Mục đích của hướng dẫn này:

Mục đích của hướng dẫn này là để mô tả – thông qua các thuật ngữ chung – các cấu trúc khác nhau, các bộ phận phần cứng và phần mềm liên quan đến các hệ thống điều khiển số trực tiếp (DDC – Direct Digital Control). Để thực hiện mục tiêu này, phải xác định một khuôn mẫu chung cho các bộ phận và cấu hình khác nhau được sử dụng trong các hệ thống DDC hiện nay. Khuôn mẫu này được sử dụng như một thước đo cho nhiều nhà sản xuất hệ thống DDC để người đọc có thể so sánh các tính năng và lợi ích tương đối của chúng.

Đối tượng độc giả

Do bản chất phức tạp và độc quyền của các hệ thống DDC, nên càng lúc càng trở nên khó hiện hành các mẫu thiết kế, lắp đặt, vận hành và bảo trì hệ thống DDC. Hướng dẫn này được phát triển đặc biệt để giúp chủ sở hữu công trình (building owners) và các kỹ sư cố vấn/giám định (consultant) về các vấn đề này.

Hệ thống quản lý năng lượng là gì?

Theo mục đích của hướng dẫn này, một hệ thống quản lý năng lượng (EMS – Energy Management System) được định nghĩa là một hệ thống điều khiển đầy đủ chức năng. Hệ thống này bao gồm bộ điều khiển, các thiết bị thông tin liên lạc khác nhau và toàn bộ các phần mềm vận hành cần thiết để có một hệ thống điều khiển đầy đủ chức năng. Hướng dẫn này đề cập đến khoảng hai mươi nhà cung cấp hệ thống DDC phục vụ thị trường công trình tòa nhà dành cho tổ chức và thương mại tại Hoa Kỳ. Các nhà cung cấp đã đưa ra thị trường hẳn một gói trọn vẹn tất cả các phần cứng và phần mềm cần thiết được gộp vào hệ thống. Hướng dẫn này không bao gồm các thị trường đặc biệt (tạp hóa bán lẻ, khách sạn), cũng không bao gồm việc điều khiển trong công nghiệp hoặc điều khiển từng quá trình.

Điều khiển (Control) là gì?

Quá trình điều khiển một hệ thống HVAC bao gồm ba bước. Đầu tiên đo đạc dữ liệu, sau đó xử lý dữ liệu với các thông tin khác và cuối cùng đưa ra một tác động điều chỉnh. Ba chức năng này tạo nên cái được gọi là mạch điều chỉnh. Một ví dụ về quá trình này được mô tả trong Hình 1.

Vòng điều khiển cơ bản (Loop)

Mạch điều khiển thể hiện trong hình 1 bao gồm ba thành phần chính: một bộ cảm biến (sensor), bộ điều khiển (controller) và cơ quan điều chỉnh (controlled device). Ba thành phần hoặc cơ cấu chức năng này tương tác để điều chỉnh một thông số (đại lượng). Trong ví dụ thể hiện trong hình 1, nhiệt độ không khí là thông số điều chỉnh. Cảm biến đo đạc dữ liệu, bộ điều khiển xử lý dữ liệu và các cơ quan điều chỉnh  tạo ra một tác động điều chỉnh.

Hình 1 là một ví dụ cho hệ thống điều chỉnh các thiết bị khí nén hoặc các thiết bị điện, nơi mà các bộ điều khiển là một phần riêng biệt của phần cứng. Trong một hệ thống DDC, các bộ điều khiển thực hiện chức năng theo các lập trình trong phần mềm thể hiện như trong hình 2.

Bộ cảm biến (Sensor)

Cảm biến đo thông số của các thiết bị điều khiển hoặc các thông số điều khiển khác đưa vào (Input), theo cách thức chính xác và có tính lặp đi lặp lại. Các cảm biến HVAC thường được sử dụng để đo nhiệt độ, áp suất, độ ẩm tương đối, thông số trạng thái dòng không khí và lượng carbon dioxide. Các biến số khác cũng có thể được đo lường tác động lên logic bộ điều chỉnh. Ví dụ như các nhiệt độ khác, thời điểm trong ngày hoặc các nhu cầu hiện tại. Thông tin đầu vào bổ sung (dữ liệu cảm nhận) ảnh hưởng đến logic điều khiển có thể bao gồm tình trạng của các thông số  (lượng không khí, dòng chảy, dòng điện) hoặc các tín hiệu an toàn (cháy, khói, giới hạn nhiệt độ cao / thấp hoặc bất kỳ các thông số vật lý nào đó). Cảm biến là một phần cực kỳ quan trọng của hệ thống điều khiển và có thể là thứ đầu tiên, cũng như một liên kết chính yếu trong chuỗi điều khiển.

Bộ điều khiển (Controller)

Bộ điều khiển xử lý dữ liệu đầu vào lấy từ cảm biến, áp dụng logic điều chỉnh và tạo ra một tác động ở đầu ra. Tín hiệu này có thể được truyền trực tiếp đến các cơ quan điều chỉnh hoặc gửi đến các cơ cấu chức năng điều chỉnh theo logic khác rồi cuối cùng mới đến cơ quan điều chỉnh. Chức năng bộ điều khiển là so sánh tín hiệu đầu vào của nó (từ các cảm biến) với một tập hợp các chương trình lập trình như điểm cài đặt, phạm vi điều tiết và sự hoạt động, sau đó tạo ra một tín hiệu đầu ra thích hợp. Đây chính là logic điều khiển . Nó thường bao gồm một phản hồi điều khiển (control response) cùng với các quyết định logic khác mà là duy nhất cho các ứng dụng điều khiển riêng biệt. Làm thế nào các chức năng của controller được gọi là phản hồi điều khiển . Các control response này thường là:

• Hai vị trí (Two-position)

• Thả Nổi (Floating)

• Tỉ lệ (P) – Proportional

• Tỉ lệ – tích phân (PI) – Proportional plus Integral

• Tỉ lệ – tích phân – vi phân (PID) – Proportional plus Integral plus Derivative

Cơ quan điều chỉnh (Controlled Device) hoặc tín hiệu đầu ra (Output)

Một cơ quan điều chỉnh là một thiết bị phản ứng các tín hiệu từ bộ controller, hoặc logic điều chỉnh và thay đổi các trạng thái của thông số điều chỉnh hoặc trạng thái của thiết bị đầu cuối. Các thiết bị này bao gồm các cơ cấu điều khiển van, bộ vận hành cửa gió, rơ le điện, quạt, máy bơm, máy nén và điều khiển tốc độ cho các ứng dụng quạt và bơm.

Đọc phần tiếp theo “Control Response” tại đây.