Thiết kế hệ thống điều hòa không khí và hệ thống điều khiển cho Tổ hợp văn phòng số 9 – Đào Duy Anh

CH¦¥NG IV hÖ thèng ®o l­êng vµ ®iÒu khiÓn tù ®éng cho hÖ thèng §HKK. Môc ®Ých cña ch­¬ng nµy lµ nh»m tr×nh bµy nh÷ng kiÕn thøc nÒn t¶ng vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng cho c¸c øng dông §HKK. Ngoµi ra, ®Ó phï hîp víi môc ®Ých thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn tho¶ m·n yªu cÇu cña hÖ thèng §HKK, trong ch­¬ng nµy em cßn ®­a ra c¸c ®Æc tÝnh qu¸ tr×nh cña hÖ thèng §HKK vµ phÇn kh¸i niÖm vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn toµ nhµ BMS mµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cho hÖ thèng §HKK chØ lµ mét thµnh phÇn trong ®ã. 4.1. C¸c ®Æc tÝnh cña hÖ thèng HVAC. 4.1.1. Tæng quan. Mét hÖ thèng HVAC (Heating, ventilating and air conditioning: S­ëi Êm, th«ng giã vµ ®iÒu hoµ kh«ng khÝ) ®­îc thiÕt kÕ theo nhu cÇu vÒ n¨ng l­îng, mét hÖ thèng phï hîp khi tho¶ m·n c¸c yÕu tè nh­: gi¸ thµnh ban ®Çu vµ gi¸ thµnh vËn hµnh, ®é tin cËy cña hÖ thèng, thiÕt bÞ dÔ t×m vµ vÞ trÝ l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ. HÖ thèng ®iÒu khiÓn cho toµ nhµ th­¬ng m¹i bao gåm nhiÒu vßng ®iÒu khiÓn vµ cã thÓ chia ra gåm hÖ thèng trung t©m vµ c¸c vßng ®iÒu khiÓn tõng khu vùc. §Ó ®¹t ®­îc hiÖu qu¶ tèi ­u, tÊt c¶ c¸c vßng ®iÒu khiÓn ph¶i cã mèi liªn hÖ chÆt chÏ víi nhau ®Ó chia sÎ th«ng tin vµ c¸c lÖnh ®iÒu khiÓn víi hÖ thèng qu¶n lý chung cña toµ nhµ BMS (building management system: hÖ thèng tËp trung sù gi¸m s¸t, ho¹t ®éng vµ qu¶n lý mét toµ nhµ ®Ó ®¹t hiÖu qu¶ ho¹t ®éng cao h¬n). C¸c vßng ®iÒu khiÓn c¬ b¶n trong hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ trung t©m cã thÓ ®­îc ph©n ra nh­ trong b¶ng 4.1. Tuú thuéc vµo hÖ thèng, cã thÓ cã c¸c vßng ®iÒu khiÓn kh¸c ®Ó ®¹t ®­îc hiÖu suÊt tèi ­u. C¸c vßng ®iÒu khiÓn tõng khu vùc phô thuéc vµo lo¹i thiÕt bÞ ®­îc sö dông. B¶ng 4.1. C¸c chøc n¨ng cña c¸c vßng ®iÒu khiÓn hÖ thèng ®iÒu hoµ trung t©m. Vßng ®iÒu khiÓn Lo¹i M« t¶ Th«ng giã C¬ b¶n Phèi hîp ho¹t ®éng cña c¸c cöa giã ngoµi trêi, giã håi, giã th¶i ®Ó duy tr× sù l­u th«ng kh«ng khÝ. ChÕ ®é b¶o vÖ nhiÖt ®é thÊp th­êng ®­îc sö dông. Tèt §o vµ ®iÒu khiÓn l­u l­îng kh«ng khÝ ngoµi trêi ®Ó cÊp chÝnh x¸c l­îng kh«ng khÝ hoµ trén d­íi sù thay ®æi cña ®iÒu kiÖn bªn trong (chñ yÕu trong c¸c hÖ thèng ®iÒu chØnh n¨ng suÊt l¹nh dùa vµo viÖc ®iÒu chØnh l­u l­îng kh«ng khÝ – VAV). Cã thÓ cÇn chÕ ®é b¶o vÖ nhiÖt ®é thÊp. Lµm l¹nh §iÒu khiÓn Chiller CÊp n­íc l¹nh ë nhiÖt ®é ®Æt tr­íc hoÆc ®Æt l¹i phô thuéc vµo yªu cÇu §iÒu khiÓn th¸p gi¶i nhiÖt §iÒu khiÓn c¸c b¬m n­íc gi¶i nhiÖt vµ/hoÆc c¸c qu¹t ®Ó cung cÊp n­íc l¹nh nhÊt cã thÓ víi c¸c tr¹ng th¸i kh¸c nhau cña nhiÖt ®é bÇu ­ít. §iÒu khiÓn dµn èng n­íc §iÒu chØnh l­u l­îng n­íc l¹nh ®Ó duy tr× nhiÖt ®é kh«ng khÝ. §iÒu khiÓn hÖ thèng gi·n në trùc tiÕp (DX) Ch¹y m¸y nÐn hay c¸c van ®iÖn tõ gi·n në trùc tiÕp ®Ó ®¹t nhiÖt ®é yªu cÇu vµ ng¨n c¶n viÖc ®ãng tuyÕt. NÕu m¸y nÐn lµ lo¹i gi¶m t¶i th× theo yªu cÇu sè xylanh ho¹t ®éng sÏ gi¶m dÇn Qu¹t C¬ b¶n Khëi ®éng c¸c qu¹t cÊp vµ qu¹t håi trong suèt qu¸ tr×nh sö dông hÖ thèng vµ quay vßng chóng khi kh«ng sö dông hÖ thèng theo yªu cÇu. Tèt §iÒu chØnh l­u l­îng qu¹t ®Ó duy tr× chÝnh x¸c ¸p suÊt ®­êng èng vµ khu vùc. Gi¶m chi phÝ ho¹t ®éng cña hÖ thèng vµ n©ng cao hiÖu suÊt. S­ëi §iÒu khiÓn dµn èng §iÒu chØnh l­u l­îng n­íc, h¬i hoÆc nhiÖt ®iÖn trë ®Ó ®¹t nhiÖt ®é yªu cÇu. §iÒu khiÓn nåi h¬i §iÒu khiÓn bé ®èt ®Ó ®¹t ®­îc ¸p suÊt h¬i cÊp hoÆc nhiÖt ®é n­íc nãng. §Ó hÖ thèng n­íc nãng ®¹t ®­îc hiÖu suÊt cao nhÊt, nhiÖt ®é n­íc cÇn ®Æt l¹i theo yªu cÇu hay nhiÖt ®é kh«ng khÝ ngoµi trêi. 4.1.2. C¸c ®Æc tÝnh qu¸ tr×nh. Khi lùa chän thiÕt bÞ cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng, hÖ thèng HVAC cã c¸c ®Æc tÝnh cÇn ph¶i n¾m b¾t ®Ó cã thÓ øng dông c¸c chÕ ®é ®iÒu khiÓn phï hîp cho tõng khu vùc cña toµ nhµ. 4.1.2.1. Phô t¶i. Phô t¶i qu¸ tr×nh lµ ®¹i l­îng x¸c ®Þnh l­îng t¸c nh©n ®iÒu khiÓn cÇn thiÕt ®Ó ®¹t ®­îc tr¹ng th¸i mong muèn cña biÕn ®iÒu khiÓn. BÊt kú sù thay ®æi nµo cña phô t¶i còng yªu cÇu sù thay ®æi l­îng t¸c nh©n ®iÒu khiÓn ®Ó ®¹t ®­îc cïng tr¹ng th¸i cña biÕn ®iÒu khiÓn. C¸c nhiÔu hay c¸c thay ®æi phô t¶i lµm thay ®æi biÕn ®iÒu khiÓn g©y ra bëi sù thay ®æi cña c¸c th«ng sè trong qu¸ tr×nh hay xung quanh nã. §é lín, møc ®é, tÇn sè vµ thêi gian tån t¹i cña nhiÔu thay ®æi sù c©n b»ng gi÷a ®Çu ra vµ ®Çu vµo. Bèn lo¹i nhiÔu cã thÓ ¶nh h­ëng ®Õn chÊt l­îng ®iÒu khiÓn: NhiÔu cung cÊp NhiÔu nhu cÇu Thay ®æi ®iÓm ®Æt Nh÷ng thay ®æi cña m«i tr­êng. NhiÔu cung cÊp lµ nh÷ng thay ®æi trong c¸c biÕn can thiÖp ë ®Çu vµo tíi qu¸ tr×nh ®Ó ®iÒu khiÓn biÕn ®iÒu khiÓn. VÝ dô vÒ nhiÔu cung cÊp nh­ sù gi¶m nhiÖt ®é n­íc nãng cung cÊp cho c¸c dµn trao ®æi nhiÖt. HÖ thèng yªu cÇu l­u l­îng n­íc nhiÒu h¬n cho cïng mét nhiÖt ®é kh«ng khÝ ra khái dµn cÇn ®¹t ®­îc. NhiÔu nhu cÇu xuÊt hiÖn trong kh«ng gian ®iÒu khiÓn ë ®ã cã sù thay ®æi nhu cÇu vÒ t¸c nh©n ®iÒu khiÓn. Trong tr­êng hîp cña mét thiÕt bÞ gia nhiÖt n­íc nãng dïng h¬i, nhiÖt ®é n­íc nãng cÊp lµ biÕn ®iÒu khiÓn vµ n­íc lµ m«i tr­êng ®iÒu khiÓn (H×nh 4.1). Thay ®æi vÒ l­u l­îng hay nhiÖt ®é n­íc trë vÒ thiÕt bÞ thÓ hiÖn thay ®æi cña phô t¶i yªu cÇu. Yªu cÇu l­u l­îng n­íc nãng t¨ng th× yªu cÇu t¨ng l­îng t¸c nh©n ®iÒu khiÓn (h¬i nãng). Cßn khi nhiÖt ®é n­íc vÒ thiÕt bÞ gia nhiÖt t¨ng lªn th× l¹i yªu cÇu gi¶m l­îng h¬i ®Ó ®¹t ®­îc yªu cÇu nhiÖt ®é n­íc cÊp. Gi¸ trÞ ®iÓm ®Æt thay ®æi cã thÓ ph¸ vì hÖ thèng bëi v× ®ã lµ thay ®æi bÊt ngê trong hÖ thèng vµ g©y ra nhiÔu ®èi víi n­íc nãng cung cÊp. KÕt qu¶ lµ g©y ra nh÷ng thay ®æi ë dßng vµo thiÕt bÞ tr­íc khi nã ®­îc ®o vµ xö lý. Nh÷ng thay ®æi cña m«i tr­êng xung quanh lµ c¸c ®iÒu kiÖn xung quanh qu¸ tr×nh, nh­ nhiÖt ®é, ¸p suÊt, vµ ®é Èm. Khi c¸c ®iÒu kiÖn nµy thay ®æi chóng sÏ kÐo theo thay ®æi trong phô t¶i cña hÖ thèng. BÉy h¬i H¬i H¬i T¶i H¬i ng­ng vÒ ThiÕt bÞ trao ®æi nhiÖt (t¸c nh©n ®iÒu khiÓn) Van Bé ®iÒu khiÓn L­u l­îng (biÕn thao t¸c) NhiÖt ®é n­íc (biÕn cÇn ®iÒu khiÓn) N­íc nãng cÊp N­íc (m«i tr­êng ®iÒu khiÓn) N­íc nãng håi H×nh 4.1. ThiÕt bÞ gia nhiÖt n­íc nãng dïng h¬i (steam-to-water converter). 4.1.2.2. TrÔ. TrÔ cã thÓ ng¨n c¶n mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn tõ viÖc ®¸p øng ngay lËp tøc vµ hoµn toµn tíi thay ®æi biÕn ®iÒu khiÓn. TrÔ qu¸ tr×nh lµ thêi gian chËm trÔ gi÷a thêi ®iÓm b¾t ®Çu cã nhiÔu vµ ®iÓm mµ t¹i ®ã biÕn ®iÒu khiÓn b¾t ®Çu ®¸p øng l¹i. §èi víi c¸c qu¸ tr×nh nhiÖt th× cÇn ph¶i ®Æc biÖt chó ý tíi thµnh phÇn trÔ v× nhiÖt ®é lµ th«ng sè cã qu¸n tÝnh rÊt lín. Thªm vµo ®ã, c¬ cÊu chÊp hµnh còng cÇn cã thêi gian ®Ó ®¸p øng l¹i, nhiÖt cÇn thêi gian ®Ó truyÒn tíi kh«ng gian ®iÒu khiÓn, n¨ng l­îng bæ sung cÇn thêi gian ®Ó di chuyÓn vµo kh«ng gian. TrÔ tæng céng lµ tæng cña c¸c trÔ riªng lÎ gÆp ph¶i trong qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn. 4.2. C¸c ®Æc ®iÓm cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn. §iÒu khiÓn tù ®éng ®­îc sö dông khi cã biÕn tr¹ng th¸i cÇn ®­îc ®iÒu khiÓn. Trong hÖ thèng HVAC, c¸c th«ng sè cÇn ®iÒu khiÓn th­êng lµ ¸p suÊt, nhiÖt ®é, ®é Èm vµ l­u l­îng. 4.2.1. C¸c biÕn ®iÒu khiÓn. §Ó ®iÒu khiÓn tù ®éng mét hÖ thèng th× nã ph¶i cã mét biÕn cã thÓ ®iÒu khiÓn ®­îc. Mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®iÒu khiÓn biÕn b»ng c¸ch t¸c ®éng 1 biÕn thø hai. BiÕn thø 2 nµy gäi lµ biÕn thao t¸c, t¹o ra sù thay ®æi cÇn thiÕt ë biÕn ®­îc ®iÒu khiÓn. VÝ dô, trong 1 phßng ®­îc lµm m¸t bëi kh«ng khÝ chuyÓn ®éng qua 1 dµn n­íc l¹nh, c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é (biÕn ®iÒu khiÓn) cña phßng (m«i tr­êng ®iÒu khiÓn) ë mét vÞ trÝ x¸c ®Þnh. Khi phßng nãng lªn, thermostat sÏ khëi ®éng 1 van ®Ó ®iÒu chØnh l­u l­îng (biÕn thao t¸c) cña n­íc l¹nh (t¸c nh©n ®iÒu khiÓn) qua dµn. B»ng c¸ch nµy, dµn trao ®æi nhiÖt cung cÊp khÝ l¹nh ®Ó lµm m¸t phßng. 4.2.2. Vßng ®iÒu khiÓn. Trong hÖ thèng ®iÒu hoµ kh«ng khÝ, biÕn ®­îc ®iÒu khiÓn ®­îc duy tr× b»ng c¸ch thay ®æi ®Çu ra cña thiÕt bÞ c¬ khÝ t¹o thanh mét vßng ®iÒu khiÓn tù ®éng. Mét vßng ®iÒu khiÓn bao gåm mét phÇn tö c¶m biÕn ë ®Çu vµo, nh­ c¶m biÕn nhiÖt ®é; mét bé ®iÒu khiÓn xö lý tÝn hiÖu vµo vµ xuÊt tÝn hiÖu ra; vµ c¬ cÊu chÊp hµnh (phÇn tö thùc hiÖn qu¸ tr×nh), vÝ dô nh­ van, ho¹t ®éng theo tÝn hiÖu ra. C¸c øng dông HVAC sö dông 2 lo¹i vßng ®iÒu khiÓn: vßng hë vµ vßng kÝn. Mét hÖ thèng vßng hë (open-loop) lµ mèi quan hÖ kh«ng ®æi gi÷a m«i tr­êng ®iÒu khiÓn vµ m«i tr­êng ngoµi. §iÒu khiÓn vßng hë kh«ng cho ta mét hÖ ®iÒu khiÓn hoµn chØnh vµ cã ®é chÝnh x¸c thÊp. V× lý do nµy, hÖ vßng hë Ýt gÆp trong c¸c øng dông th­¬ng m¹i vµ d©n dông. Mét hÖ ®iÒu khiÓn vßng kÝn (closed-loop) dùa vµo viÖc ®o biÕn ®iÒu khiÓn ®Ó thay ®æi ®Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn. H×nh 4.2 lµ s¬ ®å cña mét hÖ vßng kÝn. Mét vÝ dô vÒ ®iÒu khiÓn vßng kÝn lµ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é kh«ng khÝ cÊp trong èng dÉn b»ng l­u l­îng n­íc qua dµn trao ®æi nhiÖt (FCU, AHU) ®Ó ®¹t ®­îc nhiÖt ®é kh«ng khÝ cÊp ë gi¸ trÞ ®Æt. Gi¸ trÞ ®Æt Bé ®iÒu khiÓn C¬ cÊu chÊp hµnh Qu¸ tr×nh ®Çu vµo thø cÊp NhiÔu C¶m biÕn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn BiÕn ®iÒu khiÓn (biÕn thao t¸c) BiÕn cÇn ®iÒu khiÓn Ph¶n håi H×nh 4.2: TÝn hiÖu ph¶n håi trong s¬ ®å ®iÒu khiÓn vßng kÝn. Trong vÝ dô nµy, c¶m biÕn ®o nhiÖt ®é kh«ng khÝ cÊp vµ ph¶n håi trë l¹i bé ®iÒu khiÓn. Dùa trªn sù kh¸c biÖt, hay sù chªnh lÖch, bé ®iÒu khiÓn t¸c ®éng tÝn hiÖu chÝnh x¸c tíi van, t¹i ®ã ®iÒu chØnh l­u l­îng n­íc l¹nh ®Õn gi¸ trÞ yªu cÇu cña qu¸ tr×nh. Sù thay ®æi cña biÕn ®iÒu khiÓn dÉn ®Õn ph¶n håi l¹i yªu cÇu ®iÒu khiÓn. C¶m biÕn tiÕp tôc ®o sù thay ®æi nhiÖt ®é kh«ng khÝ cÊp vµ ®­a tÝn hiÖu míi trë l¹i bé ®iÒu khiÓn ®Ó tiÕp tôc so s¸nh vµ ®­a ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. HÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng sö dông tÝn hiÖu ph¶n håi ®Ó gi¶m sai lÖch vµ t¹o ra sù æn ®Þnh cña hÖ thèng. Mét ®Çu vµo thø cÊp, vÝ dô nh­ ®Çu vµo tõ 1 c¶m biÕn kh«ng khÝ ngoµi trêi, cã thÓ cung cÊp th«ng tin vÒ c¸c nhiÔu ¶nh h­ëng ®Õn biÕn ®iÒu khiÓn. Sö dông 1 ®Çu vµo céng víi biÕn ®iÒu khiÓn lµm cho bé ®iÒu khiÓn cã thÓ dù b¸o ®­îc ¶nh h­ëng cña nhiÔu vµ bï vµo ®ã, v× vËy mµ gi¶m ®­îc t¸c ®éng cña nhiÔu lªn biÕn ®iÒu khiÓn. 4.2.3. C¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn. 4.2.3.1. Tæng qu¸t. Mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ®­îc ph©n lo¹i theo lo¹i n¨ng l­îng chuyÓn ®æi vµ theo tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn (t­¬ng tù vµ sè) mµ nã sö dông ®Ó thùc hiÖn chøc n¨ng ®iÒu khiÓn. Nguån n¨ng l­îng th­êng gÆp trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng lµ n¨ng l­îng ®iÖn (electricity) vµ khÝ nÐn (compressed air). HÖ thèng cã thÓ bao gåm 1 hoÆc c¶ hai d¹ng n¨ng l­îng trªn. Nh÷ng hÖ thèng sö dông n¨ng l­îng ®iÖn lµ hÖ ®iÒu khiÓn c¬-®iÖn tö (electromechanical), ®iÖn tö (electronic), hay vi xö lý (microprocessor). HÖ ®iÒu khiÓn khÝ nÐn lîi dông sù thay ®æi ¸p suÊt khÝ tõ bé phËn c¶m biÕn nh­ lµ tÝn hiÖu ®Çu vµo bé ®iÒu khiÓn, t¹i ®ã lÇn l­ît cÊp tÝn hiÖu khÝ nÐn ra tíi phÇn tö thùc hiÖn qu¸ tr×nh. C¸c hÖ thèng khÝ nÐn, c¬ - ®iÖn tö, vµ ®iÖn tö thùc hiÖn viÖc giíi h¹n, ®Þnh tr­íc c¸c chøc n¨ng vµ vßng ®iÒu khiÓn. C¸c bé ®iÒu khiÓn øng dông vi xö lý dïng ®iÒu khiÓn sè cho biÕn ®æi réng cña c¸c vßng ®iÒu khiÓn. HÖ ®iÒu khiÓn tù cung cÊp n¨ng l­îng (seft-powered systems) cã sù thÝch øng hÑp nh­ng vÉn quan träng. C¸c hÖ thèng nµy lÊy n¨ng l­îng tõ c¸c gi¸ trÞ ®­îc ®o l­êng ®Ó thùc hiÖn c¸c t¸c ®éng cÇn thiÕt. VÝ dô, thay ®æi nhiÖt ®é c¶m biÕn g©y ra sù thay ®æi cña thÓ tÝch hoÆc ¸p suÊt t¸c ®éng trùc tiÕp ®Õn mµng hay hép xÕp cña ®éng c¬ van hay cöa giã. NhiÒu hÖ ®iÒu khiÓn hoµn chØnh sö dông phèi hîp c¸c lo¹i trªn. Mét vÝ dô vÒ hÖ thèng kÕt hîp lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cho mét FCU ë ®ã bao gåm ®iÒu khiÓn ®iÖn on-off cña qu¹t vµ khÝ nÐn cho c¸c dµn trao ®æi nhiÖt. B¶ng 4.2. C¸c ®Æc tÝnh vµ tham sè cña c¸c ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn: KhÝ nÐn §iÖn §iÖn tö Vi xö lý - §iÒu khiÓn tû lÖ - Yªu cÇu kh«ng khÝ kh«, s¹ch. - §­êng dÉn khÝ cã thÓ bÞ ®ãng tuyÕt phÝa d­íi. - An toµn næ. - §¬n gi¶n, bÒn, gi¸ rÎ, vµ c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh ch¾c ch¾n cho c¸c van, cöa giã. - Th­êng dïng cho ®iÒu khiÓn vïng ®¬n gi¶n (VAV…) - M«dul ®iÒu chØnh ®¬n gi¶n nhÊt. - §a sè phï hîp ®iÒu khiÓn on-off ®¬n gi¶n. - C¶m biÕn/ bé ®iÒu khiÓn kiÓu tÝch ph©n. - Tr×nh tù ®iÒu khiÓn ®¬n gi¶n. - Giíi h¹n vÒ m«i tr­êng. - C¸c c¬ cÊu chÊp hµnh ®iÒu chØnh phøc t¹p, ®Æc biÖt ph¶n håi d©y chuyÒn. - §iÒu khiÓn chÝnh x¸c. - ThiÕt bÞ b¸n dÉn, cã kh¶ n¨ng lÆp l¹i vµ ®é tin t­ëng cao. - C¶m biÕn cã thÓ ®Æt c¸ch bé ®iÒu khiÓn tèi ®a 90 m. - Gi¸ trÞ ®Æt ®¬n gi¶n cã thÓ ®iÒu khiÓn tõ xa. - Gi¸ thµnh cao. - Bé ®iÒu khiÓn vµ c¬ cÊu chÊp hµnh phøc t¹p. - §iÒu khiÓn chÝnh x¸c. - TiÕt kiÖm n¨ng l­îng. - Bé ®iÒu khiÓn cÊp cao PI kh«ng sai lÖch. - T­¬ng thÝch cao víi hÖ thèng qu¶n lý toµ nhµ (Building management system – BMS). Cã c¬ së d÷ liÖu ®Ó gi¸m s¸t, hiÖu chØnh vµ c¶nh b¸o tõ xa. - DÔ dµng thùc hiÖn vßng ®iÒu khiÓn phøc t¹p. - §iÒu khiÓn vßng liªn ®éng qua c¸c bus. - Mµn h×nh hiÓn thÞ vµ ®iÓm ®Æt cã thÓ ®Æt c¸ch xa. - Cã thÓ sö dông c¬ cÊu chÊp hµnh khÝ nÐn. 4.2.3.2. §iÒu khiÓn t­¬ng tù vµ sè. ThiÕt bÞ t­¬ng tù t­¬ng thÝch víi hÖ thèng ®iÒu khiÓn hÖ HVAC tõ rÊt l©u. Mét bé ®iÒu khiÓn HVAC lo¹i t­¬ng tù lµ lo¹i khÝ nÐn nhËn vµ t¸c ®éng trªn d÷ liÖu liªn tôc. Trong bé ®iÒu khiÓn khÝ nÐn, c¶m biÕn göi tÝn hiÖu khÝ nÐn liªn tôc tíi bé ®iÒu khiÓn, ¸p suÊt khÝ nÐn t¹i ®ã tû lÖ víi gi¸ trÞ cña biÕn ®o ®­îc. Bé ®iÒu khiÓn so s¸nh ¸p suÊt khÝ nhËn tõ c¶m biÕn víi gi¸ trÞ ¸p suÊt khÝ mong muèn ®Æt tr­íc ®Ó ®­a ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. Bé ®iÒu khiÓn sè nhËn tÝn hiÖu ®iÖn tö tõ c¸c c¶m biÕn, chuyÓn c¸c tÝn hiÖu ®iÖn thµnh c¸c xung sè (gi¸ trÞ), vµ thùc hiÖn c¸c thao t¸c trªn c¸c gi¸ trÞ nµy. Bé vi xö lý sÏ ®­a ra tÝn hiÖu d¹ng sè t¸c ®éng trùc tiÕp vµo c¬ cÊu chÊp hµnh hoÆc biÕn ®æi tÝn hiÖu thµnh tÝn hiÖu t­¬ng tù tr­íc khi t¸c ®éng ®Õn c¬ cÊu thõa hµnh. Bé ®iÒu khiÓn lÊy d÷ liÖu sè ë c¸c kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh, hiÕm khi ®äc d÷ liÖu liªn tôc. Ph­¬ng ph¸p lÊy mÉu ®­îc gäi lµ tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn gi¸n ®o¹n (discrete control). NÕu viÖc lÊy mÉu ®èi víi c¸c bé ®iÒu khiÓn sè ®­îc lùa chän phï hîp, sù thay ®æi ®Çu ra rêi r¹c sÏ t¹o ra c¸c t¸c ®éng ®iÒu khiÓn vµ hiÖu qu¶ ®iÒu khiÓn liªn tôc. Trong ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn sè cã kiÓu ®iÒu khiÓn sè trùc tiÕp DDC (direct digital control) sö dông bé ®iÒu khiÓn cã bé vi xö lý ®Ó biÓu thÞ c¸c thuËt to¸n theo c¸c ch­¬ng tr×nh ®Þnh tr­íc. §ãng Thêi gian VÞ trÝ C¬ cÊu ChÊp hµnh Më §ãng TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn t­¬ng tù TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn sè VÞ trÝ C¬ cÊu ChÊp hµnh Më Thêi gian H×nh 4.3. So s¸nh gi÷a c¸c tÝn hiÖu sè vµ t­¬ng tù. H×nh 4.3 so s¸nh c¸c tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn sè vµ t­¬ng tù. Bé ®iÒu khiÓn sè cËp nhËt ®Þnh kú qu¸ tr×nh b»ng 1 hµm cña tËp hîp c¸c biÕn ®iÒu khiÓn ®o ®­îc vµ cho ra tËp hîp c¸c thuËt to¸n ®iÒu khiÓn. Bé ®iÒu khiÓn kÕt thóc toµn bé viÖc tÝnh to¸n, bao gåm thuËt to¸n ®iÒu khiÓn, vµ göi tÝn hiÖu tíi c¬ cÊu chÊp hµnh. Trong hÇu hÕt c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn th­¬ng m¹i, mét phÇn tö truyÒn tÝn hiÖu ®iÖn tö – khÝ nÐn chuyÓn ®Çu ra lµ tÝn hiÖu ®iÖn thµnh ®Çu ra ¸p suÊt khÝ nÐn thay ®æi, khëi ®éng c¬ cÊu chÊp hµnh. 4.2.4. C¸c chÕ ®é ®iÒu khiÓn. HÖ thèng ®iÒu khiÓn sö dông c¸c chÕ ®é ®iÒu khiÓn kh¸c nhau ®Ó ®¹t ®­îc môc ®Ých cña chóng. C¸c chÕ ®é ®iÒu khiÓn trong c¸c øng dông th­¬ng m¹i bao gåm: ®iÒu khiÓn 2 vÞ trÝ, b­íc, dao ®éng, tû lÖ, tû lÖ – tÝch ph©n, tû lÖ – tÝch ph©n – vi ph©n, vµ ®iÒu khiÓn thÝch nghi. 4.2.4.1. §iÒu khiÓn hai vÞ trÝ (Two-position control). Bé ®iÒu khiÓn sÏ khèng chÕ tr¹ng th¸i cña c¸c phÇn tö nµo ®ã chØ cã hai tr¹ng th¸i: cùc ®¹i vµ cùc tiÓu. VÝ dô, hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®Ó khëi ®éng hay dõng ®éng c¬ b¬m, qu¹t giã, m¸y nÐn, hoÆc hÖ thèng ®ãng c¾t ®iÖn cho bé sÊy kh«ng khÝ. Do ®ã ®iÒu khiÓn kiÓu nµy cßn ®­îc gäi lµ ®iÒu khiÓn “on – off”. C¬ cÊu chÊp hµnh sÏ gi÷ ë mét trong hai vÞ trÝ cã thÓ ngo¹i trõ kho¶ng thêi gian rÊt nhá khi nã chuyÓn tõ tr¹ng th¸i nµy sang tr¹ng th¸i kia. Mét vÝ dô vÒ vi sai ®iÒu khiÓn cã thÓ gÆp trong 1 hÖ thèng l¹nh mµ bé ®iÒu khiÓn ®­îc ®Æt tr­íc ®Ó më van n­íc l¹nh khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ ®¹t 26oC, vµ ®ãng van khi nhiÖt ®é kh«ng khÝ ®¹t 24oC. §é chªnh th«ng sè gi÷a hai gi¸ trÞ ®ãng vµ më (2oC) gäi lµ vi sai ®iÒu khiÓn. BiÕn ®iÒu khiÓn dao ®éng gi÷a hai gi¸ trÞ nhiÖt ®é. Vi sai NhiÖt ®é (°C) §iÒu khiÓn 2 vÞ trÝ ®¬n thuÇn Sai lÖch trªn Sai lÖch d­íi Thêi gian ofF ON 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 H×nh 4.4. Ho¹t ®éng ®iÓn h×nh cña ®iÒu khiÓn hai vÞ trÝ. §iÒu khiÓn hai vÞ trÝ c¬ b¶n ho¹t ®éng tèt trong nhiÒu øng dông. Tuy nhiªn, sù xuÊt hiÖn cña trÔ lµm cho bé ®iÓu khiÓn ho¹t ®éng kh«ng cßn chÝnh x¸c. H×nh 4.4 thÓ hiÖn vßng ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ gia nhiÖt ®iÓn h×nh. §iÒu khiÓn hai vÞ trÝ cã gi¶m ®é trÔ hay ®iÒu khiÓn hai vÞ trÝ theo thêi gian (Timed two-position control) dù tÝnh tr­íc ®­îc yªu cÇu vµ ph©n phèi ®­îc l­îng nhiÖt cÇn thiÕt theo phÇn tr¨m dùa trªn thêi gian nh»m gi¶m dao ®éng cña ®iÓm ®iÒu khiÓn. ViÖc tÝnh to¸n thêi gian ®­îc thùc hiÖn bëi mét bé phËn dù tÝnh nhiÖt (heat anticipator) trong ®iÒu khiÓn ®iÖn vµ bëi mét thiÕt bÞ bÊm giê (timer) trong ®iÒu khiÓn ®iÖn tö sè. ViÖc gi¶m hoÆc lo¹i bá vi sai ho¹t ®éng ®¹t ®­îc nhê kÕt qu¶ ®Æc biÖt cña viÖc dù tÝnh tr­íc nhiÖt (heat anticipation) hoÆc c©n ®èi thêi gian (time proportioning) víi tèc ®é quay vßng nhanh h¬n cña thiÕt bÞ c¬ khÝ. KÕt qu¶ lµ ®iÒu khiÓn vßng kÝn cho chÊt l­îng ®iÒu khiÓn tèt h¬n ®iÒu khiÓn 2 vÞ trÝ ®¬n thuÇn (h×nh 4.4). OFF ON 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 NhiÖt ®é (°C) §iÒu khiÓn 2 vÞ trÝ theo thêi gian Thêi gian OFF ON 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 §iÓm ®iÒu khiÓn NhiÖt ®é (°C) §iÒu khiÓn 2 vÞ trÝ ®¬n thuÇn Sai lÖch trªn Vi sai ®iÒu khiÓn Sai lÖch d­íi Thêi gian H×nh 4.5. So s¸nh gi÷a ®iÒu khiÓn hai vÝ trÝ ®¬n thuÇn vµ ®iÒu khiÓn 2 vÞ trÝ theo thêi gian. 4.2.4.2. §iÒu khiÓn b­íc (Step control). §iÒu khiÓn b­íc ®Ó ®ãng ng¾t hay ®Æt r¬le theo thø tù ®Ó cho phÐp hoÆc kh«ng cho phÐp c¸c ®Çu ra, c¸c tr¹ng th¸i cña c¸c thiÕt bÞ 2 vÞ trÝ nh­ bé s­ëi ®iÖn hay c¸c m¸y nÐn piston. §iÒu khiÓn b­íc sö dông tÝn hiÖu tû lÖ ®Ó t¹o ra tÝn hiÖu ®Çu ra d¹ng tû lÖ mµ ®iÓn h×nh lµ ®ãng hoÆc më. §é lÖch cña biÕn ®­îc ®iÒu khiÓn cµng lín th× c«ng suÊt ra cña thiÕt bÞ c«ng nghÖ cµng cao. H×nh 4.6 vµ 4.7 chØ ra c¸c giai ®o¹n cã thÓ ®Æt cã hoÆc kh«ng sù chång chÐo cña c¸c vi sai ®iÒu khiÓn (on/off). Trong c¶ hai tr­êng hîp, vi sai ho¹t ®éng kiÓu 2 vÞ trÝ ®iÓn h×nh vÉn tån t¹i nh­ng ®Çu ra cuèi cïng vÉn ë d¹ng tû lÖ. H×nh 4.6. C¸c b­íc s­ëi ®iÖn. H×nh 4.7. §iÒu khiÓn Chiller m¸y nÐn piston nhiÒu cÊp. H×nh 4.8 chØ ra thø tù ®iÒu khiÓn c¸c dµn gi·n në trùc tiÕp vµ nhiÖt ®iÖn trë. Khi nhiÖt ®é ë thermostat t¨ng lªn ng­ìng trªn cña ph¹m vi ®iÒu chØnh (throttling range) th× c¸c cÊp s­ëi lÇn l­ît ngõng. NÕu nhiÖt ®é tiÕp tôc t¨ng th× c¸c cÊp lµm m¸t sÏ thø tù ®­îc cho ho¹t ®éng. 1 2 3 4 5 6 D X D X Thø tù giai ®o¹n M« t¬ Bé ®iÒu khiÓn NhiÖt ®é phßng Van ®iÖn tõ Bé ®iÒu khiÓn b­íc Qu¹t Dµn èng gi·n në trùc tiÕp DX S­ëi ®iÖn ®a cÊp Kh«ng khÝ cÊp H×nh 4.8. Thø tù ®iÒu khiÓn cña c¸c dµn bay h¬i trùc tiÕp vµ bé s­ëi ®iÖn. KiÓu ®iÒu khiÓn b­íc sö dông réng r·i trong c¸c trong c¸c hÖ thèng m¸y ghÐp còng nh­ c¸c bé sÊy kh«ng khÝ nhiÒu cÊp lµm viÖc nèi tiÕp. 4.2.4.3. §iÒu khiÓn ®éng (®iÒu khiÓn dao ®éng) (Floating control). Trong chÕ ®é ®iÒu khiÓn ®éng, bé ®iÒu khiÓn chØ t¸c ®éng vµo c¬ cÊu chÊp hµnh khi trÞ sè biÕn ®­îc ®iÒu khiÓn v­ît ra ngoµi vi sai ®iÒu khiÓn. §iÒu khiÓn ®éng bao gåm mét c¬ cÊu chÊp hµnh di chuyÓn chËm vµ mét c¶m biÕn ®¸p øng nhanh ®­îc chän theo tèc ®é ph¶n øng trong hÖ thèng ®iÒu khiÓn. ChÕ ®é ®iÒu khiÓn ®éng phï hîp víi c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn cã ®é trÔ tèi thiÓu gi÷a bé c¶m biÕn vµ m«i chÊt ®iÒu khiÓn. Mét vÝ dô vÒ ®iÒu khiÓn dao ®éng lµ ®iÒu chØnh ¸p suÊt tÜnh trong èng (H×nh 4.9). Bé ®iÒu khiÓn ¸p suÊt tÜnh kiÓu ®éng M«t¬ Dßng khÝ Cöa giã c¶m biÕn ¸p suÊt tÜnh C¶m biÕn ¸p suÊtngoµi H×nh 4.9. §iÒu khiÓn ¸p suÊt tÜnh. Khi biÕn ®­îc ®iÒu khiÓn (¸p suÊt tÜnh cña kh«ng khÝ trong ®­êng èng) v­ît ra ngoµi vi sai ®iÒu chØnh vµ cao h¬n giíi h¹n trªn cña vi sai th× bé ®iÒu khiÓn sÏ t¸c ®éng ®ãng bít c¸nh ®iÒu chØnh ®Çu hót qu¹t giã, cßn nÕu ¸p suÊt tÜnh gi¶m xuèng d­íi giíi h¹n d­íi cña vi sai th× bé ®iÒu khiÓn sÏ më thªm c¸nh ®iÒu chØnh qu¹t giã (h×nh 4.10). H×nh 4.10. §iÒu khiÓn ®éng. 4.2.4.4. §iÒu khiÓn tû lÖ (Proportional control). Trong chÕ ®é ®iÒu khiÓn tû lÖ, bé ®iÒu khiÓn t¸c ®éng vµo thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sao cho c«ng suÊt tÝn hiÖu ra cña thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn tû lÖ víi ®é lÖch cña biÕn ®­îc ®iÒu khiÓn so víi gi¸ trÞ ®Þnh tr­íc. C«ng suÊt cña thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn tû lÖ tuyÕn tÝnh víi biªn ®é cña biÕn ®­îc ®iÒu khiÓn (h×nh 4.11). VÝ dô trong thÖ thèng l¹nh trung t©m n­íc (H×nh 4.12), c¶m biÕn ®­îc ®Æt trong dßng kh«ng khÝ cÊp, nã ®o vµ göi tÝn hiÖu tíi bé ®iÒu khiÓn. Bé ®iÒu khiÓn sÏ tÝnh to¸n nh÷ng thay ®æi vµ göi tÝn hiÖu míi tíi motor van. Motor sÏ ®iÒu chØnh van ®Ó thay ®æi l­îng n­íc cÊp vµ do ®ã thay ®æi nhiÖt ®é kh«ng khÝ cÊp. VÞ trÝ cña van VÞ trÝ C¬ cÊu chÊp hµnh Ph¹m vi ®iÒu chØnh §iÓm ®iÒu khiÓn (0C) Më 100% Më 50% §ãng 22,5 23 23,5 24 24,5 H×nh 4.11. Quan hÖ gi÷a vÞ trÝ cña c¬ cÊu chÊp hµnh vµ ®iÓm ®iÒu khiÓn. Bé ®iÒu khiÓn Van N­íc l¹nh Kh«ng khÝ håi Kh«ng khÝ cÊp Dµn èng C¶m biÕn H×nh 4.12. Vßng ®iÒu khiÓn tû lÖ. Gi¸ trÞ tÝn hiÖu ra cña bé ®iÒu khiÓn tû lÖ V tû lÖ víi ®é lÖch cña gi¸ trÞ ®iÒu khiÓn so víi gi¸ trÞ ®Þnh tr­íc cã quan hÖ sau: V = Kp.e + M Trong ®ã: K – hÖ sè tû lÖ, cã gi¸ trÞ tû lÖ nghÞch víi kho¶ng ®iÒu chØnh; e – sai sè cña tÝn hiÖu, cßn gäi lµ biÕn sai; M – gi¸ trÞ c«ng suÊt ra khi biÕn sai b»ng 0 (th­êng gi¸ trÞ nµy n»m gi÷a kho¶ng c«ng suÊt ra cña bé ®iÒu chØnh). Khi ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é kh«ng khÝ thæi vµ vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ trong phßng nÕu sö dông ®iÒu khiÓn tû lÖ th× biÕn sai sÏ tû lÖ víi phô t¶i cña phßng vµ phô t¶i dµn l¹nh. NhiÖt ®é thæi vµo phßng vµ nhiÖt ®é trong phßng t ®­îc tÝnh to¸n nh­ sau: t = Rpt.tdo + tmin trong ®ã: tdo – kho¶ng ®iÒu chØnh biÓu diÔn theo nhiÖt ®é thæi vµo hay nhiªtj ®é phßng; tmin – nhiÖt ®é thæi vµo hay nhiÖt ®é phßng khi phô t¶i cña phßng hay phô t¶i cña giµn l¹nh b»ng 0; Rpt – tû sè phô t¶i cña phô t¶i phßng vµ phô t¶i giµn l¹nh, lµ ®¹i l­îng kh«ng thø nguyªn. KiÓu ®iÒu khiÓn tû lÖ phï hîp víi hÖ thèng l¹nh vµ ®iÒu hoµ kh«ng khÝ cã phô t¶i lín. 4.2.4.5. §iÒu khiÓn tû lÖ – tÝch ph©n (proportional-integral control: PI). Trong ®iÒu khiÓn tû lÖ – tÝch ph©n, viÖc ®Æt l¹i chÕ ®é ®­îc thùc hiÖn tù ®éng. §iÒu khiÓn PI cßn ®­îc gäi lµ ®iÒu khiÓn tû lÖ víi ®Æt l¹i chÕ ®é (proportional plus-reset control), gÇn nh­ lo¹i trõ ®­îc sai lÖch vµ d¶i tû lÖ gÇn nh­ kh«ng thÊy. Trong ®iÒu khiÓn PI, cã thªm mét phÇn tö ®­a vµo hÖ thèng ®iÒu khiÓn ®Ó triÖt tiªu sai lÖch ®iÒu khiÓn. TÝn hiÖu ra cña bé ®iÒu khiÓn cã thÓ biÓu thÞ b»ng c«ng thøc: V = Kp.e + Ki.fe.dt + M Trong ®ã: Ki: h»ng sè tÝch ph©n; T: thêi gian. Trong ph­¬ng tr×nh nµy, sè h¹ng thø hai ë vÕ ph¶i cho biÕt gi¸ trÞ cña biÕn sai ®­îc ®o ë c¸c kho¶ng thêi gian còng nh­ gi¸ trÞ cña tÝch gi÷a Ki vµ tÝch ph©n biÕn sai sÏ ®­îc céng thªm vµo tÝn hiÖu ra cña bé ®iÒu khiÓn ®Ó triÖt tiªu biÕn sai. BiÕn sai tån t¹i cµng l©u th× ®¸p øng cña bé ®iÒu khiÓn sÏ cµng lín. T¸c ®éng ®iÒu khiÓn nh­ vËy t­¬ng ®­¬ng víi viÖc ®Æt l¹i chÕ ®é ®Þnh tr­íc ®Ó lµm t¨ng c«ng suÊt ra cña bé ®iÒu khiÓn nh»m triÖt tiªu biÕn sai. §­êng cong 2 trong h×nh 4.13 cho thÊy sù biÕn ®æi cña biÕn ®iÒu khiÓn ë kiÓu ®iÒu khiÓn PI. §Æc ®iÓm quan träng cña ®iÒu khiÓn PI lµ triÖt tiªu ®­îc vi sai ®iÒu khiÓn khi biÕn ®iÒu khiÓn ®· ®¹t ®­îc gi¸ trÞ æn ®Þnh. NÕu chän ®óng gi¸ trÞ hÖ sè tÝch ph©n Ki vµ hÖ sè tû lÖ Kp th× hÖ thèng sÏ æn ®Þnh h¬n vµ ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c h¬n. §iÒu khiÓn PI th­êng ¸p dông cho c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é kh«ng khÝ thæi vµo, ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é n­íc l¹nh vµ ®iÒu khiÓn ¸p suÊt tÜnh trong ®­êng èng giã. §iÓm ®Æt T1 T2 T3 T4 T5 T6 BiÕn sai §iÒu khiÓn PI (2) §iÓm ®Æt §iÓm ®Æt §iÒu khiÓn P (1) §iÒu khiÓn PID (3) BiÕn sai BiÕn sai THêI GIAN .H×nh 4.13. HÖ thèng ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é víi c¸c chÕ ®é ®iÒu khiÓn kh¸c nhau. 4.2.4.6. §iÒu khiÓn tû lÖ – tÝch ph©n – vi ph©n (proportional-integral-derivative control: PID). ChÕ ®é ®iÒu khiÓn PID cã thªm mét t¸c ®éng ®iÒu khiÓn so víi ®iÒu khiÓn PI, ®ã lµ thªm chøc n¨ng vi ph©n tû lÖ víi sù thay ®æi biÕn ®­îc ®iÒu khiÓn. Ph­¬ng tr×nh m« t¶ tÝn hiÖu ra cña bé ®iÒu khiÓn PID: V = Kp.e + Ki.fedt + Kd.de/dt +M Trong ®ã: Kd – hÖ sè vi ph©n. Hµm vi ph©n Kd.de/dt lµm cho t¸c ®éng hiÖu chØnh cña bé ®iÒu khiÓn PID cµng lín khi gi¸ trÞ ®iÒu khiÓn thay ®æi cµng nhanh. §­êng cong 3 trong h×nh 4.13 biÓu diÔn sù biÕn ®æi cña biÕn ®­îc ®iÒu khiÓn khi sö dông kiÓu ®iÒu khiÓn PID. Gièng nh­ ®iÒu khiÓn PI, ®iÒu khiÓn PID còng kh«ng cã vi sai ®iÒu khiÓn khi ®· ®¹t tíi ®iÒu kiÖn æn ®Þnh, nh­ng so víi ®iÒu khiÓn PI th× t¸c dông ®iÒu khiÓn nhanh h¬n, biªn ®é dao ®éng nhá h¬n, thêi gian æn ®Þnh ng¾n h¬n. Tuy vËy viÖc x¸c ®Þnh ®óng 3 h»ng sè Kp, Ki, Kd cho bé ®iÒu khiÓn PID còng khã kh¨n h¬n. §iÒu khiÓn PID thÝch hîp víi c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn ¸p suÊt tÜnh cña ®­êng èng giã vµ ®iÒu khiÓn l­u l­îng m«i chÊt. 4.2.4.7. §iÒu khiÓn thÝch nghi (Adaptive control). §iÒu khiÓn thÝch nghi cã thÓ dïng trong c¸c bé ®iÒu khiÓn dùa trªn bé vi xö lý. C¸c thuËt to¸n ®iÒu khiÓn thÝch nghi lµm cho bé ®iÒu khiÓn ®iÒu chØnh nh÷ng ®¸p øng ra cña nã ®Ó cho sù ®iÒu khiÓn tèi ­u d­íi ®iÒu kiÖn toµn t¶i. Bé ®iÒu khiÓn ®­îc lµm cho phï hîp ®Ó ®iÒu khiÓn chÝnh x¸c d­íi mét tËp hîp nh÷ng ®iÒu kiÖn thay ®æi, vÝ nh­ thay ®æi ®¸ng kÓ cña phô t¶i hay thay ®æi tõ s­ëi Êm sang lµm l¹nh. Mét th«ng sè cÇn ®o cña qu¸ tr×nh lµ thêi gian cÇn thiÕt ®Ó hÖ thèng chèng l¹i nhiÔu: thêi gian cµng ng¾n th× ho¹t ®éng cña hÖ thèng cµng tèt. Ph­¬ng ph¸p dïng c¸c th«ng sè hiÖu chØnh ®­îc x¸c ®Þnh bëi kiÓu cña thuËt to¸n thÝch nghi. Mét vÝ dô vÒ viÖc ¸p dông kh¸ tèt ®iÒu khiÓn thÝch øng lµ ®iÒu khiÓn nhiÖt ®é kh«ng khÝ cÊp cña dµn èng lµm l¹nh trung t©m cña 1 hÖ thèng VAV. H»ng sè thêi gian cña c¶m biÕn thay ®æi theo mét hµm cña tèc ®é kh«ng khÝ (hay chÊt láng kh¸c). V× vËy, h»ng sè thêi gian cña c¶m biÕn kh«ng khÝ cÊp trong hÖ thèng VAV lu«n lu«n thay ®æi. Sù thay ®æi trong ®¸p øng cña c¶m biÕn ¶nh h­ëng ®Õn ®iÒu khiÓn hÖ thèng v× vËy thuËt to¸n ®iÒu khiÓn thÝch nghhi ®iÒu chØnh c¸c th«ng sè cña hÖ thèng b»ng viÖc ®Æt l¹i hay møc ®é cµi ®Æt ®Ó ®¹t ®­îc ho¹t ®éng tèi ­u cña hÖ thèng. 4.2.6. C¸c nguyªn t¾c øng dông c¸c kiÓu ®iÒu khiÓn. Nh÷ng ®iÒu sau ®©y cÇn l­u ý khi quyÕt ®Þnh c¸c yªu cÇu ®iÒu khiÓn: Møc ®é chÝnh x¸c yªu cÇu vµ ®é sai lÖch, nÕu cã, chÊp nhËn ®­îc. Nh÷ng kiÓu thay ®æi mong muèn cña phô t¶i, bao gåm ®é lín, møc ®é, tÇn sè, vµ qu·ng thêi gian thay ®æi. C¸c ®Æc tÝnh qu¸ tr×nh cña hÖ thèng, nh­ c¸c h»ng sè thêi gian, trÔ, tèc ®é ®¸p øng l¹i. Mçi kiÓu ®iÒu khiÓn cã thÓ ¸p dông cho c¸c qu¸ tr×nh kh¸c nhau. KiÓu ®iÒu khiÓn tèt nhÊt lµ kiÓu ®¬n gi¶n nhÊt, rÎ tiÒn nhÊt mµ vÉn ®¶m b¶o yªu cÇu ®iÒu khiÓn. B¶ng 4.2 giíi thiÖu c¸c øng dông ®iÒu khiÓn ®iÓn h×nh vµ c¸c kiÓu ®iÒu khiÓn khuyªn dïng: B¶ng 4.3. C¸c øng dông vµ c¸c kiÓu ®iÒu khiÓn khuyªn dïng. øng dông ®iÒu khiÓn KiÓu ®iÒu khiÓn khuyªn dïng NhiÖt ®é kh«ng khÝ trong phßng NhiÖt ®é kh«ng khÝ hoµ trén NhiÖt ®é dßng vµo dµn èng NhiÖt ®é n­íc l¹nh cÊp NhiÖt ®é n­íc nãng cÊp L­u l­îng khÝ ¸p suÊt tÜnh cña qu¹t §é Èm NhiÖt ®é ®iÓm s­¬ng P PI PI PI PI PI – Mét sè tr­êng hîp cã thÓ yªu cÇu kiÒu PID PI – Mét sè øng dông cã thÓ dïng PID sÏ tèt h¬n. P, hoÆc trong tr­êng hîp yªu cÇu ®iÒu khiÓn rÊt chÆt chÏ th× dïng PI. P, hoÆc nÕu yªu cÇu ®iÒu khiÓn rÊt chÆt chÏ th× dïng PI. 4.2.7. C¸c thµnh phÇn c¬ b¶n cña hÖ thèng Tuú theo quy m« øng dông vµ møc ®é tù ®éng ho¸, c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn HVAC cã thÓ ®¬n gi¶n ®Õn t­¬ng ®èi phøc t¹p, nh­ng chóng ®Òu dùa trªn ba thµnh phÇn c¬ b¶n lµ thiÕt bÞ ®o, thiÕt bÞ chÊp hµnh vµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn. Chøc n¨ng cña mçi thµnh phÇn hÖ thèng vµ quan hÖ cña chóng ®­îc thÓ hiÖn mét c¸ch trùc quan víi s¬ ®å khèi trªn h×nh 4.1. 4.2.7.1. ThiÕt bÞ ®o. Chøc n¨ng cña mét thiÕt bÞ ®o lµ cung cÊp mét tÝn hiÖu ra tû lÖ theo mét nghÜa nµo ®ã víi ®¹i l­îng ®o. Mét thiÕt bÞ ®o gåm hai thµnh phÇn c¬ b¶n lµ c¶m biÕn (sensor) vµ chuyÓn ®æi ®o (transducer) (h×nh 4.14). Mét c¶m biÕn thùc hiÖn chøc n¨ng tù ®éng c¶m nhËn ®¹i l­îng quan t©m vµ biÕn ®æi thµnh mét tÝn hiÖu. §Ó cã thÓ truyÒn xa vµ sö dông ®­îc trong thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn hoÆc dông cô chØ b¸o, tÝn hiÖu ra tõ c¶m biÕn cÇn ®­îc khuÕch ®¹i, ®iÒu hoµ vµ chuyÓn ®æi sang mét d¹ng thÝch hîp. Mét bé chuyÓn ®æi ®o chuÈn (transmitter) lµ mét bé chuyÓn ®æi ®o mµ cho ®Çu ra lµ mét tÝn hiÖu chuÈn (vÝ dô 1-10V, 0-20mA, 4-2mA, RS-485, tÝn hiÖu bus tr­êng,…). Trong c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh truyÒn thèng th× tÝn hiÖu 4-20mA lµ th«ng dông nhÊt, song xu h­íng gÇn ®©y cho thÊy viÖc øng dông c«ng nghÖ bus tr­êng ngµy cµng chiÕm ­u thÕ. C¶m biÕn Bé chuyÓn ®æi ®o chuÈn ChØ b¸o Sensor Transducer Transmitter Indicator §¹i l­îng ®o (PV, x) TÝn hiÖu ®o (PM, y) H×nh 4.14. CÊu tróc c¬ b¶n cña mét thiÕt bÞ ®o. 4.2.7.2. C¸c bé ®iÒu khiÓn ph¶n håi. C¸c bé ®iÒu khiÓn ph¶n håi lµ nh÷ng thµnh phÇn cèt lâi cña mçi hÖ thèng ®iÒu khiÓn. Bé ®iÒu khiÓn ph¶n håi cã chøc n¨ng nhËn tÝn hiÖu ®o, so s¸nh víi tÝn hiÖu ®Æt, thùc hiÖn thuËt to¸n ®iÒu khiÓn vµ ®­a ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn ®Ó can thiÖp vµo biÕn ®iÒu khiÓn th«ng qua thiÕt bÞ chÊp hµnh. Trong mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh, c¸c bé ®iÒu khiÓn ph¶n håi cã thÓ ®­îc thùc hiÖn d­íi d¹ng mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn vßng ®¬n (Single-Loop Control, SLC), hoÆc mét khèi phÇn mÒm cµi ®Æt trong thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn chia sÎ nh­ DCS (Distributed Control System), PLC (Programable Logic Control) hoÆc m¸y tÝnh c¸ nh©n c«ng nghiÖp. Mét bé ®iÒu khiÓn ®a biÕn bao giê còng ®­îc cµi ®Æt trªn trªn mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn chia sÎ. Bªn c¹nh nh÷ng chøc n¨ng ®iÒu khiÓn c¬ së, c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn chia sÎ cßn cã thÓ thùc hiÖn nhiÒu chøc n¨ng kh¸c nh­ tÝnh to¸n, ghi chÐp, c¶nh giíi vµ ®iÒu khiÓn cao cÊp. Tuú theo d¹ng tÝn hiÖu vµo ra vµ ph­¬ng ph¸p thÓ hiÖn luËt ®iÒu khiÓn, mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn cã thÓ ®­îc xÕp lo¹i lµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t­¬ng tù, thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn logic, hoÆc thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sè. C¸c thiÕt bÞ ®iÒu chØnh c¬, khÝ nÐn hoÆc ®iÖn tö ®­îc xÕp vµo lo¹i t­¬ng tù. Mét m¹ch logic r¬-le (c¬ - ®iÖn hoÆc ®iÖn tö) lµ mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn logic theo ®óng nghÜa cña nã. Mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sè ®­îc x©y dùng trªn nÒn t¶ng m¸y tÝnh sè, cã thÓ thay thÕ chøc n¨ng cña mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn t­¬ng tù hoÆc mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn logic. Mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sè cã thÓ chÊp nhËn c¸c ®Çu vµ/ra lµ tÝn hiÖu sè hoÆc t­¬ng tù vµ tÝch hîp c¸c thµnh phÇn chuyÓn ®æi t­¬ng tù –sè nh­ cÇn thiÕt, tuy nhiªn thuËt to¸n ®iÒu khiÓn bao giê còng ®­îc thÓ hiÖn b»ng m¸y tÝnh sè. Mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sè kh«ng nh÷ng cho chÊt l­îng vµ ®é tin cËy cao h¬n, mµ cßn cã thÓ ®¶m nhiÖm nhiÒu chøc n¨ng ®iÒu khiÓn, tÝnh to¸n vµ hiÓn thÞ cïng mét lóc. CÊu tróc s¬ l­îc cña hai lo¹i bé ®iÒu khiÓn ph¶n håi vßng ®¬n – bé ®iÒu khiÓn t­¬ng tù vµ bé ®iÒu khiÓn sè - ®­îc minh ho¹ trªn h×nh 4.15. Trong thùc tÕ cã nhiÒu d¹ng më réng kh¸c nhau, vÝ dô cã bæ sung c¸c kh©u läc tr­íc, bï nhiÔu, phi tuyÕn, h¹n chÕ ®Çu ra,… TÊt c¶ ®Òu dùa trªn nguyªn c¬ b¶n cña ®iÒu khiÓn ph¶n håi, ®ã lµ liªn tôc quan s¸t sai lÖch ®Ó ®­a ra t¸c ®éng ®iÒu khiÓn. T¹o tÝn hiÖu ®Æt Kh©u ®iÒu chØnh Gi¸ trÞ ®Æt SP TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn u TÝn hiÖu ®o y TÝn hiÖu ®Æt r Sai lÖch e - Bé ®iÒu khiÓn t­¬ng tù Bé ®iÒu khiÓn sè (a) (b) Kh©u ®iÒu chØnh ChuyÓn thang DAC ChuyÓn thang ADC - Sai lÖch e Gi¸ trÞ ®Æt r TÝn hiÖu ®iÒu khiÓn u TÝn hiÖu ®o y H×nh 4.15. CÊu tróc c¬ b¶n cña c¸c bé ®iÒu khiÓn ph¶n håi. Cã thÓ nãi r»ng, tÊt c¶ c¸c gi¶i ph¸p ®iÒu khiÓn hiÖn ®¹i (PLC, DCS, PAS) ®Òu lµ c¸c hÖ ®iÒu khiÓn sè. Mét thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn sè thùc chÊt lµ mét m¸y tÝnh sè ®­îc trang bÞ c¸c thiÕt bÞ ngo¹i vi ®Ó thùc hiÖn chøc n¨ng ®iÒu khiÓn. V× vËy, khi ta nãi tíi m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn tøc lµ chØ bao gåm khèi xö lý trung t©m (CPU), khèi nguån (PS) vµ c¸c thµnh phÇn tÝch hîp trªn bo m¹ch. Cßn c¸c kh¸i niÖm thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn hoÆc tr¹m ®iÒu khiÓn bao hµm c¶ m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn vµ c¸c thµnh phÇn më réng, kÓ c¸c module vµo/ra vµ c¸c module chøc n¨ng kh¸c. 4.2.7.3. ThiÕt bÞ chÊp hµnh. Mét hÖ thèng/thiÕt bÞ chÊp hµnh (actuator system, final control element) nhËn tÝn hiÖu ra tõ bé ®iÒu khiÓn vµ thùc hiÖn t¸c ®éng can thÞªp tíi biÕn ®iÒu khiÓn. C¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh tiªu biÓu trong c«ng nghiÖp lµ van ®iÒu khiÓn, ®éng c¬, m¸y b¬m vµ qu¹t giã. Th«ng qua c¸c thiÕt bÞ chÊp hµnh mµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn cã thÓ can thiÖp vµo qu¸ tr×nh. Mét thiÕt bÞ chÊp hµnh c«ng nghiÖp bao gåm hai thµnh phÇn c¬ b¶n lµ c¬ cÊu chÊp hµnh hay c¬ cÊu dÉn ®éng (actuator) vµ phÇn tö ®iÒu khiÓn (control element). C¬ cÊu chÊp hµnh cã nhiÖm vô chuyÓn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn thµnh n¨ng l­îng (c¬ hoÆc nhiÖt), trong khi phÇn tö ®iÒu khiÓn can thiÖp trùc tiÕp vµo biÕn ®iÒu khiÓn. H×nh 4.16 minh ho¹ cÊu tróc c¬ b¶n cña mét thiÕt bÞ chÊp hµnh. C¬ cÊu chÊp hµnh PhÇn tö ®iÒu khiÓn ThiÕt bÞ chÊp hµnh §Çu ra cña bé ®iÒu khiÓn (CO) BiÕn ®iÒu khiÓn (MV) H×nh 4.16. CÊu tróc c¬ b¶n cña mét thiÕt bÞ chÊp hµnh. 4.3. HÖ thèng ®iÒu khiÓn HVAC trong hÖ thèng qu¶n lý toµ nhµ (BMS). Mét toµ nhµ th­¬ng m¹i ®Õn khi hoµn thµnh bao gåm trong ®ã rÊt nhiÒu c¸c hÖ thèng nh­: hÖ thèng §HKK, hÖ thèng chiÕu s¸ng, hÖ thèng b¸o ®éng, hÖ thèng kiÓm so¸t ra vµo, hÖ thèng thang m¸y… TÊt c¶ c¸c thµnh phÇn nµy ®­îc ®iÒu khiÓn th«ng qua hÖ thèng qu¶n lý toµ nhµ BMS (Building Management System). 4.3.1. Kh¸i niÖm hÖ thèng qu¶n lý toµ nhµ BMS. Môc ®Ých cña mét hÖ BMS lµ tËp trung sù gi¸m s¸t, ho¹t ®éng, qu¶n lý cña mét hoÆc nhiÒu toµ nhµ. Thùc hiÖn ®iÒu nµy nh»m ®¹t ®­îc hiÖu qu¶ ho¹t ®éng cao cña toµ nhµ ë viÖc gi¶m lao ®éng ch©n tay vµ chi phÝ n¨ng l­îng vµ cung cÊp m«i tr­êng lµm viÖc tiÖn nghi vµ an toµn h¬n cho nh÷ng ng­êi lµm viÖc trong ®ã. Trong qu¸ tr×nh ®¹t ®­îc môc ®Ých ®ã, hÖ thèng BMS ®­îc t¹o ra tõ ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t ®¬n thuÇn ®Õn nh÷ng ®iÒu khiÓn kÕt phøc t¹p b»ng m¸y tÝnh. Mét sè ­u ®iÓm cña hÖ thèng BMS cã thÓ thÊy nh­: Ho¹t ®éng ®¬n gi¶n h¬n víi c¸c chøc n¨ng ®Æc tr­ng vµ th«ng th­êng ®­îc lËp tr×nh cho ho¹t ®éng tù ®éng cña hÖ thèng. Gi¶m thêi gian tËp huÊn cho ng­êi vËn hµnh th«ng qua c¸c chØ dÉn trªn mµn h×nh vµ h×nh ¶nh minh häa hç trî. Ph¶n øng nhanh vµ tèt h¬n víi c¸c nhu cÇu cña ng­êi sö dông vµ thay ®æi cña m«i tr­êng. CÊp hÖ thèng CÊp qu¶n lý H×nh 4.17. S¬ ®å mét hÖ BMS. Gi¶m chi phÝ n¨ng l­îng th«ng qua ch­¬ng tr×nh qu¶n lý n¨ng l­îng vµ ®iÒu khiÓn tËp trung. Qu¶n lý dÔ dµng h¬n víi viÖc ghi l¹i lÞch tr×nh ho¹t ®éng, ch­¬ng tr×nh qu¶n lý b¶o d­ìng, vµ b¸o c¸o, b¸o ®éng tù ®éng. Linh ho¹t trong viÖc lËp tr×nh ®Ó ®¸p øng c¸c nhu cÇu tiÖn nghi, c¸c yªu cÇu më réng vÒ ®é lín vµ tæ chøc. C¶i thiÖn ho¹t ®éng th«ng qua sù thèng nhÊt gi÷a phÇn mÒm vµ phÇn cøng cña c¸c hÖ thèng con nh­ ®iÒu khiÓn sè trùc tiÕp DDC (Direct digital controller), c¶nh b¸o ch¸y, an toµn, ®iÒu khiÓn ra vµo, hay ®iÒu khiÓn chiÕu s¸ng. Khi hÖ thèng sö dông c¸c m¸y con vµ m¸y chñ th× chØ ®­îc sö dông cho c¸c toµ nhµ v¨n phßng lín vµ c¸c tr­êng häc lín. NÕu thªm vµo c¸c bé ®iÒu khiÓn dùa trªn bé vi xö lý cho DDC th× gi¸ cña c¸c thµnh phÇn thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng qu¶n lý toµ nhµ lµ kh¸ nhá, do vËy dï lµ lo¹i nµo ë kÝch cì nµo th× mét bé BMS còng lµ mét sù ®Çu t­ tèt cho c¸c c«ng tr×nh th­¬ng m¹i. H×nh 4.17 thÓ hiÖn m« h×nh mét hÖ BMS. 4.3.2. HÖ thèng ®iÒu khiÓn HVAC trong hÖ thèng BMS. HÖ thèng ®iÒu khiÓn HVAC n»m ë cÊp hÖ thèng cña hÖ thèng BMS. Trong c¸c øng dông d©n dông, c¸c bé ®iÒu khiÓn nµy th­êng lµ c¸c bé ®iÒu khiÓn sè trùc tiÕp DDC, c¸c bé ®iÒu khiÓn nµy ®­îc liªn kÕt víi cÊp cao h¬n vµ cÊp d­íi th«ng qua c¸c cæng vµo ra (c¸c bus tr­êng). CÊp d­íi cña c¸c DDC lµ cÊp tr­êng bao gåm c¸c c¶m biÕn, c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh. Víi c¸c thiÕt bÞ I/O cã dung l­îng lín lµm cho c¸c bé ®iÒu khiÓn cÊp hÖ thèng cã thÓ ®iÒu khiÓn c¸c vßng DDC phøc t¹p vµ thø tù ®iÒu khiÓn r¾c rèi cho c¸c AHU liªn tiÕp hay c¸c thiÕt bÞ kh¸c cña hÖ thèng HVAC. Trªn ®©y lµ lý thuyÕt chung vÒ hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng øng dông cho HVAC. §ã lµ c¬ së ®Ó ph©n tÝch vµ lùa chän hÖ thèng ®iÒu khiÓn cho hÖ thèng §HKK ®· tÝnh to¸n vµ ®­a ra ë phÇn 1. Ch­¬ng sau ®©y, em sÏ ®i vµo chi tiÕt vÊn ®Ò nµy.