Xây dựng mô hình hệ thống HVAC điều khiển bằng BMS chương 6 XAY DUNG MO HINH HVAC DK BMS new

56

Chương 6
XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG HVAC BẰNG BMS
6.1. Xây dựng mô hình phần cứng
6.1.1.

Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển chính

6.1.1.1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 6.1: Mạch điều khiển chính


57
Ghi chú:
J1: nguồn 12VDC
S1: Nút nhấn Reset
S2: Nút nhấn Mode
S3: Nút nhấn Tăng
S4: Nút nhấn Giảm
S5: Nút nhấn Enter
R1, R2, R3: Điện trở thanh 10K
SV 1-1 đến SV 1-6: Dùng để nạp cho vi điều điển PIC 18f4550
PIC 18f4550: vi điều khiển dùng để xử lý lệnh
JP1: Jack xuất tín hiệu điều khiển Cooling Fan, Chiller Water Pump, Cooling Water
Pump, Chiller, FCU
JP2: Jack xuất tín hiệu điều khiển Lighting, Damper và báo trạng thái FCU, Chiller
water pump, Cooling water pump và Chiller
RJ45: cổng kết nốt truyền dữ liệu

CO2 sensor: cảm biến CO2
T1-T5: cảm biến nhiệt độ
6.1.1.2. Sơ đồ mạch in

Hình 6.2: Sơ đồ mạch in mạch điều khiển chính


58
6.1.1.3. Lắp ráp linh kiện

Hình 6.3: Lắp ráp linh kiện
6.1.2.

Thiết kế sơ đồ mạch rơ le đóng, cắt

6.1.2.1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 6.4: Sơ đồ nguyên lý mạch rơle đóng, cắt rơ le


59
Ghi chú:
OK1 - OK6: các opto triac
T2 – T7: các triac
T1: Transistor C1815
Relay1 – Relay 7: Relay điều khiển Cooling Fan, Chiller Water Pump, Cooling
water pump, Chiller, FCU, Damper, Lighting
R1 – R13: 1k
R14 – R20: 470
6.1.2.2. Sơ đồ mạch in

Hình 6.5: Sơ đồ mạch in rơle đóng cắt
6.1.2.3. Lắp ráp linh kiện

Hình 6.6: Hình lắp ráp linh kiện rơle đóng cắt


60
6.1.3.

Thiết kế sơ đồ mạch hồi tiếp tín hiệu

6.1.3.1. Sơ đồ nguyên lý

Hình 6.7: Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp tín hiệu
Ghi chú:
OK1 – OK7: là các opto transistor
X1-2: +5VDC
X1-1: GND
R1 – R14: Các điện trở 1k
JP1: Báo các trạng thái hồi tiếp
6.1.3.2. Sơ đồ mạch in

Hình 6.8: Sơ đồ mạch in mạch hồi tiếp tín hiệu


61
6.1.3.3. Lắp ráp linh kiện

Hình 6.9: Sơ đồ mạch lắp ráp linh kiện mạch hồi tiếp tín hiệu

6.2. Thiết kế sơ đồ điều khiển
6.2.1. Thiết kế mạch động lực

Hình 6.10: Sơ đồ mạch động lực


62

6.2.2. Thiết kế mạch điều khiển

Mạch điều khiển BMS

Hình 6.11: Sơ đồ mạch điều khiển


63

6.3. Xây dựng mô hình hệ thống HVAC
6.3.1.

Hình ảnh mô hình

Quạt giải nhiệt
Tháp giải nhiệt
Nơi cấp lạnh
Quạt dàn lạnh
Bồn chứa nước
làm lạnh
Bồn chứa nước

giải nhiệt
Bảng điều khiển

Máy nén

Bơm nước giải nhiệt

Bơm nước lạnh

Hình 6.12: Mô hình hệ thống HVAC

6.3.2.

Thiết bị trong mô hình hệ thống HVAC

• Máy nén làm lạnh (ký hiệu là “CHL” như trong phần mềm điều khiển)
• Bồn chứa nước giải nhiệt dàn nóng
• Bồn chứa nước làm lạnh
• Bơm nước giải nhiệt dàn nóng (ký hiệu là “CWP” như trong phần mềm điều
khiển)
• Bơm nước lạnh từ bầu chứa nước lạnh (ký hiệu là “CHWP” như trong phần
mềm điều khiển)
• Dàn lạnh và quạt dàn lạnh: dùng để cung cấp lạnh cho những nơi cần sử dụng


64
(ký hiệu là “FCU” như trong phần mềm điều khiển)
• Tháp giải nhiệt và quạt tháp giải nhiệt: dùng để giải nhiệt cho dàn nóng của
máy nén làm lạnh (ký hiệu là “CT” như trong phần mềm điều khiển)
• Cảm biến CO2 và cửa lấy gió dùng để điều hòa lượng không khí thích hợp

trong phòng.
• Các cảm biến nhiệt độ được gắn trên đường ống để báo trạng thái nhiệt độ đi và
về.
• Các rơ le dùng để đóng, mở các bơm và các nút nhất điều khiển
6.3.3.

Mục đích của mô hình hệ thống HVAC
Mô hình hệ thống HVAC phải đảm bảo các yêu cầu về điều hòa không khí và

thông gió, làm cho môi trường làm việc, sinh hoạt của con người không bị thiếu oxy
và hàm lượng CO2 trong không khí nằm trong khoảng cho phép (từ 40ppm đến
45ppm).
Mô hình hệ thống HVAC có thể điều khiển tự động hoặc không tự động,
kiểm soát được nhiệt độ môi và tự động cấp gió từ ngoài vào nếu môi trường làm
lạnh có hàm lượng CO2 lớn hơn 45ppm (tức 45 phân tử CO2 trên 1.000.000 phân
tử khí).


65
6.4. Lưu đồ giải thuật
6.4.1. Lưu đồ giải thuật kiểm tra giờ ON/OFF cho hệ thống Chiller

Hình 6.13: Lưu đồ giải thuật kiểm tra giờ ON/OFF của hệ thống Chiller


66
6.4.2. Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF Damper

Hình 6.14: Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF Damper

67
6.4.3. Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF đèn

Hình 6.15: Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF đèn


68
6.5. Kết quả mô phỏng đạt được của mô hình hệ thống HVAC
Mô hình hệ thống HVAC có thể cài đặt nhiệt độ, hiển thị nhiệt độ, CO2 và
chọn các trạng thái điều khiển hệ thống “ON”, “OFF”, “AUTO” từ màn hình LCD
trên board.
Mô hình hệ thống HVAC có thể kết nối với máy tính để điều khiển thông
qua phần mềm và giao diện được lập trình sẵn.
Mô hình hệ thống HVAC có thể tự động chạy và tắt theo thời gian đã chọn
của người vận hành. Tự động ngưng cấp lạnh khi môi trường làm lạnh đã đạt đến
nhiệt độ đặt trước.
Các kết quả đạt được từ mô hình như sau:
•

Điều khiển hệ thống Chiller System “AUTO”

Ta mở giao diện hệ thống chiller từ máy tính và mở MCB nguồn trên bảng điều
khiển đồng thời kết nối dây điều khiển từ bảng điều khiển đến máy tính như hình
sau

Hình 6.16: Kết nối phần mềm với mô hình điều khiển hệ thống Chiller
Nhiệt độ nước lạnh, nước giải nhiệt và nhiệt độ phòng sẽ hiển thị trên màn hình
LCD của board mạch và trên màn hình giao diện máy tính như hình dưới đây

69

Hình 6.17: Hiển thị nhiệt độ trên LCD board mạch

Hiển thị
nhiệt độ
nước giải
nhiệt

Hiển thị
nhiệt độ
nước làm
lạnh
Hình 6.18: Hiển thị nhiệt độ trên giao diện màn hình Chiller System


70
Trong đó:
CWS Temp 290C: báo trạng thái nhiệt độ nước giải nhiệt từ chiller đến tháp giải
nhiệt
CWR Temp 290C: báo trạng thái nhiệt độ nước giải nhiệt từ tháp giải nhiệt về
chiller
CHWS Temp 290C: báo trạng thái nước làm lạnh từ chiller cấp cho FCU (quạt dàn
lạnh) để làm lạnh khu vực cần làm lạnh
CHWR Temp 290C: báo trạng thái nước làm lạnh từ FCU (quạt dàn lạnh) về chiller
để chiller làm lạnh.
 Chuyển công tắc trên bảng điều khiển sang “AUTO”.

Bảng điều khiển công tắc

chuyển sang “AUTO”
Hình 6.19: Chuyển công tắc trên bảng điều khiển sang “AUTO”

 Từ giao diện màn hình hệ thống chiller trên máy tính, ta cài đặt nhiệt độ và thời
gian như sau


71

Cài đặt nhiệt độ
nước giải nhiệt
Cài đặt thời gian
“ON” và “OFF”
hệ thống

Thời gian thực

Cài đặt nhiệt độ
nước làm lạnh

Hình 6.20: Cài đặt nhiệt độ nước làm lạnh và nước giải nhiệt
-

Cài đặt nhiệt độ nước làm lạnh (như hình trên 10 0C), chú ý nhiệt độ cài đặt
nước làm lạnh của hệ thống phải nhỏ hơn nhiệt độ CHWS Temp tại thời đó
thì hệ thống mới tự động được.

-

Cài đặt nhiệt độ làm mát cho nước giải nhiệt (như hình sau là 26 0C), chú ý

nhiệt độ cài đặt làm mát nước phải nhỏ hơn nhiệt độ thực CWS Temp tại
thời điểm đó thì quạt Colling mới hoạt động.

-

Cài đặt thời gian mở hệ thống và thời gian tắt hệ thống (như hình sau thời
gian mở hệ thống 8h0 và thời gian tắt hệ thống 23h0). Thời gian thực là
12h27 (thời gian thực phài nằm trong khoảng Time ON và Time OFF thì hệ
thống mới tự động được)

 Từ giao diện màn hình máy tính ta chọn Chiller system “AUTO”
-

Chiller (CHL): chuyển sang “Auto” và hoạt động (rơ le máy nén làm lạnh
sáng đèn)


72
-

Bơm nước lạnh (CHWP): chuyển sang “Auto” và hoạt động (rơ le bơm nước
lạnh sáng đèn)

-

Bơm nước giải nhiệt (CWP): chuyển sang “Auto” và hoạt động (rơ le bơm
nước giải nhiệt sáng đèn)

-

Quạt giải nhiệt nước (CT): chuyển sang “Auto” và Hoạt động (rơ le quạt giải
nhiệt sáng đèn)

-

FCU: chuyển sang “Auto” và hoạt động (rơ le quạt dàn lạnh sáng đèn)

Cài đặt nhiệt độ
nước giải nhiệt
Hệ thống hoạt
động chế độ
“AUTO”

Thời gian thực

Cài đặt nhiệt độ
nước làm lạnh

Hình 6.21: Hệ thống Chiller hoạt động chế độ “AUTO”


73
 Quan sát sự thay đổi nhiệt độ theo thời gian

Nhiệt độ
nước giải
nhiệt thay
đổi
Nhiệt độ
nước làm

lạnh thay đổi
Hình 6.22: nhiệt độ thay đổi theo thời gian (lần 1)

Nhiệt độ
nước thay
đổi theo
thời gian
Nhiệt độ
nước lạnh
thay đổi theo
thời gian
Hình 6.23: nhiệt độ thay đổi theo thời gian (lần 2)


74

 Khi nhiệt độ nước làm lạnh nhỏ hơn nhiệt độ cài đặt thì chiller “OFF”

Rơ le Chiller
“OFF”

Trạng thái
chiller “OFF”

Nhiệt độ
cài đặt
Nhiệt độ
làm lạnh

Hình 6.24: Chiller “OFF” khi nhiệt độ làm lạnh nhỏ hơn nhiệt độ đặt

75

 Khi nhiệt độ nước giải nhiệt nhỏ hơn nhiệt độ đặt thì quạt giải nhiệt “OFF”

Rơ le quạt giải
nhiệt “OFF”

Nhiệt độ
đặt

Nhiệt độ
nước giải
nhiệt

Hình 6.25: Quạt giải nhiệt “OFF” khi nhiệt độ nước nhỏ hơn nhiệt độ đặt
•

Điều khiển hệ thống Chiller System “ON”
-

Từ giao diện màn hình máy tính Chiller System “AUTO”chuyển sang “ON”.
Nếu Chiller (CHL), Bơm mước lạnh (CHWP), Bơm nước giải nhiệt (CWP),
Quạt giải nhiệt nước (CT) ban đầu ở trang thái “AUTO” thì khi chuyển
Chiller System sang “ON” vẫn hoạt động bình thường. Nhưng không tự động
tắt mở theo thời gian “Time ON” và thời gian tắt “Time OFF” và cũng không


76

tắt theo nhiệt độ khi nhiệt độ tại thời điểm đó nhỏ hơn nhiệt độ cài đặt, mà
trạng thái nhiệt độ thay đổi tại mọi thời điểm vẫn hiển thị

ON

ON

ON

ON

ON

Trạng thái
Chiller System
“ON”

Hiển thị
nhiệt độ

Hiển thị
nhiệt độ
Hình 6.26: Điều khiển Chiller System chuyển từ “AUTO” sang :ON”
-

Từ giao diện màn hình máy tính Chiller System “OFF”chuyển sang
“ON”.Nếu Chiller (CHL), Bơm mước lạnh (CHWP), Bơm nước giải nhiệt
(CWP), Quạt giải nhiệt nước (CT) ban đầu ở trạng thái “OFF” khi ta chuyển
Chiller Systen sang “ON” thì ta phải mơ “ON” từng thiết bị và không tự
động mở theo thời gian “Time ON” và tắt theo thời gian “Time OFF” và

cũng không tắt theo nhiệt độ khi nhiệt độ tại thời điểm đó nhỏ hơn nhiệt độ

Hình 6.18: Chiller điều khiển ở trạng thái “ON”


77
cài đặt, mà trạng thái nhiệt độ thay đổi tại mọi thời điểm vẫn hiển thị

Trang thái
Chiller System
“ON”

Hiển thị
nhiệt độ

Mở “ON”
từng thiết bị

Hiển thị
nhiệt độ

Hình 6.27: Điều khiển Chiller System chuyển từ “OFF” sang :ON”
•

Điều khiển hệ thống Chiller System “OFF”

Từ giao diện màn hình hệt thống Chiller ta chọn Chiller System ta chọn “OFF” thì
toàn bộ thiết bị trong hệ thống Chiller đều “OFF”

Trạng thái Chiller

System “OFF”

Trạng thái “OFF”

Hình 6.28: Chiller System ở trạng thái “OFF”

Hình 6.22: FCU chạy theo nhiệt độ cài đặt


78

•

Điều khiển FCU “AUTO”
-

Lưu ý FCU (quạt dàn lạnh) sẽ tự động chạy khi hệ thống Chiller System
“AUTO”, nhiệt độ phòng (nhiệt độ nơi cần làm lạnh) lớn hơn nhiệt độ cài đặt

ON

Nhiệt độ phòng cài đặt
ON

Nhiệt độ phòng tại thời điểm

Hình 6.29: FCU (quạt dàn lạnh) chạy theo nhiệt độ đặt


79

•

Điều khiển FCU “ON”
-

Lưu ý FCU (quạt dàn lạnh) chạy “ON” khi hệ thống Chiller System “ON”,
và không tự động tắt theo nhiệt độ cài đặt. Nhưng nhiệt độ phòng vẫn hiển
thị trên màn hình

HiểnHiển
thị nhiệt
độ
thị nhiệt
phòng
độ phòng

Trạng tháiTrạng
FCU thái
“ON”
FCU “ON”

Hình 6.30: FCU (quạt dàn lạnh) hoạt động ở trạng thái “ON”


80

•

Điều khiển FCU “OFF”

Nếu FCU chọn trạng thái “OFF” thì sẽ luôn luôn tắt

OFF

Hình 6.27: FCU luôn tắt khi chọn “OFF”
FCU “OFF”

Trạng thái FCU “OFF”

Hình 6.31: FCU (quạt dàn lạnh) ở trạng thái “OFF”
-

Nếu Damper chọn “AUTO” khi lượng CO2 trong khu vực làm lạnh lớn hơn
lượng CO2 cài đặt thì mở cửa gió cấp không khí từ ngoài vào. Ngược lại thì
đóng cửa gió.

Hình 6.24: Damper luôn mở khi chọn “ON”