Đồ án ứng dụng hệ thống BMS điều khiển và giám sát thiết kế kho lạnh - ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Giải pháp ứng dụng BMS trong điều khiển giám sát thiết kế kho lạnh giúp tối ưu nhiệt độ, tiết kiệm điện năng và vận hành hệ thống ổn định.

• Tác giả: Nguyễn Trung Tuấn
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Thị Hồng Nhung
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử
• Đề tài: Ứng dụng BMS trong điều khiển, giám sát, thiết kế kho lạnh
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng BMS trong điều khiển giám sát kho lạnh

Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) đóng vai trò then chốt trong chuỗi cung ứng lạnh hiện đại. Kho lạnh đòi hỏi quy trình kiểm soát nhiệt độ nghiêm ngặt. Sự dao động nhiệt độ nhỏ cũng gây hư hại hàng hóa nông sản hoặc dược phẩm. Đồ án tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM phát triển mô hình tự động hóa toàn diện. Nghiên cứu kết hợp cơ sở lý thuyết nhiệt lạnh và kỹ thuật điều khiển tự động. Hệ thống BMS tích hợp máy tính trung tâm, các bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp DDC và mạng cảm biến trường. Cấu trúc này cho phép theo dõi liên tục các thông số vận hành thực tế. Người vận hành dễ dàng nhận diện trạng thái thiết bị từ xa. Dữ liệu nhiệt độ, áp suất và dòng điện được lưu trữ minh bạch. Giải pháp giúp giảm thiểu rủi ro vận hành do con người gây ra. Đồng thời, công nghệ BMS nâng cao hiệu suất làm lạnh và tiết kiệm năng lượng điện tiêu thụ. Mô hình tạo nền tảng chuyển đổi số vững chắc cho các kho bảo quản công nghiệp quy mô lớn.

1.1. Khái niệm và vai trò của BMS đối với kho lạnh

BMS là hệ thống điều khiển và giám sát kỹ thuật vi tính hóa. Hệ thống điều phối toàn bộ các cơ cấu chấp hành trong công trình. Trong kho lạnh, BMS quản lý chu trình nhiệt độ, độ ẩm và chiếu sáng. Thiết bị bảo đảm chất lượng hàng hóa được bảo vệ tối đa. Hệ thống liên tục thu thập dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ bên trong buồng lạnh. Bộ điều khiển phân tích thông số và đưa ra tín hiệu phản hồi ngay lập tức. BMS ngăn ngừa sự cố hư hỏng nông sản do sai lệch nhiệt độ bảo quản. Công nghệ này còn kéo dài tuổi thọ cụm máy nén và dàn ngưng tụ. Doanh nghiệp cắt giảm đáng kể chi phí bảo trì định kỳ. Quá trình vận hành trở nên trơn tru và hoàn toàn tự động.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu đồ án tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Đồ án tại Khoa Điện – Điện tử hướng tới giải pháp tự động hóa kho lạnh hoàn chỉnh. Đề tài tập trung thiết kế kiến trúc điều khiển phân tán hiện đại. Sinh viên kết hợp tính toán nhiệt lạnh chính xác và lập trình BMS chuyên nghiệp. Mục tiêu then chốt là kiểm soát nhiệt độ buồng lạnh ổn định ở ngưỡng thiết kế. Đề tài xây dựng mô hình điều khiển thực nghiệm với bộ DDC và biến tần. Hệ thống cho phép giám sát thông số thời gian thực qua giao diện đồ họa trực quan. Nhóm nghiên cứu tối ưu hóa thuật toán tiết kiệm năng lượng cho cụm máy nén. Dự án chứng minh tính khả thi khi ứng dụng BMS vào sản xuất công nghiệp thực tế. Kết quả nghiên cứu cung cấp tài liệu kỹ thuật giá trị.

II. Phân tích tổn thất nhiệt trong giám sát kho lạnh bằng BMS

Kho lạnh truyền thống gặp nhiều thách thức trong duy trì vi khí hậu ổn định. Vận hành thủ công thiếu tính chính xác và không đáp ứng kịp thời biến động tải nhiệt. Dòng nhiệt tổng cộng Q tác động liên tục lên buồng lạnh từ năm nguồn chính. Nguồn thứ nhất là tổn thất nhiệt qua kết cấu tường bao che Q1. Nguồn thứ hai phát sinh từ quá trình làm lạnh sản phẩm Q2. Nguồn thứ ba bắt nguồn từ lưu lượng thông gió kho lạnh Q3. Nguồn thứ tư sinh ra do người ra vào và chiếu sáng Q4. Cuối cùng là nhiệt hô hấp của nông sản bảo quản Q5. Các giá trị tổn thất này biến đổi theo thời tiết bên ngoài và chu kỳ làm việc. Hệ thống điều khiển relay cơ học phản ứng chậm trước các xung nhiệt đột ngột. Máy nén phải đóng cắt liên tục với tần suất cao. Tình trạng này làm sụt giảm hệ số hiệu quả năng lượng COP và tăng nguy cơ quá tải máy móc. Nếu không có hệ thống BMS giám sát tự động, sai lệch nhiệt độ tích lũy gây thối rữa hàng hóa nghiêm trọng.

2.1. Phân tích công thức tính toán dòng nhiệt tổn thất Q1

Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che Q1 chiếm tỷ trọng lớn trong cân bằng nhiệt. Thành phần Q1 gồm tổn thất do chênh lệch nhiệt độ Q11 và bức xạ mặt trời Q12. Công thức Q11 phụ thuộc vào hệ số truyền nhiệt thực kt, diện tích bề mặt F và độ chênh nhiệt độ giữa hai môi trường. Nghiên cứu xác định tường ngoài có diện tích 112 m2 chịu chênh lệch 27,3 K. Dòng nhiệt qua tường ngoài đạt mức 1375,9 W với hệ số kt bằng 0,45 W/m2K. Tường ngăn với buồng đệm sinh ra dòng tổn thất 544,64 W. Nền kho lạnh diện tích 160 m2 gây thất thoát 1965,6 W. Số liệu tính toán khoa học này giúp lựa chọn công suất làm lạnh chính xác cho máy nén.

2.2. Nhược điểm của phương thức vận hành kho lạnh thủ công

Phương thức điều khiển truyền thống bộc lộ nhiều điểm nghẽn nghiêm trọng. Hệ thống cơ học không có khả năng ghi nhận dữ liệu nhiệt độ liên tục. Kỹ thuật viên phải ghi chép sổ nhật trình thủ công định kỳ. Cách làm này gây trễ thông tin khi xuất hiện sự cố rò rỉ môi chất. Biến tần và quạt dàn lạnh hoạt động độc lập không có điều phối trung tâm. Động cơ máy nén tiêu tốn lượng điện năng dư thừa trong giờ thấp điểm. Khả năng cảnh báo quá nhiệt tại chỗ thường phát hiện muộn màng. Rủi ro hỏng hóc cụm thiết bị động lực tăng lên nhanh chóng. Việc thiếu vắng kết nối mạng cản trở quá trình quản trị năng lượng từ xa. Do đó, hiện đại hóa bằng hệ thống BMS trở thành yêu cầu cấp thiết.

III. Giải pháp ứng dụng BMS trong điều khiển kho lạnh thực nghiệm

Mô hình hệ thống BMS kho lạnh được thiết kế theo cấu trúc điều khiển phân tầng linh hoạt. Cấp quản lý sử dụng bộ điều khiển trung tâm BCU kết hợp máy tính điều hành. Cấp điều khiển hiện trường sử dụng bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp DDC-C46. Bộ DDC giao tiếp qua giao thức công nghiệp tiêu chuẩn Modbus RTU RS-485 và BACnet MSTP. Tủ điện trung tâm được bố trí khoa học gồm ba tầng thiết bị chính. Tầng trên cùng chứa CB bảo vệ mạch, relay trung gian 24VDC và contactor đóng cắt động cơ. Tầng thứ hai chứa khối xử lý trung tâm BCU và bộ DDC-C46. Tầng thứ ba bố trí bộ nguồn chuyển đổi 220VAC sang 24VDC cùng cầu đấu domino. Biến tần LS IG5A nhận tín hiệu điều khiển để thay đổi tốc độ động cơ máy nén. Cảm biến nhiệt độ truyền tín hiệu liên tục về bộ điều khiển trường. BMS tự động điều chỉnh tần số làm việc theo tải nhiệt thực tế. Cơ chế này giảm thiểu số lần khởi động máy nén và bảo vệ nguồn điện lưới.

3.1. Thiết kế tủ điện điều khiển và bố trí linh kiện BMS

Tủ điện điều khiển được thiết kế chuẩn mực theo tiêu chuẩn công nghiệp. Tủ chia làm ba hàng chính với công năng phân tách rõ ràng. Hàng thứ nhất tích hợp aptomat CB chống ngắn mạch cùng dàn relay trung gian 24VDC. Các contactor nhận xung kích từ relay để cấp điện cho động cơ quạt và máy nén. Hàng thứ hai là trái tim hệ thống với bộ điều khiển trung tâm BCU và mô đun DDC-C46. Các thiết bị này nhận tín hiệu từ cảm biến và phát lệnh đóng mở mạch tải. Hàng thứ ba bao gồm bộ nguồn chuyển đổi hạ áp từ 220VAC thành 24VDC và domino đấu dây. Nguồn 24VDC nuôi trực tiếp các vi điều khiển hoạt động ổn định. Bản vẽ đấu dây rõ ràng giúp loại bỏ hiện tượng nhiễu tín hiệu truyền thông.

3.2. Cấu hình biến tần LS IG5A và truyền thông Modbus RTU

Biến tần LS IG5A giữ vai trò điều tiết công suất làm lạnh linh hoạt. Thiết bị kết nối với bộ DDC-C46 qua mạng truyền thông chuẩn Modbus RTU RS-485. Cấu hình địa chỉ mạng và tốc độ baud rate được thiết lập đồng bộ và chính xác. Tín hiệu lệnh tần số gửi từ BMS cho phép động cơ tăng giảm tốc mượt mà. Hệ thống tránh được các xung dòng khởi động gây tụt áp đường dây. Khi nhiệt độ kho lạnh tiệm cận ngưỡng thiết lập, biến tần chủ động giảm tốc độ quay. Khi nhiệt độ tăng cao do hàng mới nhập buồng, động cơ tự động tăng tốc làm lạnh. Khả năng điều biến tần số giúp tối ưu hóa điện năng tiêu thụ lên đến 30%. Đây là ưu thế vượt trội so với các phương pháp truyền thống.

IV. Hiệu quả ứng dụng BMS trong điều khiển giám sát kho lạnh

Nghiên cứu ứng dụng BMS vào kho lạnh tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM mang lại giá trị thực tiễn to lớn. Hệ thống kiểm soát nhiệt độ đạt độ chính xác cao và duy trì môi trường lạnh lý tưởng. Cụm thiết bị phần cứng vận hành nhịp nhàng với độ trễ phản hồi thấp. Dữ liệu vận hành được cập nhật tức thời trên màn hình quản trị trực quan. Các cảnh báo vượt ngưỡng nhiệt độ hoặc áp suất kích hoạt ngay lập tức qua âm thanh và hình ảnh. Nhờ đó, rủi ro hư hỏng hàng hóa được loại bỏ gần như hoàn toàn. Hệ thống BMS giúp doanh nghiệp tối ưu biểu đồ phụ tải điện thông qua điều khiển biến tần. Chi phí bảo trì thiết bị giảm đáng kể do chu kỳ khởi động máy nén được bảo vệ nghiêm ngặt. Công nghệ chứng minh tính khả thi cao khi ứng dụng vào hệ thống bảo quản thực phẩm, nông sản và dược phẩm y tế. Mô hình đào tạo thực hành này cũng nâng cao năng lực nghiên cứu cho sinh viên kỹ thuật.

4.1. Khả năng tối ưu năng lượng và bảo vệ thiết bị làm lạnh

Hệ thống BMS đem lại giải pháp cắt giảm điện năng tiêu thụ vượt trội cho kho lạnh. Bộ điều khiển tự động điều chỉnh tốc độ máy nén theo tải thực tế của buồng chứa. Hiện tượng non tải hoặc quá tải công suất được xử lý triệt để và tức thì. Cơ chế khởi động mềm qua biến tần ngăn ngừa hoàn toàn tình trạng sụt áp mạng điện. Các rơ le nhiệt và contactor được kích hoạt đúng chu trình kỹ thuật giúp kéo dài tuổi thọ động cơ. Doanh nghiệp tiết kiệm từ mười lăm đến hai mươi lăm phần trăm tổng hóa đơn tiền điện hàng tháng. Ngoài ra, chi phí nhân công vận hành và bảo dưỡng kho giảm thiểu rõ rệt. Khoản đầu tư nâng cấp hệ thống BMS hoàn vốn trong thời gian ngắn.

4.2. Khả năng mở rộng và triển vọng ứng dụng công nghiệp

Mô hình BMS nghiên cứu tại trường sở hữu tính linh hoạt và khả năng mở rộng cao. Nền tảng hỗ trợ kết nối thêm hàng loạt cảm biến nhiệt độ, áp suất và độ ẩm mới. Hệ thống dễ dàng tích hợp vào mạng điều khiển SCADA tổng thể của nhà máy chế biến thực phẩm. Giao thức truyền thông BACnet và Modbus chuẩn quốc tế giúp kết nối liền mạch với các thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau. Nhà quản lý dễ dàng giám sát kho hàng từ xa qua điện thoại hoặc máy tính có kết nối mạng. Đây là bước tiến quan trọng thúc đẩy mô hình kho thông minh Smart Logistics tại Việt Nam. Đề tài mở ra tiềm năng thương mại hóa rộng rãi cho ngành kho lạnh công nghiệp.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong chuỗi cung ứng và logistics hiện đại, kho lạnh đóng vai trò mắt xích thiết yếu nhằm lưu trữ và bảo quản các sản phẩm nhạy cảm với nhiệt độ như nông sản, thực phẩm và dược phẩm. Việc vận hành một kho lạnh tiêu chuẩn đòi hỏi quy trình kiểm soát nghiêm ngặt và liên tục các thông số môi trường bao gồm nhiệt độ, độ ẩm và áp suất, đồng thời phải tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống máy nén và thiết bị phụ trợ. Tuy nhiên, trong thực tế hiện nay, nhiều cơ sở kho lạnh vẫn áp dụng phương thức giám sát thủ công hoặc vận hành các hệ thống tự động hóa đơn lẻ, rời rạc. Điều này dẫn đến sự thiếu đồng bộ, gây khó khăn cho công tác bảo trì, tăng nguy cơ rủi ro hư hỏng hàng hóa và làm phát sinh chi phí điện năng vận hành.

Trước thực trạng đó, việc ứng dụng hệ thống quản lý tòa nhà (Building Management System - BMS) được xem là giải pháp tự động hóa giúp tích hợp, giám sát và điều khiển tập trung các thiết bị kỹ thuật theo thời gian thực. Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng BMS trong điều khiển, giám sát, thiết kế kho lạnh" do sinh viên Nguyễn Trung Tuấn và Trần Thanh Tuấn thực hiện tại Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử, khóa 2021 - 2025) dưới sự hướng dẫn của ThS. Lê Thị Hồng Nhung đã tập trung giải quyết bài toán trên.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể theo 4 nhiệm vụ:

1. Giới thiệu tổng quan về hệ thống kho lạnh và kiến trúc hệ thống BMS.
2. Thực hiện tính toán nhiệt tải và lựa chọn cấu hình các thiết bị cơ điện cho hệ thống kho lạnh thương mại.
3. Thiết kế, thi công lắp ráp tủ điện và vận hành mô hình điều khiển BMS thực nghiệm.
4. Đánh giá hiệu quả làm việc của mô hình hệ thống khi vận hành thực tế.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc nhiệt động và thiết bị của kho lạnh thương mại; mô hình điều khiển giám sát BMS sử dụng bộ điều khiển trung tâm BCU (Building Control Unit) kết hợp bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp DDC-C46 (Direct Digital Control) để điều khiển biến tần điều chỉnh tốc độ động cơ theo phản hồi từ cảm biến môi trường.
• Phạm vi nghiên cứu: Về mặt lý thuyết, đề tài giới hạn ở phạm vi tính toán tải nhiệt và lựa chọn thiết bị cho một kho lạnh bảo quản có dung tích 100 tấn đặt tại TP. Hồ Chí Minh. Về mặt thực nghiệm, do hạn chế về kinh phí, nhóm tác giả chỉ thi công mô hình phần cứng điều khiển một biến tần kéo động cơ và đọc tín hiệu từ hai cảm biến (nhiệt độ và độ ẩm).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên các nguyên lý nhiệt động học công nghiệp, kỹ thuật lạnh và lý thuyết điều khiển tự động hóa tòa nhà:

• Lý thuyết nhiệt lạnh và chu trình nén hơi: Áp dụng phương pháp tính toán nhiệt tải truyền thống theo giáo trình "Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh" của PGS. TS. Nguyễn Đức Lợi; sử dụng đồ thị nồng độ – hàm nhiệt ($h-x$) của không khí ẩm và đồ thị áp suất – enthalpy ($\lg p - h$) của môi chất làm lạnh Amoniac ($\text{NH}_3$).
• Kiến trúc phân tầng BMS: Hệ thống điều khiển tòa nhà được tổ chức theo mô hình phân cấp chuẩn gồm 3 tầng: Cấp quản lý (Management Level), Cấp điều khiển (Control Level) và Cấp trường (Field Level).
• Giao thức truyền thông công nghiệp: Ứng dụng các chuẩn truyền thông mạng BACnet MSTP và Modbus RTU qua giao tiếp vật lý RS485 để kết nối trao đổi dữ liệu giữa bộ điều khiển DDC, thiết bị điều khiển trung tâm BCU và máy trạm giám sát.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai:

• Phương pháp thu thập và phân tích tài liệu: Khảo sát các tiêu chuẩn kỹ thuật về kho lạnh bảo quản thực phẩm, nguyên lý hoạt động của chu trình lạnh một cấp, cũng như tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của các dòng thiết bị BMS công nghiệp.
• Phương pháp tính toán thiết kế kỹ thuật: Tính toán giải tích xác định diện tích, thể tích, tải trọng kết cấu kho lạnh; lập bảng cân bằng nhiệt để xác định 5 thành phần tổn thất nhiệt ($Q_1, Q_2, Q_3, Q_4, Q_5$); tính toán chu trình lạnh nhằm xác định lưu lượng môi chất, công suất máy nén, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của dàn ngưng, dàn bay hơi và tiết diện đường ống dẫn.
• Phương pháp thực nghiệm và mô hình hóa: Thiết kế sơ đồ nguyên lý đấu nối, bản vẽ bố trí thiết bị tủ điện, cài đặt cấu hình thông số vào/ra trên phần mềm DDC Configurator, cấu hình truyền thông trên bộ điều khiển BCU và lập trình giao diện đồ họa người dùng bằng phần mềm Control BMS Software.
• Nguồn dữ liệu: Số liệu khí hậu TP. Hồ Chí Minh (nhiệt độ trung bình năm $27{,}0^\circ\text{C}$; mùa hè $37{,}3^\circ\text{C}$, độ ẩm $74%$; mùa đông $17{,}4^\circ\text{C}$, độ ẩm $74%$); bảng tra thông số vật lý của môi chất $\text{NH}_3$ và catalogue thiết bị của các nhà sản xuất (MYCOM, GRAND, MODINE, LS Electric).

Thiết kế và triển khai hệ thống

Đồ án triển khai thiết kế hai phần: tính toán thiết kế kho lạnh công nghiệp trên lý thuyết và chế tạo mô hình điều khiển BMS quy mô phòng thí nghiệm.

1. Kiến trúc kỹ thuật và lựa chọn thiết bị kho lạnh công nghiệp

Hệ thống kho lạnh lý thuyết được tính toán cho dung tích bảo quản 100 tấn thịt bò đặt tại TP. Hồ Chí Minh, duy trì nhiệt độ bảo quản trong khoảng từ $0^\circ\text{C}$ đến $10^\circ\text{C}$. Chu trình lạnh được chọn là chu trình nén hơi 1 cấp sử dụng môi chất $\text{NH}_3$ do có tỉ số nén $p_k / p_0 = 4{,}66$ (nhỏ hơn 9).

Hạng mục thiết bị	Quy cách / Mã hiệu	Thông số kỹ thuật chính	Số lượng
Khoang kho lạnh	Kết cấu cách nhiệt	Kích thước: $16,\text{m} \times 10,\text{m} \times 3{,}5,\text{m}$; Diện tích xây dựng: $160,\text{m}^2$	01 phòng
Máy nén lạnh	MYCOM N8WA	Máy nén pít-tông 1 cấp chạy $\text{NH}3$, thể tích quét lý thuyết $V{ltmn} = 374{,}2,\text{m}^3/\text{h}$ ($0{,}1039,\text{m}^3/\text{s}$), công suất điện $77{,}9,\text{kW}$	02 cụm (1 chạy, 1 dự phòng)
Thiết bị ngưng tụ	GRAND GDN-320	Tháp giải nhiệt tuần hoàn, nhiệt tải thiết kế $Q_k = 267{,}698,\text{kW}$, hệ số truyền nhiệt $k = 800,\text{W}/\text{m}^2\text{K}$	02 tháp
Thiết bị bay hơi	MODINE CTE 502E6	Dàn lạnh đối lưu cưỡng bức, công suất lạnh $18{,}1,\text{kW}$, diện tích trao đổi nhiệt $49,\text{m}^2$, 2 quạt đường kính $500,\text{mm}$	02 bộ
Bình tách dầu	Chế tạo theo tiêu chuẩn	Đường kính trong ống kết nối $d = 42,\text{mm}$	01 bình
Bình tách lỏng	O&F FA2-225 (Đài Loan)	Đường kính trong ống kết nối $d = 67,\text{mm}$	01 bình
Van tiết lưu	Van tiết lưu nhiệt	Tiết diện dòng chảy qua van $F = 7{,}77,\text{mm}^2$	Theo thiết kế

2. Kiến trúc và thi công mô hình điều khiển BMS

Mô hình phần cứng BMS được đóng gói trong một tủ điện điều khiển 3 tầng thiết bị:

• Tầng quản lý (Management Level): Máy tính cá nhân kết nối với bộ điều khiển BCU thông qua cổng mạng LAN nội bộ hoặc bộ định tuyến Wi-Fi. Người vận hành truy cập giao diện đồ họa thông qua trình duyệt web trên phần mềm Control BMS Software.
• Tầng điều khiển (Control Level):
  • Bộ điều khiển trung tâm BCU (Building Control Unit): Đóng vai trò máy chủ trung gian quản lý dữ liệu, tích hợp module SIM phục vụ phát thông báo cảnh báo qua cuộc gọi hoặc tin nhắn SMS khi xảy ra lỗi.
  • Bộ điều khiển kỹ thuật số DDC-C46: Trang bị đồng hồ thời gian thực (RTC), màn hình LED hiển thị và các nút thao tác; giao tiếp với BCU qua mạng Modbus RTU RS485. DDC tiếp nhận tín hiệu tương tự (Analog Input - AI) từ các cảm biến, xử lý thuật toán và phát tín hiệu điện áp ra (Analog Output - AO) cùng các tín hiệu đóng ngắt relay (Digital Output - DO).
• Tầng thiết bị trường (Field Level):
  • Cảm biến nhiệt độ RTD PT100: Kết hợp mạch chuyển đổi tín hiệu nhiệt điện trở sang tín hiệu dòng điện chuẩn công nghiệp.
  • Cảm biến độ ẩm AMT1001: Ngõ ra điện áp tuyến tính tương ứng dải độ ẩm đo được.
  • Biến tần LS iG5A: Nhận tín hiệu điều khiển điện áp tương tự từ DDC-C46 để biến đổi tần số nguồn cấp cho động cơ không đồng bộ 3 pha; khả năng chịu quá tải $150%$ trong 1 phút đối với tải nặng và $120%$ trong 1 phút đối với tải nhẹ.
  • Cơ cấu đóng ngắt: Aptomat (CB) bảo vệ ngắn mạch/quá tải, bộ nguồn chuyển mạch $220,\text{VAC} \to 24,\text{VDC}$, các relay trung gian $24,\text{VDC}$ và contactor điều khiển tải động lực.

Hệ thống được thiết kế vận hành song song qua hai chế độ:

• Chế độ tự động (AUTO): DDC-C46 thu thập dữ liệu nhiệt độ và độ ẩm, so sánh với ngưỡng cài đặt (Setpoint). Nếu nhiệt độ thực tế cao hơn ngưỡng, bộ điều khiển tăng điện áp ngõ ra AO cấp cho biến tần LS iG5A để tăng tần số quay của động cơ quạt/máy nén, đồng thời kích hoạt các tiếp điểm relay tương ứng. Dữ liệu trạng thái được đồng bộ liên tục lên BCU.
• Chế độ thủ công (MAN): Vận hành trực tiếp thông qua các nút nhấn START, STOP, nút dừng khẩn cấp (EMERGENCY STOP) và biến trở xoay đặt trên mặt tủ điện để thay đổi tần số biến tần khi cần hiệu chỉnh hoặc kiểm tra cục bộ.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 1 trình bày lý do chọn đề tài dựa trên nhu cầu cấp thiết về tự động hóa công tác bảo quản thực phẩm trong kho lạnh, khắc phục nhược điểm của phương pháp giám sát thủ công. Nhóm tác giả xác định 4 mục tiêu nghiên cứu cụ thể, xác lập đối tượng nghiên cứu (kho lạnh và mô hình điều khiển BMS) cùng phạm vi giới hạn của đồ án. Chương này cũng phác thảo phương pháp nghiên cứu gồm tìm kiếm tài liệu, tính toán thiết kế giải tích và thi công mô hình thực nghiệm, đi kèm sơ đồ tổng quan quy trình thực hiện đồ án.

Chương 2: Ứng dụng của BMS trong kho lạnh

Chương 2 cung cấp hệ thống lý thuyết về cấu tạo, chức năng và phân loại kho lạnh (kho chế biến, kho phân phối, kho trung chuyển, kho thương nghiệp, kho vận tải, kho sinh hoạt). Tiếp theo, tác giả trình bày bản chất của hệ thống quản lý tòa nhà BMS, phân tích cấu trúc 3 tầng chuẩn (quản lý, điều khiển, trường) và các tính năng cốt lõi như giám sát thời gian thực, lưu trữ dữ liệu, quản lý cảnh báo sự cố và tối ưu năng lượng. Chương này tổng kết các ứng dụng thực tế của BMS trong kho lạnh gồm: giám sát nhiệt độ - độ ẩm tự động, điều phối luân phiên máy nén, điều chỉnh tốc độ quạt dàn lạnh theo phụ tải nhiệt và quản lý điện năng tiêu thụ.

Chương 3: Thiết kế kho lạnh

Chương 3 là phần tính toán kỹ thuật chi tiết theo quy trình 5 bước:

• Tính toán dung tích và diện tích: Với dung tích bảo quản 100 tấn thịt bò, định mức chất tải thể tích $g_v = 0{,}35,\text{t}/\text{m}^3$, thể tích kho đạt $V = 312{,}5,\text{m}^3$. Với chiều cao chất tải $h = 2{,}5,\text{m}$, diện tích chất tải là $F = 125,\text{m}^2$. Sử dụng hệ số sử dụng diện tích $\beta_F = 0{,}8$, diện tích xây dựng tính được là $156{,}25,\text{m}^2$ (chọn kích thước thực tế: dài $16,\text{m}$, rộng $10,\text{m}$, cao $3{,}5,\text{m}$, tương đương diện tích $160,\text{m}^2$).
• Tính toán tải nhiệt: Tổng dòng nhiệt tổn thất $Q = Q_1 + Q_2 + Q_3 + Q_4 + Q_5$. Kết quả tính toán thành phần: dòng nhiệt qua kết cấu bao che do chênh lệch nhiệt độ $Q_{11} = 6396{,}4,\text{W}$; do bức xạ mặt trời qua trần $Q_{12} = 1368,\text{W}$; tổng dòng nhiệt bao che $Q_1 = 7764{,}4,\text{W}$ ($7{,}764,\text{kW}$). Dòng nhiệt do sản phẩm tỏa ra $Q_2$ được tính từ lưu lượng hàng nhập $M_t = 4{,}11,\text{t}/\text{ngày đêm}$ và nhiệt bao bì carton. Dòng nhiệt vận hành $Q_4$ gồm nhiệt đèn chiếu sáng ($Q_{41} = 192,\text{W}$), nhiệt người vận hành ($Q_{42}$), nhiệt động cơ quạt ($Q_{43}$) và nhiệt mở cửa ($Q_{44} = 1280,\text{W}$). Phụ tải nhiệt yêu cầu của máy nén xác định được là $Q_0 = 37{,}009,\text{kW}$.
• Tính toán chu trình và chọn thiết bị: Chọn môi chất $\text{NH}3$, nhiệt độ sôi $t_0 = -8^\circ\text{C}$ ($p_0 = 3{,}158,\text{bar}$), nhiệt độ ngưng tụ $t_k = 40^\circ\text{C}$ ($p_k = 15{,}559,\text{bar}$), nhiệt độ quá lạnh $t{ql} = 38^\circ\text{C}$, nhiệt độ hơi hút $t_h = -3^\circ\text{C}$. Năng suất lạnh riêng $q_0 = 185{,}6,\text{kJ}/\text{kg}$, công nén riêng $l = 222{,}9,\text{kJ}/\text{kg}$, hệ số làm lạnh $\varepsilon = 0{,}833$. Lưu lượng môi chất thực tế $m_{tt} = 0{,}2056,\text{kg}/\text{s}$. Tác giả chọn 2 máy nén MYCOM N8WA ($V_{ltmn} = 374{,}2,\text{m}^3/\text{h}$), 2 tháp ngưng GDN-320 hãng GRAND ($Q_k = 267{,}698,\text{kW}$), 2 dàn lạnh MODINE CTE 502E6 (mỗi dàn $18{,}1,\text{kW}$), van tiết lưu tiết diện $7{,}77,\text{mm}^2$, bình tách dầu đường kính $42,\text{mm}$ và bình tách lỏng O&F FA2-225 đường kính $67,\text{mm}$.

Chương 4: Mô hình hóa hệ thống BMS kho lạnh

Chương này mô tả toàn bộ quá trình hiện thực hóa mô hình BMS thực nghiệm:

• Lập sơ đồ nguyên lý hoạt động 2 chế độ (AUTO và MAN), sơ đồ kết nối liên tầng giữa máy tính, BCU, DDC-C46 và biến tần LS iG5A.
• Thuyết minh thông số kỹ thuật các linh kiện phần cứng: bộ DDC-C46, bộ điều khiển trung tâm BCU, biến tần LS iG5A, cảm biến nhiệt độ PT100, cảm biến độ ẩm AMT1001, các khí cụ điện đóng cắt (CB, relay trung gian 24VDC, contactor).
• Thiết kế bản vẽ bố trí không gian thiết bị trong tủ điện công nghiệp và bản vẽ sơ đồ đấu nối dây 3 trang chi tiết.
• Trình bày quy trình cài đặt tham số biến tần LS iG5A (các hàm drv, Frq), cấu hình gán cổng vào/ra (AI, AO, DO) thông qua phần mềm DDC Configurator, cấu hình bảng địa chỉ điểm dữ liệu (Points list) trên BCU và thiết kế giao diện vận hành đồ họa SCADA/BMS trên phần mềm Control BMS Software.

Chương 5: Kết quả vận hành hệ thống

Chương 5 ghi lại kết quả thử nghiệm mô hình thực tế. Hệ thống đáp ứng tốt các kịch bản vận hành:

• Ở chế độ AUTO: Khi nhiệt độ đo được từ cảm biến PT100 vượt quá giá trị ngưỡng đặt (Setpoint), DDC-C46 thực hiện xuất tín hiệu điện áp analog tương ứng để điều khiển biến tần tăng tốc động cơ, đồng thời hiển thị trạng thái cảnh báo trên màn hình Control BMS. Ngược lại, khi nhiệt độ nằm dưới ngưỡng, hệ thống tự động giảm tốc độ động cơ hoặc ngắt mạch để tiết kiệm năng lượng.
• Ở chế độ MAN: Mô hình cho phép người dùng kích chạy/dừng động cơ và hiệu chỉnh dải tần số biến tần trực tiếp thông qua nút ấn và biến trở trên cánh tủ.
• Phần mềm giám sát Control BMS Software hiển thị chính xác các điểm đo thời gian thực, ghi nhận sự thay đổi trạng thái thiết bị và cập nhật phản hồi từ bộ điều khiển BCU qua mạng.

Chương 6: Kết luận và phương hướng phát triển

Chương 6 tổng kết các công việc đã hoàn thành: tính toán đầy đủ các thông số nhiệt động của kho lạnh 100 tấn, lựa chọn thiết bị công nghiệp phù hợp, thiết kế và thi công hoàn chỉnh mô hình tủ điện BMS vận hành ổn định. Đồng thời, tác giả đề xuất các hướng phát triển tiếp theo nhằm nâng cấp hệ thống khi có điều kiện ứng dụng thực tế.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đạt được các kết quả cụ thể với dữ liệu định lượng rõ ràng:

• Kết quả tính toán thiết kế kho lạnh 100 tấn:
  • Xác lập đầy đủ kích thước hình học kho: diện tích $160,\text{m}^2$ ($16,\text{m} \times 10,\text{m} \times 3{,}5,\text{m}$), diện tích chất tải $125,\text{m}^2$.
  • Tính toán chính xác các tải nhiệt thành phần: tổn thất nhiệt kết cấu bao che $Q_1 = 7{,}764,\text{kW}$ (gồm $Q_{11} = 6396{,}4,\text{W}$ và bức xạ trần $Q_{12} = 1368,\text{W}$); năng suất lạnh yêu cầu của máy nén $Q_0 = 37{,}009,\text{kW}$; phụ tải nhiệt thiết bị ngưng tụ $Q_k = 267{,}698,\text{kW}$.
  • Lựa chọn cấu hình thiết bị cơ điện đồng bộ: 2 máy nén MYCOM N8WA (1 chính, 1 dự phòng, công suất điện động cơ $77{,}906,\text{kW}$); 2 tháp ngưng giải nhiệt GRAND GDN-320; 2 dàn lạnh MODINE CTE 502E6 ($18{,}1,\text{kW}$/dàn); van tiết lưu diện tích $7{,}77,\text{mm}^2$; bình tách dầu $\phi 42,\text{mm}$ và bình tách lỏng O&F FA2-225 $\phi 67,\text{mm}$.
• Kết quả chế tạo và thử nghiệm mô hình BMS:
  • Thi công hoàn thiện tủ điện điều khiển 3 hàng thiết bị đảm bảo tiêu chuẩn thẩm mỹ và an toàn điện.
  • Thiết lập thành công mạng truyền thông công nghiệp Modbus RTU RS485 giữa DDC-C46 và BCU; kết nối máy tính trạm qua giao thức mạng phục vụ giao diện Web.
  • Cấu hình điều khiển thành công biến tần LS iG5A qua tín hiệu điện áp tuyến tính từ DDC-C46, đáp ứng nhanh theo sự biến thiên của nhiệt độ đo từ PT100.
• Đóng góp của đồ án:
  • Kết hợp liên ngành giữa kỹ thuật nhiệt lạnh công nghiệp và kỹ thuật điều khiển tự động hóa tòa nhà (BMS).
  • Cung cấp tài liệu thiết kế hoàn chỉnh từ tính toán lý thuyết nhiệt động lực học đến sơ đồ đấu nối mạch điện, cấu hình tham số phần cứng và xây dựng giao diện điều khiển thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Các hạn chế được chỉ ra trực tiếp từ nội dung và phạm vi nghiên cứu của văn bản:

• Do giới hạn về mặt kinh phí, mô hình thực nghiệm chưa thể tích hợp tải lạnh công suất thực tế (máy nén lạnh, dàn ngưng, van tiết lưu thật) mà chỉ dừng lại ở việc mô phỏng điều khiển một động cơ thông qua biến tần LS iG5A.
• Số lượng cảm biến thu thập trên mô hình thực nghiệm còn khiêm tốn (chỉ bao gồm 1 cảm biến nhiệt độ PT100 và 1 cảm biến độ ẩm AMT1001), chưa phản ánh hết sự phân bố trường nhiệt độ và độ ẩm đa điểm trong không gian một kho lạnh lớn.
• Hệ thống chưa kết nối liên động mở rộng với hệ thống báo cháy, chữa cháy tự động hoặc các hệ thống kiểm soát an ninh tòa nhà theo đúng tiềm năng của bộ điều khiển BCU.

Hướng nghiên cứu và phát triển tiếp theo:

• Mở rộng mô hình điều khiển thực nghiệm trên cụm máy nén - dàn lạnh thực tế quy mô nhỏ.
• Bổ sung nhiều điểm đo cảm biến nhiệt độ, áp suất ga hút/đẩy và lưu lượng kế để kiểm soát toàn diện chu trình lạnh.
• Ứng dụng tính năng cảnh báo qua module SIM (gọi điện, gửi tin nhắn SMS khi xảy ra lỗi) và xây dựng thuật toán điều khiển tối ưu hóa tiêu thụ điện năng theo biểu giá giờ cao điểm/thấp điểm.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho nhiều nhóm đối tượng:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện – Điện tử, Tự động hóa: Cung cấp tài liệu mẫu về quy trình thiết kế, lập trình cấu hình cho bộ điều khiển DDC-C46, bộ điều khiển trung tâm BCU và kỹ thuật ghép nối truyền thông Modbus RTU RS485 với biến tần LS iG5A.
• Sinh viên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Điện lạnh (HVAC-R): Tham khảo toàn bộ quy trình và công thức tính toán tải nhiệt kho lạnh bảo quản thực phẩm, cách tra cứu đồ thị nhiệt động môi chất $\text{NH}_3$, và phương pháp tính chọn các thiết bị phụ (bình tách dầu, bình tách lỏng, van tiết lưu).
• Kỹ sư vận hành và tích hợp hệ thống: Bản vẽ bố trí tủ điện, sơ đồ nguyên lý đấu dây 3 trang và quy trình tạo Point điều khiển trên phần mềm Control BMS Software là tài liệu hướng dẫn trực quan phục vụ công tác lắp đặt và tích hợp hệ thống BMS trong các công trình thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Môi chất lạnh được lựa chọn trong thiết kế kho lạnh của đồ án là gì và vì sao tác giả chọn chu trình nén 1 cấp?
Tác giả lựa chọn môi chất làm lạnh là Amoniac ($\text{NH}_3$). Dựa trên các thông số nhiệt độ tính toán (nhiệt độ sôi $t_0 = -8^\circ\text{C}$, áp suất bay hơi $p_0 = 3{,}158,\text{bar}$; nhiệt độ ngưng tụ $t_k = 40^\circ\text{C}$, áp suất ngưng tụ tương ứng), tỉ số nén của hệ thống tính được là $p_k / p_0 = 4{,}66$. Do tỉ số nén nhỏ hơn 9, chu trình nén một cấp được lựa chọn để đảm bảo tính kinh tế và hiệu quả vận hành.

2. Kích thước xây dựng và phụ tải nhiệt của kho lạnh 100 tấn được tính ra là bao nhiêu?
Kho lạnh có kích thước xây dựng phủ bì là dài $16,\text{m}$, rộng $10,\text{m}$, cao $3{,}5,\text{m}$, tương đương diện tích xây dựng $160,\text{m}^2$ (diện tích tính toán lý thuyết là $156{,}25,\text{m}^2$). Tổng tải nhiệt cần đáp ứng của hệ thống máy nén $Q_0$ là $37{,}009,\text{kW}$, trong đó tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che $Q_1$ là $7{,}764,\text{kW}$ (bao gồm $6396{,}4,\text{W}$ do chênh lệch nhiệt độ và $1368,\text{W}$ do bức xạ mặt trời qua trần).

3. Mã hiệu các thiết bị cơ điện chính được lựa chọn cho kho lạnh là gì?
Hệ thống sử dụng:

• 02 máy nén pít-tông MYCOM ký hiệu N8WA (thể tích quét lý thuyết $374{,}2,\text{m}^3/\text{h}$, công suất điện $77{,}9,\text{kW}$).
• 02 tháp ngưng giải nhiệt nước tuần hoàn GRAND GDN-320 (nhiệt tải $267{,}698,\text{kW}$).
• 02 dàn bay hơi MODINE mã CTE 502E6 (công suất lạnh mỗi dàn $18{,}1,\text{kW}$).
• 01 bình tách lỏng O&F FA2-225 (đường kính ống nối $67,\text{mm}$).

4. Mô hình BMS thực nghiệm sử dụng những thiết bị điều khiển và cảm biến nào?
Mô hình sử dụng bộ điều khiển trung tâm BCU (tích hợp phần mềm Control BMS Software và module SIM cảnh báo), bộ điều khiển DDC-C46 tích hợp đồng hồ RTC, biến tần LS iG5A điều khiển động cơ 3 pha, 01 cảm biến nhiệt độ RTD PT100 (kèm bộ chuyển đổi sang tín hiệu tương tự) và 01 cảm biến độ ẩm AMT1001 ngõ ra điện áp.

5. Hệ thống BMS điều khiển biến tần và động cơ quạt ở chế độ AUTO theo nguyên lý nào?
Tín hiệu nhiệt độ từ cảm biến PT100 được truyền về DDC-C46. Bộ điều khiển so sánh giá trị này với giá trị ngưỡng cài đặt (Setpoint). Dựa trên độ lệch, DDC-C46 xuất tín hiệu điện áp tương tự (Analog Output) tương ứng đến đầu vào điều khiển của biến tần LS iG5A để điều chỉnh tần số nguồn cấp, qua đó tăng hoặc giảm tốc độ quay của động cơ theo tải nhiệt thực tế.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Ứng dụng BMS trong điều khiển, giám sát, thiết kế kho lạnh" đã hoàn thành toàn diện việc tính toán thiết kế kỹ thuật kho lạnh 100 tấn thịt bò sử dụng môi chất $\text{NH}_3$ đặt tại TP. Hồ Chí Minh và xây dựng thành công mô hình điều khiển giám sát BMS ở quy mô thực nghiệm. Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của giải pháp tích hợp bộ điều khiển DDC-C46, bộ điều khiển trung tâm BCU cùng biến tần LS iG5A trong việc tự động hóa điều chỉnh tốc độ động cơ theo thông số môi trường thời gian thực. Mặc dù còn hạn chế về quy mô thử nghiệm do điều kiện kinh phí, đề tài cung cấp một cơ sở kỹ thuật chi tiết, có giá trị học thuật và ứng dụng cao cho lĩnh vực tự động hóa quản lý năng lượng kho lạnh công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: ỨNG ỤNG CỦA BMS TRONG KHO LẠNH CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHO LẠNH CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG BMS KHO LẠNH CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1. Quy tình thực hiện đề tài Sơ đồ các bước thực hiện đề tài được thể hiện trong hình 1.1: Sơ đồ tổng quan quy trình đề tài 3 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA BMS TRONG KHO LẠNH 2. Giới thiệu về hệ thống kho lạnh 2. Khái niệm kho lạnh Kho lạnh là một nhà kho được bao bọc bởi vật liệu cách nhiệt.

Trong kho có trang thiết bị làm lạnh dùng để bảo quản hàng hóa với mục đích tăng chất lượng và thời hạn sử dụng của mặt hàng đó. Tùy theo từng mục đích sử dụng mà kho lạnh được thiết kế khác nhau: kho cấp đông sản phẩm, kho bảo quản đông các mặt hàng đông lạnh, kho lạnh để bảo quản các loại hàng ở nhiệt độ trên 00C. Ngoài ra, trong kho có trang bị hệ thống các thiết bị cấp ẩm, hút ẩm, có thể tùy chỉnh tùy theo mục đích bảo quản của từng mặt hàng, sản phẩm. Các loại kho lạnh Kho lạnh chế biến đóng vai trò quan trọng trong việc chế biến các mặt hàng thực phẩm như thịt, cá, rau, quả, ….

Đặc điểm của loại kho này là các thiết bị có công suất lớn và được xem như là mắt xích đầu tiên trong chuỗi kho lạnh. Kho lạnh phân phối thường được bố trí tại các đô thị lớn và các trung tâm công nghiệp nhằm duy trì chất lượng các mặt hàng lương thực trong một vụ thu hoạch, đảm bảo cung cấp đồng đều cho cả năm. Ngoài ra, trên thị trường có kho lạnh chuyên dùng để bảo quản một nhóm hàng; kho lạnh vạn năng để bảo quản nhiều mặt hàng. Kho lạnh trung chuyển được xây dựng, lắp đặt ở cảng hàng hải, các nhà ga đường sắt,.

nhằm phục vụ bảo quản ngắn hạn những sản phẩm cho quá trình trung chuyển. Kho lạnh thương nghiệp có nhiệm vụ bảo quản ngắn hạn các loại thực phẩm sắp đưa ra thị trường tiêu thụ. Kho lạnh vận tải thực chất là các phương tiện như containner, xe lửa, tàu, máy bay có khoang lạnh dùng để vận chuyển các sản phẩm đông. Kho lạnh sinh hoạt chính là các loại tủ lạnh, tủ đông với kích thước khác nhau sử dụng trong gia đình.

Cấu tạo kho lạnh Một kho lạnh khi được xây dựng thông thường sẽ gồm hai bộ phận chính: Vỏ kho: mang cấu trúc của một phòng bảo quản hay một nhà kho, tường ngăn kho lạnh được phủ một lớp vật liệu cách nhiệt để tránh bị thoát nhiệt ra ngoài. Hệ thống làm lạnh: Là bộ phận quan trọng trong kho, được tính toán và lựa chọn hợp lí để có được hiệu quả tốt nhất cho hàng hóa trong kho. 4 Đây là hai thành phần chính và thường thấy trong một kho lạnh. Công dụng của kho lạnh Nhìn chung, kho lạnh có nhiều mục đích sử dụng nhưng về cơ bản thì có các công dụng như: Cấp đông sản phẩm, sử dụng để cấp lạnh sản phẩm, bảo quản đông lạnh, bảo quản mát hàng hóa.

Giới thiệu chung về hệ thống BMS 2. Khái niệm về BMS Hệ thống BMS là hệ thống điều khiển, giám sát, quản lý tòa nhà như hệ thống điện, hệ thống nước, điều hòa, thông gió, an ninh, phòng cháy chữa cháy,…theo thời gian thực, trực tuyến, đa phương tiện. Cùng với phần mềm, giao diện người dùng chuyên dụng đáp ứng các kỹ thuật hiện đại đảm bảo kiểm soát các thiết bị trong tòa nhà thật chính xác, kịp thời nhanh chóng, hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, chi phí vận hành. Các chức năng trong một hệ thống BMS được thể hiện ở hình 2.1: Các chức năng của một hệ thống BMS (Nguồn: https://dseatech.vn/chi-tiet-tin/bms-la-gi-doi-net-ve-he-thong-bms-he-thong- quan-ly-toan-nha/) 2.

Tính năng của hệ thống BMS Cho phép các thiết bị trong tòa nhà hoạt động đồng bộ, chính xác theo thời gian thực, đáp ứng theo nhu cầu của người vận hành. 5 Giao tiếp với hệ thống, thiết bị trong tòa nhà thông qua các giao thức chuẩn quốc tế. Kết nối, giám sát các hệ thống chuyên biệt như thông gió, an ninh, báo cháy,… qua giao diện điều khiển. Giám sát, kiểm soát chất lượng không khí, chất lượng môi trường làm việc của con người.

Hỗ trợ cho việc bảo trì, bảo hành hệ thống. Tổng hợp, báo cáo thông tin, tình trạng vận hành, báo động sự cố, đưa ra tín hiệu báo động kịp thời trước những rủi ro. Mở rộng chức năng, hệ thống theo nhu cầu, kích thước, các yêu cầu khác nhau. Lợi ích của BMS Tự động quản lí quá trình vận hành, tối ưu hệ thống thiết bị.

Kiểm soát thiết bị trong hệ thống nhờ khả năng sao lưu chương trình, dữ liệu, bảo trì, bảo dưỡng, đảm bảo tuổi thọ thiết bị. Quản lí hệ thống điện cho tòa nhà tiết kiệm năng lượng điện, chi phí vận hành Giảm chi phí nhân lực, chi phí đào tạo, dễ dàng sử dụng cùng phần mềm quản lý được thể hiện trên máy tính. Các thành phần của hệ thống BMS Các thành phần tạo nên một hệ thống BMS được mô tả như hình 2.2 Cấu trúc hệ thống BMS 6 Một hệ thống BMS bao gồm 3 thành phần cốt lõi: Thiết bị cấp quản lý Là thiết bị cấp cao nhất trong cấu trúc của hệ BMS, với chức năng theo dõi, giám sát, điều phối và cho phép các hoạt động trong hệ thống. Có khả năng thu thập và xử lý dữ liệu và cung cấp giao diện cho người dùng để vận hành hệ thống.

Giao diện này giúp người vận hành dễ dàng theo dõi trạng thái thiết bị, nhận cảnh báo sự cố và hiệu chỉnh các thông số vận hành một cách linh hoạt. Thiết bị cấp điều khiển Các thiết bị bao gồm các bộ điều khiển như bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp DDC, bộ điều khiển lập trình PLC, … và các bộ điều khiển chuyên dụng khác. Trong hệ BMS, cấp điều khiển có nhiệm vụ tiếp nhận dữ liệu từ các thiết bị cấp trường xử lý và chuyển đổi thành mệnh lệnh để điều, đồng thời đảm nhận việc truyền thông với các thiết bị thuộc cấp quản lý thông qua các giao thức chuẩn quốc tế. Đặc tính nổi trội của thiết bị cấp điều khiển là xử lý thông tin nhanh chóng và chính, điều khiển thiết bị cấp trường phù hợp với điều kiện vận hành mà không cần tới sự can thiệp của nhân viên kỹ thuật.

Thiết bị cấp trường Thiết bị ở cấp này bao gồm cảm biến, công tắc, van điều khiển, relay, quạt, điều hòa, đèn, …. Các thiết bị này tương tác trực tiếp với môi trường vật lý và đóng vai trò thiết yếu trong việc thu thập dữ liệu và thực thi các lệnh điều khiển. Ứng dụng của hệ thống BMS trong kho lạnh Giám sát, điều khiển nhiệt độ Ứng dụng: - Theo dõi nhiệt độ trong kho lạnh theo thời gian thực. - Kiểm soát nhiệt độ theo yêu cầu bảo quản của sản phẩm.

- Lưu trữ dữ liệu nhiệt độ để phân tích xu hướng và tối ưu hóa vận hành. - Cảnh báo khi nhiệt độ vượt quá hoặc thấp hơn ngưỡng cho phép. Giám sát trạng thái vận hành của thiết bị như máy nén; dàn ngưng; van tiết lưu; quạt dàn lạnh. Ứng dụng: - Điều phối hoạt động giữa các máy nén để tránh quá tải và tăng tuổi thọ thiết bị.

7 - Điều chỉnh tốc độ quạt dàn lạnh theo tải nhiệt thực tế để tiết kiệm điện. - Giám sát áp suất, lưu lượng khí lạnh và phát hiện rò rỉ môi chất lạnh. Giám sát và kiểm soát nhiệt độ, đảm bảo mức phù hợp với loại hàng hóa. Ứng dụng: - Tích hợp chức năng hút ẩm hoặc tạo ẩm khi cần thiết.

- Kiểm soát chất lượng không khí để giảm thiểu vi khuẩn, nấm mốc ảnh hưởng đến sản phẩm. Có cơ chế cảnh báo khi sự cố xảy ra (nhiệt độ quá cao/thấp, lỗi thiết bị, rò rỉ khí lạnh. Ứng dụng: - Gửi thông báo qua giao diện điều khiển để kịp thời xử lý, có thể thiết lập gửi cảnh báo qua tin nhắn, thư điện tử hoặc ứng dụng di động. - Kết nối với hệ thống phòng cháy chữa cháy để phát hiện cháy và kích hoạt hệ thống chữa cháy.

Theo dõi mức tiêu thụ điện của từng thiết bị trong hệ thống kho lạnh. Ứng dụng: - Tự động điều chỉnh công suất hoạt động của máy nén, quạt dàn lạnh để tối ưu hiệu suất. - Lên lịch hoạt động của hệ thống lạnh vào giờ thấp điểm để giảm chi phí điện năng. 8 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KHO LẠNH 3.

Quy trình thiết kế kho lạnh Hình 3.1 thể hiện các bước thực hiện trong chương này.1: Quy trình thực hiện thiết kế kho lạnh Quy trình này được chia thành 5 bước thực hiện: Bước 1: Xác định các thông số ban đầu cần thiết cho việc tính toán như vị trí, nhiệt độ của kho lạnh, dung tích kho lạnh, … Bước 2: Từ các thông số đã có, ta thực hiện tính toán diện tích cần thiết cho kho lạnh. Bước 3: Tính toán tải nhiệt cần đáp ứng của kho lạnh, từ đó tiến hành tính toán lựa chọn thiết bị. Bước 4: Tiến hành tính toán các thiết bị trong kho lạnh như máy nén. Dàn ngưng, dàn lạnh, van tiết lưu, … Bước 5: Đưa ra sơ đồ nguyên lý các thiết bị trong kho lạnh.

Các thông số ban đầu cho việc tính toán 3. Những thông số về khí hậu Dung tích bảo quản lạnh: 100 tấn Nhiệt độ bảo quản: 0 đến 10 độ C Kho lạnh đặt ở thành phố Hồ Chí Minh Nhiệt độ quanh năm: 27,0 độ C Mùa hè có mức nhiệt là 37,3 độ; mức độ ẩm là 74 % Mùa đông có mức nhiệt là 17,4 độ; mức độ ẩm là 74% Dựa vào đồ thị Moiler h-x của không khí ẩm, ta có được các thông số sau: t1 = 37,3 độ C tư = 32 độ C 3. Xác định mức nhiệt độ nước làm mát của dàn ngưng 9 Nhiệt độ của nước làm mát cung cấp cho dàn ngưng là một thông số then chốt trong việc xác định nhiệt độ ngưng tụ khi môi chất làm việc. Do sự khác biệt về điều kiện nguồn cấp, nhiệt độ nước đầu vào của bình ngưng thay đổi phụ thuộc vào từng hệ thống cung cấp nước.

Nước làm mát bình ngưng được sử dụng là nước tuần hoàn qua tháp ngưng. Nhiệt độ được xác định bằng công thức: tw1 = tu + (3  5) = 35 C (3. Xác định nhiệt độ ngưng tụ Là thông số quan trọng của chế độ làm việc, phụ thuộc vào môi trường và các kiểu thiết bị ngưng tụ.