Đề tài Cấu trúc bộ điều khiển số trực tiếp DDC sử dụng trong điều khiển các hệ thống BMS

Nội dung text: Đề tài Cấu trúc bộ điều khiển số trực tiếp DDC sử dụng trong điều khiển các hệ thống BMS

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Điện HỆ THỐNG BMS TRONG TÒA NHÀ Cấu trúc bộ điều khiển số trực tiếp DDC sử dụng trong điều khiển các hệ thống BMS Giáo viên hướng dẫn: T.S Nguyễn Thế Công Sinh viên thực hiện: Phạm Quang Anh MSSV 20181087 Lớp: Điện 03-K63 Mã lớp học: 124664 Hà Nội, 29/05/202
2. Bộ điều khiển số trực tiếp (DDC) 2
3. Nội dung Bộ điều khiển số trực tiếp (DDC) 2 I. Giới thiệu 4 1. DDC là gì? 4 2. Ưu điểm của bộ DDC 4 2.1. Tăng độ linh hoạt 4 2.2. Tăng tính hiệu quả trong vận hành 4 2.3. Tối ưu năng lượng sử dụng 5 II. Cấu trúc DDC trong hệ thống điều khiển 5 1. Cấu trúc DDC trong hệ thống điều khiển 6 2. Cấu trúc DDC trong hệ thống kết nối truyền thông 7 III. Ví dụ về DDC 8 1. Tính năng 8 2. Thông số kỹ thuật 9 3. Sơ đồ chân thiết bị 10 4. Sơ đồ khối điển hình của hệ thống 10 IV. Ví dụ về hệ thống điều khiển sử dụng DDC 11 1. Thiết lập các tín hiệu điều khiển 11 2. Thiết lập chương trinh điều khiển 12 Tài liệu tham khảo 14 3
4. I. Giới thiệu 1. DDC là gì? DDC là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh: Direct Digital Control, tạm dịch “bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp” hay gọi là “bộ điều khiển DDC”. DDC là bộ điều khiển chuyên dụng trong các hệ thống BMS, HVAC, AHU, Chiller, dùng để điều khiển các hoạt động độc lập của các hệ thống trong tòa nhà, nhà máy, Bộ điều khiển DDC thực chất giống như là PLC (Programmable Logic Controller), là một bộ điều khiển trung tâm, bên trong có chip xử lý, có bộ nhớ để lưu trữ chương trình, có time clock để định thời, có các cổng vào ra I/O để nhận và xuất tín hiệu điều khiển. 2. Ưu điểm của bộ DDC Bộ điều khiển DDC thường đi cùng hệ thống HVAC, một DDC có thể điều khiển 1 hay nhiều FCU, AHU. Ngoài ra, DDC cũng có thể điều khiển được hoạt động của các Chiller, bơm, tháp giải nhiệt. 2.1. Tăng độ linh hoạt Bộ điều khiển DDC có thể lập trình được và giúp cho việc điều chỉnh hệ thống HVAC với hiệu quả cao hơn bằng khả năng thu thập dữ liệu chính xác hơn. Cảm biến điện tử đo các thông số trong tiêu chuẩn chất lượng HVAC thông thường như: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất chính xác hơn so với các thiết bị vận hành bằng khí nén trước đây. Ngày nay, người ta thường sử dụng thuật toán điều khiển vòng lặp có phản hồi PID vào trong các ứng dụng thông qua các phần mềm, điều này khiến cho việc thay đổi dễ dàng hơn. Bộ điều khiển DDC ngày càng linh hoạt hơn trong việc đặt lịch, thiết lập lịch trình, định vị và điều khiển tổng thể. DDC dễ dàng tích hợp với các hệ thống khác trong máy tính (ví dụ: DDC có thể tích hợp vào các phần mềm kiểm soát hỏa hoạn, hệ thống an ninh, hệ thống điều khiển ánh sáng hay hệ thống quản lý bảo trì, bảo dưỡng). 2.2. Tăng tính hiệu quả trong vận hành DDC có khả năng kết nối các DDC thành một mạng lưới, từ đó dễ dàng định vị báo động và triển khai các hoạt động cảnh báo, báo động ra các điểm khác nhau. DDC có thể xuất dữ liệu thu thập được lên trên biểu đồ, đồ thị và thông qua đó các kỹ thuật viên hay kỹ sư có thể dễ dàng chuẩn đoán và khắc phục các sự cố phát sinh một cách dễ dàng, chính xác và kịp thời. 4
5. Có thể thiết lập lưu trữ các bảng dữ liệu theo các khoảng thời gian khác nhau, để có thể theo dõi hiệu suất hoạt động và đưa ra các phương thức tối ưu để cải thiện kết quả. Dễ dàng gửi các thông điệp như cảnh báo, báo động, thời gian tiến hành bảo dưỡng định kỳ, qua các hình thức truyền thông SMS hay Email, 2.3. Tối ưu năng lượng sử dụng DDC dễ dàng thu thập được các tín hiệu điều khiển, từ đó có thể xây dựng, lập các chiến lược và lập trình điều khiển các thành phần trong hệ thống nhằm tiết kiệm năng lượng sử dụng. Chúng ta có thể dễ dàng theo dõi và kiểm soát các nhu cầu hoạt động một cách tổng thể cho hệ thống sử dụng bộ DDC thông qua điểm đặt của các hệ thống khác nhau tùy theo mức độ nhu cầu khác nhau. Có thể lập trình DDC ở mỗi khu vực, mỗi cấp độ khác nhau cho phù hợp; có thể lên lịch bật/tắt các hệ thống khác theo một lịch trình được thiết lập trước đó và lịch trình này cũng có thể được thay đổi thường xuyên II. Cấu trúc DDC trong hệ thống điều khiển 5
6. Phía trên là một sơ đồ hệ thống BMS sử dụng các DDC của Honeywell bao gồm cả một số loại bộ điều khiển khác như CP-DIO (digital I/O controller), CP-IPC (network controller), CP-SPC (Small point controller for FCU), CP-VAV (controller for VAV symtem), CP-EXPIO (expansion IO board for more CP-DIO can use) 1. Cấu trúc DDC trong hệ thống điều khiển Ba thành phần chính của hệ thống Điều khiển là cảm biến, bộ điều khiển và một thiết bị được điều khiển. Ba thành phần hoặc chức năng này tương tác với nhau để điều khiển một phương tiện. Ví dụ, nhiệt độ không khí là một phương tiện được kiểm soát Cảm biến đo dữ liệu, bộ điều khiển xử lý dữ liệu và công cụ được kiểm soát thực hiện một hành động nào đó. Cảm biến đo các thông số được điều khiển hoặc đầu vào điều khiển khác, một cách chính xác và có thể lặp lại. Hệ thống sưởi, thông gió và điều hòa không khí thông thường (Cảm biến HVAC), được sử dụng để đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm tương đối, và carbon dioxide. Các biến khác cũng có thể được đo lường và sẽ tác động đến logic bộ điều khiển. Ví dụ các thông số cần quan tâm bao gồm nhiệt độ các thiết bị, thời gian sử dụng trong ngày hoặc điều kiện nhu cầu về dòng điện. Thông tin đầu vào bổ sung sẽ ảnh hưởng đến logic điều khiển có thể bao gồm trạng thái của các tham số khác. Bộ điều khiển xử lý là bộ xử lý dữ liệu được đầu vào từ cảm biến, áp dụng điều khiển logic và thực hiện một hành động đầu ra được tạo ra. Tín hiệu này có thể được gửi trực tiếp đến thiết bị được điều khiển hoặc đến các chức năng điều khiển logic khác và cuối cùng là đến thiết bị được điều khiển. Thiết bị điều khiển là thiết bị phản hồi tín hiệu từ bộ điều khiển, hoặc logic điều khiển, và thay đổi điều kiện của phương tiện được điều khiển hoặc trạng thái của thiết bị cuối. Các thiết bị này bao gồm, bộ điều khiển van, bộ điều khiển van điều tiết, rơ le điện, quạt, máy bơm, máy nén và bộ truyền động tốc độ thay đổi cho các ứng dụng quạt và bơm. 6
7. Hình 1: Thành phần cơ bản của hệ thống DDC cho một hệ thống HVAC tương tự 2. Cấu trúc DDC trong hệ thống kết nối truyền thông Một điểm khác biệt rất lớn giữa DDC và PLC là giao thức truyền thông: do đặc thù về mặt không gian bố trí theo chiều dọc của các DDC. Để máy tính vận hành của hệ thống BMS tại phòng điều khiển trung tâm của toà nhà (tầng hầm) với ít dây dẫn tín hiệu nhất và dễ dàng nhất cho việc thi công, các DDC được thiết kế để cho phép truyền thông nối tiếp từ DDC nọ sang DDC kia và tới máy tính vận hành. Các giao thức phổ biển hiện nay là Bacnet MS/TP, Lonwork, N2 Open BMS và các thành phần hoàn toàn tương thích với mạng BACnet IP vì sử dụng giao thức truyền thông tích hợp với các hệ thống mở. Các máy chủ hệ thống có thể giao tiếp với các thiết bị BACnet của hãng thứ ba Hiện nay, giao thức là Bacnet MS/TP được sử dụng nhiều nhất, vì một số lợi ích sau: • Máy trạm điều hành đơn cho tất cả các hệ thống • Mở rộng hệ thống cạnh tranh. • Loại bỏ nỗi sợ trở thành chủ sở hữu bị khóa với một nhà cung cấp duy nhất. • Khả năng tích hợp tất cả các Chức năng BAC. 7
8. • Khả năng tương tác • Chia sẻ dữ liệu • Báo thức và quản lý sự kiện • Xu hướng • Lập lịch trình • Quản lý mạng và thiết bị từ xa Một bản vẽ ví dụ: III. Ví dụ về DDC Ở đây, chúng ta sẽ xét một ví dụ về DDC 46 1. Tính năng DDC-C46 có ngõ vào đa chức năng giúp dễ dàng lựa chọn các cảm biến ngõ vào. Thiết bị hỗ trợ đầy đủ ngõ ra analog và relay giúp dễ dàng điều khiển các thiết bị khác. • Hỗ trợ 12 ngõ vào đa chức năng • Hỗ trợ ngõ ra Analog cho phép cấu hình điều khiển theo dạng PID. 8
9. • Hỗ trợ ngõ ra Relay. • Cho phép giao tiếp qua chuẩn truyền thông BACnet MSTP hoặc Modbus RTU 485 từ hệ thống BMS. • 4 LED 7 đoạn hiển thị và cài đặt thông số đơn giản. • Bộ điều khiển được tích hợp đồng hồ thời gian thưc (RTC) cho phép cấu hình điều khiển chạy/dừng hệ thống theo lịch trình định sẵn 2. Thông số kỹ thuật 9
10. 3. Sơ đồ chân thiết bị • 24V IN và 0V IN : Nguồn cấp cho bộ điều khiển. 24VAC/DC. • NOn_1 + NOn_2 : Ngõ ra dạng Relay ON/OFF. • AOn + GND : Ngõ ra dạng Analog thứ n. • UI 0n : Ngõ vào đa chức năng thứ n. • A1+ và B1- : Tín hiệu RS485 hỗ trợ BACnet MSTP hoặc mobus RTU cho phép kết nối về BMS • A2+ và B2- : Tín hiệu RS485 cho Modbus RTU master cho phép kết nối đọc thiết bị Modbus khác 4. Sơ đồ khối điển hình của hệ thống 10
11. IV. Ví dụ về hệ thống điều khiển sử dụng DDC 1. Thiết lập các tín hiệu điều khiển Một ví dụ, chúng ta cần kiểm soát Kiểm soát máy bơm và kiểm soát trình tự làm đầy thông qua DDC • 2 Máy bơm tăng áp S, một là để làm đầy bể chứa nước và một là bơm nước lên các tòa nhà nhằm mục đích cho người thuê nhà như nhà vệ sinh, v.v. • Động cơ hai máy bơm này được điều khiển thông qua bảng điều khiển máy bơm bằng tay và nó sẽ hoạt động tự động dựa trên trình tự sau • Bơm-1 sẽ chạy nếu mực nước dưới mức cao và dừng một lần trên mức cao. • Bơm-2 sẽ chạy nếu áp suất trên đường cung cấp nhỏ hơn mức định nghĩa, giả sử là 2,5bar. • Máy bơm-2 Không nên chạy nếu nước ít hơn công tắc mức thấp hơn thậm chí áp suất thấp hơn xác định. Vì vậy, dựa trên trình tự trên chúng ta sẽ có các thông số sau để theo dõi và kiểm soát • Bơm tăng áp-1 Trạng thái chạy từ bảng điều khiển-Đầu vào nhị phân • Bơm tăng áp-1 Chạy lệnh từ bảng điều khiển-Đầu ra nhị phân • Bơm tăng áp-2 Trạng thái chạy từ bảng điều khiển-Đầu vào nhị phân • Bơm tăng áp-2 Chạy lệnh từ bảng điều khiển-Đầu ra nhị phân • Trạng thái mức nước thấp-Đầu vào nhị phân • Trạng thái mức nước cao-Đầu vào nhị phân 11
12. • Áp suất chất lỏng trên đường cung cấp- Đầu vào tương tự Bây giờ chúng ta sẽ tiến hành kết nối các điểm trên trong Bộ điều khiển DDC như sau • BP-1 Run sts- IN-1 • BP-2 Run sts- IN-2 • Sts cấp độ thấp- IN-3 • Sts-IN-4 cấp cao • Áp suất chất lỏng-IN-5 • BP-1 Run Command-BO-0 • Bp-2 Chạy Lệnh-BO-1 2. Thiết lập chương trinh điều khiển Logic sẽ như sau để thực hiện chuỗi trên • Nếu IN4 == 1 ## (nghĩa là nhỏ hơn trạng thái cấp cao) • sau đó • BP1 = 1 ## (Trên máy bơm) 12
13. • else ## (nghĩa là cao hơn trạng thái cấp cao) • BP1 = 0 ## (Tắt máy bơm) • endif • Nếu (IN5 <2,5 và IN4 == 1) ## (nếu áp suất nhỏ hơn 2,5bar và nước trên mức thấp) • thì BP2 = 1 ## (trên Pump) • khác • BP2 = 0 ## (Tắt máy bơm) • endif Không chỉ chuỗi nhỏ này mà cả DDC cũng có thể thực hiện chuỗi phức tạp và quan trọng trong Hệ thống BMS cho HVAC 13
14. Tài liệu tham khảo [1] N. T. Công, Slide Hệ thống BMS cho tòa nhà. [2] N. X. B. X. Dựng, Hướng dẫn thiết kế hệ thống quản lý tòa nhà. [3] [Trực tuyến]. Available: in-bms-system/. [4] [Trực tuyến]. Available: khien-ddc-bo-ieu.html. [5] [Trực tuyến]. Available: [6] [Trực tuyến]. Available: khien-chuyen-d-ng/bo-dieu-khien-lap-trinh-ddc-c46.html. [7] [Trực tuyến]. Available: -integrated-automation.pdf. 14