.vn Giới Thiệu Về HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ TRỰC TIẾP (DDC) A PUBLICATION OF CONTROLS.VN .vn Lợi ích hệ thống điều chỉnh số trực tiếp DDC so với cơng nghệ điều chỉnh trước (điều chỉnh nhờ khí nén điện tử phân phối), cải thiện làm tăng tính hiệu việc điều chỉnh Tài liệu dịch biên soạn dựa theo nguồn ddc-online.org Hy vọng kỹ sư chủ đầu tư thu nhận kiến thức hữu ích, giúp gia tăng hiệu sử dụng lượng công trình Nguyễn Trường Phi (phi@controls.vn) .vn NỘI DUNG Mục đích Đối tượng Căn điều khiển HVAC 2.1 Control Control Loop gi? 2.2 Sensor, Controller Controlled Device Control Responses Định nghĩa DDC Lợi ích DDC .vn Phần MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƯỢNG .vn KHUÔN MẪU CHO NHÀ SẢN XUẤT Dành cho Chủ đầu tư Tư vấn Mục đích hướng dẫn này: Mục đích hướng dẫn để mơ tả – thông qua thuật ngữ chung – cấu trúc khác nhau, phận phần cứng phần mềm liên quan đến hệ thống điều khiển số trực tiếp (DDC – Direct Digital Control) Để thực mục tiêu này, phải xác định khuôn mẫu chung cho phận cấu hình khác sử dụng hệ thống DDC có mặt thị trường Khuôn mẫu cần phải sử dụng thước đo cho nhiều nhà sản xuất hệ thống DDC, để từ người đọc so sánh tính lợi ích tương đối chúng Đối tượng độc giả Do chất phức tạp độc quyền công nghệ sản xuất hệ thống DDC, nên lúc trở nên khó áp dụng vào thực tế thiết kế, lắp đặt, vận hành bảo trì hệ thống DDC Hướng dẫn phát triển đặc biệt để giúp chủ sở hữu cơng trình (building owners) kỹ sư tư vấn/giám định (consultant) hoạt động lãnh vực liên quan .vn Phần CĂN BẢN VỀ ĐIỀU KHIỂN HVAC .vn HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG LÀ GÌ EMS - Energy Management System Theo mục đích hướng dẫn này, hệ thống quản lý lượng (EMS – Energy Management System) định nghĩa hệ thống điều khiển đầy đủ chức Hệ thống bao gồm điều khiển, thiết bị thơng tin liên lạc khác tồn phần mềm vận hành cần thiết để có hệ thống bao hàm toàn diện Hướng dẫn đề cập khảo sát đến khoảng hai mươi nhà cung cấp hệ thống DDC phục vụ thị trường cơng trình tòa nhà dành cho tổ chức thương mại Hoa Kỳ Các nhà cung cấp đưa thị trường hẳn gói trọn vẹn tất phần cứng phần mềm cần thiết gộp vào hệ thống Hướng dẫn không bao gồm thị trường đặc biệt (tạp hóa bán lẻ, khách sạn), khơng bao gồm việc điều khiển công nghiệp điều khiển trình .vn ĐIỀU KHIỂN (CONTROL) LÀ GÌ Basic loop Q trình điều khiển hệ thống HVAC bao gồm ba bước Đầu tiên đo đạc liệu, sau xử lý liệu với thơng tin khác nhau, cuối đưa tác động điều chỉnh Ba chức tạo nên gọi mạch điều chỉnh (control loop) Một ví dụ q trình mơ tả Hình .vn BASIC LOOP Mạch điều khiển thể hình bao gồm ba thành phần chính: cảm biến (sensor), điều khiển (controller) quan điều chỉnh (controlled device) Ba thành phần cấu chức tương tác để điều chỉnh thơng số (đại lượng) Trong ví dụ thể hình 1, nhiệt độ khơng khí thơng số điều chỉnh Cảm biến đo đạc liệu, điều khiển xử lý liệu quan điều chỉnh tạo tác động điều chỉnh Hình ví dụ cho hệ thống điều chỉnh thiết bị khí nén thiết bị điện, nơi mà điều khiển phần riêng biệt phần cứng Trong hệ thống DDC, điều khiển thực chức theo lập trình phần mềm thể hình .vn BẠN CẦN GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG? LienDuong Design & Engineering sở hữu đội ngũ kỹ sư chuyên nghiệp, nhiều năm kinh nghiệm Kiểm soát Chất Lượng Khơng Khí (IAQ) Điều Khiển Chiếu Sáng thứ tinh thông Liên hệ Website: http://LDE.VN Hotline: 098 860 9836 Facebook: http://facebook.com/controlsvn Youtube: http://youtube.com/controlsvn 10 .vn QUY LUẬT ĐIỀU CHỈNH VỊ TRÍ TWO-POSITION CONTROL Thời gian thơng số đầu vào cho chế phản hồi quy luật điều chỉnh hai vị trí (two-position control response) Chức điều chỉnh đồng hồ thời gian với kim Tín hiệu đầu phát thời gian định trạng thái bật biến thời gian tắt Hình cho thấy ví dụ hệ thống điều chỉnh hai vị trí hệ thống sưởi ấm nhà, nơi mà thermostat thiết lập kích hoạt hệ thống sưởi ấm nhiệt độ không gian giảm xuống 70 F tắt nhiệt độ tăng lên đến 72 F khơng gian Đây ví dụ giá trị định trước 70 F với độ chênh độ F 16 .vn QUY LUẬT ĐIỀU CHỈNH THẢ NỔI FLOATING CONTROL Điều chỉnh kiểu phao chế phản hồi điều chỉnh tạo hai tín hiệu đầu kỹ thuật số thực dựa thay đổi tín hiệu đầu vào Một tín hiệu đầu (output) gia tăng tín hiệu đến quan điều chỉnh (controlled device), tín hiệu đầu khác làm giảm tín hiệu đến quan điều chỉnh Cơ chế phản hồi bao gồm giới hạn với việc tín hiệu đầu thay đổi giá trị thơng số biến đổi đầu vào (variable input) thay đổi vượt qua giới hạn Một lần nữa, khơng có tiêu chuẩn để xác định giới hạn này, thuật ngữ trị số quy định (setpoint) vùng không tác động (deadband) phổ biến Trị số quy định thiết lập trung điểm vùng không tác động đặt độ chênh giới hạn Khi biến đo lường có giá trị nằm vùng khơng tác động vùng trung lập, tín hiệu đầu khơng kích hoạt quan điều chỉnh khơng thay đổi – giữ ngun vị trí Để cho có chế phản hồi điều chỉnh ổn định, cảm biến phải cảm nhận tác động từ dịch chuyển quan điều chỉnh cách nhanh chóng Điều chỉnh kiểu phao khơng hoạt động tốt nơi có độ trễ nhiệt động lực đáng kể vòng điều khiển Vịng điều khiển nhanh phía khơng khí (airside) phản ứng tốt với điều chỉnh kiểu phao Một ví dụ điều chỉnh kiểu phao thể hình 17 .vn QUY LUẬT ĐIỀU CHỈNH THẢ NỔI FLOATING CONTROL 18 .vn QUY LUẬT ĐIỀU CHỈNH TỶ LỆ Proportional Control – P CONTROL Một chế phản hồi theo quy luật điều chỉnh tỷ lệ làm cho tín hiệu đầu tương tự (analog output) thông số biến đổi (variable output) thay đổi tỷ lệ với thay đổi giá trị điều chỉnh đầu vào Trong chế phản hồi quy luật điều chỉnh này, có mối quan hệ tuyến tính đầu vào đầu Thường mối quan hệ xác định định trị, phạm vi điều chỉnh tác động điều chỉnh Trong chế phản hồi theo quy luật điều chỉnh tỷ lệ có giá trị biến đo lường tương ứng với dịch chuyển hoàn toàn quan điều chỉnh, giá trị tương ứng với việc hồn tồn khơng dịch chuyển quan điều chỉnh Độ thay đổi biến đo lường làm cho quan điều chỉnh chuyển từ trạng thái đóng hồn tồn sang mở hoàn toàn gọi phạm vi điều chỉnh Biến đo lường nằm phạm vi vòng điều khiển kiểm soát, giả định hệ thống có khả đáp ứng yêu cầu 19 .vn QUY LUẬT ĐIỀU CHỈNH TỶ LỆ Proportional Control – P CONTROL Tác động điều chỉnh định độ dốc chế phản hồi điều chỉnh Trong chế phản hồi theo quy luật điều chỉnh tỉ lệ tác động trực tiếp, tín hiệu điều chỉnh đầu tăng lên với gia tăng giá trị biến đo lường Trong chế phản hồi tác động nghịch, thông số điều chỉnh đầu giảm giá trị biến đo lường tăng Định trị giá trị định hướng cho vòng điều khiển tương ứng với giá trị cụ thể quan điều chỉnh, thường khoảng đường chuyển dịch Một ví dụ thể hình 20 .vn QUY LUẬT ĐIỀU CHỈNH TỶ LỆ Proportional Control – P CONTROL Trong hệ thống điều chỉnh tỷ lệ, giá trị biến đo lường thời điểm gọi điểm điều chỉnh Lượng bù điều chỉnh (offset) định nghĩa độ chênh điểm điều chỉnh thông số mong muốn Một cách để giảm lượng bù giảm phạm vi điều chỉnh Việc giảm phạm vi điều chỉnh nhiều lại dẫn đến tình trạng bất ổn Bộ cảm biến cảm nhận nhanh ảnh hưởng chế phản hồi điều chỉnh, phạm vị điều tiết phải lớn để việc điều chỉnh ổn định 21 .vn QUY LUẬT ĐIỀU CHỈNH TỶ LỆ-TÍCH PHÂN Proportional Control Plus Integral – PI CONTROL Quy luật điều chỉnh PI bao gồm việc tính tốn lượng bù điều chỉnh sai số theo thời gian Sai số lấy tích phân tín hiệu đầu từ phần điều khiển tỷ lệ mơ hình thực tác động điều chỉnh cuối Loại chế phản hồi sử dụng vòng điều khiển để giảm lượng bù điều chỉnh xuống khơng Một vịng điều khiển PI thiết lập tốt hoạt động biên độ hẹp gần với định trị Nó khơng hoạt động tồn phạm vi điều chỉnh(hình 6) Vịng điều khiển PI khơng hoạt động tốt định trị có đặc tính động, nơi tải thay đổi đột ngột phạm vi điều chỉnh nhỏ 22 .vn QUY LUẬT ĐIỀU CHỈNH TỶ LỆ-TÍCH PHÂN-VI PHÂN Proportional Plus Integral plus Derivative Control – PID CONTROL Quy luật điều chỉnh PID thêm yếu tố dự báo cho chế phản hồi điều chỉnh Ngồi việc tính tốn tỷ lệ tích phân, vi phân độ dốc chế phản hồi tính Tính tốn có tác dụng làm giảm phản ứng điều chỉnh lại điểm cài đặt nhanh vượt qua điểm cài đặt Bộ điều chỉnh PID chế phản hồi điều chỉnh q trình xác khơng phải lúc cần thiết cho ứng dụng HVAC Các ứng dụng thường xuyên điều chỉnh PID cho vòng điều khiển đòi hỏi nhiều yếu tố ứng dụng nên chọn lọc 23 .vn Phần ĐỊNH NGHĨA DDC 24 .vn ĐỊNH NGHĨA HỆ THỐNG DDC DIRECT DIGITAL CONTROL Hệ thống điều chỉnh DDC bao gồm điều khiển dựa vi xử lý với logic điều khiển thực phần mềm Bộ chuyển đổi Analog-to-Digital (A/D) chuyển đổi giá trị tương tự (analog) thành tín hiệu kỹ thuật số (digital) mà vi xử lý đọc Các cảm biến analog điện trở, thiết bị tạo điện áp thiết bị phát dòng Hầu hết hệ thống phân phối phần mềm để điều khiển từ xa điều chỉnh, loại bỏ cần thiết phải có khả thơng tin liên lạc liên tục (độc lập) Các máy tính sử dụng chủ yếu để theo dõi tình trạng hệ thống quản lý lượng, lưu trữ chương trình, chức ghi lại báo động xu hướng điều khiển Chiến lược chức quản lý lượng phức tạp hữu dụng mức thấp cấu trúc hệ thống Nếu yêu cầu việc vận hành nhờ khí nén, thực điều chuyển đổi từ thiết bị điện tử sang khí nén Hiệu chuẩn cảm biến thực tốn học, tổng số nhân cơng lao động để hiệu chuẩn giảm đáng kể Khả chẩn đoán trung tâm tài sản quan trọng Phần mềm việc lập trình cải thiện liên tục, ngày trở nên thân thiện sau lần cập nhật 25 .vn Phần LỢI ÍCH CỦA DDC 26 .vn CẢI THIỆN MỨC ĐỘ HIỆU QUẢ DDC làm cho việc điều chỉnh hệ thống HVAC hiệu cách cung cấp khả cảm nhận liệu xác Cảm biến điện tử đo thơng số HVAC thông thường nhiệt độ, độ ẩm áp suất vốn xác thiết bị vận hành khí nén trước Vì người ta đưa logic vòng điều khiển vào phần mềm, logic dễ dàng thay đổi Xét đến ý nghĩa này, DDC linh hoạt việc thay đổi lịch trình thiết lập lại, định trị logic điều chỉnh tổng thể Người dùng có khuynh hướng áp dụng chiến lược phức tạp hơn, thực tính tiết kiệm lượng tối ưu hóa hiệu hệ thống họ thay đổi có chi phí thấp so với logic điều chỉnh phân phối đến thiết bị riêng lẻ Tất nhiên ta giả định người dùng vận dụng kiến thức để thực thay đổi Hệ thống DDC, mặt chất, chúng tích hợp dễ dàng vào hệ thống khác máy vi tính Hệ thống DDC tích hợp vào hệ thống kiểm sốt hỏa hoạn, hệ thống kiểm soát truy cập/an ninh, hệ thống điều khiển chiếu sáng hệ thống quản lý bảo trì 27 .vn CẢI THIỆN HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG Các cải tiến vận hành cho thấy hội lớn để cải thiện hiệu điều khiển kỹ thuật số trực tiếp Khả xử lý báo động mạnh mẽ, hầu hết hệ thống có khả định vị báo động đến địa điểm khác mạng lưới kết nối Các khả theo xu hướng (trending capability) cho phép kỹ thuật viên hay kỹ sư chẩn đoán để khắc phục cố hệ thống kiểm soát vấn đề Chúng cho phép liệu hiển thị định dạng khác Những liệu lưu trữ phân tích xu hướng hiệu suất thiết bị theo thời gian Thời gian hoạt động thiết bị khác theo dõi phát báo động/thông điệp có chuyển đổi sớm/trễ pha xảy thời gian để tiến hành bảo dưỡng định kỳ Khả truy cập/trao đổi thông tin off-site (xảy bên nơi làm việc) cho phép chủ sở hữu/người vận hành truy cập vào hệ thống họ từ xa Nhiều phận tham gia vào xử lý cố vấn đề Các nhà cung cấp hệ thống điều khiển, kỹ sư thiết kế đơn vị ủy thác sử dụng tính để chẩn đốn hiệu hình dung cụ thể cho vấn đề 28 .vn TĂNG HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG Có nhiều chiến lược điều khiển tiết kiệm lượng sử dụng logic điều chỉnh hệ thống khí nén dễ dàng chép lại logic DDC Do việc bổ sung nhiều chức toán học phức tạp (dễ dàng đạt phần mềm), có nhiều chương trình sử dụng hiệu lượng bổ sung sử dụng với DDC Các chiến lược giám sát hạn chế nhu cầu thực dễ dàng với hệ thống DDC Nhu cầu tổng thể cho sở theo dõi kiểm sốt cách đặt lại điểm đặt hệ thống khác dựa mức nhu cầu khác Nếu hệ thống DDC cài đặt cấp độ khu vực, điều thực cách giảm nhu cầu làm mát sở khu vực theo vùng Bằng việc lưu trữ xu hướng, mô hình tiêu thụ lượng theo dõi Thiết bị tập trung lên kế hoạch bật tắt ứng dụng mà lịch trình thường xuyên thay đổi 29 .vn THEO DÕI CONTROLS.VN THƯỜNG XUYÊN ĐỂ NHẬN ĐƯỢC THÔNG TIN VỀ CÁC EBOOK MỚI TỪ CHÚNG TÔI CONTROLS.VN 30 ... nhiều yếu tố ứng dụng nên chọn lọc 23 .vn Phần ĐỊNH NGHĨA DDC 24 .vn ĐỊNH NGHĨA HỆ THỐNG DDC DIRECT DIGITAL CONTROL Hệ thống điều chỉnh DDC bao gồm điều khiển dựa vi xử lý với logic điều khiển... Control Control Loop gi? 2.2 Sensor, Controller Controlled Device Control Responses Định nghĩa DDC Lợi ích DDC .vn Phần MỤC ĐÍCH VÀ ĐỐI TƯỢNG .vn KHUÔN MẪU CHO NHÀ SẢN XUẤT Dành cho Chủ đầu tư Tư vấn... hệ thống điều khiển số trực tiếp (DDC – Direct Digital Control) Để thực mục tiêu này, phải xác định khuôn mẫu chung cho phận cấu hình khác sử dụng hệ thống DDC có mặt thị trường Khn mẫu cần phải