TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ điều khiển hệ thống HVAC BMS

1
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn đề tài
Vấn đề tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi trường và tự
động hóa trong điều khiển và giám sát các thiết bị sử dụng điện nói
chung là một trong những giải pháp hàng đầu trong sự nghiệp công
nghiệp hóa và hiện đại hóa ở Việt Nam hiện nay. Do đó, luận văn này
đưa ra một mô hình điều khiển hệ thống HVAC bằng BMS đáp ứng
yêu cầu điều khiển thực tế nêu trên.
Với phương pháp điều khiển bằng BMS, con người có khả năng
giám sát các thông số của thiết bị như nhiệt độ, CO2, tình trạng hoạt
động hoặc sự cố của các máy móc từ màn hình máy tính trung tâm.
Từ đó, người ta đưa ra chế độ vận hành, điều khiển một cách hợp lý
với độ chính xác cao.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Vấn đề tiết kiệm năng lượng, thân thiện với môi trường và tự
động hóa trong điều khiển và giám sát các thiết bị sử dụng điện nói
chung là một trong những giải pháp hàng đầu trong sự nghiệp công
nghiệp hóa và hiện đại hóa ở Việt Nam hiện nay. Do đó, luận văn này
đưa ra một mô hình điều khiển hệ thống HVAC bằng BMS đáp ứng
yêu cầu điều khiển thực tế nêu trên.
Với phương pháp điều khiển bằng BMS, con người có khả năng
giám sát các thông số của thiết bị như nhiệt độ, CO2, tình trạng hoạt
động hoặc sự cố của các máy móc từ màn hình máy tính trung tâm.
Từ đó, người ta đưa ra chế độ vận hành, điều khiển một cách hợp lý
với độ chính xác cao
1.3. Mục tiêu nghiên cứu
- Thiết kế mạch điều khiển mô hình hệ thống HVAC
- Thiết kế chương trình giao tiếp giữa máy tính và mô hình
- Thiết kế giao diện mô phỏng trên máy tính

- Xây dựng mô hình hệ thống HVAC
1.4. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống BMS
- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống HVAC


2
-

Nghiên cứu các chuẩn truyền thông thông dụng RS-232, RS-485
Nghiên cứu ngôn ngữ lập trình MikroC, ngôn ngữ lập trình
Delphi
- Nghiên cứu các loại cảm biến nhiệt độ, cảm biến CO2, van điện
từ
- Xây dựng mô hình điều khiển hệ thống HVAC bằng BMS
- Đánh giá hiệu quả mô hình HVAC điều khiển bằng BMS
1.5. Nội dung luận văn
Nội dung luận văn gồm 7 chương:
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Tổng quan về hệ thống BMS (Building Management
System)
Chương 3: Tổng quan về hệ thống điều hòa, thông gió (HVAC)
Chương 4: Các chuẩn truyền thông và cảm biến thông dụng
Chương 5: Ngôn ngữ lập trình
Chương 6: Xây dựng mô hình điều khiển HVAC bằng BMS
Chương 7: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS
2.1. Tính năng của BMS
- Cho phép điều khiển các thiết bị trong tòa nhà thông qua cáp
truyền dữ liệu.

- Giám sát trạng thái hoạt động của thiết bị, giám sát lượng CO2
trong không khí.
- Kết nối các hệ thống kỹ thuật như an ninh, báo cháy… qua cổng
giao diện mở của hệ thống với các ngôn ngữ giao diện theo tiêu
chuẩn quốc tế.
- Quản lý tốt hơn các thiết bị trong tòa nhà nhờ hệ thống lưu trữ
dữ liệu, chương trình bảo trì bảo dưỡng và hệ thống tự động báo
cáo cảnh báo
2.2. Lợi ích mang lại từ BMS
- Giảm chi phí nhân công, giảm tổn hao năng lượng
- Khả năng tự động hóa cao vận hành đơn giản
- Duy trì tối ưu hóa môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, khí CO2, độ
sạch, ánh sáng..v..v..sẽ được hệ thống kiểm soát ở giá trị tốt
nhất.


3
- Đảm bảo tốt các yêu cầu về an toàn
2.3. Đối tượng quản lý của BMS
- Trạm phân phối điện
- Máy phát điện dự phòng
- Hệ thống chiếu sáng
- Hệ thống điều hoà và thông gió
- Hệ thống cấp nước sinh hoạt
- Hệ thống báo cháy
- Hệ thống chữa cháy
- Hệ thống thang máy
- Hệ thống âm thanh công cộng
- Hệ thống thẻ kiểm soát ra vào
- Hệ thống an ninh

Chương 3: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU HÒATHÔNG GIÓ (HVAC)
HVAC là viết tắt của Heating, Ventilation, and Air Conditioning
(sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí).
3.1. Điều khiển nhiệt độ phòng (khí đầu vào và khí hồi lưu)
- Xác định nhiệt độ phòng bằng cảm biến nhiệt và điều khiển tỉ lệ
các van nước nóng, lạnh. Van điều tiết khí trời/khí hồi lưu /khí
thải (khi làm mát khí trời).
- Sử dụng năng lượng tự nhiên thực hiện làm mát khí trời khi việc
hút khí vào có hiệu quả.
- Đảm bảo độ mở nhỏ nhất cho đầu hút khí trời để đảm bảo đúng
với lượng khí trời và mật độ CO2 như thiết kế.
3.2. Dàn quạt lạnh (FCU)
Máy điều hoà không khí thu gọn gồm một quạt, một ống dẫn và
một bộ lọc, v.v. Nói chung, nó không hút khí trời vào hoặc thực hiện
phun ẩm, mà đơn giản là thực hiện tuần hoàn không khí. Có các
loại đặt trên sàn, treo lên trần và dạng khối xách theo
3.3. Điều hòa không khí cục bộ
Đây là thiết bị đặt trong phòng có gắn thêm máy nén. Có hai
loại: máy nén lạnh kèm máy sấy điện và loại bơm nhiệt. Ngoài ra
cũng có loại dùng nguồn nước hoặc một số loại kết hợp.


4
3.4. Điều hòa không khí AHU
Các hệ điều hòa không khí được chia thành ba hệ chính: điều
hòa không khí ngoài trời, trong phòng hoặc quanh phòng, phụ thuộc
vào tải trọng đặt lên mỗi máy điều hòa không khí.
Chương 4: CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG VÀ CẢM BIẾN
THÔNG DỤNG
4.1. Chuẩn truyền thông RS-485

Chuẩn RS485 cho phép 32 mạch truyền và nhận cùng nối vào
đường dây bus đơn (với bộ repeater tự động và các bộ truyền/ nhận
trở kháng cao, giới hạn này có thể mở rộng lên tới 256 node trên một
mạng).
Bên cạnh đó, RS485 còn có thể chịu được các xung đột data
(data collision) và các điều kiện lỗi trên đường truyền.
4.2. Chuẩn truyền thông RS-232
Cổng nối tiếp chuẩn RS232 là giao tiếp phổ biến rộng rãi nhất,
nó còn gọi là cổng COM. Cổng này truyền dữ liệu dưới dạng nối tiếp
theo một tốc độ do người lập trình quy định (thường là 1200, 2400,
4800, 9600bps…). Cổng nối tiếp chuẩn RS232 không phải là hệ
thống Bus, do đó nó cho phép dễ dàng tạo ra liên kết dưới hình thức
điểm giữa 2 thiết bị cần trao đổi thông tin với nhau. Chiều dai dữ liệu
truyền đi có thể là 7 hoặc 8 bit, và kèm theo các bit Start, Stop, Parity
để tạo thành một khung truyền (Frame). Do việc truyền dữ liệu là nối
tiếp nên tốc độ truyền bị hạn chế do đó nó thường không được sử
dụng trong những ứng dụng cần tốc độ truyền cao
4.3. Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ dùng để báo trạng thái nhiệt độ môi trường
tại thời điểm đặt cảm biến.
Cảm biến nhiệt độ có khả năng nhận biết được tín hiệu được tín
hiệu nhiệt độ một cách chính xác và chuyển đổi thành tín hiệu có thể
đo lường được như điện áp, dòng điện, điện trở, thể tích áp suất.v.v....
Cảm biến nhiệt trên thực tế có nhiều loại khác nhau, cấu tạo
khác nhau, ứng dụng khác nhau.
- Cặp nhiệt điện: là dụng cụ đo nhiệt độ thường được sử dụng
rộng rãi trong công nghiệp.


5

-

Nhiệt kế điện trở: nguyên lý làm việc của nhiệt kế là dựa vào sự
thay đổi điện trở theo nhiệt độ của các vật liệu dẫn điện.
- IC cảm biến nhiệt độ: đây là mạch tích hợp nhận tín hiệu nhiệt
độ chuyển đổi thành điện, cho phép đo ở dạng điện áp hay dòng
điện. Một số IC cảm biến thông dụng là: LX5700, LX135,
LM235, LM335, AD590, LM134.v.v...
4.4. Cảm biến CO2
Cảm biến CO2 thường được dùng trong hệ thống điều hòa
không khí, để báo trạng thái CO2 trong môi trường làm việc của con
người đồng thời điều khiển thiết bị quạt cấp khí từ ngoài vào để đảm
bảo lượng CO2 trong phạm vi cho phép.
Chương 5: NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH
5.1. Ngôn ngữ lập trình MikroC
MikroC cho PIC là một công cụ mạnh mẽ, tính năng phong phú,
phát triển cho vi điều khiển PIC. Nó được thiết kế để cung cấp cho
các lập trình với các giải pháp dễ nhất có thể để phát triển các ứng
dụng cho các hệ thống nhúng, mà không ảnh hưởng hiệu suất hoặc
điều khiển.
MikroC lập trình cho vi điều khiển Pic 18f4550, dùng để điều
khiển hệ thống, đọc nhiệt độ từ các cảm biến đồng thời xuất tín hiệu
báo trạng thái các thiết bị.
5.2. Ngôn ngữ lập trình Delphi
Delphi là một ngôn ngữ lập trình cấp cao, có trình biên dịch
hoàn hảo, hỗ trợ mạnh về các kiểu dữ liệu có cấu trúc và thiết kế dựa
trên nền tảng ngôn ngữ lập trình huớng đối tuợng (OOP: ObjectOriented Programming) của Borland Pascal. Ngày nay, Delphi đã
đuợc phát triển thành môi truờng xây dựng ứng dụng tức thời RAD
(Rapid Application Development).
Ngôn ngữ lập trình Delphi, dùng để thiết lập các đối tượng trên

giao diện điều khiến liên kết đến các đối tượng cần điều khiển, để
điều khiển đối tượng.
Chương 6: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG HVAC BẰNG BMS


6

6.1. Xây dựng mô hình phần cứng
6.1.1. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chính

Hình
Mạch
khiển
6.1.2. Sơ đồ nguyên
lý 6.1:
mạch
rơ leđiều
đóng,
cắtchính

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


7

6.1.3. Sơ đồ nguyên lý mạch hồi tiếp tín hiệu

Hình 6.7: Sơ đồ nguyên lý 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


8

6.2.2.

Thiết kế mạch điều khiển

Mạch điều
khiển BMS
6.3.

Quạt giải nhiệt

Xây dựng môHình
hình6.11:
hệ thống
Sơ đồHVAC
mạch điều khiển 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

Hình 6.12: Mô hình hệ thống HVAC

Bơm nước lạnh


9

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


10

6.4.2.

Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF Damper

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


11

6.4.3.

Lưu đồ giải thuật kiểm tra ON/OFF đèn

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


12

6.5.

Kết luận
Đây là một đề tài có tính chất thực tế cao, có thể ứng dụng trong
các tòa nhà cao tầng có sử dụng BMS để điều khiển và giám sát thiết
bị. Trong đề tài này, tôi chỉ thực hiện một phần trong hệ thống BMS
là xây dựng mô hình điều khiển hệ thống HVAC bằng BMS. Ngoài
ra BMS còn ứng dụng điều khiển và giám sát các hệ thống khác
trong tòa nhà như: hệ thống phòng cháy chữa cháy, hệ thống phân
phối điện hạ thế, hệ thống máy phát, hệ thống phát thanh, hệ thống
camera, hệ thống cấp nước sinh hoạt và xử lý nước thải.v.v…
Tuy nhiên, để hoàn thiện một hệ thống BMS có đầy đủ các tính
năng nêu trên thì phải cần nhiều thời gian để nghiên cứu. Cho nên,
sau này nếu có điều kiện tôi sẽ nghiên cứu và phát triển thêm đề tài
này với đầy đủ các hệ thống có thể ứng dụng trong tòa nhà cao tầng.


13
Với thời gian giới hạn và kiến thức còn hạn chế, do đó trong quá
trình thực hiện đề tài không tránh khỏi những sai sót. Tôi mong được
sự góp ý từ các thầy cô, bạn bè đồng nghiệp và các bạn sinh viên.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TS. Nguyễn Trung Hòa. Hướng dẫn thiết kế hệ thống quản lý
tòa nhà. Nhà xuất bản Xây Dựng.
[2] ThS. Vũ Duy Linh, ThS. Nguyễn Nhị Gia Vinh, ThS. Lê Thị
Diễm. Lý thuyết lập trình căn bản Delphi. Trường ĐH Cần Thơ
– năm 2010.
[3] Nguyễn Đình Phú. Vi điều khiển lý thuyết và thực hành. Trường
ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM.
[4] Những ví dụ trong lập trình Delphi - Distributed by Diễn đàn
Tin học –
[5] Hermann Merz , Thomas Hansemann, Christof Hübner.
Building Automation. Communication Systems with EIB/KNX,
LON and BACnet.
[6] Stephen L. Herman, Bennie L. Sparkman. Electricity &
Controls for HVAC/R.
[7] The reading text for this course was originally written by Steven
T. Taylor, P.E.vIt was then partially revised by Ross
Montgomery P.E.vbefore being edited and partly rewritten by
Robert McDowall P.Eng. Fundamentals of HVAC Control
Systems.
[8] www.mikroe.com
[9]
[10] />