TỰ ĐỘNG HÓA TÒA NHÀ

Điều khiển tự động đã được biết đến trong Công nghệ Điều khiển Quá trình (Process Control Technology), hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System) trong các nhà máy chế biến như xi măng, cán thép, sản xuất giấy, nước ngọt.

Có một lĩnh vực điều khiển nữa mà chúng ta còn ít biết đến hoặc chưa quan tâm đến nhiều nhưng nó lại có tác dụng và ảnh hưởng trực tiếp đến con người, đó chính là Tự Động Hóa Tòa Nhà (viết tắt là TĐHTN). Có ai không muốn được sống và làm việc trong một môi trường đầy đủ tiện nghi, không khí trong lành và đầy đủ ánh sáng? Có ai không muốn ngôi nhà của mình được bảo vệ an toàn chống được cháy nổ và phòng ngừa được sự đột nhập của những người xa lạ? TĐHTN giúp chúng ta đạt được ước mơ đó.

Hiện nay, trên đất nước ta, những tòa nhà cao tầng mọc lên ngày càng nhiều, đặc biệt như các sân bay, trung tâm thương mại, ngân hàng, khách sạn, chung cư, trường học hay bệnh viện… Để tạo nên môi trường làm việc, sinh hoạt an toàn và tiện nghi thì TĐHTN là một yêu cầu không thể thiếu được trong mỗi công trình xây dựng.

Cùng với nhịp điệu phát triển của công nghệ điều khiển quá trình, công nghệ TĐHTN có một tốc độ phát triển mạnh mẽ chưa từng thấy. Trên thế giới đã có các hãng, các tập đoàn lớn như Honeywell, Siemens… nghiên cứu công nghệ và chế tạo trang thiết bị nhằm đáp ứng những yêu cầu TĐHTN. Họ cũng có những quan điểm chung và riêng của mình về khái niệm TĐHTN nhìn từ nhiều góc độ. Nhưng khái niệm chung được thể hiện qua định nghĩa sau đây:

“TĐHTN là quá trình tích hợp của các hệ thống như hệ thống điều khiển và giám sát môi trường, điều khiển cổng vào/ra, mạch đóng/ngắt các tivi, điều khiển thang máy, giám sát nhà xe, giám sát cảnh báo cháy, và các hệ thống khác của toà nhà thành một hệ thống mạng thống nhất có tên gọi là BAS”.

BAS là viết tắt của cụm từ hệ thống tự động hóa tòa nhà viết bằng tiếng Anh (Building Automation System). BAS là hệ thống bao gồm các cụm thiết bị phần cứng như cụm cảm biến, cụm thiết bị chấp hành, cụm thiết bị điều khiển, cụm thiết bị chuyển đổi và xử lý tín hiệu, và hệ thống phần mềm. Các cụm thiết bị này giao tiếp với nhau thông qua một hay nhiều phương tiện truyền thông trong một mạng công nghiệp sử dụng những giao thức chuẩn được cung cấp sẵn để thực hiện các nhiệm vụ quan sát, điều khiển và giám sát. Giao tiếp giữa các thiết bị đó có thể thực hiện theo kiến trúc tay đôi (Peer-to-Peer) hoặc Chủ-Tớ (Master-Slave) hoặc cả hai. Đó chính là chức năng của hệ thống phần mềm.

Vậy hệ thống TĐHTN có cấu trúc cơ bản như thế nào và có những khả năng gì?

Cấu trúc cơ bản của các hệ thống TĐHTN gồm có:

Trạm điều khiển trung tâm để nhận cảnh báo và trạng thái hoạt động của toà nhà, bằng cách tận dụng mạng cục bộ hoặc mạng diện rộng và nhiều trạm vận hành có phối hợp chặt chẽ.

Hệ thống cảnh báo từ xa luôn thường trực trong mạng và modem điện thoại.

Hệ thống cơ khí để đảm bảo duy trì sự kiểm soát và ngăn ngừa theo lịch hoạt động đặt trước hoặc do người sử dụng đưa ra.

Hệ thống điều khiển số có khả năng điều khiển chính xác các thông số môi trường như thiết lập chế độ hoạt động các thiết bị, máy móc để giảm năng lượng tiêu thụ lãng phí

Và các hệ thống TĐHTN phải có khả năng:

Lập lịch và theo dõi để đảm bảo đáp ứng sự tiện nghi cho khách hàng và giảm chi phí.

Phát hiện và xử lý các trạng thái hoạt động bất thường để đảm bảo an toàn và tiện nghi của những người sống trong tòa nhà đó.

Theo quan điểm chung của các hãng cung cấp thiết bị TĐHTN thì hệ thống TĐHTN bao gồm các hệ thống con sau đây:

Hệ thống điều hoà không khí (HVAC): nhiệm vụ của hệ thống này là điều hoà nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ các chất trong không khí và sự lưu thông không khí. HVAC có khả năng giao tiếp với trạm điều khiển trung tâm để thực hiện giám sát và thay đổi tham số của hệ thống cho phù hợp với thời gian trong ngày, với các mùa, và các khoảng trống, v.v.. Hệ thống có thể giám sát từ xa chất lượng không khí lưu thông trong tòa nhà và cho phép quan sát từ bất kì nút nào trong mạng thông tin.

Hệ thống điều khiển ánh sáng (lighting control): điều khiển hệ thống chiếu sáng dựa vào nhiều thông số như lưu lượng, cường độ ánh sáng, độ rọi để đảm bảo chất lượng chiếu sáng đúng như yêu cầu. Bên cạnh hệ thống chiếu sáng bên trong phòng, còn có hệ thống chiếu sáng bên ngoài như chiếu sáng cầu thang, chiếu sáng buồng thang máy, chiếu sáng phòng lễ tân, phòng ăn…, cũng cần đảm bảo chất lượng chiếu sáng cả ngày và đêm. Hệ thống điều khiển chiếu sáng có khả năng thông báo cho bạn biết khi nào ắc quy dự phòng của hệ thống chiếu sáng khẩn cấp ở trạng thái yếu, nhờ đó bạn có thể thay thế kịp thời. Mọi sự cố liên quan đến hệ thống chiếu sáng đều được truyền về trung tâm, bạn cũng có thể biết những thông tin này ở bất cứ nút nào trong mạng điều khiển.

Hệ thống điều khiển cổng vào/ra (access control): Hệ thống có thể đáp ứng yêu cầu bảo mật riêng như cài mã đóng/mở cửa phòng, thu thập thông tin giám sát các cổng vào/ra về trung tâm, ngoài ra còn có thể cho phép đăng nhập từ xa qua mạng máy tính. Hệ thống có khả năng điều khiển cho phép truy nhập và loại bỏ từ bất kì đường dẫn nào.

Hệ thống điều khiển đảm bảo an toàn (security control): Các hệ thống điều khiển có tính phức tạp và quan trọng trong toà nhà là hệ thống đảm bảo an toàn chống cháy nổ, khí độc, lụt lội trong khi sử dụng lửa, khí đốt, khói, nuớc… Hệ thống điều khiển an toàn có chức năng bảo vệ hàng hoá, tài sản và con người sống trong tòa nhà đó. Hệ thống phải có khả năng phản ứng kịp thời đối với từng trường hợp thông qua liên lạc thông tin hai chiều giữa trung tâm điều khiển tòa nhà với cảnh sát, cứu hoả, và các đội cứu hộ khác một cách tự động.

Hệ thống quản lý toà nhà (building management): phải có khả năng quản lý linh hoạt, giám sát và điều khiển phối hợp các hệ con của hệ thống TĐHTN nhịp nhàng và tối ưu. Công nghệ quản lý toà nhà là quản lý mọi thành phần chứ không riêng gì các hệ: HVAC, hệ thống chiếu sáng, an ninh, lối ra vào, thang máy, điều khiển việc ra vào các nhà xe, quản lí thời gian, quản lí người sử dụng, quản lí năng lượng bao gồm theo dõi việc tiêu thụ... Hệ thống quản lý toà nhà có thể phối hợp mọi thành phần hợp lý để có thể đáp ứng nhanh trong mọi tình huống yêu cầu và vì vậy nâng cao được tính hiệu quả của toàn bộ hệ thống. Ví dụ, hệ điều khiển của thang máy có thể được giám sát và lập trình để đáp ứng tối đa nhu cầu, loại trừ những di chuyển không cần thiết, tối ưu hoá tính sẵn sàng dành cho những người đi thang máy, cắt giảm sự lãng phí năng lượng. Đối với hệ HVAC, hệ thống chiếu sáng và thiết bị khác được lắp đặt trong toà nhà, hệ thống giám sát và điều khiển có khả năng thông báo về tình trạng hiện nay và dự báo hỏng hóc.

Nước ta là nước đang phát triển, chính vì vậy vấn đề xây dựng cơ sở hạ tầng là rất cần thiết. Trong đó các nhà cao tầng, các trung tâm công cộng là một thành phần thiết yếu, vì thế vấn đề thiết kế hệ thống tự động hoá toà nhà là không thể không coi trọng. Tuy nhiên tuỳ theo tầm hoạt động của toà nhà mà các chức năng, thiết bị tự động hoá cũng thay đổi sao cho mức độ an toàn, tiện nghi và kinh tế hợp lí nhất. Đáp ứng cho nhu cầu thiết kế hệ thống TĐHTN ở Việt Nam, chúng tôi xin được giới thiệu một số trang thiết bị trong hệ thống TĐHTN của hãng HoneyWell- một trong những hãng hàng đầu thế giới về công nghệ và trang thiết bị trong lĩnh vực này.

Thiết bị điều khiển đa nămg có độ chính xác cao, dùng trong quá trình điều khiển các quá trình xử lý, nhiệt độ, áp suất lưu lượng, trọng lượng...

Để đáp ứng đươc các yêu cầu ngày càng cao của các công trình tự động hóa tòa nhà, hãng ABB đã đưa ra sản phẩm biến tần loại ACH550 có tích hợp sẵn các hàm chức năng (funtion) và chuẩn truyền thông chuyên sử dụng cho hệ thống HVAC trong tòa nhà.