Xây dựng mô hình hệ thống hvac điều khiển bằng bms

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN ANH TUẤN

XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG HVAC
ĐIỀU KHIỂN BẰNG BMS

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 60 52 02 02

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

NGUYỄN ANH TUẤN

XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG HVAC
ĐIỀU KHIỂN BẰNG BMS

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện

Mã số ngành: 60 52 02 02

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Hồng Việt

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ
TP. HCM ngày 02 tháng 02 năm 2013

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

1. TS. Ngô Cao Cường

Chủ tịch hội đồng

2. PGS.TS. Lê Kim Hùng

Phản biện 1

3. TS. Trần Vinh Tịnh

Phản biện 2

4. PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Ủy viên

5. TS. Huỳnh Châu Duy

Ủy viên – thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

TS. Ngơ Cao Cường


TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM
PHỊNG QLKH - ĐTSĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP. HCM, ngày 29 tháng 12 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN ANH TUẤN

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 08/05/1978

Nơi sinh: Vĩnh Long

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

MSHV: 1181031065

I- TÊN ĐỀ TÀI:
XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG HVAC ĐIỀU KHIỂN BẰNG BMS
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Nghiên cứu về hệ thống điều khiển BMS trong tòa nhà (Building Management
System)
- Nghiên cứu về hệ thống điều hịa thơng gió (HVAC)
- Nghiên cứu về lập trình MikroC cho vi điều khiển pic 18f4550
- Xây dựng mơ hình hệ thống HVAC điều khiển bằng MBS
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/06/2012
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 29/12/2012
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

Nguyễn Hoàng Việt

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Anh Tuấn


ii

LỜI CÁM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, tuy gặp nhiều khó khăn, nhưng nhờ sự hướng
dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Hồng Việt, tơi đã hồn thành luận văn đúng thời
gian quy định. Để hoàn thành cuốn luận văn này, tơi xin bày tỏa lịng biết ơn sâu sắc
đối với PGS.TS. Nguyễn Hoàng Việt, thầy là người tận tâm hết lịng vì học viên,
hướng dẫn nhiệt tình và cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong thời gian
thực hiện luận văn.
Xin chân thành cám ơn tập thể thầy cô giáo trường đại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ
TP. Hồ Chí Minh, đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi, giúp tôi học tập và
nghiện cứu trong quá trình học cao học tại trường.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau đại
học trường đại học Kỹ Thuật Cơng Nghệ TP. Hồ Chí Minh, đã giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi cho tơi trong q trình học tập và l àm luận văn cao học tại trường .
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ cho tơi trong
q trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học ngành “Kỹ thuật điện” đã

đóng góp ý kiến cho tơi trong q trì nh thực hiện luận văn này.

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2012
Người Thực hiện

Nguyễn Anh Tuấn


iii

TĨM TẮT LUẬN VĂN

Hiện nay, các hệ thống điều hồ khơng khí HVAC ( Heating Ventilating and
Air Conditioning) và BMS (Building Management System) được sử dụng phổ biến
trong các tòa nhà cao tầng. Hệ thống trao đổi nhiệt trung tâm là các WCH (Water
Chiller) và các FCU( Fan Coil Unit), AHU(Air Handling Unit). Trong luận văn này,
tôi đi sâu vào nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ thống HVAC làm lạnh bằng nư ớc, các
FCU ( Fan Coil Unit) và BMS (Building Management System) điều khiển giám sát
thiết bị từ máy tính giống theo thực tế.
Luận văn này, được nghiên cứu với phần cứng điều khiển chủ yếu sử dụng vi
điều khiển pic 18f4550 và được lập trình bởi mikroC. Tr ong đó, bao gồm giám sát và
điều khiển nhiệt độ khu vực làm lạnh, nhiệt độ nước giải nhiệt, nhiệt độ nước làm lạnh,
lượng CO2 trong khơng khí, điều khiển thiết bị và đèn chiếu sáng theo thời gian thực
hoặc thời gian tùy chọn của người vận hành hoặc chủ đầu tư. Trong đó, giao diện màn
hình điều khiển thiết bị từ máy tính được thiết kế với hình ảnh 3D theo thiết bị thực tế.
Do đó, làm cho người vận hành dễ giám sát và điều khiển thiết bị.
Luận văn chủ yếu tập trung xây dựng mơ hình hệ thống HVAC điều khiển bằ ng
BMS được thu gọn lại với đầu đủ các chi tiết như là một hệ thống trong thức tế và thể
hiện đầy đủ các thông số và trạng thái hoạt động của hệ thống.
Thông qua luận văn này, tôi cũng hy vọng sẽ cung cấp một mơ hình và kiến

thức hữu ích cho các kỹ sư, sin h viên .v.v… đang học tập và nghiên cứu về hệ thống
HVAC điều khiển bằng BMS.


iv

ABSTRACT
Today, the air-conditioning systems HVAC (Heating Ventilating and Air
Conditioning) and BMS (Building Management System) is widely used in buildings.
Heat exchange system center is WCH (Water Chiller) and FCU (Fan Coil Unit), AHU
(Air Handling Unit). In this essay, I am going into research modeling HVAC system
water-cooled, the FCU (Fan Coil Unit) and BMS (Building Management System)
controller surveillance equipment from computer the same as the fact.
This thesis, I

research with hardware drivers mainly use pic 18f4550

microcontroller and programmed by MikroC. In there, including supervise and area
cold temperature control, hot water temperature control, cold water temperature
control, the amount of CO2 in the air, lighting and devices control real-time or time
option of the operator or investor. In there, the interface display devices control from
the computer designed with real 3D images. Therefore, the operator easily to view
and devices control.
This thesis is to make HVAC control system model by BMS control. The
model is the compact with all the details as a system in fact and fully display
parameters and status activities of the system.
Through this thesis, I hope to provide a useful model and knowledge for engineers
and students. Etc. The peoples are learning and research about HVAC systems the
BMS controlled.

v

MỤC LỤC

Tên đề mục

Trang

Lời cam đoan ............................................................................................................... i
Lời cảm ơn ...................................................................................................................ii
Tóm tắt luận văn .........................................................................................................iii
Abstract .......................................................................................................................iv
Mục lục .........................................................................................................................v
Danh mục các từ viết tắt .............................................................................................xi
Danh mục các bảng biểu ........................................................................................... xii
Danh mục các sơ đồ, hình ảnh ..................................................................................xiii
Chương 1: Mở đầu ....................................................................................................1
1.1.

Đặt vấn đề .........................................................................................................1

1.2.

Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................................2

1.3.

Mục tiêu đề tài ..................................................................................................2

1.4.

Nội dung nghiên cứu .......................................................................................2

1.5.

Phương pháp luận ............................................................................................3

1.6.

Phương pháp nghiên cứu .................................................................................3

1.7.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................................3

1.8.

Tình hình nghiên cứu trong nước ..................................................................5

1.9.

Nội dung luận văn ............................................................................................5


vi

Chương 2: Tổng quan về hệ thống BMS (Building Management System).... 6
2.1.

BMS là gì? ............................................................................................... 6

2.1.1.

Đối tượng quản lý của BMS .............................................................. 7

2.1.2.

Tính năng của BMS ........................................................................... 7

2.1.3.

Lợi ích mang lại từ BMS ................................................................... 8

2.2.

Ưu điểm của hệ thống BMS ..................................................................... 8

2.2.1.

Quản lý hiệu quả, tiết kiệm nhân công .............................................. 8

2.2.2.

Duy trì và tối ưu hóa mơi trường ....................................................... 9

2.2.3.

Tiết kiệm năng lượng, nhiên liệu ....................................................... 9

2.2.4.

Đảm bảo các yêu cầu an toàn ............................................................ 9

2.2.5.

Nâng cao sự thuận tiện cho con người sử dụng ................................. 9

2.3.

Cấu hình hệ thống BMS .......................................................................... 10

2.3.1.

Bộ điều khiển cấp vùng .................................................................... 10

2.3.2.

Bộ điều khiển cấp hệ thống .............................................................. 10

2.3.3.

Bộ xử lý cấp hoạt động ..................................................................... 11

2.3.4.

Bộ xử lý cấp quản lý ......................................................................... 12

2.4.

Thiết bị điều khiển tự động ..................................................................... 12

2.4.1.

Thiết bị điều khiển điện .................................................................... 12

2.4.2.

Thiết bị điều khiển điện tử ................................................................ 13

2.4.3.

Bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp DDC ......................................... 13

2.4.4.

Phần tử thông minh ........................................................................... 15


vii

2.5.

Cơ sở điều khiển tự động ........................................................................ 16

2.5.1.

Tổng quan về điều khiển tự động ..................................................... 16

2.5.2.

Ứng dụng thiết bị điều khiển tự động ............................................... 17

Chương 3: Tổng quan về hệ thống điều hịa - thơng gió (HVAC) ................ 19
3.1.

Hệ thống HVAC là gì? ........................................................................... 19

3.2.

Điều hịa khơng khí AHU ........................................................................ 20

3.2.1.

Máy điều hịa khơng khí ngồi trời .................................................. 20

3.2.2.

Bộ điều khiển lưu lượng gió cố định (CAV) .................................... 21

3.2.3.

Bộ điều khiển lưu lượng gió có điều khiển (VAV) .......................... 21

3.2.4.

Điều hịa khơng khí cục bộ ............................................................... 22

3.2.5.

Dàn quạt lạnh (FCU) ........................................................................ 23

3.3.

Hệ thống máy làm lạnh ........................................................................... 23

3.3.1.

Hệ thống bơm đơn ống kín ............................................................... 24

3.3.2.

Hệ thống bể chứa ống mở ................................................................. 24

3.4.

Điều khiển tự động HVAC ...................................................................... 25

3.4.1.

Điều khiển nhiệt độ phịng (khí đầu vào và khí hồi lưu) .................. 25

3.4.2.

Điều khiển bậc thang nhiệt độ khí đầu vào ...................................... 27

3.4.3.

Điều khiển giới hạn nhiệt độ khí đầu vào ......................................... 27

Chương 4: Các chuẩn truyền thông và cảm biến thông dụng .................... 28
4.1.

Chuẩn truyền thông RS -232.................................................................... 28

4.2.

Chuẩn truyền thông RS-485.................................................................... 30

4.3.

Cảm biến nhiệt độ ................................................................................... 31


viii

4.4.

Cảm biến CO2 ......................................................................................... 33

4.5.

Van điện từ (Motorize valve) .................................................................. 33

Chương 5: Ngơn ngữ lập trình ....................................................................... 35
5.1.

Ngơn ngữ lập trình MikroC ..................................................................... 35

5.1.1.

Giới thiệu về MikroC cho vi điều khiển PIC .................................... 35

5.1.2.

Tạo 1 Project mới ............................................................................ 36

5.1.3.

Giới thiệu về vi điều khiển PIC18F4550 .......................................... 37

5.1.4.

Sơ đồ chân ........................................................................................ 38

5.2.

Ngơn ngữ lập trình Delphi ..................................................................... 39

5.2.1.

Tổng quan về Delphi ........................................................................ 39

5.2.2.

Mơi trường phát triển tích hợp của Delphi ....................................... 40

5.2.2.1.Cửa sổ chính của Delphi ................................................................... 41
5.2.2.2.Cửa sổ thiết kế biểu mẫu .................................................................. 42
5.2.2.3.Cửa sổ liệt kê các đối tượng dạng cây (Object TreeView)............... 43

5.2.2.4.Cửa sổ các thuộc tính và sự kiện của đối tựng (Object Inspector)... 43
5.2.2.5.Cửa sổ soạn thảo mã lệnh ................................................................. 44
5.2.3.

Các kiểu dữ liệu sơ cấp chuẩn, lệnh đơn .......................................... 45

5.2.3.1.Các kiểu dữ liệu sơ cấp (Simple type) .............................................. 45
5.2.3.2.Lệnh đơn (Simple statement) .......................................................... 48
5.2.4.

Các lệnh có cấu trúc .......................................................................... 49

5.2.4.1.Lệnh ghép (Compound statement) ................................................... 49
5.2.4.2.Lệnh cấu trúc rẽ nhánh ..................................................................... 50


ix

5.2.4.3.Lệnh lặp có số lần xác định truớc .................................................... 53
5.2.4.4.Lệnh lặp có số lần khơng xác định truớc .......................................... 54
Chương 6: Xây dựng mơ hình điều khiển hệ thống HVAC bằng BMS ..... 56
6.1.

Xây dựng mơ hình phần cứng ................................................................. 56

6.1.1.

Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển chính .............................................. 56

6.1.1.1.Sơ đồ nguyên lý ............................................................................... 56

6.1.1.2.Sơ đồ mạch in .................................................................................. 57
6.1.1.3.Lắp ráp linh kiện ............................................................................... 58
6.1.2.

Thiết kế sơ đồ mạch rơ le đóng, cắt .................................................. 58

6.1.2.1.Sơ đồ nguyên lý ................................................................................ 58
6.1.2.2.Sơ đồ mạch in ................................................................................... 59
6.1.2.3.Lắp ráp linh kiện ............................................................................... 59
6.1.3.

Thiết kế sơ đồ mạch hồi tiếp tín hiệu ............................................... 60

6.1.3.1.Sơ đồ nguyên lý ................................................................................ 60
6.1.3.2.Sơ đồ mạch in ................................................................................... 60
6.1.3.3.Lắp ráp linh kiện ............................................................................... 61
6.2.

Thiết kế sơ đổ điều khiển ....................................................................... 61

6.2.1. Thiết kế mạch động lực ................................................................... 61
6.2.2. Thiết kế mạch điều khiển .................................................................. 62
6.3.

Xây dựng mơ hình hệ thống HVAC ....................................................... 63

6.3.1.

Hình ảnh mơ hình ............................................................................. 63

6.3.2.

Thiết bị trong mơ hình hệ thống HVAC ........................................... 63


x

6.3.3.
6.4.

Mục đích của mơ hình hệ thống HVAC ........................................... 64

Lưu đồ giải thuật .................................................................................... 65

6.4.1.

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

6.4.2.

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

6.4.3.

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

6.5.

Kết quả mơ phỏng đạt được của mơ hình hệ thống HVAC ................... 68

6.6.

Nhận xét .................................................................................................. 84

Chương 7: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển .................................. 85
Phụ lục


xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
- BMS:

Building Management System: Hệ thống quản lý tòa nhà

- HVAC: Heating, Ventilation, and Air Conditioning: Sưởi ấm, thơng gió và
điều hịa khơng khí .
- AHU:

Air Handling Unit: Thiết bị quạt- giàn lạnh trung tâm

- FCU:

Fan Coil Unit: Thiết bị quạt- giàn lạnh cục bộ

- DDC:

Direct Digital Controler: Bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp

- CHL:

Chiller - hệ thống làm lạnh bằng nước

- CHWP: Chiller Water Pump - Bơm đẩy nước lạnh
- CWP:

Cooling Water Pump - Bơm đẩy nước giải nhiệt

- CT:

Cooling Tower -Tháp giải nhiệt

- TWS:

Tower Water Supply- Nước từ máy đưa đến tháp giải nhiệt

- TWR:

Tower Water Return- Nước từ tháp giải nhiệt về máy

- CHWS: Chiller Water Supply- Nước lạnh từ Chiller đưa đi
- CHWR: Chiller Water Return- Nước lạnh đưa về Chiller làm lạnh tiế p


xii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 5.1: Bảng mô tả các chức năng chân của PIC18F4550 ............................ 39
Bảng 5.2: Bảng kiểu số nguyên .......................................................................... 45

Bảng 5.3: Bảng các kiểu số nguyên ................................................................... 45
Bảng 5.4: Bảng mã ASCII với 128 ký tự chuẩn ................................................ 46
Bảng 5.5 : Bảng các từ khó a kiểu thực .............................................................. 47
Bảng 5.6: Bảng kiểu logic .................................................................................. 48


xiii

DANH MỤC CÁC LƯU ĐỒ, HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Tổng qt về BMS

Trang
6

Hình 2.2: Sơ đồ điều khiển máy điều hịa khơng khí

12

Hình 2.3: Bộ điều khiển trực tiếp DDC

13

Hình 2.4: Sơ đồ kết nối bộ điều khiển trực tiếp (DDC)

15

Hình 2.5: Sơ đồ kết nối hệ thống điều khiển trung tâm

16

Hình 2.6: Thay đổi thơng số đặt theo thời gian

17

Hình 3.1: Hệ thống HVAC

19

Hình 3.2: Máy điều hịa khơng khí ngồi trời

20

Hình 3.3: Bộ điều khiển lưu lượng gió CAV

21

Hình 3.4: Bộ điều khiển lưu lượng gió VAV

21

Hình 3.5: Điều hịa khơng khí cục bộ

22

Hình 3.6: Quạt dàn lạnh (FCU)

23

Hình 3.7: Hệ thống bơm ống kín

24

Hình 3.8: Hệ thống bể chứa ống mở

24

Hình 3.9: Điều khiển van nước nóng và lạnh

25

Hình 3.10: Điều khiển van nước nóng, lạnh và làm mát khí trời

26

Hình 4.1: Cổng COM 9 chân

29

Hình 4.2: Cảm biến CO2

33

Hình 4.3: Van điện từ

33

Hình 5.1: Giao diện phần mềm MikroC

35

Hình 5.2: Tạo 1 project mới

36

Hình 5.3: cửa sổ project mới

37

Hình 5.4: Hình vi điều khiển pic 18f4550

37

Hình 5.5: Sơ đồ chân vi điều khiển pic 18f4550

38

Hình 5.6: Giao diện dự án tạo mới trong Delphi 7.0

40


xiv

Hình 5.7: Thanh thực đơn chính

41

Hình 5.8: Các thanh cơng cụ

41

Hình 5.9: Bảng chứa các thành phần tro ng thẻ Standard

41

Hình 5.10: Các Components

42

Hình 5.11: Cửa sổ liệt kê các đối tuợng dạng cây trên frmPTB1

43

Hình 5.12: thẻ Properties của Form và thẻ Events của Button

43

Hình 5.13: Cửa sổ soạn thảo mã lệnh cho form unit untPtb1.Pas

44

Hình 5.14: Ví dụ minh họa lệnh goto và khai báo nhãn - label

49

Hình 6.1: Sơ đồ ngun lý mạch điều khiển chính

56

Hình 6.2: Sơ đồ mạch in mạch điều khiển chính

57

Hình 6.3: Lắp ráp linh kiện

58

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

58

Hình 6.5: Sơ đồ m ạch in rơle đóng, cắt

59

Hình 6.6: Hình lắp ráp linh kiện rơle đóng, cắt

59

Hình 6.7: Sơ đồ ngun lý mạch hồi tiếp tín hiệu

60

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

60

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

61

Hình 6.10: Sơ đồ mạch động lực

61

Hình 6.11: Sơ đồ mạch điều khiển

62

Hình 6.12: Mơ hình hệ thống HVAC

63

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

65

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

66

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

67

Hình 6.16: Kết nối phần mềm với mơ hình điều khiển hệ thống
Chiller
Hình 6.17: Hiển thị nhiệt độ trên LCD board mạch
Hình 6.18: Hiển thị nhiệt độ trên giao diện màn hình Chiller

System

68
69
69


xv

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

70

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

71

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

72

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

73

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

73

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

74

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

75

Hình 6.26: Điều khiển Chiller System chuyển từ “AUTO” sang :ON”

76

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

77

Hình 6.28: Chiller System ở trạng thái “OFF”

77

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

78

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

79

Hình 6.31: FCU (quạt dàn lạnh) ở trạng thái “O FF”

80

Hình 6.32: Trạng thái Damper ở chế độ “AUTO”

81

Hình 6.33: Trạng thái Damper ở chế độ “ON”

81

Hình 6.34: Trạng thái Damper ở chế độ “OFF”

82

Hình 6.35: Đèn ở trạng thái “AUTO”

82

Hình 6.36: Đèn ở trạng thái “ON”

83

Hình 6.37:Đèn ở trạng thái “ OFF”

83


1

Chương 1

MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề
Trên thế giới, các hệ thống thông minh, tự động điều khiển đã đư ợc áp dụng

trong các cơng trình xây dựng cơng nghiệp, dân dụng từ rất sớm và cho thấy những
đóng góp quan trọng của nó khơng thể phủ nhận. Các hệ thống kỹ thuật tự động gọi
chung là hệ thống quản lý tòa nhà (BMS – Building Management System).
Một hệ thống tự động hồn chỉnh sẽ cung cấp cho cơng trình một giải pháp
điều khiển, quản lý điều kiện làm việc của các thiết bị như động cơ điện, nhiệt độ,
độ ẩm, lưu thơng khơng khí, chiếu sáng, các hệ thống an ninh, báo cháy, quản lý hệ
thống thiết bị kỹ thuật, tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho cơng trình, thân thiện hơn
với mơi trường.
Bên cạnh đó, hệ thống điều hịa, thơng gió (HVAC), hệ thống lạnh trung tâm
làm lạnh bằng nước (Water Chiller) là khơng thể thiếu trong một tịa nhà cao tầng
bởi khả năng làm lạnh với hiệu suất cao, tiết kiệm chi phí.
Ở Việt Nam, những năm gần đây cũng khơng khó để nhận ra những đóng
góp của các hệ thống tự động trong các cơng trình cơng nghiệp và dân dụng. Những
khái niệm về quản lý tòa nhà, tiết kiệm năng lượng cơng trình, bảo vệ mơi trường…
khơng còn quá mới mẻ. Tuy nhiên, mức độ áp dụng các hệ thống này nói chung vẫn
có giới hạn, chưa thực sự sâu và rộng. Điều này sẽ thay đổi nhanh chóng trong
những năm tới đây, khi nhịp độ xây dựng những cơng trình hiện đại ngày càng cao,
khi những hệ thống tự động hóa tịa nhà ngày càng có năng l ực và độ tin cậy lớn
hơn, lợi ích của việc áp dụng những hệ thống này ngày càng rõ nét.
Luận văn này, đi sâu vào nghiên cứu xây dựng mơ hình điều khiển hệ thống
HVAC bằng BMS dựa trên khả năng tự lập trình đi ều khiển bằng vi điều khiển pic
18f4550 với ngơn ngữ lập trình MikroC và Delphi, với tính năng tương tự như BMS
của các hãng Siemens, Honeywell, Yamatake,.... Kết quả nghiên cứu sẽ đưa ra một
cách nhìn tổng quát hơn về ứng dụng BMS trong việc điều khiển và giám sát hệ

2
thống của tịa nhà và có thể là cơng cụ hữu ích cho những sinh viên đang học tập và
nghiên cứu về BMS điều khiển hệ thống HVAC.
1.2.

Tính cấp thiết của đề tài
Vấn đề tiết kiệm năng lượng, thân thiện với mơi 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 cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa ở Việt Nam hiện
nay. Do đó, luận văn này đưa ra một mơ 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
thơng 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 của đề tài
Đây là một trong những phương pháp điều khiển và giám sát thiết bị có khả

năng tự động hóa cao. Với khả năng yêu cầu về tự động hóa ngày càng cao trong
sản suất và đời sống thì việc ứng dụng điều khiển bằng BMS là hết sức cần thiết.
Trong điều kiện hiện nay, với nhịp độ xây dựng nhà cao tầng ngày càng phát
triển. Cho nên việc sử dụng các hệ thống lạnh trung tâm, điều hịa khơng khí và
thơng gió là khơng thể thiếu. Do đó, giải pháp điều khiển, khả năng giám sát thiết
bị, giám sát các thông số trong hệ thống lạnh sẽ được nghiên cứu trong luận văn
này.

Trong luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ
thống HVAC, mơ hình phần cứng BMS và thiết lập giao diện phần mềm điều khiển
từ màn hình máy tính đối với hệ thống HVAC.
1.4.

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hịa, thơng gió (HVAC)
- Nghiên cứu mơ hình phần cứng của BMS
- Nghiên cứu mơ hình phần mềm điều khiển BMS
- Nghiên cứu ngơn ngữ lập trình MikroC, để lập trình cho phần cứng của BMS


3
- Nghiên cứu ngơn ngữ lập trình Delphi, để lập trình phần mềm điều khiển của BMS
- Nghiên cứu các chuẩn truyền thông thông dụng RS-232, RS-485
- Nghiên cứu các loại cảm biến nhiệt độ, cảm biến CO2, van điện từ
- Đánh giá hiệu quả mơ hình HVAC điều khiển bằng BMS
1.5.

Phương pháp luận

- Luận văn là tài liệu tham khảo có giá trị cho những ai quan tâm, nghiên cứu đến hệ
thống điều hịa, thơng gió và hệ thống điều khiển BMS.
- Đây là một trong những phương pháp điều khiển và giám sát thiết bị có khả năng tự
động hóa cao. Với khả năng yêu cầu về tự động hóa ngày càng cao trong sản suất và
đời sống thì việc ứng dụng điều khiển bằng BMS là hết sức cần thiết.
- Luận văn này cung cấp một mô hình điều khiển hệ thống điều hịa, thơng gió bằng
BMS có thể ứng dụng trong thực tiễn.
1.6.

Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, sách, các bài báo
và internet.v.v…
- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động hệ thống điều hòa, thơng gió
- Nghiên cứu phần mềm MikroC và Delphi
- Nghiên cứu phần cứng và phần mềm điều khiển BMS một số hãng trên thế giới.
- Xây dựng mơ hình điều khiển hệ thống điều hịa, thơng gió bằng BMS
- Lập trình phần mềm, kết nối phần cứng và chạy thử.
- Đánh giá hiệu quả của việc điều khiển hệ thống điều hịa, thơng gió bằng BMS
1.7.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Hệ thống HVAC (heating, ventilating air conditioning) là hệ thống quan

trọng trọng hệ BMS. Nó là hệ thống điều hịa khơng khí, thơng gió của một tịa nhà.
Hệ thống HVAC có thể được chia làm hai mảng là: Điều hịa và thơng gió.
Hệ thống điều hịa thơng thư ờng hiện nay trên thế giới được chia thành hai
hệ thống: Hệ thống điều hòa sử dụng máy lạnh Chiller và hệ thống điều hòa bán
trung tâm VRV.


4
Hệ thống điều hòa được điều khiển tại phòng điều hành trung tâm thơng qua
các màn hình hiển thị thơng số. Để kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong các khu vực,
tất cả các khu vực được làm mát bởi các máy điều hịa khơng khí, khu cơng cộng,
các phòng máy đều được lắp đặt các bộ cảm biến nhiệt độ và độ ẩm của khơng khí
trong phịng, điều này cho phép quản lý được nhiệt độ toàn bộ các khu vực của tòa
nhà.

Việc điều khiển điều hòa dựa trên các ngun tắc hoạt động của nó, quy trình
được thực hiện như sau:
- Duy trì mơi trường sạch: Các bộ lọc giúp hệ thống duy trì chất lượng khơng
khí, lọc sạch bụi bẩn trong khơng khí được đưa đến đầu vào của điều hòa
- Điều chỉnh nhiệt độ, làm mát, hút ẩm: Máy điều hòa vận hành để thực hiện
việc gia cơng khí, khi nhận biết được các tín hiệu về nhiệt độ khí, độ ẩm trong
phịng, sau khi khơng khí qua giàn trao đổi nhiệt hệ thống sẽ tự động điều khiển
nhiệt độ, độ ẩm thông qua việc đóng mở các van.
- Điều chỉnh nồng độ khí CO2 : đối với việc làm sạch khơng khí, nếu chỉ dựa
vào các bộ lọc khí thì chưa đủ, trong mơi trường hoạt động của con người cũng như
của máy móc ln sản sinh ra nguồn khí thải CO2. Khi nồng độ khí này trong các
khu vực tăng cao, con người sẽ cảm thấy mệt mỏi và khó chịu, năng suất lao động
giảm. Để quản lý đư ợc chất lượng không khí, trong các máy điều hịa đư ợc lắp các
bộ cảm biến nồng độ khí CO2 tại đường ống gió hồi hoặc được lắp đặt tại các
phòng do các máy điều hịa chịu trách nhiệm xử lý khơng khí. Tín hiệu cảm biến
nồng độ CO2 của từng khu vực cụ thể sẽ được xử lý và đi ều chỉnh phù hợp thơng
qua việc đóng mở các van trộn khí tươi.
Tất cả các thơng tin về chế độ hoạt động, tình trạng của thiết bị trong quá
trình vận hành được cập nhật tới các máy tính điều khiển, các thơng tin này được
lưu giữ để sử dụng lâu dài.
*KẾT LUẬN: Hệ thống điều hịa, thơng khí quyết định trực tiếp đến mơi trường
sống, hoạt động trong tịa nhà. Vì thế, các hệ thống điều hịa thơng gió ln là mối
quan tâm của các chủ đầu tư về chất lượng hệ thống, giá thành…


5
1.8.

Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam ngày nay, việc xây dựng các tịa nhà cao tầng làm cơng sở, trung

tâm thương mại, khách sạn,… ngày càng trở nên phổ biến. Chúng trở nên hiện đại,
tiện nghi để phục vụ các yêu cầu ngày càng cao của con người. Giải pháp kết hợp
hệ thống các thiết bị cơ điện tử sử dụng trong tịa nhà với cơng nghệ tự động hóa
nhằm đem lại khả năng tự hoạt động của các hệ thống như: hệ thống điều hịa, thơng
gió, hệ thống chiếu sáng, hệ thống báo cháy, camera,… đã không còn là đi ều mới
mẽ nữa. Tuy nhiên, vấn đề sống còn của giải pháp này lại nằm ở chỗ làm sao có thể
quản lý chung trong một hệ thống thống nhất. Các hệ thống tự động hóa tịa nhà
(BMS- Building Management System) đã ra đ ời để giải quyết bài tốn này.
Nhiệm vụ chính của hệ thống BMS là điều khiển, giám sát, quản lý các thiết
bị cơ, điện trong một tòa nhà cao tầng, giúp cho việc vận hành, bảo dưỡng và quản
lý tòa nhà một cách thuận tiện, an toàn và tiết kiệm.
Hệ thống MBS được phát triển dựa trên nền kiến trúc của một hệ điều khiển
phân tán với các bộ điều khiển số trực tiếp (DDC- Direct Digital Controler) được
kết nối với hệ thống mạng tầng, các bộ điều khiển, định tuyết cấp cao hơn liên kết
các DDC với hệ thống mạng của tòa nhà.
1.9.

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, thơng gió (HVAC)
Chương 4: Các chuẩn truyền thơng và cảm biến thơng dụng
Chương 5: Ngơn ngữ lập trình
Chương 6: Xây dựng mơ hình điều khiển HVAC bằng BMS
Chương 7: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển

6

Chương 2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS
(Building Management System)
2.1.

BMS là gì?

Hình 2.1: Tổng quát về BMS
BMS là viết tắt của cụm từ (Building Management System). Là một hệ thống
đồng bộ cho phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trong toà nhà như hệ
thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hồ thơng gió, cảnh báo môi
trường, an ninh, báo cháy – chữa cháy v.v…, đảm bảo cho việc vận hành các thiết
bị trong tòa nhà được chính xác, kịp thời .
BMS thực hiện tốt các nhiệm vụ điều khiển vận hành hệ thống, là mơi trường
thu nhận, quản lý tồn bộ các thơ ng số kỹ thuật của thiết bị, các hệ thống kết nối tới.
Thông qua trao đổi thông tin, BMS điều khiển vận hành các thiết bị chấp hành của