Tiểu luận Tìm hiểu cấu trúc bộ điều khiển số trực tiếp DDC sử dụng trong điều khiển hệ thống BMS

Nội dung text: Tiểu luận Tìm hiểu cấu trúc bộ điều khiển số trực tiếp DDC sử dụng trong điều khiển hệ thống BMS

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN -ĐIỆN TỬ ===o0o=== TIỂU LUẬN BMS ĐỀ TÀI:Tìm hiểu cấu trúc bộ điều khiển số trực tiếp DDC sử dụng trong điều khiển hệ thống BMS Giảng viên hướng dẫn: TS. NGUYỄN THẾ CÔNG Sinh viên thực hiện: VŨ THỊ HUỆ MSSV: 20181164 Lớp: Kỹ thuật điện 03 Hà Nội. tháng 6 năm 2021
2. Mục lục trang I.Khái niệm bộ điều khiển DDC 3 II.Hệ thống điều khiển 3 III.Hệ thống kết nối truyền thông 5 IV.Lấy ví dụ về DDC 8 Danh mục hình vẽ Hình 1 .Các khối cơ bản 3 Hình 2 Khối điều khiển DDC 4 Hình 8 Sơ đồ điều khiển mạng LAN 5 Hình 9 Biểu đồ mạng LAN 5 Hình 10 Sơ đồ mạng LAN theo kiểu hàng ngang và kiểu thăm dò 6 Hình 11 Giao diện giao tiếp 7 Hình 12 Xây dựng khối giao diện giao tiếp 7 Hình 20 Cổng BACNET 8 2
3. I.Khái niệm bộ điều khiển số trực tiếp DDC 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 gian, có các cổng vào ra I/O để nhận và xuất tín hiệu điều khiển. II.Hệ thống điều khiển số trực tiếp DDC Quá trình kiểm soát một hệ thống HVAC bao gồm ba bước. Các bước này bao gồm dữ liệu đo lường đầu tiên, sau đó xử lý dữ liệu với thông tin khác và cuối cùng là thực hiện hành động kiểm soát. Ba chức năng này tạo nên những gì được gọi là vòng điều khiển. Ví dụ về quá trình này được mô tả trong Hình1 -Khối điều khiển cơ bản Vòng điều khiển trong Hình 1 bao gồm ba thành phần chính: một cảm biến, một bộ điều khiển và một thiết bị được điều khiển. Ba thành phần hoặc chức năng này tương tác để điều khiển một phương tiện. Trong ví dụ minh họa trong Hình 1, nhiệt độ không khí là môi trường được kiểm soát. Cảm biến đo dữ liệu, bộ điều khiển xử lý dữ liệu và thiết bị được điều khiển gây ra một hành động. Hình 1 có thể là một ví dụ về hệ thống điều khiển khí nén hoặc điện tử, trong đó bộ điều khiển là một phần cứng riêng biệt . Trong hệ thống DDC, chức năng bộ điều khiển diễn ra trong phần mềm như trong Hình 2. 3
4. -Cảm biến Cảm biến được đo các thành phần môi trường hoặc điều khiển các thiết bị đầu vào khác một cách chính xác và có thể lặp lại. Cảm biến HVAC thông thường được sử dụng để đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm tương đối, trạng thái luồng không khí và carbon dioxide. Các biến khác cũng có thể được đo tác động đến lo bộ điều khiển logic Ví dụ bao gồm nhiệt độ khác, thời gian trong ngày hoặc điều kiện nhu cầu hiện tại. Thông tin đầu vào bổ sung (dữ liệu ) ảnh hưởng đến điều khiển logic có thể bao gồm trạng thái của các thông số khác (luồng không khí, dòng nước, dòng điện) hoặc an toàn (lửa, khói, giới hạn nhiệt độ cao / thấp hoặc bất kỳ số lượng thông số vật lý nào khác). Cảm biến là một phần cực kỳ quan trọng của hệ thống điều khiển và có thể là bộ phận đầu tiên, cũng như một mắt xích chủ yếu trong chuỗi điều khiển. -Bộ điều chỉnh Bộ điều khiển xử lý dữ liệu được đầu vào từ cảm biến, áp dụng điều khiển logic và tạo ra một hành động đầu 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. Chức năng của bộ điều khiển là so sánh đầu vào của nó (từ cảm biến) với một tập hợp các lệnh như điểm đặt, phạm vi điều chỉnh và hành động, sau đó tạo ra tín hiệu đầu ra thích hợp. Đây là logic của kiểm soát. Nó thường bao gồm một phản hồi điều khiển cùng với các quyết định logic khác dành riêng cho ứng dụng điều khiển cụ thể. Cách bộ điều khiển hoạt động được gọi là phản hồi điều khiển. III)Hệ thống kết nối truyền thông -Giao tiếp với mạng Lan 4
5. Giao tiếp giữa các thiết bị trên mạng có thể được mô tả là ngang hàng hoặc bỏ phiếu. Trong mạng LAN ngang hàng, mỗi thiết bị có thể chia sẻ thông tin với bất kỳ thiết bị nào khác trong mạng LAN mà không cần thông qua trình quản lý truyền thông (Hình 8). Các bộ điều khiển trong mạng LAN ngang hàng có thể là bộ điều khiển chính, bộ điều khiển phụ hoặc chúng có thể là sự kết hợp của cả hai loại bộ điều khiển. Loại bộ điều khiển sử dụng mạng LAN ngang hàng khác nhau giữa các nhà sản xuất. Các loại bộ điều khiển này được định nghĩa sau trong phần này. Trong mạng LAN bộ điều khiển bỏ phiếu, các bộ điều khiển riêng lẻ không thể truyền thông tin trực tiếp cho nhau. Thay vào đó, dữ liệu chảy từ một bộ điều khiển đến giao diện và sau đó từ giao diện đến bộ điều khiển khác (Hình 9). Thiết bị giao diện quản lý giao tiếp giữa bộ điều khiển mạng LAN thăm dò và các cấp cao hơn trong kiến trúc hệ thống. Nó cũng có thể bổ sung khả năng thăm dò bộ điều khiển mạng LAN bằng cách cung cấp các chức năng sau: chức năng đồng bộ; bộ đệm cho dữ liệu xu hướng, báo động, tin nhắn; và hỗ trợ phần mềm đơn đặt hàng cao hơn. 5
6. Nhiều hệ thống kết hợp truyền thông của mạng ngang hàng với mạng bỏ phiếu. Trong Hình 10, giao diện giao tiếp theo kiểu ngang hàng với các thiết bị trong mạng LAN ngang hàng. Các thiết bị dựa trên mạng LAN thăm dò có thể nhận dữ liệu từ các thiết bị ngang hàng, nhưng dữ liệu phải chạy qua giao diện. -Giao diện người vận hành Máy tính để bàn là máy trạm điều hành tập trung mà chức năng chính là lập trình, xây dựng và hiển thị đồ họa hệ thống; thu thập dữ liệu dài hạn; và báo thức và lọc tin nhắn. Máy tính xách tay có thể kết nối với mạng LAN thông qua một giao diện truyền thông độc lập hoặc được tích hợp vào một thiết bị khác. Máy tính xách tay được kết nối với mạng LAN ở cấp độ cụ thể có thể không có cùng khả năng với máy tính được kết nối với mạng LAN ở cấp độ cao hơn. Bàn điều khiển cầm tay, bàn di chuột và công cụ dịch vụ là các thiết bị độc quyền kết nối với bộ điều khiển chính hoặc bộ điều khiển phụ. Thông thường, chúng cho phép giám sát và điều khiển điểm, cấu hình bộ điều khiển (thiết lập địa chỉ và giao tiếp), và hiệu chuẩn đầu vào và đầu ra. Bộ điều nhiệt thông minh là cảm biến có các khả năng bổ sung. Chúng kết nối với bộ điều khiển thứ cấp và có chế độ dịch vụ để cho phép giám sát, kiểm soát và hiệu chuẩn điểm. Chúng cũng có chế độ người dùng cho phép hiển thị thông tin điểm, điều chỉnh điểm đặt và chế độ ghi đè. -Giao diện máy tính hoặc mạng Giao diện truyền thông được thể hiện trong Hình 11 là một thiết bị giao diện truyền thông. Nó cung cấp đường dẫn giữa các thiết bị không sử dụng cùng một giao thức truyền thông. Điều này bao gồm máy tính, modem và máy in. 6
7. Nó có thể là một thành phần độc lập hoặc nó có thể được tích hợp vào một thiết bị khác như trong Hình 12 -Protocol Trong thế giới DDC, có ba phân loại giao thức: giao thức đóng, giao thức mở và giao thức chuẩn. Giao thức đóng là một giao thức độc quyền được sử dụng bởi một nhà sản xuất thiết bị cụ thể. Một hệ thống giao thức mở sử dụng một giao thức có sẵn cho bất kỳ ai, nhưng không được xuất bản bởi một tổ chức tiêu chuẩn. Một hệ thống giao thức tiêu chuẩn sử dụng một giao thức có sẵn cho bất kỳ ai. Nó được tạo ra bởi một tổ chức tiêu chuẩn. -Bacnet BACNET là một giao thức tiêu chuẩn được xuất bản bởi một tổ chức tiêu chuẩn (Hiệp hội kỹ sư làm sưởi ấm, làm lạnh và điều hòa không khí Hoa Kỳ hoặc ASHRAE). Nó là một đặc điểm kỹ thuật cho một giao thức. Các nhà cung cấp DDC tạo ra một giao thức truyền thông tuân theo đặc điểm kỹ thuật này. 7
8. BACNET là một tiêu chuẩn tương đối phức tạp. Tiêu chuẩn xác định các tuyên bố tuân thủ thực hiện giao thức (PICS) xác định các mức độ tuân thủ khác nhau. Một nhà cung cấp nhất định có thể hoặc có thể không hỗ trợ mức cần thiết cho một ứng dụng nhất định. Nói cách khác, một nhà cung cấp có thể đáp ứng mức độ tuân thủ rất thấp và tương thích với BACNET. Câu hỏi quan trọng là, Ở cấp độ nào? Trong Hình 20, các khối điều khiển máy làm lạnh DDC sẽ giao tiếp với hệ thống DDC của tòa nhà nếu mỗi khối có cổng BACNET và PICS của chúng phù hợp. IV.Lấy ví dụ về 1 bộ DDC cụ thể để lấy datasheet và chân đấu nối Hướng Dẫn Sử Dụng Bộ Điều Khiển DDC-C46 DDC-C46 hỗ trợ đồng thời 2 cổng truyền thông RS485 với 2 chuẩn Modbus RTU và BACnet MSTP. Với tính năng này thiết bị có thể kết nối với hầu hết các hệ thống BMS hiện có hoặc đóng vai trò là bộ chuyển đổi từ Modbus RS485 sang BACnet MSTP. 8
9. SƠ ĐỒ KẾT NỐI CHÂN - Cảm biến dòng điện 2 dây sử dụng 1 chân nguồn nối vào 24VDC OUT và 1 chân tín hiệu nối vào UI. - Cảm biến dạng điện trở/Điệp áp/Dry Contact nối 1 chân vào GND và 1 chân UI - 24VAC IN và GND IN là 2 chân cấp nguồn cho bộ điều khiển 24VAC. - Ngõ ra COM n + NO n là các ngõ ra relay với n = 1-8. - A1+ và B1- là 2 chân tín hiệu cho BACnet/Modbus để kết nối với máy tính. - A2+ và B2- là 2 chân kết nối thiết bị Modbus để kết nói với thiết bị. TÍNH NĂNG CỦA THIẾT BỊ - 12 ngõ vào đa tính năng cho phép kết nối đồng thời 12 cảm biến. - 4 ngõ vào Analog. - 6 ngõ ra Relay cho phép kết nối đồng thời 6 thiết bị điều khiển dạng ON/OFF. - Ngõ ra nguồn 24VDC cho cảm biến. - Hỗ trợ chuẩn truyền thông RS485. - LED và nút nhấn cho phép kiểm tra lỗi, cài đặt tốc độ truyền thông, báo lỗi và các giá trị ngõ vào. 9
10. HIỂN THỊ TRÊN THIẾT BỊ - Thiết bị có 4 LED 7 với đoạn và 2 nút nhấn. - LED thứ nhất (LED1 - từ trái sang phải) hiện chế độ hoặc ngõ vào đang được đọc, 3 đoạn còn lại thể hiện giá trị. Thiết bị có thể hiển thị 12 ngõ vào cảm biến, thông báo các ngõ ra bị lỗi và còn có thể hiển thị tốc độ Baudrate, địa chỉ MAC của thiết bị và chế độ hoạt động. - Chuyển đổi giữa các giá trị hiển thị bằng cách nút nhấn phía dưới. - Thay đổi giá trị bằng nút nhấn phía trên có biểu tượng " " - Khi mới bật nguồn, thiết bị sẽ ở chế độ thông báo, LED1 sẽ sang từng đoạn rồi lập lại. Nếu LED1 không sáng từng đoạn mà chỉ sáng ở 1 đoạn nào đó thì có nghĩa là thiết bị đang bị treo. - 3 đoạn LED còn lại thông báo ngõ vào cảm biến bị lỗi hoặc chưa kế nối, theo thứ tự từ thấp tới cao rồi lập lại. Trên hình là ngõ vào 12 đang bị lỗi: 10
11. - Thay đổi ngõ vào hiển thị bằng cách bấm nút nhấn phía dưới. Có 12 ngõ vào đọc cảm biến được hiển thị (từ 1 tới C) ở LED1 tương ứng ngõ vào từ 1 tới 12. Hình ảnh ngõ vào số 1: Hình ảnh ngõ vào số 2: Hình ảnh ngõ vào số 10 (A): Hình ảnh ngõ vào số 11 (B): Hình ảnh ngõ vào số 12 (C): - Tiếp theo LED1 có giá trị là D là giá trị tốc độ Baudrate. Giá trị là kbps. Thí dụ giá trị 128000bps sẽ hiển thị là 128 trên màn hình. Tốc độ Baudrate hiện tại của thiết bị: LED1 có giá trị E là địa chỉ MAC của thiết bị, giá trị từ 1 tới 127: 11
12. LED1 có giá trị F là chế độ hoạt động của thiết bị, 0 là chuẩn BACnet, 1 là chuẩn Modbus: 12