Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt.

- Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 1 Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Độc Lập -Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên: Lê Thiết Hùng Khoá: 2012B Ngành: Điều khiển và Tự động hóa Tên đề tài: Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt 1.
- Tổng quan về tối ưu hóa năng lượng tòa nhà - Tìm hiều hệ thống tự động hóa tòa nhà theo tiêu chuẩn ENOCEAN - Tích hợp hệ thống Tự động hóa tòa nhà tại viện MICA - Thiết kế và xây dựng mô hình nhiệt cho phòng 904 viện MICA - Kết luận và hướng phát triển của đề tài 3.
- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 2 Ngày tháng năm Chủnhiệm bộmôn Cán bộhướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) TS.
- Lê Minh Hoàng Sinh viênđãhoànthành (Ký, ghi rõ họ tên) Lê Thiết Hùng Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 3 MỤC LỤC 1.
- TỔNG QUAN VỀ TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TÒA NHÀ10 1.1 Mô hình hệ thống Tối ƣu hóa năng lƣợng.
- 12 1.2.2 Sơ đồ các thiết bị điện sử dụng.
- 14 1.3 Công nghệ ENOCEAN – Công nghệ chuẩn mới cho bài toán Tự động hóa tòa nhà.
- CHƢƠNG II: HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TÒA NHÀ THEO CÔNG NGHỆ ENOCEAN.
- 20 2.1 Hệ thống cảm biến.
- 29 2.2 Hệ thống cơ cấu chấp hành.
- 31 2.4 Lắp đặt hệ thống Tự động hóa tòa nhà tại tầng 9 Viện MICA.
- CHƢƠNG III: TÍCH HỢP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA TÒA NHÀ TẠI VIỆN MICA.
- 36 3.1 Xây dựng phần mềm thu thập và điều khiển.
- 36 Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 4 3.1.2 Chức năng của chương trình.
- 41 3.2 Phần mềm giao diện thu thập và điều khiển.
- CHƢƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHIỆT CHO PHÒNG TTAC VIỆN MICA.
- 54 4.1 Mô hình hóa mô hình nhiệt của phòng TTAC.
- 54 4.2 Tính toán ƣớc lƣợng các thông số mô hình nhiệt trở, nhiệt dung thông qua đặc tính vật lý.
- 75 Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 5 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ tối ưu hóa năng lượng viện MICA.
- 11 Hình 1.2 Vị trí Viện MICA trong sơ đồ tòa nhà B1.
- 13 Hình 1.3 Sơ đồ các phòng chức năng tại tầng 9 tòa nhà B1.
- 14 Hình 1.4 Mặt bằng điện trong phòng TTAC.
- 15 Hình 1.5 Tiêu chuẩn quốc tế ENOCEAN cho bài toán Tự động hóa tòa nhà.
- 16 Hình 1.6 Tiêu chuẩn quốc tế ENOCEAN.
- 16 Hình 1.7 Sự kết hợp giữa truyền thông không dây và các công nghệ tự chủ năng lượng18 Hình 1.8 Sơ đồ chuyển đổi năng lượng điều khiển theo chuẩn ENOCEAN.
- 18 Hình 1.9 Khả năng tương tác tối đa của ENOCEAN.
- 19 Hình 2.1 Giới thiệu hệ thống thiết bị của chuẩn ENOCEAN.
- 21 Hình 2.2 Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm.
- 21 Hình 2.3 Frame truyền (dạng 4BS) [TL2.
- 22 Hình 2.4 Cảm biến đóng mở.
- 23 Hình 2.5 Frame truyền (dạng 1BS.
- 23 Hình 2.6 Cảm Biến Chuyển Động.
- 24 Hình 2.7 Frame truyền (dạng 4BS.
- 25 Hình 2.8 Cảm biến công suất.
- 26 Hình 2.9 Frame truyền (dạng 4BS.
- 27 Hình 2.10 Cảm biến khí tượng.
- 28 Hình 2.11 Frame truyền (dạng 4BS.
- 29 Hình 2.12 Cảm biến ánh sáng ngoài trời FAH60.
- 30 Hình 2.13 Frame truyền (dạng 4BS.
- 31 Hình 2.14 Cơ cấu chấp hành chuyên dụng �2 LINE 10020062.
- 32 Hình 2.15 Gateway USB 300 của �2 LINE.
- 32 Hình 2.16 Sơ đồ chức năng chân TC310.
- 33 Hình 2.17 Sơ đồ kết nối Gateway USB 300 với máy tính và cảm biến.
- 34 Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 6 Hình 2.18 Hệ thống tự động hóa tòa nhà sử dụng công nghệ ENOCEAN.
- 34 Hình 2.19 Sơ đồ bố trí hệ thống.
- 36 Hình 3.1 Cấu trúc chương trình Python.
- 41 Hình 3.2 Giao diện chính của chương trình C.
- 51 Hình 3.3 Giao diện khi chọn phòng TTAC.
- 52 Hình 3.4 Điều khiển cơ cấu chấp hành với các nút ON / OFF.
- 53 Hình 3.5 Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm 1 cảm biến (ngày 10/09/2015.
- 53 Hình 3.6 Biểu đồ nhiệt độ và độ ẩm của nhiều cảm biến giúp so sánh các số liệu.
- 54 Hình 3.7 Thông tin thời tiết ngoài trời .
- 54 Hình 3.8 Biểu đồ hoạt động của cảm biến Contact (10-09-15.
- 55 Hình 3.9 Biểu đồ độ rọi của ánh sáng (10-09-15.
- 55 Hình 3.10 Biểu đồ công suất tiêu thụ điện (10-09-15.
- 56 Hình 4.1 Mô hình nhiệt của TTAC phòng.
- 57 Hình 4.2 Mô hình tường đôi Hình 4.3 Kết quả mô phỏng mô hình nhiệt thu được trong trường hợp ngày làm việc.
- 70 Hình 4.4 Đồ thị thể hiện sai số của kết quả mô phỏng với phép đo trong trường hợp ngày làm việc.
- 70 Hình 4.5 Kết quả mô phỏng mô hình nhiệt thu được trong những ngày nghỉ (không có người làm việc.
- 72 Hình 4.6 Đồ thị thể hiện sai số của kết quả mô phỏng với phép đo trong trường hợp ngày làm việc.
- 72 Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 7 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Danh mục cảm biến.
- 35 Bảng 4.1 Bảng thông số các giá trị của mô hình nhiệt.
- 80 Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 8 LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay tối ưu hóa năng lượng là nhu cầu cấp thiết trong xu hướng tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu suất thiết bị công nghệ, đặc biệt khi nền kinh tế đối mặt với tình trạng khủng hoảng, lạm phát, khan hiếm năng lượng.
- Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ và kỹ thuật hiện đại, nhiều thiết bị điện tử, cơ khí, tự động hóa được sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng đã góp phần tiết kiệm một lượng lớn nguồn năng lượng sử dụng trong các tòa nhà.
- Hệ thống thiết bị trong tòa nhà phải tích hợp với yêu cầu năng lượng cần thiết cho người sử dụng, đồng thời phải đảm bảo môi trường bên ngoài và bên trong tòa nhà, hài hòa giữa cung và cầu, có nghĩa là người dùng sử dụng hợp lý, thiết bi tự động hóa bật tắt khi cần, điều chỉnh mức năng lượng cung cấp đủ cho công trình và người sử dụng, tránh lãng phí.
- Những khái niệm về quản lý tòa nhà, tiết kiệm năng lượng công trình, bảo vệ môi trường… không còn quá mới mẻ.
- Chính vì vậy em lựa chọn xây dựng mô hình nhiệt phục vụ mục đích tối ưu hóa năng lượng sử dụng trong tòa nhà cho luận văn .Với mong muốn đưa hệ thống quản lý tối ưu hóa năng lượng trong tòa nhà trở nên gần gũi, sử dụng rộng rãi ở Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu kiểm soát năng lượng nói chung và tòa nhà nói riêng trong thời gian tới sẽ tăng cao.
- Lê Minh Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 9 Hoàng, người thầy đã truyền cảm hứng, tạo động lực cũng như hết lòng giúp đỡ cho em trong suốt thời gian thực hiện để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
- Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 10 CHƢƠNG I.
- TỔNG QUAN VỀ TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG TÒA NHÀ Với kỹ thuật điều khiển và công nghệ tự động hóa, việc sử dụng tích hợp hệ thống với máy móc hiện đại, công nghệ thông tin, thiết bị giám sát tự động kết hợp với việc nâng cao ý thức bảo vệ môi trường sẽ tạo ra một môi trường sống an toàn, hiệu quả, thoải mái và thuận tiện cho người sử dụng.
- Một trong những hướng nghiên cứu chính của Phòng Môi trường cảm thụ và tương tác (Pervasive Space and Interaction Department) và Viện MICA là nghiên cứu xây dựng và phát triển hệ thống tối ưu hóa năng lượng sử dụng trong tòa nhà.
- 1.1 Mô hình hệ thống Tối ƣu hóa năng lƣợng Nhóm nghiên cứu PSI đang phát triển mô hình hệ thống Tối ưu hóa năng lượng trong tòa nhà với mục đích sử dụng hiệu quả năng lượng trong tòa nhà.
- Tức là đáp ứng được yêu cầu năng lượng cần thiết cho người sử dụng, đồng thời phải đảm bảo môi trường bên ngoài và bên trong tòa nhà, thiết bi tự động bật tắt khi cần để điều chỉnh mức năng lượng trong tòa nhà, tránh lãng phí.
- Hệ thống tối ưu hóa năng lượng hướng đến các mục tiêu chính sau.
- Thân thiện với người sử dụng.
- Đảm bảo tiện nghi của người sử dụng Hệ thống tối ưu hóa năng lượng gồm 3 lớp được mô tả như hình 1.1 Như ta biết, các yếu tố tác động vào phòng thường không cố định mà thay đổi như: bức xạ nhiệt mặt trời, nhiệt độ ngoài trời, hay hành vi của người dùng,vì thế mà ta không thể dự đoán được chính xác dữ liệu đưa vào mô hình nhiệt.
- Để giải quyết vấn đề này, Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 11 một hệ thống tối ưu đã được đưa ra, gồm 3 lớp: lớp tối ưu hóa.
- lớp điều khiển thời gian thực.
- lớp đặt tín hiệu điều khiển (theo thời gian thực) như Hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ tối ưu hóa năng lượng viện MICA - Lớp tối ƣu hóa cho phép lập lịch điều phối tối ưu năng lượng sử dụng cho các thiết bị điện trong tòa nhà dựa trên các yếu tố: dự đoán hành vi của người sử dụng trong tòa nhà, dự đoán các yếu tố tác động đến việc sử dụng năng lương trong tòa nhà (dự báo thời tiết, dự báo chi phí giá điện), chi phí tiêu thụ điện năng.
- Lịch điều phối năng lượng là kết quả của các mô hình tối ưu hóa cho phép điều khiển năng lượng tiêu thụ của các thiết bị điện một cách tối ưu nhất mà không ảnh hưởng đến tiện nghi của người sử dụng.
- Lớp điều khiển thời gian thực cho phép điều chỉnh quyết định điều khiển năng lượng đã được tính toán ở lớp tối ưu khi có yếu tố nhiễu tác động.
- Lớp đặt tín hiệu điều khiển cho phép điều khiển chính xác các cơ cấu chấp hành theo quyết định điều khiển được đưa ra bởi các lớp phía trên.
- Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 12 Theo mô hình Tối ưu hóa năng lượng trong tòa nhà được này, chúng ta thấy các mô hình Tối ưu hóa hay Điều khiển thời gian thực đều được vận hành dựa trên mô hình điều khiển các thiết bị trong tòa nhà.
- Một trong các thiết bị tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong tòa nhà là các hệ thống điều hòa phục vụ cho việc sưởi làm mát không khí bên trong tòa nhà.
- Các hệ thống này có thể được điều khiển thông qua mô hình nhiệt của tòa nhà.
- Do đó đồ án này hướng đến việc xây dựng mô hình nhiệt của tòa nhà dựa trên hệ thống cảm biến tòa nhà, từ đó cho phép điều khiển chính xác nhiệt độ trong phòng dựa trên việc điều khiển đóng cắt các thiết bị điều hòa.
- Việc xây dựng mô hình nhiệt được đề cập đến tại chương IV của đồ án này.
- 1.2 Đối tƣợng nghiên cứu Phạm vi của đồ án này được giới hạn hướng đến phân tích, thiết kế và xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển công suất tiêu thụ của các các thiết bị điện cho một tối tượng nghiên cứu cụ thể là Trung tâm Chuyển giao công nghệ và Ứng dụng (TTAC – Technology Transfer and Applications Center) Viện MICA, phòng 904 – nhà B1 trường Đại học Bách Khoa Hà nội.
- Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 13 Hình 1.2 Vị trí Viện MICA trong sơ đồ tòa nhà B1.
- Hình 1.3 Sơ đồ các phòng chức năng tại tầng 9 tòa nhà B1.
- Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 14 1.2.2 Sơ đồ các thiết bị điện sử dụng Hình 1.4 cho ta thấy sơ đồ các thiết bị được sử dụng trong phòng TTAC (hệ thống đèn chiếu sáng, máy tính, điều hòa), các nguồn tích nhiệt tiêu tán nhiệt trong phòng (thiết bị văn phòng, người dùng.
- Phòng đã có sử dụng các tấm kính (cửa sổ) để tận dụng ánh sáng ngoài trời, 2 điều hòa Daikin có công suất 18000 Btu được sử dụng để điều khiển nhiệt độ phía bên trong phòng.
- Hình 1.4 Mặt bằng điện trong phòng TTAC.
- Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 15 1.3 Công nghệ ENOCEAN – Công nghệ chuẩn mới cho bài toán Tự động hóa tòa nhà Để phục vụ cho các bài toán nghiên cứu về tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ trong tòa nhà thì Viện MICA được trang bị các thiết bị cảm biến, cơ cấu chấp hành và các bộ thu nhận dữ liệu theo công nghệ ENOCEAN.
- Hình 1.5 Tiêu chuẩn quốc tế ENOCEAN cho bài toán Tự động hóa tòa nhà Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (IEC) đã phê chuẩn một tiêu chuẩn mới - ISO/ IEC cho các ứng dụng không dây với mức tiêu thụ điện năng cực thấp.
- Nghiên cứu bài toán giám sát điều khiển nhiệt độ Platform bằng mô hình nhiệt Lê Thiết Hùng Khóa 2012B 16 Hình 1.6 Tiêu chuẩn quốc tế ENOCEAN 1.3.1 Những đặc tính của chuẩn ENOCEAN 1.3.2.1 Thu thập dữ liệu dựa trên cảm biến Vấn đề kiểm soát năng lượng đòi hỏi các bộ cảm biến để thu thập các dữ liệu có liên quan từ một số điểm đo gửi đến bộ phận thu để xử lý thông tin.
- Một hệ thống lớn hơn có thể bao gồm hàng trăm đến hàng ngàn những thiết bị cảm ứng đòi hỏi công suất và truyền thông lớn Rõ ràng việc sử dụng cảm biến không dây và chuyển mạch cho những giải pháp hiệu quả nhất: đặc biệt là sự điều chỉnh, trong những tình huống mà thời gian là rất quan trọng, những nơi không thể dùng cáp như các tòa nhà và những nơi mà các thiết bị phải duy trì hoạt động có năng lượng ở mức tối thiểu.
- Do vậy công nghệ để phát triển chủ yếu trong xây dựng là lĩnh tự động hóa, cần có một trình điều khiển cho quản lý năng lượng thông minh.
- Trong hệ thống tự động hóa tòa nhà, ví dụ, hàng ngàn dữ liệu cảm biến đo từ nhiều điểm khác nhau, ghi lại dữ liệu về nhiệt độ, CO2, ánh sáng hoặc sử dụng phòng để cho một bộ điều khiển trung tâm tối ưu hóa môi trường xung quanh và đáp ứng các yêu cầu cá nhân..
- Do đó, việc xây dựng các nguyên tắc tự động hóa có thể là cơ sở cho quá trình tự động hóa năng lượng

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt