Chọn DDC Siemens cho một tòa nhà không bắt đầu từ catalogue mà bắt đầu từ bảng điểm: mỗi AHU, mỗi bơm, mỗi đồng hồ năng lượng cần bao nhiêu đầu vào, đầu ra, bao nhiêu điểm đọc qua Modbus hay M-bus. Dòng trạm tự động hóa hiện hành của Siemens là Desigo PXC4, PXC5 và PXC7, cả ba nói chuyện BACnet, cả ba lập trình bằng cùng một công cụ, nhưng khác nhau rõ về số điểm I/O và vai trò trên mạng. Bài này đi theo ba bước: đếm điểm, chọn vai trò BACnet, rồi chọn chỗ đặt và máy tính giám sát BMS.
Nếu bạn chưa quen khái niệm, nên đọc trước bài Tìm hiểu DDC là gì trên site này và bài Bộ điều khiển tự động hóa tòa nhà Siemens: cấu tạo và chức năng.
Dòng Desigo PXC hiện hành gồm những model nào
Theo tài liệu Planning overview của Siemens (PXC4, PXC5 & PXC7 Automation Stations, A6V13054435), các trạm PXC trên BACnet/IP gồm:
| Model | Mô tả theo Siemens |
|---|---|
| PXC4.E16-2, PXC4.E16S-2 | Trạm tự động hóa, 16 đầu vào/ra trên thân |
| PXC5.E003 | Bộ điều khiển hệ thống (system controller) |
| PXC5.E24 | Trạm tự động hóa có WLAN, 24 đầu vào/ra trên thân |
| PXC5.E24-N | Như PXC5.E24 nhưng không có WLAN |
| PXC7.E400S, PXC7.E400M, PXC7.E400L | Trạm tự động hóa dạng module, có WLAN |
| PXC7.E400L-N | Như PXC7.E400L nhưng không có WLAN |
Ngoài ra còn PXC4.M16-2 và PXC4.M16S-2 là trạm 16 điểm chạy trên BACnet MS/TP (mạng RS485) thay vì BACnet/IP. Đuôi "-N" là bản bỏ WLAN, hợp với công trình có quy định an ninh mạng không cho phát sóng trong tủ kỹ thuật. Mọi trạm mở rộng I/O bằng cùng một họ module TXM (TXM1.8D, TXM1.16D, TXM1.8U, TXM1.8X, TXM1.6R, TXM1.4D3R…).
Bước 1: đếm điểm I/O trước khi chọn DDC Siemens
Điểm I/O là mỗi tín hiệu vật lý đi vào hoặc đi ra khỏi bộ điều khiển: cảm biến nhiệt độ, tiếp điểm báo chạy, lệnh khởi động quạt, tín hiệu 0–10 V điều khiển van. Siemens chia đầu vào/ra trên thân máy thành các loại:
- DI (digital input): đầu vào số cho tiếp điểm khô, báo trạng thái hoặc báo lỗi.
- UIO (universal input/output): đầu vào/ra đa năng, cấu hình bằng phần mềm thành đầu vào cảm biến, đầu vào 0–10 V, đầu vào tiếp điểm, bộ đếm hoặc đầu ra 0–10 V.
- XIO (super universal): đầu vào/ra đa năng mở rộng, có trên PXC5.E24.
- DO: đầu ra rơ-le để đóng cắt quạt, bơm, contactor.
Bảng dưới lấy từ phần Type summary trong data sheet của từng model.
| Thông số | PXC4.E16-2 / E16S-2 | PXC5.E24 | PXC7.E400S / M / L |
|---|---|---|---|
| I/O trên thân | 16 (12 UIO + 4 DO) | 24 (2 DI + 8 UIO + 8 XIO + 6 DO) | 1 DI (I/O lấy từ module TXM) |
| I/O tối đa khi thêm TXM | đến 50 | đến 80 | đến 100 / 200 / 400 |
| Tổng I/O TXM + điểm tích hợp (Modbus, M-bus) | 90 (E16-2) / 50 (E16S-2) | đến 120 | 100 / 250 / 600 |
| Cổng RS485 cấu hình được | 1 (E16-2) / 0 (E16S-2) | 2 | 1 / 2 / 4 |
| Thiết bị BACnet MS/TP tích hợp | không | đến 120 (2 × 60) | đến 60 / 120 / 240 (4 × 60) |
| Thiết bị KNX PL-Link | đến 64 (E16-2) / 0 (E16S-2) | đến 64 | đến 64 |
| Vai trò BACnet/SC | chỉ là node | hub, đến 100 thiết bị | hub, đến 100 thiết bị |
Số thiết bị MS/TP thực tế còn tùy cách thiết bị hãng khác phản hồi, theo chú thích của Siemens.
Ví dụ đếm điểm cho một AHU
Một AHU (Air Handling Unit, máy xử lý không khí) cấp gió lạnh cho một tầng văn phòng thường cần: lệnh chạy quạt cấp (DO), trạng thái chạy và báo lỗi biến tần (2 DI), tín hiệu tốc độ cho biến tần (AO 0–10 V), van nước lạnh (AO 0–10 V), nhiệt độ gió cấp, gió hồi, gió tươi (3 đầu vào cảm biến), chênh áp lọc (DI), độ ẩm gió hồi (AI 0–10 V), damper gió tươi (AO). Cộng lại khoảng 11 điểm. Một PXC4.E16-2 với 12 UIO và 4 DO vừa đủ cho bài toán này, còn dư vài điểm.
Chú ý một chi tiết hay bị bỏ qua: trên PXC4.E16-2, đầu vào dòng 0–20 mA hoặc 4–20 mA chỉ dùng được ở bốn chân U1, U2, U7, U8. Nếu dự án dùng nhiều cảm biến áp suất, lưu lượng xuất 4–20 mA, phải xếp chân từ đầu hoặc thêm module TXM. Các đầu vào UIO còn lại nhận cảm biến thụ động LG-Ni 1000, Pt 1000, NTC 10k, NTC 100k, điện áp 0–10 V và tiếp điểm khô.
Nếu cùng phòng máy có thêm hai AHU, cụm bơm nước lạnh và vài đồng hồ điện đọc qua Modbus, số điểm vượt 50 và PXC5.E24 hoặc PXC7.E400S trở nên hợp lý hơn. Trạm trung tâm cho cả một tòa nhà nhiều chiller, nhiều đồng hồ năng lượng thì đi thẳng PXC7.E400M hoặc E400L. Dù chọn trạm nào, nên chừa khoảng 20% số điểm làm dự phòng cho thay đổi thiết kế, vì bổ sung một trạm sau khi đã đóng tủ tốn hơn nhiều so với một module TXM dư từ đầu.
Bước 2: chọn vai trò BACnet cho từng trạm
Cả ba dòng đều được BTL kiểm thử và tuân theo chuẩn BACnet với profile B-BC (BACnet Building Controller, Rev. 1.20). B-BC là profile của bộ điều khiển tòa nhà lập trình tự do, có lịch, cảnh báo, ghi xu hướng ngay trong trạm. Khác biệt nằm ở cách trạm đứng trên mạng:
- BACnet/IP: cả PXC4.E16-2, PXC5.E24, PXC7.E400 đều có. PXC4.E16-2 và PXC7.E400 có switch Ethernet 2 cổng trên thân nên đi dây nối tiếp từ tủ này sang tủ kia, đỡ một switch ngoài.
- BACnet/SC (Secure Connect): truyền BACnet qua kết nối mã hóa TLS. PXC4 chỉ làm node. PXC5.E24 và PXC7 làm được hub, mỗi hub nhận đến 100 thiết bị BACnet/SC. Siemens lưu ý hub không nên chỉ nối vào trục Ethernet 10 Mbps.
- BACnet MS/TP: mạng RS485 cho các bộ điều khiển cũ hoặc thiết bị hãng khác. PXC5.E24 và PXC7 tích hợp được thiết bị MS/TP qua cổng RS485; PXC4.M16-2 là trạm tự thân chạy trên MS/TP.
Về an ninh mạng, data sheet PXC4 và PXC7 ghi trạm hỗ trợ HTTPS và đạt IEC 62443-4-2 mức Security Level 2. PXC7 còn có xác thực cổng IEEE 802.1X (EAP-TLS) và từ phiên bản thiết bị 1.6 cho phép dùng cổng WAN riêng để tách mạng an toàn với mạng không an toàn.
Ngoài BACnet, trạm còn đọc Modbus RTU, Modbus TCP và đồng hồ M-bus. PXC4.E16-2 đọc đến 250 đồng hồ M-bus qua bộ chuyển mức RS485, PXC7 có thêm cổng M-bus riêng trên thân.
Bước 3: yếu tố "công nghiệp" của tủ DDC
Nhiều người chọn DDC như chọn một thiết bị văn phòng: đủ điểm là xong. Thực tế, tủ DDC đặt trong phòng máy bơm ẩm, trên tum mái nắng gắt hay trong hầm xe nhiều bụi, và chính các điều kiện này quyết định trạm có chạy bền hay không. Data sheet PXC4.E16-2 và PXC7.E400 ghi:
| Điều kiện | PXC4.E16-2 và PXC7.E400 (theo data sheet) |
|---|---|
| Nhiệt độ vận hành | -5 đến 50 °C; -5 đến 45 °C ở một số tư thế lắp (lắp ngược, lắp đứng, đặt nằm) |
| Độ ẩm | 5 đến 95% không ngưng tụ, lớp khí hậu 3K23 theo IEC/EN 60721-3-3 |
| Cấp bảo vệ vỏ | IP30 theo EN 60529; mặt trước trong lỗ khoét DIN là IP20 |
| Nguồn cấp | AC 24 V -15/+20% hoặc DC 24 V -15/+20% |
| Lắp đặt | Ray DIN hoặc bắt vít lên mặt phẳng, cầu đấu vít cắm rút |
Đọc bảng này theo hướng công trình Việt Nam: IP30 nghĩa là vỏ trạm không chống nước, không chống bụi mịn, nên trạm bắt buộc nằm trong tủ kín. Tủ kim loại đặt ngoài trời trên mái có thể vượt 50 °C vào buổi trưa hè nếu không có mái che và quạt thông gió, khi đó trạm làm việc ngoài dải cho phép dù trong phòng máy lạnh bên dưới vẫn mát. Đầu ra rơ-le của trạm có thể nối điện áp lưới, Siemens yêu cầu lắp trong tủ có khóa hoặc dùng nắp che cầu đấu. Chân nối đất chức năng phải nối về hệ tiếp địa PE của tòa nhà, thiếu bước này thì nhiễu từ biến tần đi thẳng vào tín hiệu cảm biến.
Nguồn điện cũng cần tính. Đồng hồ thời gian thực được giữ bằng siêu tụ trong 7 ngày, dữ liệu thay đổi được ghi xuống bộ nhớ flash mỗi 5 phút, và khi mất điện, dữ liệu trend có thể mất đến 30 phút gần nhất. Với tòa nhà cần sổ năng lượng liên tục, nên cấp nguồn 24 V cho tủ DDC qua UPS hoặc bộ nguồn có ắc quy dự phòng.
Máy tính giám sát BMS: phần hay bị coi nhẹ
Trạm PXC tự chạy điều khiển, nhưng người vận hành nhìn toàn tòa nhà qua phần mềm quản lý, với Siemens là Desigo CC. Siemens ghi cấu hình máy chủ Desigo CC phụ thuộc chủ yếu vào số đối tượng hệ thống cần quản lý và số, loại máy khách kết nối; con số cụ thể nằm trong tài liệu System Description của Desigo CC, nên cần đối chiếu theo đúng quy mô dự án và phiên bản phần mềm.
Chỗ hay sai là đặt một máy để bàn văn phòng trong phòng kỹ thuật làm máy chủ BMS. Máy chạy 24/7, quạt hút bụi xi măng sau giai đoạn hoàn thiện, nguồn đơn không dự phòng, ổ cứng không RAID. Một lần hỏng ổ là mất lịch sử cảnh báo và trend của cả tòa nhà. Đây là chỗ yếu tố "công nghiệp" của máy tính quan trọng không kém trạm DDC.
Trong dòng SIMATIC IPC, hai cách bố trí hay gặp:
- Máy chủ BMS trong tủ rack: SIMATIC IPC647E cao 2U, nguồn 100–240 V AC đơn hoặc dự phòng kép, RAID tích hợp và tối đa 4 ổ đĩa. Nguồn dự phòng và RAID chính là thứ máy văn phòng không có. So sánh chi tiết với bản 4U ở bài SIMATIC IPC647E hay IPC847E.
- Trạm vận hành tại phòng điều khiển hoặc mặt tủ: Panel PC SIMATIC IPC477E màn hình cảm ứng, lắp mặt tủ, làm máy khách hiển thị sơ đồ và cảnh báo cho kỹ thuật viên trực.
Bảng chọn nhanh
| Tình huống | Gợi ý |
|---|---|
| Một AHU, một cụm FCU tầng, dưới 16 điểm | PXC4.E16-2 (cần Modbus/M-bus) hoặc PXC4.E16S-2 (chỉ I/O) |
| Tòa nhà cũ đang chạy mạng RS485 MS/TP | PXC4.M16-2 cho điểm mới; PXC5.E24 hoặc PXC7 để gom MS/TP về BACnet/IP |
| Phòng máy 50–120 điểm, có đồng hồ năng lượng | PXC5.E24 + module TXM |
| Trạm trung tâm, nhiều điểm tích hợp, cần hub BACnet/SC | PXC7.E400M hoặc E400L |
| Yêu cầu tách mạng BMS với mạng văn phòng | PXC7 dùng cổng WAN riêng (từ phiên bản thiết bị 1.6) |
| Máy chủ Desigo CC | SIMATIC IPC647E trong tủ rack, nguồn dự phòng, RAID |
| Trạm vận hành tại chỗ | SIMATIC IPC477E lắp mặt tủ |
Câu hỏi thường gặp
PXC4.E16-2 và PXC4.E16S-2 khác nhau ở đâu?
Cùng 16 I/O trên thân và mở rộng đến 50 I/O bằng TXM. Bản E16-2 có thêm cổng RS485, đọc Modbus, M-bus đến 40 điểm tích hợp và hỗ trợ KNX PL-Link; bản E16S-2 không có các điểm tích hợp này.
Có cần PXC5.E003 không?
PXC5.E003 là bộ điều khiển hệ thống, không phải trạm I/O. Việc có dùng hay không do kiến trúc mạng của dự án quyết định; PXC5.E24 và PXC7 đã tự làm được vai trò hub BACnet/SC.
Để hiểu rõ hơn khái niệm gốc, có thể tham khảo thêm bài DDC là gì trên IPC247.
IPC247 hỗ trợ gì
IPC247 cung cấp hàng chính hãng Siemens dòng SIMATIC IPC và tư vấn cấu hình máy tính giám sát BMS theo số đối tượng, số máy khách và chỗ đặt máy của dự án. Gửi bảng điểm và sơ đồ mạng, IPC247 báo giá trong 2 giờ làm việc, xác nhận tình trạng hàng khi báo giá, cho mượn máy chạy thử theo thoả thuận từng dự án. Máy được bảo hành chính hãng theo từng dòng máy, thời hạn ghi rõ trên báo giá.
Nguồn tham khảo
- Data Sheet Desigo PXC4.E16-2 / PXC4.E16S-2, A6V15239325 (sid.siemens.com)
- Data Sheet Desigo PXC5.E24 (sid.siemens.com)
- Data Sheet Desigo PXC7.E400, A6V15239345 (sid.siemens.com)
- PXC4, PXC5 & PXC7 Automation Stations Planning overview, A6V13054435 (sid.siemens.com)
- Operating Instructions SIMATIC IPC647E (siemens.com)
