1. DDC là gì?
DDC viết tắt của Direct Digital Control, bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp, là một loại hệ thống điều khiển chuyên dụng dùng để điều khiển độc lập hoạt động của các thiết bị và hệ thống kỹ thuật trong toà nhà, nhà xưởng, nhà máy. Chữ trực tiếp có nghĩa là bộ điều khiển số đọc cảm biến và điều khiển thiết bị chấp hành trực tiếp, thay cho các bộ điều khiển khí nén hoặc tương tự trước đây.Trong phạm vi một gia đình, việc bật tắt điều hoà, đèn chiếu sáng, máy bơm hay quạt được làm bằng tay. Khi phạm vi mở rộng thành một toà nhà nhiều tầng hoặc một nhà máy có hàng trăm thiết bị, việc điều khiển thủ công không còn khả thi, vừa tốn nhân lực vừa không giữ được điều kiện ổn định. Bộ điều khiển DDC ra đời để giải quyết bài toán này và trở thành phần không thể thiếu của hệ thống quản lý toà nhà BMS, hệ thống điều hoà thông gió HVAC, bộ xử lý không khí AHU, máy làm lạnh nước chiller và nhiều hệ thống kỹ thuật khác.
2. Cấu tạo của DDC là gì?
Một vòng điều khiển dùng DDC gồm ba thành phần chính: cảm biến, bộ điều khiển và thiết bị chấp hành.2.1 Cảm biến đo dữ liệu
Cảm biến đo các đại lượng cần điều khiển như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, nồng độ CO2, hoặc cung cấp đầu vào cho các bộ điều khiển khác, với độ chính xác và độ lặp lại ổn định. Trong vòng điều khiển, cảm biến đo dữ liệu, bộ điều khiển xử lý dữ liệu và thiết bị chấp hành thực hiện hành động cụ thể.2.2 Bộ điều khiển xử lý
Bộ điều khiển xử lý dữ liệu nhận từ cảm biến, áp dụng các quy tắc điều khiển đã lập trình và tạo tín hiệu đầu ra. Tín hiệu này có thể đi thẳng tới thiết bị được điều khiển hoặc qua một tầng logic khác trước khi tới thiết bị. Bộ điều khiển dùng vi xử lý chạy chương trình điều khiển. Bộ chuyển đổi tương tự sang số (A/D) đổi giá trị đo từ cảm biến thành số để vi xử lý tính toán; bộ chuyển đổi số sang tương tự (D/A) đổi kết quả thành tín hiệu điều khiển cho van và biến tần. Bộ điều khiển có bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, đồng hồ thời gian thực cho lịch chạy và cổng truyền thông để nối với các DDC khác.2.3 Thiết bị chấp hành
Thiết bị chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và thay đổi trạng thái của môi chất hoặc thiết bị cuối. Nhóm này gồm bộ truyền động van nước, bộ truyền động van gió (damper), rơ le đóng cắt, quạt, bơm, máy nén và biến tần thay đổi tốc độ cho quạt và bơm.3. Nguyên lý hoạt động của DDC là gì?
Bộ điều khiển DDC hoạt động theo nguyên tắc điều khiển vòng kín, lặp lại liên tục theo chu trình: Giá trị đặt (setpoint) → Bộ so sánh → Bộ điều khiển → Thiết bị chấp hành → Cảm biến đo lại → Quay về bộ so sánh. Đầu vào và đầu ra của DDC có thể là tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số. Tuy nhiên vi xử lý bên trong chỉ tính toán trên tín hiệu số, nên DDC luôn có các bộ chuyển đổi tín hiệu ở đầu vào và đầu ra. Quá trình xử lý diễn ra theo trình tự: Tín hiệu tương tự → Chuyển đổi sang số → Xử lý theo chương trình → Chuyển đổi ngược → Đầu ra tương tự hoặc số. Bốn loại điểm vào ra của DDC:| Loại điểm | Ký hiệu | Tín hiệu | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| Đầu vào tương tự | AI | 0–10 V, 4–20 mA, điện trở nhiệt | Nhiệt độ gió cấp, áp suất ống gió, độ ẩm phòng |
| Đầu vào số | DI | Tiếp điểm khô, xung | Trạng thái chạy/dừng quạt, báo lỗi biến tần, công tắc lưu lượng |
| Đầu ra tương tự | AO | 0–10 V, 4–20 mA | Độ mở van nước lạnh, van gió, tần số biến tần |
| Đầu ra số | DO | Rơ le, triac | Lệnh chạy quạt, bơm, đóng cắt chiếu sáng |
- Đầu vào tương tự theo dõi giá trị liên tục từ cảm biến; đầu vào số theo dõi trạng thái bật/tắt của công tắc và tiếp điểm.
- Đầu ra tương tự điều khiển bộ truyền động van và biến tần; đầu ra số điều khiển rơ le hoặc mạch điện áp thấp.
- DDC cần bộ nhớ ROM/RAM để lưu chương trình, giá trị đặt và dữ liệu cảm biến.
- DDC cần giao thức mạng để trao đổi dữ liệu với các DDC khác và máy tính vận hành.
- DDC dùng trong BMS hiện nay thường hỗ trợ giao thức BACnet để kết nối và liên lạc giữa thiết bị của nhiều hãng.
4. Ứng dụng của bộ điều khiển DDC là gì
Với toà nhà công nghiệp, trung tâm thương mại, trường học, bệnh viện, chung cư và khu văn phòng, hệ thống điều khiển kỹ thuật số trực tiếp DDC là thành phần điều khiển tiêu chuẩn của hệ thống cơ điện. Hệ thống DDC cho phép kiểm soát chính xác các hệ thống HVAC và chiếu sáng: đặt vùng nhiệt độ khác nhau cho từng khu vực, lên lịch chạy theo giờ làm việc, tự động hoá trình tự khởi động và dừng, và theo dõi hiệu suất thiết bị theo thời gian.
5. Ưu điểm của bộ điều khiển DDC
5.1 Tăng tính linh hoạt
Với hệ thống HVAC, DDC được lập trình để điều khiển theo nhiều chiến lược khác nhau và thu dữ liệu chính xác từ cảm biến điện tử. Các thông số chất lượng không khí như nhiệt độ, độ ẩm và áp suất đều đo được bằng cảm biến điện tử và đưa vào thuật toán điều khiển. Thay đổi giá trị đặt, lịch chạy hoặc logic điều khiển được làm bằng phần mềm, không phải đấu lại dây. Bộ điều khiển DDC ngày càng linh hoạt trong điều khiển tổng thể và dễ tích hợp với máy tính vận hành để kiểm soát, duy trì và bảo dưỡng hệ thống.
5.2 Tăng tính hiệu quả trong vận hành
DDC nối nhiều thiết bị thành một mạng, dễ định vị, triển khai và báo động khi có hoạt động bất thường. Dữ liệu thu từ cảm biến cho phép DDC theo dõi các thông số của hệ thống HVAC và chọn phương án vận hành phù hợp với tải thực tế. DDC xuất dữ liệu đã thu dưới dạng đồ thị, giúp kỹ sư vận hành nhìn nhận và chẩn đoán sự cố kịp thời. Hệ thống DDC cũng lưu bảng dữ liệu theo nhiều khoảng thời gian, thuận tiện cho theo dõi và đánh giá hiệu suất hệ thống HVAC theo ngày, tháng, mùa.
5.3 Tối ưu năng lượng sử dụng
Bộ điều khiển DDC thu thập tín hiệu điều khiển và thông tin hoạt động của hệ thống HVAC. Từ đó, các chiến lược điều khiển như chạy theo lịch, khởi động tối ưu, điều chỉnh giá trị đặt theo nhiệt độ ngoài trời, giảm tốc quạt bơm bằng biến tần được lập trình để giảm tiêu thụ năng lượng. Qua hệ thống DDC, người vận hành theo dõi và kiểm soát được nhu cầu của hệ thống HVAC theo vị trí, mức độ sử dụng và các hệ thống liên quan, từ đó tối ưu việc dùng năng lượng, giữ hiệu quả hoạt động và giảm chi phí vận hành.
6. Phân biệt bộ điều khiển DDC và PLC
Có ý kiến cho rằng PLC thay được DDC và ngược lại. Về kỹ thuật cả hai đều là bộ điều khiển số có vào/ra và lập trình được, nhưng mỗi loại được tối ưu cho một đối tượng riêng, nên không thể kết luận loại nào tốt hơn nếu tách khỏi ứng dụng. Bảng dưới tóm tắt khác biệt chính.| Tiêu chí | DDC | PLC |
|---|---|---|
| Đối tượng điều khiển | Thiết bị cơ điện toà nhà: HVAC, AHU, chiller, chiếu sáng | Máy móc, cơ cấu chấp hành trong dây chuyền sản xuất |
| Mục đích | Duy trì điều kiện môi trường, tiết kiệm năng lượng | Tự động hoá sản xuất, chất lượng và nhịp sản phẩm |
| Số điểm vào ra | Vài chục điểm mỗi bộ, nhiều bộ trong một toà nhà | Tới hàng nghìn điểm cho một PLC lớn |
| Vị trí lắp | Tủ tại phòng kỹ thuật từng tầng, bố trí theo chiều dọc | Tủ điều khiển tại trung tâm phân xưởng |
| Giao thức | BACnet MS/TP, BACnet/IP, LonWorks, N2 Open | Modbus, Profibus, CANopen, EtherNet/IP, Profinet |
| Lập trình | Cấu hình từ thư viện khối HVAC có sẵn | Ladder, FBD, ST theo IEC 61131-3, tự do hơn |
6.1 Đối tượng điều khiển
DDC và PLC có đối tượng điều khiển khác nhau. DDC điều khiển thiết bị điều hoà không khí và cơ cấu chấp hành của hệ thống cơ điện trong toà nhà, kể cả hệ thống điều hoà cho nhà máy. PLC điều khiển thiết bị và cơ cấu chấp hành trong nhà máy, xưởng sản xuất: băng tải, robot, máy gia công, máy đóng gói.
6.2 Mục đích ứng dụng
DDC dùng để điều khiển thiết bị cơ điện và tiết kiệm điện năng; một DDC thường quản lý vài chục điểm tín hiệu vào ra. PLC dùng trong tự động hoá sản xuất để giữ chất lượng và nhịp sản xuất; một PLC có thể quản lý tới hàng nghìn điểm vào ra qua các mô-đun mở rộng và trạm I/O phân tán.
6.3 Không gian và vị trí
DDC: trong toà nhà, các tủ DDC đặt tại phòng kỹ thuật trên từng tầng để quản lý thiết bị điều hoà và cơ điện của tầng đó. Phòng điều khiển trung tâm BMS thường đặt tại tầng hầm hoặc tầng kỹ thuật. Các tủ DDC bố trí theo chiều dọc toà nhà, số lượng có thể lên tới hàng nghìn trong một hệ thống BMS lớn. PLC: thường dùng trong hệ thống SCADA và DCS, với tủ PLC hoặc tủ FCS đặt tại trung tâm của một phân xưởng hoặc nhà máy để quản lý thiết bị đo lường và cơ cấu chấp hành trong phân xưởng đó. PLC là đầu não của dây chuyền, bảo đảm các công đoạn phối hợp đúng trình tự. Một hệ thống có từ vài đến vài chục PLC.6.4 Giao thức truyền thông
DDC và PLC khác nhau rõ về giao thức. Do bố trí theo chiều dọc toà nhà, DDC được thiết kế để truyền thông nối tiếp từ DDC này sang DDC khác và về máy tính vận hành trên một đường bus. Giao thức phổ biến cho DDC gồm BACnet MS/TP, LonWorks, N2 Open, và BACnet/IP khi nối qua mạng Ethernet.