Hệ thống điều khiển cho hệ thống điều hòa không khí trung tâm

Chương V Hệ thống điều khiển cho hệ thống ĐHKK trung tâm Trong chương này, em sẽ tập trung vào việc phân tích hệ thống làm cơ sở thiết kế hệ thống điều khiển tự động. Chương này bao gồm các phần cơ bản: Phân tích hệ thống ĐHKK trung tâm nước. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống ĐHKK trung tâm đã lựa chọn. 5.1. Phân tích hệ thống. Một hệ thống ĐHKK trung tâm nước bao gồm: một hệ thống lạnh (máy sản xuất nước lạnh), một hệ thống phân phối nước lạnh và hệ thống các dàn trao đổi nhiệt. Nước lạnh chảy trong hệ thống ống nước đến các dàn trao đổi nhiệt (AHU và FCU). Sau đây em sẽ trình bày cụ thể phương pháp điều khiển cho các hệ thống, ứng dụng cụ thể vào hệ thống ĐHKK đã thiết kế. 5.1.1. Hệ thống lạnh. 5.1.1.1. Điều khiển khởi động. Có hai phương pháp cơ bản để khởi động hệ thống lạnh: Phương pháp phổ biến nhất là phương pháp khởi động bằng tay. Theo đó, người vận hành hệ thống quyết định khởi động máy vào các thời gian cơ bản của năm, nhiệt độ ngoài trời, và/hoặc theo yêu cầu của người sử dụng. Phương pháp này được sử dụng khá rộng rãi ở những vùng có sự phân biệt rõ ràng 2 mùa nóng và lạnh như nước ta. Nhiệt độ không khí ngoài trời sẽ tác động đến việc khởi động hệ thống. Nhu cầu làm mát sẽ được đáp ứng bởi không khí ngoài trời có nhiệt độ bằng hoặc thấp hơn nhiệt độ đặt của không khí tại các AHU/FCU, thường là 15 đến 200C. Sau đó, nhiệt độ này được đặt như là nhiệt độ đối chiếu, và water chiller sẽ khởi động khi giá trị nhiệt độ không khí ngoài trời cao hơn giá trị này. Khởi động hệ thống nước, trước hết là khởi động các bơm phân phối nước lạnh. Sau đó, Chiller sẽ khởi động dưới sự điều khiển bên trong nó nếu nhiệt độ nước lạnh cung cấp cao hơn giá trị đặt. Đầu tiên, chiller giải nhiệt nước sẽ khởi động bơm nước giải nhiệt. Sau đó, nếu dòng nước lạnh và nước giải nhiệt đều không thể ngăn chặn bởi các công tắc dòng (tốt nhất là loại chênh lệch áp suất), chiller sẽ khởi động. Ngoài công tắc dòng, tất cả các chiller đều được trang bị các kiểu điều khiển an toàn hoạt động cơ bản, nhằm tránh các nguy hiểm có thể xảy ra cho máy lạnh: Nhiệt độ môi chất lạnh thấp. Nhiệt độ nước lạnh thấp. áp suất ngưng tụ cao. áp suất dầu thấp. Trong trường hợp một trong các trường hợp trên xảy ra, chiller sẽ ngừng và yêu cầu kiểm tra bằng tay và khắc phục trước khi khởi động lại máy. 5.1.1.2. Điều khiển năng suất lạnh. Các máy làm lạnh nước hiện đại thường được cung cấp với các kiểu điều khiển điện tử số, được thiết kế và kết hợp bởi nhà sản xuất. Các bộ điều khiển này cho phép điều khiển năng suất lạnh dựa trên duy trì nhiệt độ đặt của nước lạnh cấp. Điều khiển lưu lượng môi chất. Với tất cả các loại máy sản xuất nước lạnh, điều khiển năng suất lạnh có nghĩa là điều khiển lưu lượng môi chất qua dàn bay hơi. Đối với máy nén piston thì phương pháp cụ thể như sau: Lưu lượng môi chất được điều khiển bởi van tiết lưu (expansion valve), nó sẽ dựa vào nhiệt độ môi chất ra khỏi dàn lạnh để duy trì gía trị đặt. Dải hoạt động của van tiết lưu tạo ra sự tăng áp suất trong hệ thống và máy nén phải giảm lưu lượng môi chất để duy trì giá trị đặt của áp suất. Các phương pháp phổ biến nhất để giảm lưu lượng môi chất và năng suất máy nén piston là mở các van đường hút, đi tắt (bypass) môi chất lạnh qua hoặc không qua máy nén. Phương pháp thứ nhất, gọi là phương pháp giảm tải, cơ cấu bên ngoài có thể cho các van đường hút mở, ở một hay nhiều xylanh. Vì vậy, không có sự nén nào được thực hiện ở các xy lanh này và lưu lượng dòng gas qua chúng được giảm về 0. Với phương pháp thứ hai, gọi là đi tắt dòng gas nóng, van điện từ trên đường cấp áp suất cao ở một hoặc một số xylanh có thể mở và cho dòng gas quay trở lại phía đường hút của xylanh. Việc này làm giảm sự chênh áp qua xylanh và giảm lưu lượng gas từ dàn bay hơi. Với máy làm lạnh nước đã chọn, dùng phương pháp thứ nhất là phù hợp. Các bước điều khiển năng suất là: 12-25-37-50-62-75-87-100%. Điều khiển PI có thể cải thiện độ chính xác của điều khiển. Khi sử dụng điều khiển tích phân thì phải dự liệu được sự tăng cường độ tích phân. Sự tăng cường độ tích phân trong quá trình ngừng máy gây ra quá độ (overshoot) khi khởi động. đặt thứ tự các chiller. Khi sử dụng nhiều chiller, các chiller này phải được đặt thứ tự mở và tắt để tận dụng tải của hệ thống có hiệu quả. Để ngăn chặn việc chạy và ngừng máy quá nhanh (chu trình ngắn), một rơ-le thời gian được đặt để khống chế khoảng thời gian giữa chạy và ngừng của mỗi chiller là khoảng 30 phút. Thêm nữa, để cân bằng thời gian chạy của các chiller, nên bổ sung một thứ tự quay vòng để thay đổi trình tự ngừng và khởi động của chiller từ lần này đến lần kế tiếp. Dàn ngưng Dàn bay hơi Chiller 1 Máy nén Dàn ngưng Dàn bay hơi Chiller 2 Máy nén Dàn ngưng Dàn bay hơi Chiller 3 Máy nén Tải Bơm Giới hạn đưới Van Cô lập Cảm biến chính Hình 5.1. Hệ thống chiller song song với bơm chung và van cô lập. Trong hệ thống bố trí đường ống song song (hình 5.1), nước lạnh hồi được phân chia cho các chiller và được góp lại sau khi đã được làm lạnh. Có hai phương pháp hoạt động trong điều kiện nhẹ tải. Thứ nhất, dùng một bơm và van một chiều cho mỗi chiller. Phương pháp khác là dùng hệ thống bơm chung và một van cô lập (isolation valve) cho mỗi chiller. ở phương pháp thứ 2 này, yêu cầu sự hoạt động của chiller phải duy trì lưu lượng của hệ thống không đổi. Nếu thiếu van cô lập, khi có một chiller không hoạt động thì một phần ba lượng nước qua chiller này và không được làm lạnh. Lượng nước này sẽ hoà lẫn với lượng nước được làm lạnh, khi đó nhiệt độ nước cấp là nhiệt độ của nước hỗn hợp này. Để đạt nhiệt độ nước lạnh yêu cầu thì chiller hoạt động phải cung cấp nước có nhiệt độ thấp hơn nhiều so với bình thường, có thể thấp đến nhiệt độ đóng băng của nước. Cảm biến trên đường cấp nước lạnh chung để điều khiển năng suất chính. Điều khiển giới hạn nhiệt độ dưới (low limit) để tránh cho nhiệt độ ở đầu ra của mỗi chiller quá thấp. Một cảm biến nhệt độ nước lạnh hồi có thể sử dụng kết hợp với một cảm biến nhiệt độ nước cấp để ngừng một chiller trong trường hợp tải thấp. Ví dụ, với hệ thống có nhiệt độ nước lạnh cấp là 70C, dải nhiệt độ là 50C, và 3 máy water chiller có năng suất bằng nhau bố trí song song. Khi nhiệt độ nước trở về là 120C (hoặc cao hơn), cả 3 chiller đều được yêu cầu. Tuy nhiên, khi sự sử dụng tải lạnh giảm, nhiệt độ nước lạnh giảm xuống 100C, một chiller có thể dừng. Nếu tải lạnh tiếp tục giảm, nhiệt độ nước hồi giảm xuống 80C, chiller thứ hai có thể dừng. Khi tải lạnh tăng lên, các chiller có thể khởi động ở các điều kiện nhiệt độ tương tự. Đặt lại nhệt độ nước lạnh cấp. Các chiller sử dụng ít năng lượng hơn nếu nhiệt độ nước lạnh cấp tăng lên. Tuy nhiên, điều khiển trường hợp này phải đưa vào tính toán cả tải lạnh hiện và tải lạnh ẩn như là các biến độc lập. Tải lạnh hiện (Sensiable cooling load) – nhiệt độ đặt của nước lạnh cấp có thể tăng lên tỷ lệ với sự giảm của tải lạnh hiện. Tải lạnh ẩn (Latent cooling load) – mặc dù nhiệt hiện sẽ giảm nhanh hơn nhiệt ẩn, nhưng nếu đặt lại nhiệt độ nước lạnh cấp chỉ dựa vào sự giảm nhiệt hiện thì độ ẩm trong không gian điều hoà có thể tăng đến mức độ không thể chấp nhận được. Để đặt chính xác giá trị đặt nhiệt độ nước lạnh cấp, nhiệt độ và độ ẩm trong mỗi vùng điều khiển phải được đánh giá và điểm đặt nhiệt độ nước cấp chỉ có thể thay đổi tăng lên khi cả hai điều kiện trên đều có thể chấp nhận được như trước. 5.1.1.3. Điều khiển hệ thống nước giải nhiệt và tháp giải nhiệt. Tháp giải nhiệt có nhiệm vụ làm mát nước giải nhiệt dàn ngưng. Dàn ngưng giải nhiệt bằng nước sẽ làm mát môi chất lạnh đến 5K nhiệt độ nhiệt kế ướt không khí ngoài trời. Dàn ngưng giải nhiệt gió làm mát môi chất đến 11K nhiệt độ khô không khí ngoài trời. Tháp giải nhiệt thông thường cho áp suất môi chất thấp hơn ở dàn ngưng giải nhiệt gió, ứng với chênh nhiệt độ khoảng 17K. Điều này có nghĩa là một tháp giải nhiệt làm mát dàn ngưng có chi phí thấp hơn đáng kể so với dàn ngưng giải nhiệt gió. Hình 5.2 thể hiện một kiểu đưa dòng nước và dòng khí trong tháp giải nhiệt. Hình 5.2. Dòng nước và không khí trong tháp giải nhiệt. Điều khiển quạt là phương pháp thường dùng để giảm năng suất của tháp nhằm duy trì nhiệt độ của nước giải nhiệt cấp trong điều kiện thời tiết mát. Một van bypass qua tháp cũng được sử dụng khi quạt không hoạt động (hình 5.3). Điều khiển lưu lượng không khí với các cửa gió hoặc tốc độ quạt đều cho sự điều khiển như nhau. Quạt nhiều cấp tốc độ cũng hiệu quả hơn nhiều so với quạt 2 cấp tốc độ (hình 5.4 so sánh hiệu quả tiết kiệm công suất của tháp dùng quạt 2 cấp tốc độ với một cấp tốc độ). Hình 5.3. Điều khiển tháp giải nhiệt. Hình 5.4. Yêu cầu công suất quạt tháp giải nhiệt dùng quạt 2 cấp tốc độ và 1 cấp tốc độ. Để tiết kiệm năng lượng nhất cho chiller, nhiệt độ nước giải nhiệt nên đặt thấp đến mức có thể phù hợp với điều kiện ngoài trời, nhưng vẫn phải đảm bảo an toàn cho hệ thống lạnh. Khi nhiệt độ ướt của không khí ngoài trời thấp hơn nhiệt độ thiết kế, tháp có thể làm mát nước đến nhiệt độ thấp hơn, nhưng không bao giờ đến nhiệt độ ướt. Vì vậy, điểm đặt bộ điều khiển nên ở giá trị thấp nhất có thể đạt tới được bởi tháp giải nhiệt để tiết kiệm năng lượng cho chiller và không lãng phí năng lượng quạt khi cố gắng đạt tới một giá trị không thể đạt được. Hình 5.5 là biểu đồ điểm đặt nhiệt độ nước giải nhiệt là một hàm của nhiệt độ nhiệt kế ướt không khí ngoài với chỉ thị nhiệt độ an toàn nhỏ nhất. Chênh lệch nhiệt độ nhỏ nhất có thể đạt được Nhiệt độ ướt không khí ngoài Nhiệt độ nước giải nhiệt Nhiệt độ an toàn nhỏ nhất Điểm đặt nhiệt độ nước giải nhiệt Nhiệt độ ướt không khí ngoài trời Chênh lệch NN giữa nhiệt độ ướt kk ngoài và nhiệt độ đặt nước giải nhiệt Hình 5.5. Đặt lại nhiệt độ nước giải nhiệt bởi nhiệt độ nhiệt kế ướt. 5.1.2. Hệ thống phân phối nước lạnh. Hệ thống lưu lượng không đổi dùng các van 3 ngả (three-way valve) ở tất cả hoặc hầu hết các dàn nước (hình 5.6). Cách bố trí này làm thoả mãn lưu lượng nước lạnh yêu cầu. áp suất qua các van V1 đến V4 sẽ ổn định trong cả hai trường hợp van mở để cho nước qua dàn hay đóng cho nước đi tắt. Van cân bằng (B) trên đường bypass được điều chỉnh để trở lực qua dàn và đi tắt cân bằng nhau. Các van V5 cho phép cấp nước qua các chiller còn lại trong trường hợp một chiller bị hỏng. Mục đích của hệ thống: Cung cấp lưu lượng nước lạnh nhỏ nhất cho các chiller theo quy định của nhà sản xuất. Duy trì độ chênh áp ổn định giữa đường cấp và đường hồi chính. Ngăn cản bám sương ở chiller và/hoặc các dàn ống phụ thuộc không khí ngoài trời. Điều khiển các bơm và các van bypass để ngăn chặn chu trình ngắn (short cycling) của bơm, hay thay đổi áp suất qua các van điều khiển ở dàn ống. Thêm nữa, khi hệ thống có hai hay ba chiller cùng hoạt động thì điều khiển chiller và hệ thống phân phối cần: Ngăn cản nước hồi trộn lẫn với nước cấp trước khi ra khỏi khu vực chiller. Ngắt dòng qua các chiller khônglàm việc. Một hệ thống phải được thiết kế cho mục đích này. Chiller 1 930 kW, 45 l/s Chiller 2 930 kW, 45 l/s Chiller 3 930 kW, 45 l/s B B B B V1 V2 V3 V4 V5 Hình 5.6. Hệ thống lưu lượng không đổi sử dụng van 3 ngả Điều khiển thiết bị cuối cùng trong hệ thống (FCU, AHU): Đường đặc tính truyền nhiệt của dàn ống nước lạnh gần là đường tuyến tính (hình 5.7) bởi vì sự chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và nước lạnh nhỏ hơn với dàn nước nóng. Điều này có nghĩa là một van với đặc tính phần trăm cân bằng hay tuyến tính là phù hợp. Tổng nhiệt trao đổi Lưu lượng Hình 5.7.Đặc tính tuyền nhiệt điển hình của dàn lạnh dùng nước lạnh. Có một số phương pháp điều khiển hệ thống phân phối nước lạnh như sau: 5.1.2.1. Điều khiển van 3 ngả, đi tắt qua dàn. Khi tải nhiệt giảm, nước lạnh về đường hồi bằng đường tắt qua dàn lạnh thông qua van 3 ngả. Hình 5.8 minh hoạ hoạt động của hệ thống khi yêu cầu thay đổi. Hình 5.8. Điều khiển van 3 ngả - Đi tắt qua dàn. Cần tính đến các thông số sau khi lên kế hoạch sử dụng van 3 ngả đi tắt qua dàn: Điều khiển lưu lượng - Điều khiển đầu ra của dàn thông qua thay đổi lưu lượng qua dàn. Chi phí đường ống – Chi phí cho các van 3 ngả cao hơn van 2 ngả, đặc biệt là các không gian giới hạn khả năng cho việc lắp đặt. Thêm vào đó van cân bằng phải được lắp đặt và điều chỉnh trên đường bypass. Chi phí van 3 ngả - Một van đảo chiều (diverting valve) đắt hơn nhiều so với van hoà trộn (mixing valve). Van hoà trộn đặt ở đầu ra của dàn cũng điều khiển như van đảo chiều đặt trên đường vào. Các đặc tính lưu lượng – Van 3 ngả có đặc tuyến dòng chảy tuyến tính. Điều khiển phản hồi có thể đạt được bằng cách đặt lại nhiệt độ nước lạnh. Lưu lượng không đổi ở các đường chính – Lưu lượng không đổi cung cấp chênh lêch áp suất gần như không đổi qua dàn ống và van. Chi phí cho bơm – Hệ thống sử dụng van 3 ngả yêu cầu đủ năng suất bơm cả trong trường hợp tải rất nhỏ trong hệ thống. 5.1.2.2. Điều khiển bơm nhiều cấp tốc độ. Điều khiển bơm nhiều cấp tốc độ thay đổi tốc độ của bơm để thay đổi lưu lượng và áp suất nước phù hợp với phụ tải. Việc bơm nhiều cấp tốc độ làm giảm áp suất bơm, lưu lượng và chi phí cho việc bơm ở tải nhẹ. áp suất bơm tỷ lệ với bình phương tốc độ bơm và được thể hiện bằng công thức: trong đó: P1, P2 là tổn thất áp suất. v1, v2 là tốc độ bơm. Điều khiển tốc độ trên hình 5.9 sử dụng một bộ điều khiển chênh áp DPC (Differential pressure controller) để duy trì chênh áp không đổi giữa đường cấp và đường hồi. Điều khiển lưu lượng qua bể nước lạnh không được thể hiện ở đây. V4 bảo vệ bơm khỏi trường hợp không dòng. Bể chứa nước lạnh ĐK tốc độ 1 V1 1 V1 1 V1 DPC V4 Dàn Bơm Hình 5.9. Điều khiển áp suất bơm bằng điều khiển tốc độ. Công suất bơm (kW) (công suất sinh ra trên trục động cơ), và vì thế, năng lượng sử dụng, được giảm khi tốc độ bơm giảm. Được biểu thị bằng công thức: trong đó: kW1, kW2 biểu thị công suất bơm ứng với các tốc độ v1, v2. 5.1.2.3. Điều khiển van tiết lưu (Throttling valve). Các van tiết lưu có thể dùng để giới hạn áp suất bơm hoặc để duy trì lưu lượng nhỏ nhất qua đường cấp và đường hồi của hệ thống nước lạnh. Hệ thống van tiết lưu: Hệ thống trong hình 5.10 điều khiển áp suất qua đường cấp và đường hồi chính bằng cách điều chỉnh van V7 đóng nếu chênh áp giữa đường cấp và đường hồi đo được tăng lên. Phần áp suất bơm tăng lên được triệt tiêu khi qua V7. Van bypass điều chỉnh bằng tay V8 và V9 bảo vệ bơm chống lại trường hợp không dòng. Các nét đặc trưng của hệ thống bao gồm: Giảm công suất khi lưu lượng giảm. Bảo vệ van V1-V6 khỏi quá áp. Tách bơm cần thiết nếu yêu cầu lưu lượng không đổi qua chiller. Bể nước lạnh V1 V2 V3 V1 V2 V3 V7 V8 V9 DPC Bơm Đường cấp Đường hồi hV7 pS pV áp suất tổng Đường ứng với lưu lượng thấp Giới hạn thiết kế qua các van V1-V7 Đường bơm Đường hệ thống Lưu lượng Hình 5.10. Điều khiển áp suất nhờ tiết lưu. Hệ thống bypass: Hệ thống ở hình 5.11 duy trì lưu lượng nước gần như không đổi qua các chiller và các bơm trong khi duy trì áp suất ổn định qua các van điều khiển V1-V6. Van V7 phải đủ lớn để duy trì lưu lượng qua chiller cũng như giữ áp suất qua V1-V6 ở mức an toàn. Các đặc trưng của hệ thống: Lưu lượng lớn nhất qua hệ thống cũng như với các van 3 ngả, nhưng ở đây sử dụng van 2 ngả. Bypass không yêu cầu ở mỗi dàn ống. Bể nước lạnh V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 DPC Cấp Hồi Khu vực khác Hình 5.11. Điều khiển áp suất bơm cho hệ thống lưu lượng không đổi, áp suất cao. 5.1.3. Các dàn trao đổi nhiệt quạt gió (FCU, AHU). Lưu lượng chảy qua một FCU có thể điều khiển bằng 2 cách. Cách thứ nhất dùng van hai chiều điều khiển lưu lượng nước lạnh. Cách thứ 2, như hình 5.12, dùng van 3 ngả để điều chỉnh lưu lượng nước lạnh. Thermostat Không khí cấp Khí hồi Van 3 ngả Hỗn hợp Nước lạnh hồi Nước Lạnh cấp Công tắc Quạt Nguồn Quạt Phin lọc Hình 5.12. FCU hai đường ống dùng van 3 ngả hỗn hợp (3-way mixing valve). Van 3 ngả cho lưu lượng không đổi ở đường cấp và đường hồi và sự dao động áp suất nhỏ nhất ở van. Một thermostat phù hợp điều khiển van 3 ngả để điều chỉnh lưu lượng nước qua dàn. Khi thermostat cảm nhận nhiệt độ trong không gian cao hơn giá trị điểm đặt của nó, van được đặt để cho đủ dòng nước lạnh qua dàn. Khi nhiệt độ giảm xuống, tín hiệu thermostat điều chỉnh van giảm lượng nước qua dàn và tăng lưu lượng nước đi tắt quanh dàn. Tại điểm cao nhất của dải hoạt động của thermostat, van nằm ở vị trí bypass của dàn, và không có dòng qua dàn. Quạt chạy liên tục hay dừng phụ thuộc vào sự giảm nhiệt độ xuống dưới giá trị đặt. Hiện nay, phương pháp điều khiển FCU dùng thermostat ít được sử dụng vì đầu đo của thermoatat cho độ chính xác thấp và hệ thống này không phù hợp với toàn bộ hệ thống điều khiển toà nhà. Thay vào đó là một bộ điều khiển với cảm biến nhiệt đặt trong phòng và bộ điều khiển (như bộ DDC) kết nối với toàn hệ thống. 5.2. Thiết kế bộ điều khiển. Hệ thống tự động điều khiển nhiệt độ là hệ thống điều khiển điện tử với các thiết bị điện cần thiết. Hệ thống bao gồm các van điều khiển, cảm ứng nhiệt độ, bộ điều khiển, rơ le và các thiết bị điều khiển khác. Hệ thống đưa ra cho công trình này là hệ thống dùng LonWorks của hãng Invensys (Hoa Kỳ). Hệ thống này là một hệ thống tự động hoá toà nhà tổng hợp với phần mềm giao diện đồ hoạ cho người dùng, các bộ điều khiển DDC, các van và các thiết bị cảm biến cấp trường. Cấu hình của hệ thống giống như một hệ thống xử lý phân tán, được tổ chức theo 3 cấp: Mạng cấp quản lý. Mạng cấp hệ thống. Mạng cấp điều khiển. 5.2.1. Mạng cấp quản lý. Hệ thống kết hợp chặt chẽ với gói phần mềm quản lý toà nhà I/A Series Enterprise Server (IA-Ent), về mặt kiến trúc nó nằm ở đỉnh của hệ thống. Nó là giao diện hoạt động chính giữa người vận hành và các bộ DDC. Nó dùng để minh hoạ các đồ thị động học, lập trình hệ thống, điều khiển, giám sát và hiển thị báo cáo. Hình 5.13. Giao diện điều khiển một AHU. IA-Ent được thiết kế để khai thác sức mạnh của Internet và cung cấp sự tương thích hiệu quả với các giao thức mở tiêu chuẩn như BACnet và LONWORKS với các hệ thống Invensys. Eterprise Server tạo một môi trường mạng HTTP mạnh với việc bao hàm tất cả các ứng dụng quản lý cơ sở dữ liệu, quản lý cảnh báo, thông tin. Chương trình không giới hạn lượng người dùng thông qua mạng Internet hay Intranet với một trình duyệt web chuẩn (Internet Explorer hoặc Netscape). 5.2.2. Mạng cấp hệ thống. Mạng cấp hệ thống là các bộ điều khiển số trực tiếp DDC. Các bộ DDC được kết nối với bộ điều khiển mạng chung UNC (Universal Network Controller) thông qua các đường LonWorks. Đây là một bộ xử lý cho phép điều khiển thích nghi, giám sát và các giải pháp quản lý mạng. UNC tương thích với các mạng LonWorks và BACnet. Một số đặc điểm và chức năng (không hạn chế) của bộ DDC có thể có như sau: DDC là bộ điều khiển dựa trên bộ vi xử lý với hệ điều hành cài sẵn trong EPROM. DDC và chương trình hệ thống quản lý năng lượng (EMS – Energy Management System) cùng với các file dữ liệu cũng có thể đặt trong EPROM với RAM để có thể thêm vào hoặc thay đổi, hoặc có thể đặt trong RAM. DDC sử dụng EPROM/RAM, các chương trình và các file dữ liệu trong DDC giúp dữ liệu có thể phục hồi lại trong trường hợp mất điện. RAM và đồng hồ cho hệ thống EPROM/RAM được nuôi bởi nguồn pin (ví dụ: 72 tiếng), bao gồm việc người dùng thay đổi và thêm vào sẽ đưa tới phần trung tâm ổ đĩa để lưu dữ liệu và sao lưu. Khi nguồn điện có trở lại sau một khoảng thời gian mất điện, tất cả các DDC RAM sẽ tự động đưa trở lại trạng thái ban đầu. DDC cũng có thể sử dụng RAM với các chương trình và file dữ liệu trong nó, không có sự can thiệp của EPROM. Hệ thống sao lưu dữ liệu phải hỗ trợ các phần cứng trong chế độ thời gian thực để cung cấp các thông tin về giờ, ngày, tháng, năm. Chế độ lịch 100 năm tự động lặp lại được dùng trong bộ đếm thời gian này. Khi nguồn điện có trở lại sau một khoảng thời gian mất điện, tất cả các đồng hồ phải được đưa trở về trạng thái đồng bộ. Bộ điều khiển DDC với vi xử lý phải có nguồn cung cấp, cùng với các bộ chuyển đổi giữa xoay chiều và một chiều, bộ nhớ trong, và công suất của bo mạch chủ phải đáp ứng được cho tất cả các kết nối vào ra (I/O). Mỗi DDC cũng có ít nhất 2 đầu tín hiệu vào tổng để đo đếm các xung tín hiệu ra và quản lý thời gian trao đổi dữ liệu. Bộ DDC cũng có các thành phần điện tử để đảm bảo khi công suất của nó đã đạt tối đa thì không có thiết bị ngoại vi cắm ngoài nào ngoài rơle điều khiển tải, bộ chuyển đổi vào/ ra hoặc bộ nhớ khe cắm mở rộng. Tất cả các tín hiệu đưa vào là các tín hiệu phổ biến như cường độ dòng điện, hiệu điện thế, điện trở hoặc các tín hiệu đóng mở dưới dạng tín hiệu kết hợp của các tín hiệu trên. Tín hiệu tương tự đưa tới phải có bộ lập trình biến đổi tầm trung và các bảng chuyển đổi tuyến tính cho các loại cảm biến. Các tín hiệu vào dòng và điện áp tương tự với các mức tối thiểu như sau: 4-20 mA. 0-100 mV. 0-1, 0-10, 0-5 và 2-10 V. Các tín hiệu số đưa vào là các loại: Các tiếp điểm thường mở. Các tiếp điểm thường đóng. Dòng điện/ Tín hiệu không dòng điện. Điện áp/ Tín hiệu không điện áp. Bộ DDC có thể đưa ra được tín hiệu số hoặc tín hiệu tương tự hoặc cả hai loại tuỳ yêu cầu sử dụng. Giá trị của mỗi tín hiệu tương tự phải sẵn sàng trong cơ sở dữ liệu để phục vụ cho việc kiểm tra kết quả và hiển thị. Tín hiệu số đưa ra phải phải dễ dàng cho việc thao tác cũng như đưa ra tức thời hoặc lưu lại trong mạch từ. Có thể đưa tín hiệu ra dưới 3 chế độ điều khiển khác nhau (nhanh – chậm – tắt, tự động – bằng tay – tắt) và 2 chế độ điều khiển. Bo mạch DDC được lắp sẵn bộ kết nối cho thiết bị điều khiển bằng tay (POT). Bộ DDC có các đèn báo LED cho truyền tín hiệu, thu tín hiệu, Power up test, Power up fail, Power up OK, và lỗi đường truyền. Phần mềm cho bộ DDC bao gồm một hệ điều hành hoàn chỉnh, bộ kết nối, gói quản lý năng lượng, thuật toán điều khiển chuẩn và điều khiển đặc trưng, và một chương trình người dùng cùng với bộ tính toán hoàn thiện. Phần mềm thực hiện vào/ ra gồm: Liên tục cập nhật giá trị và điều kiện của các tín hiệu vào và ra. Tất cả các điểm kết nối được cập nhật trong khoảng thời gian ít nhất là 1s. Biến đổi tương tự thành tín hiệu số, lập tỷ lệ, sửa chữa các sai lệch của cảm biến, chuyển đổi các giá trị thành tín hiệu số thực. Các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất mà cảm biến đưa tới được giữ lại trong bộ nhớ. Nhờ đó, có thể thiết lập khoảng giá trị chuẩn cho bộ chuyển đổi một chiều/ xoay chiều cho phù hợp với toàn bộ thang chia để giá trị đọc được có độ chính xác cao. Khả năng kiểm tra các tín hiệu tương tự đưa tới rồi so sánh với các giá trị trước đó để loại ra các giá trị không hợp lệ. Đưa vào các đơn vị và các bộ nhận dạng cho tất cả các tín hiệu vào ra. Cảnh báo khi giá trị tín hiệu tương tự vào nằm ngoài khoảng hai giá trị giới hạn cao và thấp (cảnh báo và báo động) hoặc đưa giá trị này vào giá trị giới hạn (cảnh báo theo 1 lịch trình hoặc điều khiển DDC). Mỗi cảnh báo này là riêng rẽ nhau để tránh trường hợp một dao động đưa tới và ra khỏi cảnh báo. Sự so sánh này được hoạt động theo chu kỳ. Phần mềm thực hiện lệnh điều khiển sẽ quản lý các yêu cầu đưa tới từ người sử dụng, cổng giao tiếp cho thiết bị điều khiển bằng tay, cổng giao tiếp lập trình được và từ chương trình điều khiển. Sự trễ từ lệnh điều khiển là cần thiết để tránh xảy ra đồng thời với yêu cầu phía tải. Thời gian trễ lập trình được trong khoảng 0 đến 30 giây. Mỗi lệnh có một thứ tự ưu tiên để quản lý việc xung đột lệnh đưa ra bởi nhiều chương trình cho 1 đối tượng. Chỉ những tín hiệu đưa ra với thứ tự ưu tiên cao hơn được phép thực hiện. Bất cứ khi nào một lệnh được thực hiện, thứ tự ưu tiên của nó được đặt thay thế cho thứ tự ưu tiên hiện hành. Một phương án cho chế độ “cố định” cũng được hỗ trợ để tín hiệu vào, ra khỏi bộ lập trình DDC xác lập một trạng thái hoặc một giá trị cố định. Khi ở chế độ “cố định”, tín hiệu vào và ra được đặt ở mức độ ưu tiên cao hơn để tránh bị tước quyền bởi các ứng dụng khác. Phần mềm khoá cảnh báo có nhiệm vụ ngăn ngừa các cảnh báo không cần thiết. Trong giai đoạn ban đầu khi khởi động AHU và các thiết bị khác, một khoảng thời gian khoá cảnh báo được kích hoạt cho các tín hiệu tương tự cho phép các thông số đạt tới trạng thái ổn định rồi mới kích hoạt cảnh báo. Thời gian khoá cảnh báo lập trình được trong khoảng 0 tới 90 phút, bước thời gian là 1 phút. Một chế độ “khoá cứng” cũng được cung cấp nhằm khoá các cảnh báo khi thiết bị được tắt. “Khoá cứng” và “khoá cảnh báo” ban đầu là do người dùng tự lập trình. Thời gian hoạt động được tích luỹ dựa trên trạng thái của một tín hiệu số đưa vào. Nó có thể lưu được thời gian hoạt động hoặc tắt máy lên tới 10.000 giờ với bước 1 phút. Bộ đếm thời gian hoạt động được lưu trong bộ nhớ vĩnh cửu và có giới hạn thời gian chạy điều chỉnh được qua cổng giao tiếp người dùng. Một bộ đếm trạng thái có tác dụng tích luỹ số lần một thiết bị được bật và tắt. Bộ đếm này cũng có bộ nhớ vĩnh cửu và có thể lưu giữ lên tới 600.000 lần tắt mở. Số lần này có thể được giới hạn để cung cấp cảnh báo bảo dưỡng. Chương trình người dùng phải thoả mãn chương trình điều khiển, mỗi chương trình người dùng phải có trong nó bộ nhớ và có khả năng truy nhập tới các chương trình thuật toán trong DDC, điều khiển người dùng, bộ số học, logic và các toán tử thực hiện điều khiển tuần tự. Tất cả các thiết lập của DDC, giá trị và thông số liên quan với các chương trình của DDC phải dễ dàng cho người dùng hiển thị và điều chỉnh thông qua POT. Thời gian hoạt động của mỗi chiller có thể điều chỉnh được từ 2 đến 120 giây với bước thay đổi 1 giây. Chương trình điều khiển DDC bao gồm các giá trị khởi tạo cho các tín hiệu ra để đảm bảo các thiết bị được điều khiển không bị lỗi trong quá trình khởi động. Một bộ lập trình thời gian và sự kiện (TEP – time and event programming) nhằm quản lý chuỗi sự kiện để tiến hành hoạt động tại một thời điểm nào đó hoặc theo một sự kiện nào đó. Tính năng tối thiểu của chương trình bao gồm: Các trạng thái tương tự quan trọng với một giá trị cụ thể. Các trạng thái số quan trọng với tình trạng cụ thể, ví dụ Mở hoặc tắt; nhanh, chậm hoặc tắt. Giá trị ban đầu có thể là một ngày giờ cụ thể hoặc một sự kiện cụ thể, ví dụ khi một cảnh báo tương tự hoặc số xảy ra. Giá trị ban đầu có thể do người dùng tự thiết lập. Yêu cầu đưa ra phải tính đến độ trễ của yêu cầu tránh làm tăng số lần mở/ tắt máy. Yêu cầu đưa ra cũng phải tuân thủ cấu trúc ưu tiên của các yêu cầu, tôn trọng yêu cầu có thứ tự ưu tiên cao hơn (như kiểm soát khói) tới thấp hơn (như tuần tự quay vòng). Có khả năng liên kết các TEP. Có khả năng kích hoạt và ngừng TEP. Có khả năng kích hoạt và ngừng các trạng thái ban đầu của TEP. Chương trình thời gian dùng để khởi động và ngừng cho từng hệ thống. Chương trình này có thể chỉ định 2 thời điểm khởi động và tắt máy độc lập trong 1 ngày tới bất kỳ một thiết bị nào có kết nối tới bộ điều khiển. Tín hiệu ra khỏi chương trình này là lệnh khởi động/ tắt máy tới AHU và hệ thống làm lạnh. Chương trình ngày nghỉ được dùng trong trường hợp này lễ và các ngày nghỉ khác. Lịch nghỉ này nằm trong DDC và có thể do người dùng tự lập trong vòng 1 năm. Chương trình này có thể định nghĩa thời gian nghỉ lên tới 16 lần. Mỗi lần nghỉ có thể dựa trên ngày bắt đầu và ngày kết thúc. Chương trình này cũng áp dụng cho các chương trình quản lý năng lượng khác như tối ưu khởi động và tắt máy và chu kỳ nhiệm vụ. Lịch trình tạm thời trong DDC cho phép người dùng thay đổi thời gian hiện tại. Tính năng tối thiểu bao gồm: Khả năng thay đổi lịch trình thời gian lên tới 6 ngày liên tiếp. Khả năng thay đổi thời gian khởi động hoặc tắt máy hoặc cả hai thời gian này cho mỗi ngày. Lịch trình tạm thời có hiệu lực cho tất cả các ngày nói trên. Tự động xoá thông tin của lịch trình tạm thời và đưa chương trình về chế độ bình thường sau khi đã thực hiện xong. Khả năng thay đổi thời gian ngừng cho ngày hiện tại. Khả năng lựa chọn chế độ bình thường hoặc chuyển sang chế độ lịch trình tạm thời. Trên đây là một số đặc điểm và chức năng có thể có của một bộ DDC. Nhưng với hệ thống Invensys, các DDC được kết nối với nhau và kết nối với UNC thông qua đường LonWorks, việc kết nối này có một số ưu điểm sau: Các DDC ở từng tầng có thể đặt ở tủ điều khiển của mỗi tầng. Các tủ này được kết nối tới UNC (ở phòng điều khiển trung tâm) thông qua chỉ một đường dây làm cho hệ thống hết sức gọn. Nếu các DDC được kết nối theo đường thẳng thì chiều dài tối đa của LonWorks có thể lên tới 1200 m. Việc phát hiện và sửa chữa cũng dễ dàng hơn. Trong hệ thống của Invensys, phần mềm và chương trình người dùng được tích hợp tại UNC. Việc lập trình cho DDC được thực hiện tại phòng điều khiển trung tâm. Có thể lập trình chung cho toàn hệ thống hoặc riêng cho từng DDC bằng cách kết nối tới bộ DDC đó. Bảng điều khiển hệ thống ngoài chế độ tự động còn cung cấp một chế độ điều khiển bằng tay, người vận hành có thể tác động tới các thành phần của hệ thống nếu cần thiết. 5.2.2.1. Xác định số lượng I/O của hệ thống. Hệ thống điều khiển của hệ thống ĐHKK này có thể chia làm 3 phần: điều khiển các AHU (điều khiển nhiệt độ gió tươi), điều khiển các FCU (điều khiển nhiệt độ phòng), điều khiển các chiller và hệ thống nước giải nhiệt (điều khiển nhiệt độ nước lạnh cấp). Sơ đồ điều khiển các thành phần này như trong bản vẽ ĐA-11. Điều khiển AHU: Đầu vào tương tự: AI1 = Cảm biến nhiệt độ không khí ngoài. AI2 = Cảm biến nhiệt độ không khí cấp. AI3 = Cảm biến lưu lượng không khí cấp. AI4 = Cảm biến áp suất tĩnh đường ống. Đầu ra tương tự: AO1 = Vị trí van điều khiển dàn lạnh. AO2 = Đặt tốc độ quạt cấp. AO3 = Vị trí cửa gió. Đầu vào số: DI1 = Tín hiệu chênh áp qua lọc. DI2 = Trạng thái hoạt động của quạt cấp. Đầu ra số: DO1 = Chạy/ ngừng quạt cấp. Điều khiển FCU: Đầu vào tương tự: AI1 = Cảm biến nhiệt độ phòng. Đầu ra tương tự: AO1 = Vị trí van nước lạnh. Đầu vào số: DI1 = Trạng thái hoạt động của quạt. Đầu ra số: DO1 = Khởi động quạt. Điều khiển chiller và hệ thống nước giải nhiệt. Đầu vào tương tự: AI1 = Lưu lượng nước trên đường ống hồi. AI2, 2, 4 = Nhiệt độ nước về bình bay hơi. AI5, 6, 7 = Nhiệt độ nước ra khỏi bình bay hơi. AI8, 9, 10 = Nhiệt độ nước giải nhiệt vào bình ngưng. AI11, 12, 13 = Nhiệt độ nước giải nhiệt ra khỏi bình ngưng. Đầu vào số: DI1, 2, 3 = Trạng thái hoạt động của chiller. DI4, 5, 6 = Thông báo lỗi hoạt động của chiller. DI7ữ12 = Trạng thái hoạt động của bơm nước lạnh. DI13ữ18 = Thông báo lỗi hoạt động của bơm nước lạnh. DI19ữ24 = Trạng thái hoạt động của các bơm nước giải nhiệt. DI25ữ30 = Thông báo lỗi các bơm nước giải nhiệt. DI31ữ36 = Trạng thái hoạt động của tháp giải nhiệt. DI37ữ42 = Thông báo lỗi ở các tháp giải nhiệt. Đầu ra số: DO1, 2, 3 = Chạy/ ngừng chiller. DO 4ữ9 = Chạy/ ngừng bơm nước lạnh. DO10ữ15 = Chạy/ ngừng bơm nước giải nhiệt. DO16ữ21 = Chạy/ ngừng tháp giải nhiệt. Như vậy, hệ thống yêu cầu: 351 AI. 333 AO. 370 DI. 344 DO. 5.2.2.2. Lựa chọn các bộ DDC. Các DDC đưa ra thuộc seri I/A ký hiệu MN của Invensys. Các bộ điều khiển này có thể hoạt động độc lập hoặc hoạt động trong hệ thống thông qua cổng nối FTT-10 (tốc độ truyền 78 k baud) được cung cấp kèm theo. Sử dụng một bộ cảm biến seri MN-Sx (dùng 2 dây trần, khoảng cách tối đa tới bộ điều khiển có thể là 61m), người vận hành có thể giám sát hoạt động của bộ điều khiển và chỉnh sửa các giá trị hoạt động. Các bộ DDC này sử dụng phần mềm WorkPlace Tech Tool để lập trình bộ điều khiển. Một số đặc tính khác là: Nguồn cấp: 20,4 đến 30 VAC, 50/60 Hz. Giới hạn hoạt động: nhiệt độ -40 đến 60 0C, độ ẩm tương đối 5 đến 95%, không ngưng tụ. Đầu vào số (DI): tiếp điểm khô, sự phát hiện của công tắc đóng yêu cầu thấp hơn 300Ω, của công tắc mở yêu cầu lớn hơn 100kΩ. Đầu ra số (DO): phân dòng 24VA ở 24VAC. Đầu vào chung (UI): đầu vào tương tự: 0-5 VAC, 0-20 mA; đầu vào số: tiếp điểm khô, sự phát hiện của công tắc đóng yêu cầu nhỏ hơn 300Ω, của công tắc mở yêu cầu lớn hơn 1,5kΩ. Đầu ra tương tự (AO): 0-20 mA. Khả năng của phần mềm: Cho phép thiết kế những ứng dụng hoàn chỉnh cho mỗi bộ điều khiển. Tương thích với LonWork. WorkPlace Tech Tool có khả năng để định dạng lại và sửa các dữ liệu. Thao tác giữa các phần của HVAC đạt được thông qua các lợi ích của LonWorks. Tất cả các bộ điều khiển đều có thể lập trình được, nhưng các bộ điều khiển vệ tinh đặc biệt thích hợp với dải rộng các ứng dụng, cung cấp giải pháp cho các yêu cầu điều khiển toà nhà. Truyền thông: Mạng LonWorks: Một mạng truyền thông LonWorks dùng một cấu hình liên kết tự do FTT-10. Các bộ điều khiển trong mạng LonWorks có thể kết nối với các bộ điều khiển khác theo phương thức đồng đẳng. Tốc độ truyền của một mạng LonWorks tới 78 k baud, dùng cáp đôi xoắn, trần và không phân cực. S-Link: Mỗi bộ DDC có một đầu S-Link để kết nối với các cảm biến seri I/A MN-Sx. Các loại MN-Sx khác nhau có thể cung cấp nhiệt độ, độ ẩm của phòng, điều chỉnh giá trị đặt,… Liên kết sử dụng 2 dây trần và không phân cực. Chiều dài tối đa từ bộ điều khiển đến một cảm biến MN-Sx lên tới 61 m. Lựa chọn DDC cho AHU: Theo sơ đồ điều khiển ở trên đây, để điều khiển mỗi AHU dùng 2 DDC MNL-15RS có: 3 UI, 2 DO, 2 AO. Kết nối I/O cho bộ điều khiển AHU như hình 5.14. S-Link UI UI UI AO AO DO DO MNL-15RS Nhiệt độ kk ngoài Chênh áp qua lọc Hoạt động của quạt Vị trí cửa lấy gió Tốc độ Quạt Chạy/ ngừng Quạt S-Link UI UI UI AO AO DO DO LonWorks Nhiệt độ kk cấp Lưu lượng Kk cấp áp suất tĩnh đường ống Vị trí Van đk MNL-15RS Hình 5.14. Kết nối I/O bộ điều khiển AHU. Lựa chọn DDC cho các FCU: Theo sơ đồ đã đưa ra, dùng 1 DDC MNL-15RS cho 2 FCU ở cùng một phòng (vì trong cùng một phòng chỉ cần một cảm biến, tức là chỉ cần một đầu S-Link), các phòng có 1 FCU thì dùng một DDC, các phòng 3, 4 FCU dùng 2 DDC với 2 cảm biến nhiệt độ (phòng lớn), các phòng 5 FCU dùng 3 DDC với 3 cảm biến. Các DDC này có: 3 UI, 2 DO, 2 AO. S-Link UI UI UI AO AO DO DO MNL-15RS Nhiệt độ kk trong phòng TT hoạt động của quạt FCU1 Vị trí Van 2 ngả FCU1 Chạy/ ngừng Quạt FCU1 LonWorks TT hoạt động của quạt FCU2 Chạy/ ngừng Quạt FCU2 Vị trí Van 2 ngả FCU2 Hình 5.15. Kết nối I/O cho DDC điều khiển 2 FCU. Lựa chọn DDC cho các chiller: Mỗi chiller kèm theo 2 bơm nước lạnh, 2 bơm nước giải nhiệt, 2 tháp giải nhiệt yêu cầu 5 AI, 14 DI, 7 DO. Theo đó chọn 4 DDC MNL-20RS có: 2DI, 3 UI, 6 DO, 2 AO. MNL 20RS S-Link UI UI UI DI DI AO AO DO DO DO DO DO DO TT hoạt động CO1 Lỗi hoạt động CO1 Lỗi hoạt động CO2 TT hoạt động CO2 Chạy/ ngừng CO1 Chạy/ ngừng CO2 MNL 20RS S-Link UI UI UI DI DI AO AO DO DO DO DO DO DO Lưu lượng đường hồi chính TT hoạt động chiller Lỗi hoạt động chiller Nhiệt độ đường hồi chính Chạy/ ngừng chiller Nhiệt độ đường cấp chính MNL 20RS S-Link UI UI UI DI DI AO AO DO DO DO DO DO DO Nhiệt độ nước giải nhiệt vào Lỗi hoạt động CHWP1 Lỗi hoạt động CHWP2 Chạy/ ngừng CHWP1 TT hoạt động CHWP1 TT hoạt động CHWP2 Chạy/ ngừng CHWP2 MNL 20RS S-Link UI UI UI DI DI AO AO DO DO DO DO DO DO Nhiệt độ nước giải nhiệt ra Lỗi hoạt động CONWP1 Lỗi hoạt động CONWP2 Chạy/ ngừng CONWP1 TT hoạt động CONWP1 TT hoạt động CONWP2 Chạy/ ngừng CONWP2 LonWorks LonWorks LonWorks Hình 5.16. Kết nối I/O cho điều khiển 1 chiller. 5.2.2.3. Lựa chọn UNC. UNC đưa ra cho hệ thống là UNC thuộc seri 600 của Invensys, đây là một bộ xử lý PC với sự hỗ trợ của ổ cứng. Nó cho phép điều khiển thích nghi, giám sát và các giải pháp quản lý các mạng LonWorks hoặc Invensys NETWORK 8000 hay các bộ điều khiển DMS cho điều khiển toà nhà. Khi được kết nối thông qua mạng Ethernet, UNC seri 600 có thể giao tiếp với các thiết bị hoặc hệ thống BACnet và chia sẻ dữ liệu giữa BACnet, LonWorks và các hệ thống Invensys. UNC đưa ra là UNC-600-2-N với mô tả như sau: Cổng Ethernet 10/100 Mbit. 2 cổng RS-232. 1 cổng LonWorks điều khiển tối đa 126 thiết bị. LON Tunnel service. Bộ điều khiển BACnet. Microsoft Window NT4.0 đi kèm máy ảo Java. Phần mềm “Control Engine” với sự hỗ trợ của BACnet và LonWorks.. Nguồn cấp: 180-230VAC 0,75A 47-63Hz. Dải nhiệt độ hoạt động 0-35 0C. Nền: CPU AMD hay Intel tốc độ cao, 550 MHz trở lên, RAM 128 MB hoặc lớn hơn. ổ cứng chuẩn IDE nhỏ nhất 3 GB. Đồng hồ thời gian thực. 5.2.3. Mạng cấp điều khiển. Mạng cấp điều khiển bao gồm các cảm biến và các cơ cấu chấp hành. 5.2.3.1. Thiết bị cảm biến. Các thiết bị cảm biến bao gồm các cảm biến nhiệt độ, cảm biến khói, cảm biến áp suất tĩnh đường ống gió, cảm biến chênh áp, cảm biến lưu lượng. Một số loại cảm biến như sau: Cảm biến nhiệt độ đặt trong phòng, trên đường ống gió, nhiệt độ ngoài trời là loại cảm biến điện tử chính xác (model MN-SX của Invensys) với dải nhiệt độ hoạt động từ 0 – 500C. Cảm biến nhiệt độ phòng và cảm biến nhiệt độ không khí ngoài trời phải có màn hình hiển thị LCD và đèn LED báo thái. Cảm biến nhiệt độ không khí ngoài trời phải có phần cảm ứng nhiệt độ đủ dài để đạt độ chính xác cần thiết. Cảm biến nhiệt độ nước là loại nhiệt kế điện trở loại nhúng chìm 5573Ω ở 200C, có dải nhiệt độ hoạt động từ -10 đến 1200C (model DWT0001 của hãng Invensys). Cảm biến khói loại gắn trong ống gió là loại có thể điều chỉnh được độ nhạy và tương thích với nguồn điện 230V - 50Hz và các rơle phục vụ cho việc báo lỗi và điều khiển. Trạng thái lỗi và đèn báo sự cố phải ở vị trí nhìn thấy được ở phía trước của cảm biến. Tất cả các cảm biến khói gắn ống được trang bị ống đựng không khí mẫu gắn phía ngoài dọc theo chiều dọc của ống. Cảm biến khói được chọn là thuộc model quang điện 2650-661 của hãng FIREX. Khi một cảm biến khói báo sự cố, AHU sẽ ngừng hoạt động và một đèn báo sự cố tại tủ điều khiển tại chỗ sẽ sáng. AHU chỉ được hoạt động lại trong trường hợp ấn vào nút khởi động. Thiết bị đo chênh áp được thiết kế để đo chênh áp giữa 2 môi trường ẩm. Nó bao gồm một cảm biến tức thời loại điện dung với kết quả đưa ra là tín hiệu điện 4-20mA. Thiết bị phải được đưa về khoảng áp suất làm việc và sai số đo chỉ nằm trong khoảng ±3% giá trị đo. Cảm biến lưu lượng điện tử là loại thiết kế không dựa trên nguyên lý từ trường, gồm có một bánh công tác với tối thiểu 6 cánh hướng về phía trước. Với cấu tạo này, hoạt động sẽ tốt hơn ở lưu lượng dòng thấp. Số lần đưa ra tín hiệu tương ứng với số lần thay đổi lưu lượng, tín hiệu ra là tín hiệu điện DC 4-20mA. Cảm biến lưu lượng đưa ra là thuộc model MS350S của Invensys với khoảng cách có thể đạt được 3000mm từ nơi lắp đặt cảm biến tới màn hình hiển thị mà không cần qua một khuếch đại nào. Nó có thể chịu được áp suất tối đa là 2MPa, có thể đo được lưu lượng tối thiểu ở vận tốc 0,55 m/s và hoạt động được trong dải nhiệt độ từ -100C đến 500C. 5.2.3.2. Cơ cấu chấp hành. Cơ cấu chấp hành bao gồm cơ cấu chấp hành cửa gió và van. Cơ cấu chấp hành cửa gió và van dập lửa là loại lò xo hồi, điều khiển đóng mở, hoạt động ở điện áp 24V AC/DC (BLF24). Điều khiển đóng mở thông qua công tắc phụ hoặc bằng tay. Mô tơ van hoạt động theo tín hiệu tương tự là loại lò xo, hoạt động ở dải điện áp 19,2…28,8V AC; 21,6…28,8V DC (AF24-SR). Động cơ đặt van ở vị trí bình thường nhờ sức căng của lò xo. Khi nguồn cấp bị ngắt, năng lượng của lò xo đẩy van về vị trí an toàn. Giá trị nhỏ nhất và lớn nhất của điện áp tương ứng vị trí đóng và mở hoàn toàn của van. Mô tơ hoạt động theo tín hiệu số (điều khiển đóng mở) là loại lò xo, hoạt động ở dải điện áp 19,2…28,8V AC; 21,6…28,8V DC (AFR24-S). Từ các lựa chọn trên đây, em đưa ra sơ đồ cấu hình phần cứng như sau: PC Ethernet, TCP/IP, BACnet, XML, HTTP UNC-600-2-N BACnet/ TCP/IP 1 2 11 12 1 2 10 11 1 2 12 13 1 2 10 11 1 2 10 11 1 2 6 7 1 2 9 10 Tầng hầm Tầng 1 Tầng 2 Tầng 3 Tầng 14 Tầng 15 Tầng 16 DDC MNL-20RS LonWorks LonWorks LonWorks DDC MNL-15RS Hình 5.17. Cấu hình phần cứng bộ điều khiển. 5.3. Thuật toán điều khiển. 5.3.1. Tuần tự hệ thống cho chiller. Hệ thống phải được kết nối liên động sao cho vừa có thể khởi động bằng tay, vừa có thể tự khởi động. Tuần tự hoạt động cho hệ thống như sau: Các FCU và AHU. Các tháp giải nhiệt. Các bơm phía bình ngưng. Các bơm phía bình bốc hơi. Các chiller. Sự hoạt động của hệ thống được điều khiển bởi các rơ le thời gian và các thiết bị an toàn liên động khác. Không chiller nào có thể khởi động nếu xảy ra 1 trong các điều kiện sau: Không có AHU hoặc FCU nào được bật. Không có nước cấp trong đường ống phía bình ngưng. Không có nước cấp trong đường ống phía bình bay hơi. 5.3.2. Điều khiển nhiệt độ tự động (bởi DDC). Các bộ điều khiển số trực tiếp DDC là các bộ điều khiển hoàn chỉnh, có thể hoạt động độc lập. Các bộ DDC đã bao hàm trong đó các thuật toán điều khiển để đáp ứng yêu cầu điều khiển. Kiểu điều khiển có thể là tỷ lệ (P), tỷ lệ – tích phân (PI), tỷ lệ – tích phân – vi phân (PID). Thuật toán điều khiển được làm sáng tỏ thông qua ví dụ điều khiển sau đây: Trong khoảng thời gian từ 12h đến 13h30 là thời gian nghỉ của các văn phòng, do đó, hệ thống điều hoà ở các văn phòng nghỉ trong thời gian này. Đồng thời, hệ thống điều hoà ở khu vực ăn uống (tầng 15: 13 FCU là 15-1ữ13) lại hoạt động. Các thông số yêu cầu của hệ thống như sau: Năng suất lạnh yêu cầu: 13 x 11,54 = 150,02 kW. Lưu lượng nước yêu cầu: 13 x 0,45 = 5,85 l/s. Lượng gió tươi yêu cầu: 13 x 270 = 3510 m3/h (975 l/s). Đồng thời là hoạt động của AHU-0612 để cấp gió tươi cho hệ thống, AHU này có các thông số: năng suất lạnh 22,9 kW, lưu lượng nước 1,1 l/s, năng suất gió là 1227 l/s. Đáp ứng các yêu cầu này thì hệ thống cần huy động hoạt động của các thiết bị: 1 chiller (ví dụ, chiller 1): năng suất lạnh 930 kW, lưu lượng nước lạnh 160 m3/h (44,44 l/s), lưu lượng nước làm mát 200 m3/h (55,55 l/s). 2 bơm nước lạnh: năng suất 84 m3/h (23,33 l/s) mỗi bơm. 2 bơm nước giải nhiệt: năng suất 126 m3/h (35 l/s) mỗi bơm. 2 tháp giải nhiệt: năng suất giải nhiệt 528 kW, lưu lượng nước 32,4 l/s mỗi tháp. 5.3.2.1. Điều khiển AHU. Điều khiển AHU để cung cấp gió tươi cho các dàn quạt với một giá trị nhiệt độ đặt trước là 300C (giả sử lúc nhiệt độ ngoài trời là 32,80C). Thông qua tốc độ quạt được điều khiển bằng bộ biến tần (INVT) để cung cấp lưu lượng gió yêu cầu. ở chế độ đầy tải, bộ biến tần cung cấp giá trị tần số dòng điện (f) là 50Hz tương ứng với tốc độ quạt cấp là 100%. Khi cả 13 FCU của tầng 15 hoạt động, tức là lưu lượng gió yêu cầu là 975 l/s. Cảm biến áp suất tĩnh trong đường ống cấp sẽ đo giá trị áp suất tĩnh (DSP) gửi tới DDC, bộ DDC so sánh giá trị này với giá trị định mức, thực hiện thuật toán tỷ lệ và đưa ra giá trị tần số dòng điện cho bộ biến tần là: (975/1227).50 = 39,7 Hz. Bộ biến tần nhận giá trị này và định tốc độ quạt là 80%. Sơ đồ khối điều khiển lưu lượng gió qua AHU như sau: PID INVT - + SP f DSP Hình 5.18. Sơ đồ khối điều khiển AHU. Khi nhiệt độ không khí ngoài trời đo được bởi cảm biến nhiệt độ ngoài trời cao hơn nhiệt độ thiết kế 32,8 0C, điều này làm cho nhiệt độ không khí cấp cũng cao hơn nhiệt độ yêu cầu là 30 0C. Cảm biến nhiệt độ không khí trong đường ống (TD) sẽ đo và gửi giá trị tới bộ DDC. Bộ điều khiển so sánh với giá trị đặt, đưa ra giá trị điện áp (u), giá trị ra này được khuếch đại để đưa tới điều chỉnh độ mở của van điều khiển (CV), tăng lượng nước cấp qua dàn (AHU có năng suất lạnh cực đại lớn hơn nhiều so với năng suất lạnh yêu cầu, nên các van điều khiển không mở đủ 100% ở điều kiện thiết kế của nhiệt độ không khí ngoài). Khi nhiệt độ không khí ngoài trời nhỏ hơn 32,8 0C thì bộ điều khiển thực hiện tác động ngược lại. Nếu nhiệt độ ngoài trời giảm xuống dưới 30 0C, thì van điều khiển đóng hoàn toàn để cấp trực tiếp không khí tươi cho FCU. Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ không khí cấp như sau: PID CV - + SP u DT Hình 5.19. Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ không khí cấp. Hai vòng điều khiển này được thực hiện đồng thời để đảm bảo sự hoạt động tỗi ưu cho hệ thống. 5.3.2.2. Điều khiển FCU. Điều khiển năng suất lạnh của FCU thông qua điều khiển lượng nước lạnh qua dàn ống. Nhiệt độ phòng (RT) được cảm biến nhiệt độ đo và gửi tới bộ điều khiển có thể lập trình DDC. Bộ điều khiển so sánh giá trị này với giá trị đo để đưa ra tín hiệu tỉ lệ là điện áp (u). Giá trị này được khuếch đại rồi đưa tới động cơ của van 2 chiều để điều chỉnh van. Khi nhiệt độ phòng giảm xuống thấp hơn giá trị đặt là 260C thì van giảm bớt độ mở để giảm dòng nước lạnh qua dàn. Khi nhiệt độ trong phòng cao hơn giá trị đặt thì bộ điều khiển thực hiện tác động ngược lại. Sơ đồ khối điều khiển FCU như sau: PID 2-way Valve - + SP u RT Hình 5.20. Sơ đồ khối điều khiển FCU. 5.3.2.3. Điều khiển tối ưu cho chiller. Bộ DDC của chiller phải thể hiện được công suất lạnh tiêu thụ của toà nhà đồng thời tuần tự hiển thị công suất lạnh của các chiller đang hoạt động cho thoả mãn công suất lạnh yêu cầu. Bộ DDC của chiller sử dụng thông số của 3 quá trình biến đổi (2 thông số nhiệt độ và một thông số lưu lượng) nhằm tính toán tổng công suất lạnh sinh ra được bởi chiller. Lưu lượng nước trở về bình bay hơi được đo bởi một lưu lượng kế và tín hiệu này, cùng với hai tín hiệu nhiệt độ được đưa tới bộ DDC của chiller và thực hiện quá trình tính toán. Tín hiệu sau tính toán, đưa tới so sánh với tổng công suất lạnh tiêu thụ của hệ thống, dùng cho mục đích điều khiển. Bộ điều khiển có khả năng sắp xếp số lượng chiller hoạt động tuỳ thuộc vào phụ tải yêu cầu trong hệ thống. Bộ DDC của chiller sẽ sắp xếp các chiller khởi động một cách tuần tự để đáp lại yêu cầu phụ tải. Bất kỳ chiller nào cũng có thể được chọn để trở thành chiller khởi động đầu tiên. Khi chiller đầu tiên này có công suất lạnh tính toán được nhỏ hơn công suất lạnh yêu cầu của tải, hai bơm cấp nước tiếp theo sẽ khởi động thông qua một rơle thời gian có thể điều chỉnh được từ 0-30 phút, và sẽ khởi động bộ điều khiển của chiller thứ hai. Bộ DDC của chiller phải có khả năng bỏ qua yêu cầu khởi động chiller tiếp theo trong trường hợp có thông báo lỗi từ chiller này. Các khả năng khác bao gồm: Cài đặt/ tuần tự lựa chọn các chiller khởi động trước. Cài đặt/ lựa chọn các máy nén trong chiller này. Sự liên động giữa các chiller bảo đảm không xảy ra trường hợp một trong số các chiller bật và tắt trong một khoảng thời gian tối thiểu. Nói khác đi, khoảng thời gian giữa bật và tắt của một chiller phải lớn hơn một khoảng thời gian tối thiểu nào đó (thường là 30 phút). Khi một chiller nào đó ở vị trí khởi động đầu tiên, bơm phía nước ngưng của chiller đó sẽ khởi động khi hệ thống được kích hoạt. Khi bơm nước ngưng khởi động, bộ điều khiển của chiller tương ứng cũng được kích hoạt. Chiller này sẽ khởi động với xác nhận đưa ra bởi bộ DDC chiller rằng các thiết bị điều khiển là an toàn. 5.4. Giới thiệu phần mềm WorkPlace Tech Tool 4.0. Phần mềm WorkPlace Tech Tool (WP Tech) dùng để lập trình cho các bộ DDC. WP Tech được thiết kế để sử dụng cho tất cả các bộ điều khiển MicroNet seri I/A. Sử dụng WP Tech, người dùng làm thoả mãm các yêu cầu điều khiển khác nhau và làm cho bộ điều khiển có thể hoạt động độc lập hoặc là một thành phần trong mạng. WP Tech cho phép người dùng lập trình các bộ điều khiển Micronet seri I/A sử dụng thư viện rất lớn các đối tượng riêng lẻ và chuyên biệt của nó. WP rất dễ hiểu nhờ việc biểu tượng hoá các chức năng và thuật toán phổ biến, và rất dễ dàng dùng “wizards” để định cấu hình của bộ điều khiển. WP Tech làm việc với các thiết bị seri I/A của mạng LonWorks, thậm chí thông qua bộ định tuyến (router: thiết bị ghép nối những mạng cục bộ cùng giao thức). WP Tech 4.0 cho phép người sử dụng tải lên cơ sở dữ liệu của các bộ điều khiển ứng dụng đã tồn tại, tái tạo hay vẽ lại, và hiệu chỉnh các ứng dụng trong một định dạng đồ hoạ. Hệ thống quản lý file của WP Tech cho phép người dùng lưu, sửa và dùng lại các ứng dụng của bộ điều khiển trong cùng đề án hay trong một đề án khác (phương pháp quản lý file dựa trên các đề án: project-based). WP Tech sử dụng một ký hiệu duy nhất cho một đối tượng cụ thể. Các đối tượng dễ dàng được copy (thả và kéo) từ các mẫu theo yêu cầu và được gắn liền với các đường nối định nghĩa logic và dòng dữ liệu trong một ứng dụng. WP Tech cũng cung cấp các chức năng dự báo trực tuyến cho phép kiểm tra thời gian thực của các đầu ra của mỗi đối tượng. Nó cũng cho phép người dùng tạm thời ghi đè hoặc ghi các giá trị trong suốt quá trình kiểm tra chương trình. Các đặc điểm: Cho phép tải lên cơ sở dữ liệu bộ điều khiển và tái tạo hay hiệu chỉnh ứng dụng trong một định dạng đồ hoạ. Định dạng phần cứng cho bộ điều khiển và cảm biến nhanh chóng nhờ wizard. Giao diện cung cấp các menu đầy đủ và có thể lựa chọn hiển thị đơn vị theo hệ Anh hoặc hệ mét. Việc quản lý cơ sở dữ liệu bộ điều khiển có khả năng sửa chữa và đáp ứng việc lập trình off-line. Cho phép PC hay laptop truy cập vào các bộ điều khiển trong mạng LonWorks. Tổ chức ứng dụng theo phương pháp dựa trên các đề án làm đơn giản hoá các nhiệm vụ quản lý phức tạp. Cho phép lưu trữ và dùng lại các ứng dụng và cấu hình, làm giảm thời gian yêu cầu cho kỹ sư và nhiệm vụ công việc. Có thể nhập 24 điểm trước đó cho việc chuẩn đoán hệ thống. Các đối tượng quen thuộc cho phép người dùng tạo và lưu trữ các quy tắc tiêu chuẩn để dùng về sau. Sự dẫn chứng các tư liệu on-line và off-line làm cho có thể vẽ các biểu đồ logic. Hình 5.21. Giao diện chương trình WorkPlace Tech Tool. Các đặc tính kỹ thuật: Mẫu bộ điều khiển: Các mẫu là tập hợp các đặc tính bộ điều khiển và logic điều khiển dùng lại được, cho phép lưu và sử dụng trong các ứng dụng cùng loại. Các mẫu điều khiển cung cấp trang bản vẽ (cận cảnh và toàn cảnh), các mẫu Invensys, Hardware Wizard. Các mẫu ứng dụng quen thuộc: Các mẫu quen thuộc có thể được tạo từ bất kỳ ứng dụng nào của WP Tech 4.0. Các mẫu này có thể được sử dụng để bắt đầu phát triển một ứng dụng mới. ứng dụng mới dựa trên mẫu có thể hiệu chỉnh mà không cẩn thay đổi ở mẫu. Khuôn mẫu: WP Tech chứa một số khuôn mẫu, trong đó tập hợp các hình dạng điển hình. Ngoài các khuôn mẫu tiêu chuẩn, các khuôn mẫu quen thuộc cũng có thể được tạo ra. Truyền thông: WP Tech có thể liên lạc với bất kì bộ điều khiển MicroNet seri I/A nào trên một mạng LonWorks. Máy tính có thể nối trực tiếp với mạng LonWorks, với một bộ điều khiển LonWorks, hay với một cảm biến gắn tường MN-Sx. WP Tech cũng có thể kết nối với một bộ điều khiển từ xa thông qua địa chỉ IP. Liên kết IP yêu cầu cài đặt phần mềm Niagra VLON Tunnel ở máy PC WorkPlace Tech Tool và cài đặt một UNC cấu hình phù hợp ở vị trí bộ điều khiển từ xa. Hỗ trợ các bộ điều khiển: WP Tech hỗ trợ các bộ điều khiển chuẩn. Mỗi bộ điều khiển chuẩn có một hiện trạng chức năng LONMARK cụ thể, được xác đinh bằng model của nó. Hiên trạng LonMark mô tả mục đích ứng dụng chung và hình ảnh mạng lưới của một thiết bị. Một hiện trạng được tạo ra từ một tập hợp tiêu chuẩn hoá các rãnh dữ liệu (vào và ra) kết nối với các nút mạng LON khác đã cài đặt. Hỗ trợ các cảm biến: Tất cả các chức năng của cảm biến MicroNet đều có thể được lập trình đầy đủ và được xác định bởi logic điều khiển, nó được tải xuống từ WP Tech đến bộ điều khiển MicroNet. 12 kiểu cảm biến nhiệt độ số được hỗ trợ, 6 trong số đó bao gồm cảm biến độ ẩm và 8 có màn hình LCD. Kết luận: Trong thời gian ba tháng, với tinh thần làm việc nghiêm túc, sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô, sự giúp đỡ nhiệt tình của các bạn đồng nghiệp, em đã thực hiện xong bản đồ án này với các phần việc đã làm được: Tìm hiểu về các hệ thống ĐHKK và tình hình sử dụng ở Việt Nam. Thiết kế hệ thống ĐHKK trung tâm nước cho công trình Tổ hợp văn phòng, Số 9 - Đào Duy Anh. Tìm hiểu về hệ thống điều khiển và các phương pháp điều khiển cho hệ thống ĐHKK. Thiết kế hệ thống điều khiển dùng DDC cho hệ thống. Tuy nhiên, do còn nhiều hạn chế về kinh nghiệm thực tế và kiến thức nên trong đồ án này còn có nhiều phần mang tính lý thuyết. So với mục tiêu ban đầu đề ra, bản thân em nhận thấy còn những điều chưa hoàn thiện như: Chưa thiết kế hệ thống hút thải cho hệ thống điều hoà không khí và hệ thống cấp gió cầu thang. Các bản vẽ và phần thuyết minh về thi công, lắp đặt, bảo dưỡng hệ thống ĐHKK chưa làm được. Chưa tìm hiểu được về các ngôn ngữ lập trình và ứng dụng lập trình cho hệ thống điều khiển hệ thống ĐHKK trung tâm. Chính vì lý do này mà bản thiết kế này muốn áp dụng được vào thực tế cần phải sửa đổi và bổ sung rất nhiều. Đó cũng chính là nhiệm vụ mà em tự đặt ra cho bản thân mình, để có thể ứng dụng lý thuyết hiệu quả vào thực tế công việc. TàI LIệU THAM KHảO Bộ xây dựng. Tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5687-1992. NXB Xây dựng, 1992. Bùi Hải. Tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt. NXB Giao thông vận tải, 2002. Bùi Hải. Tự động điều khiển trong hệ thống ĐHKK. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2004. Nguyễn Đức Lợi. Hướng dẫn thiết kế hệ thống ĐHKK. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2005. Hoàng Minh Sơn. Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình. NXB Bách Khoa – Hà Nội, 2006. Hà Đăng Trung, Nguyễn Quân. Cơ sở kỹ thuật ĐHKK. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2005. Bùi Hải. Tính toán thiết kế hệ thống ĐHKK theo phương pháp mới. NXB Khoa học và kỹ thuật, 2005. Carrier. Carrier Catalog. Honeywell. Engineering manual of Automatic control for heating, ventilating and air conditioning, SI edition. 1995. Catalog của hãng Invensys.