mạng được sử dụng
Giao diện vận hành hệ thống
Lưu đồ thuật toán
Hình 5.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển
Winform
Winform, hay còn gọi là Windows Form, là một giải pháp phát triển ứng dụng chạy trên hệ điều hành Windows Công nghệ này của Microsoft cho phép lập trình viên tạo ra các ứng dụng Windows trên máy tính cá nhân.
Winform là thuật ngữ mô tả một ứng dụng được viết dùng NET
FrameWorrk và có giao diện người dùng Windows Forms
Windows Form có các phần cơ bản như Form, Panel, Button, Textbox,
ComboBox, RadioButton, cung cấp quyền truy cập, điều khiển, sắp xếp bố cục, xác thực và ràng buộc dữ liệu phong phú
2.2 Ưu nhược điểm các phần mềm trên Winform Ưu điểm các phần mềm trên Winform :
Giao diện kéo thả dễ sử dụng
Gắn các event cho các button chỉ cần double click, lại hỗ trợ quá trời event như click, hover,…
Việc viết code cũng vô cùng trực quan: từ việc lấy text từ TextBox cho tới show dữ liệu bằng MessageBox, hoặc dùng Grid để kết nối SQL
WinForm is user-friendly and allows for easy coding through drag-and-drop functionality, making it ideal for developing management software, billing systems, and statistical applications By utilizing components like TelerikUI or DevExpress, developers can create modern and visually appealing interfaces with WinForm.
Tốc độ xử lý dữ liệu nhanh chóng
Đảm bảo an toàn, bảo mật thông tin
Có thể chạy trên các phiên bản Windows khác nhau
Thao tác trên nhiều giao diện
Phần mềm hoạt động trên nền tảng Windows yêu cầu người dùng phải sử dụng máy tính đã cài đặt phần mềm Do đó, việc mang theo máy tính cá nhân là cần thiết để phục vụ cho công việc.
Winform chỉ phù hợp các ứng dụng trên desktop: ứng dụng quản lý thông tin, ứng dụng tương tác trực tiếp với người dùng
Đồ họa trên winform không cao nên giao diện phần mềm sẽ thiếu tính trực quan, hơi khó thao tác, không thân thiện với người dùng
Giao diện vận hành
Hình 5.1 Giao diện đăng nhập
Có chức năng phân quyền và bảo mật hệ thống
Công nhân giám sát chỉ có thể theo dõi và giám sát hoạt động của hệ thống
Kỹ sư thiết kế ngoài giám sát thì có thể cài đặt lại hệ thống
Hình 5.2 Giao diện chế độ Auto
Khi đăng nhập thành công, hệ thống sẽ dẫn đến giao diện như hình bên
Hệ thống sẽ tự động điều chỉnh công suất quạt theo nồng độ khí CO và NO2 theo các mức đã được cài đặt
Khi ấn nút Manual thì sẽ chuyển sang hoạt động chỉnh thủ công cho công suất từng quạt
Chỉnh thủ công khi nhận ra có sự cố hay dấu hiệu bất thường
Khi quạt không hoạt động
Thiết lập công suất quạt theo khí CO và NO2
Các mức hoạt động của quạt được thiết lập dựa vào bảng dưới:
