Building Construction and Infrastructure: Automatic Control Systems in Buildings

မ်က္ေမွာက္ေခတ္ Buildings ေတြ မွာ Equipments ေတြ က အမ်ားႀကီး မို႔ ဒီ Equipments ေတြ ကို ထိန္းသိမ္း ေမာင္းႏွင္ တဲ့ အခါ operator ေတြ အမ်ားႀကီး နဲ႔ manually operate လုပ္တာ က efficient မျဖစ္၊ မထိေရာက္ေတာ့ ပါဘူး။
ဒါေၾကာင့္ အလိုအေလ်ာက္ ထိန္းသိမ္း အလုပ္လုပ္ ေဆာင္ႏိုင္မဲ့ Automatic Control ေတြ က အေရးပါ လာပါတယ္။ အထူးသျဖင့္ Dynamic Response လိုအပ္တဲ့ အခါ အလိုလို တြက္ခ်က္ ထိန္းခ်ဳပ္ေပးႏိုင္တဲ့ Automatic Control Systems ေတြ က ပိုမိုထိေရာက္ စြာ စြမ္းေဆာင္ ေပးႏိုင္ပါတယ္။

Introduction
BAS Points Schedule and Control Strategies
Control Fundamentals
Control Examples
References

Introduction
- Building Owner ရဲ့ Operation လိုအပ္ခ်က္ နဲ႔ တတ္ႏိုင္တဲ့ ေငြေၾကး Budget ကို လိုက္လို႔ ရိုးရိုးရွင္းရွင္း Simple Stand-alone Control ကေန Integrated Control Systems အမ်ိဳးမ်ိဳး ျဖစ္ႏိုင္ပါတယ္။
- ဒီလို Control Systems ေတြ ကို သံုးစြဲမႈ အတိမ္အနက္ ကို လိုက္ၿပီး အေခၚအေဝၚ အမ်ိဳးမ်ိဳး ျဖစ္ႏိုင္ပါတယ္။
  - Automatic Control System
  - Home Automation System
  - Building Automation System (BAS)
  - Building Management System (BMS)
  - Energy Monitoring and Control System (EMCS)
  - Energy Management System (EMS)
  - Facility Management System (FMS)
- ရိုးရွင္းတဲ့ Control Systems ဥပမာ ေတြ ကေတာ့။
  - Domestic Water Transfer Pump Control
    - အမိုးေပၚ ကေရကန္ထဲမွာ ေရမရွိရင္ ေမာင္းတင္၊ ေရျပည့္ရင္ အလိုလိုရပ္၊
    - ေရကန္ထဲမွာ ေရနည္းရင္ (သို႔) ေရလွ်ံ ေနရင္ အခ်က္ေပး (Alarm)။
    - ေရပန္႔တစ္ခု အလုပ္မလုပ္ရင္ ေနာက္တစ္ခု အလိုလို အစားဝင္၊
    - သာမန္ အေျခအေန မွာ မီတာခ သက္သာ တဲ့ ညအခ်ိန္ Timer ေပးထားၿပီး ေရမျပည့္မခ်င္း ေမာင္းတင္တာ၊ ျပည့္သြားရင္ အလိုလို ရပ္
  - Drainage Sump Pump Control
    - ေရဆိုးကန္၊ မိုးေရကန္ ေရျပည့္ရည္ အလိုလို ေမာင္းထုတ္။
    - ေရလွ်ံ ေနရင္ အခ်က္ေပး
  - Fire Pump Control
    - အေရးေပၚ မီးအေျခအေန မွာ မီးသတ္ေရပန္႔ အလိုလို ေမာင္း။
    - မီးလွန္႔ Fire Alarm Activate လုပ္။
- ဒီလို Control မ်ိဳးက Central BAS နဲ႔ မတြဲပဲလည္း Control Panel ကေန တိုက္ရိုက္ ထိန္းလို႔ ရပါတယ္။ Central BAS နဲ႔ တြဲခ်င္ရင္ေတာ့ Controller နဲ႔ Contact Point ေပးရပါလိမ့္မယ္။
- HVAC လို Environment Control လုပ္ဘို႔ လိုအပ္လာတဲ့ အခါ မွာ ေတာ့ ရိုးရိုးရွင္းရွင္း ကေန ပိုမို ရႈတ္ေထြး သိမ္ေမြ႕ တဲ့ Control System ေတြ လိုအပ္လာပါတယ္။
- Building MEP Services ေတြျဖစ္ၾကတဲ့ HVAC Systems, Plumbing Systems, Fire Protection and Life Safety Systems, Lighting, Power နဲ႔ Security System ေတြ ကို controls and monitors လုပ္ႏိုင္မဲ့ computer-based control system ေတြ ကို BAS (သို႔) BMS လို႔ ေခၚဆိုေလ့ ရွိၾကပါတယ္။
- အေရးေပၚ အေျခအေန မွာ သူ႔အလိုလို အလုပ္လုပ္တာ၊ တာဝန္ရွိတဲ့ သူေတြ ဆီ SMS (သို႔) email ပို႔ အေၾကာင္းၾကား တာ၊ အေရးေပၚ ေၾကျငာခ်က္ေတြ ကို ႀကိဳတင္ အသံသြင္းထားတဲ့ အတိုင္း ထုတ္လႊင့္တာေတြ ပါ ထည္႔သြင္းေပးႏိုင္ ပါေသးတယ္။
- တင္းက်ပ္တဲ့ Stringent Environment Control Conditions နဲ႔ Utilities Systems ေတြ အမ်ားႀကီး ပါဝင္တဲ့ Electronic / Pharmaceutical Factories ေတြ မွာေတာ့ ဒီ Building Control Systems က အဆေပါင္း မ်ားစြာ ပိုမိုသိမ္ေမြ႕၊ ပိုမို ရႈတ္ေထြး တာမို႔ Facility Management System (FMS) လို႔ ေခၚဆို ၾကပါတယ္။
- စာေရးသူ ပါဝင္ေဆာက္လုပ္ခဲ့ ဘူးတဲ့ Electronic Factory တစ္ခုက ပထမဆံုး Phase 1 မွာ Cleanroom အတြက္ ULPA Filter တပ္ဆင္ထားတဲ့ FFU (Fan Filter Units) အလံုး 3,600 တပ္ဆင္ ရပါတယ္။ တစ္လံုးစီ က လိုအပ္ခ်က္ အတိုင္း Air Flow Velocity ရေစဘို႔ တစ္ခုခ်င္း Speed (rpm) ညွိေပးရပါတယ္။ ဒါကို အစမွာ manually setup လုပ္လို႔ ရေပမဲ့ တကယ္တန္း operate လုပ္တဲ့ အခါမွာ FMS မပါရင္ ဘယ္လို မွ ခရီးတြင္မွာ မဟုတ္ပါဘူး။
- ဒီ FMS လိုပဲ သိမ္ေမြ႕နက္နဲ ႏိုင္တဲ့ Industrial Control / Automation Systems ေတြနဲ႔ Process Control Systems ေတြလည္း ရွိပါေသးတယ္။ ( စာေရးသူ မွာ ဒီ အျခား Control Systems နဲ႔ပတ္သက္ၿပီး NUS မွာ MSc. တက္တုန္းက စာေတြ႔ သင္ယူ ေလ့လာခဲ့ ဘူးေပမဲ့ အေတြ႕အၾကံဳ ေတာ့ မရွိေသးပါဘူး။ )
- Back to Top -
BAS Points Schedule and Control Strategies
- Building Engineer ေတြ သိထားသင့္တဲ့ BAS အေျခခံ ေတြ ကေတာ့
  1. BAS Points Schedule
    - Input / Output
    - Digital / Analog
  2. Control Strategies (Control / Monitor / Alarms)
1. BAS Points Schedule
  - အေျခခံ အေနနဲ႔ ေျပာေလ ့ရွိတာက BAS Points Schedule ပါ။ DI (Digital Input), DO (Digital Output), AI (Analog Input), AO (Analog Output) စသည္ျဖင့္ ေတြ႕ႏိုင္ပါတယ္။ ရခ်င္တဲ့ Control Strategies ကို လိုက္ၿပီး လိုအပ္တဲ့ points အေရအတြက္ ကို သတ္မွတ္ရပါတယ္။
  - Input or Output : Control Terminal Box ဘက္ ကေန ၾကည့္ ၿပီး အဝင္အထြက္ ကို ေခၚတာပါ။
    - Output: Control System ကေန Equipment ဆီကို ထြက္ရင္ Output, ဒါကို Command Signal လို႔ ေခၚႏိုင္ပါတယ္။
    - Input: Equipment / Instruments ထဲကေန Control System ထဲကို ဝင္လာရင္ Input ပါ။ ဒါကို Status Signal လို႔ ေခၚႏိုင္ပါတယ္။
  - Digital (Binary) or Analog :
    - Digital : Two Position (either 0 or 1) 0 နဲ႔ 1 တစ္ခုခု ပဲ ျဖစ္ႏိုင္တာ မို႔ Digital လို႔ ေခၚတာပါ။ တစ္ခါတစ္ရံ Binary လို႔လည္း ေခၚတတ္ၾကပါေသးတယ္။
    - Angalog : Any Position (from 0 to 1), 0 ကေန 100% အတြင္း Any Value ကို သတ္မွတ္ ႏိုင္တာမို႔ Analog လို႔ ေခၚတာပါ။
  - DO (Digital Output) : Equipment တစ္ခုခု ကို စဘို႔၊ ရပ္ဘို႔ (သို႔) Actuator တစ္ခုခု ကို အဖြင့္အပိတ္ (အျပည့္ဖြင့္၊ အျပည့္ပိတ္) လုပ္ခိုင္း ႏိုင္တဲ့ Command Signal ပါ။
    - On / Off (Sometimes called Start / Stop) : Equipments
    - Open / Close [ Fully Open / Fully Close ] : Motorized Actuators, Valve, Dampers
  - AO (Analog Output) : Equipment တစ္ခုခု ရဲ့ လည္ပတ္ႏႈန္း (rpm) ကိုထိန္းဘို႔၊ (သို႔) Actuator တစ္ခုခု ကို (အျပည့္ဖြင့္၊ အျပည့္ပိတ္ တင္ မဟုတ္ပဲ) လိုခ်င္တဲ့ ေနရာ အလိုက္ အဖြင့္အပိတ္ Modulating လုပ္ခိုင္း ႏိုင္တဲ့ Command Signal ပါ။
    - Modulating Control : Motorized Actuators, Valve, Dampers
    - Speed Control : Variable-Frequency Drive(VFD) [ VFDs are also know as Adjustable-Frequency Drives (AFD), Variable-Speed Drives (VSD), AC drives, Microdrives or Inverter drives.]
    - Capacity Control : Thermistor Controlled Electric Heater
  - DI (Digital Input) : ျဖစ္ႏိုင္ေခ် ရွိတဲ့ Condition ႏွစ္ခု အနက္ က ဘယ္တစ္ခု ျဖစ္ေနသလဲ ဆိုတဲ့ Status ကို Feedback ေပးလာတဲ့ Status Signal Point ပါ။ သိခ်င္တဲ့ Equipment တစ္ခု လည္ေနလား ၊ ရပ္ေနလား၊ ဒါမွမဟုတ္ မလည္ႏိုင္ပဲ Trip ျဖစ္ေနသလား။ Actuator က ပြင့္ေနသလား၊ ပိတ္ေနသလား။ Differential Sensor (Pressure, etc.) တစ္ခုခု လိုတဲ့ အေနအထား ရၿပီလား၊ Control Panel က Auto Mode စတဲ့ အေျခအေန ေတြ ကို ေပးတာပါ။
    - On / Off Status : Equipments, Differential Pressure Switch, etc.
    - Open / Close Status : Motorized Actuators, Valve, Dampers
    - Trip Status : Equipments
    - Operating Mode : Auto/Off/Manual Switch Modes, Local / BAS Control Mode, etc.
    - Water Level: Water Tank High Level, Low Level (Pump Stop), Pump Start Level, etc.
    - Alarm: Fault Alarm, System High Pressure, Low Pressure, Water Tank Extra High Level (Overflow), Extra Low Level (Empty), etc.
    - Pulse Input: Water Meter / Gas Meter / BTU meter, etc.
  - AI (Analog Input ) : သိခ်င္တဲ့ အေျခအေန Status Signal ေတြ ကို Sensor / Transmitter / transducer ေတြကေန ယူတာပါ။ ဒီ Input ေတြ က ရတဲ့ အေျခအေန တန္ဘိုး ေတြ ကို မူတည္ ၿပီး ဘယ္လို Control လုပ္မယ္ ဆိုတဲ့ Control Strategies ေတြ ကို သတ္မွတ္ရပါတယ္။ ဥပမာ ေတြ ကေတာ့။
    - Temperature : Space, Supply / Return Air, Chilled Water, Hot Water, etc.
    - Humidity : Room, Supply Air
    - Pressure : Air System, Water Systems, Compressed Gas, etc.
    - Differential Pressure : Air System, Water Systems, etc.
    - Flowrate : Air System, Water Systems, etc.
    - Ampere : Equipment Power Usage
    - Speed : Variable-Frequency Drive (VFD), etc.
    - Lighting Illuminance Level (lux)
    - Indoor Air Quality Sensors : CO Sensors, CO2 Sensors, etc.
    - PH : Industrial Discharged Water, Industrial Exhausts, etc.
  - Analog Input ထဲမွာ Voltage, Current, Thermistor (Resistance) ဆိုၿပီး Input သံုးခု ရွိတဲ့ အနက္ အခ်ိဳ႕ Controllers ေတြမွာ Thermistor Inputs, TI ကို သီးသန္႔ခြဲ သတ္မွတ္ တာလည္း ရွိပါတယ္။ Thermistor Input ေတြက အမ်ားအားျဖင့္ Temperature ျဖစ္ေလ့ရွိပါတယ္။ (A thermistor is a type of resistor whose resistance varies with temperature.) အခ်ိဳ႕ Controllers ေတြကေတာ့ Analog Input တစ္မ်ိဳးမ်ိဳးသာ မက Digital Input ကိုပါ လက္ခံ ႏိုင္တဲ့ Universal Inputs, UI ဆိုၿပီးလည္း ေပးတတ္ပါတယ္။ Point Schedule မွာေတာ့ ဒါေတြ ကို ( ေဖာ္ျပဘို႔မလိုအပ္တာမို႔ ) ေဖာ္ျပေလ့ မရွိပါဘူး။
  - HL (High Level Interface) : Chillers ေတြ လို တကယ့္ Advanced Control System ပါၿပီးသား Equipments ေတြ ကေတာ့ HL (High Level Interface) နဲ႔ တိုက္ရိုက္ Communicate လုပ္ႏိုင္ပါတယ္။ သတိထား ရမွာ က Communication Protocol နဲ႔ Network Cabling Standard ပါပဲ။
2. Control Strategies
  - Building Owner ေတြနဲ႔ Operator ေတြက စိတ္ခ်ၿပီး လြယ္လြယ္ကူကူ သံုးစြဲ ထိန္းသိမ္း ႏိုင္မဲ့ Control Systems ေတြကို ပဲ လိုခ်င္ပါတယ္။ ဒါေၾကာင့္ designer က Control System အတြက္ လိုအပ္တဲ့ အခ်က္အလက္ ေတြ ကို ေပးရပါမယ္။ အဲဒါေတြကေတာ့
    - Control Sequence of Operation
    - A Control Schematics
    - Diagram showing interaction between various parts of the system
    - Commissioning Instruction
    - A maintenance checklist
  - Building Owner က ဘယ္အဆင့္အထိ Control (သို႕) Monitor လိုခ်င္တာလဲ။ Allowable Tolerance ဘယ္ေလာက္ အတိုင္းအတာအတြင္း တိတိက်က် ရခ်င္တာလဲ ဆိုတာေတြ ေပၚမူတည္ၿပီး စဥ္းစားရပါတယ္။ စဥ္းစားရမဲ့ အဆင့္ေတြ ကေတာ့၊
    - Simple Monitoring
    - Space Environmental Control (Temperature, Humidity, Pressure, Cleanliness, etc.)
    - Scheduled (Timer) Control
    - Data Acquisition
    - Equipment Performance Control, Sequencing, Loading
    - Energy Usage Monitor and Optimization
    - Control Optimization: Static or Dynamics
  - Local Loop (or) Supervisory Control ?
    - Lower Level Local-Loop Control ဆိုတာက သိပ္ၿပီး ရႈတ္ရႈတ္ေထြးေထြး မရွိလွတဲ့ Domestic Water Pumps, Drainage Pumps, Room FCU ေတြ ကို အမ်ားအားျဖင့္ Lower Level Local-Loop Control နဲ႔ ထိန္းႏိုင္ပါတယ္။ Single Set point ထားၿပီး actuator နဲ႔ ပဲ အတိုးအေလွ်ာ့ လုပ္ေပးၿပီး ထိန္းတာပါ။ (ဥပမာ။ ။ Chilled Water FCU ရဲ့ Supply Air Temperature ကို ထိန္းဘို႔ Chilled Water Control Motorized Valve ကို လိုအပ္သလို အဖြင့္အပိတ္ လုပ္ေပးခိုင္းတာ မ်ိဳးပါ။)
    - Upper Control Level ျဖစ္တဲ့ Supervisory (or Remote) Control ကေတာ့ လိုအပ္သလို set points ေျပာင္းတာ၊ အခ်ိန္အလိုက္ အလုပ္လုပ္ေစမဲ့ time-dependent modes of operation ထားတာ, Control Optimization လုပ္တာ နဲ႔ Data Acquisition လို႔ေခၚတဲ့ အခ်က္အလက္ ေတြ စုေဆာင္း တာေတြ ကို ပါရႏိုင္ပါတယ္။
  - Control (and/or) Monitor ?
    - Control (and/or) Monitor ဘယ္လို လုပ္ခ်င္တာလဲ။
    - Remote On/Off Control လိုအပ္သလား၊ လိုအပ္ရင္ On/Off နဲ႕တင္ လံုေလာက္သလား၊ ဒါမွမဟုတ္ ဘယ္ေလာက္ အဆင့္အထိ ထိန္းခ်ဳပ္ဘို႔ လိုအပ္သလဲ။ ဒီလို Control လုပ္ဘို႔ အနည္းဆံုး ဘယ္ Data ေတြ လိုအပ္သလဲ။ ေနာက္ထပ္ ဘယ္ Data ေတြ ကို လိုခ်င္ေသးလဲ။
    - Monitor ဆိုရင္လည္း အနည္းဆံုး ဘယ္ Data ေတြ ကို လိုခ်င္တာလဲ။ ဘာ Status ေတြ ကို Monitor လုပ္ခ်င္တာလဲ။ In Operation လည္ေန မေန (On/Off Status) ကိုသိခ်င္သလား။ အျခားဘယ္ Operating parameter ေတြရဲ့ အေျခအေန ကိုသိခ်င္သလဲ။ Alarm ဆိုရင္ Specific လား ဒါမွမဟုတ္ General လား။ (ဥပမာ။ ။ Water Pumps အတြက္ Water Tank Empty, Water Tank Overflow, Pump Trip, No Flow တစ္ခုခ်င္းစီ ကို BAS ကေန သိခ်င္သလား၊ ဒါဆိုရင္ 4 points လိုမယ္။ ဒါမွမဟုတ္ ဒီေလးခုထဲ က ဘယ္ Alarm ပဲျဖစ္ျဖစ္ General Alarm ကို Trigger လုပ္ေပးမယ္ ဆိုရင္ေတာ့ 1 point ပဲလိုမယ္ စသည္ျဖင့္ပါ။)
  - Control Optimization:
    - Control Optimization လိုခ်င္သလား။ လိုခ်င္ရင္ Static Optimization နဲ႔ Dynamic Optimization ႏွစ္ခုထဲက ဘယ္အမ်ိဳးအစား ကို လိုခ်င္တာလဲ။
  - စသည္ျဖင့္ လားေပါင္း၊ လဲေပါင္း မ်ားစြာ ကို အေျဖရွာရပါတယ္။
  - ဒီအေျခခံ ေတြ ကို ရၿပီဆိုရင္ေတာ့ ပိုၿပီး အေသးစိတ္ သတ္မွတ္ဘို႔ အမ်ားအားျဖင့္ BAS specialist နဲ႔ လည္း ေသေသခ်ာခ်ာ ေဆြးေႏြး ညွိႏိႈင္း ရပါတယ္။
  - Energy Efficiency လိုခ်င္လို႔ Optimization လုပ္တဲ့ အခါ Sensor ေတြ Controller ေတြ အမ်ားႀကီး ထပ္တတ္ ရတတ္ပါတယ္။ တစ္ခါတစ္ရံ ေပါ့ေစခ်င္လို႔ ေၾကာင္ေဆးထိုး၊ ေဆးအတြက္ေလး ဆိုတာ လို ေငြလည္းပိုကုန္၊ Energy ပိုစား တာလည္း ျဖစ္တတ္ ပါေသးတယ္။
- Back to Top -
Control Fundamentals
1. Terminology
2. Feedback-Control Example
3. Type of Control Action
4. Control Components
  1. Controlled Devices
  2. Sensors
  3. Controllers
5. Communication Networks for BAS
6. Specifying DDC System
1. Terminology
  Control Systems မွာသံုးတဲ့ Terminology အခ်ိဳ႕ ကို ASHRAE Handbook ကေန ေကာက္ႏုတ္ ေဖာ္ျပ ေပးထားပါတယ္။
  - A closed loop or feedback control measures actual changes in the controlled variable and actuates the controlled device to bring about a change. The corrective action may continue until the variable is brought to a desired value within the design limitations of the controller. Every closed loop must contain a sensor, a controller, and a controlled device.
  - The sensor measures the controlled variable and transmits to the controller a signal (pneumatic, electric, or electronic) having a pressure, voltage, or current value related by a known function to the value of the variable being measured.
  - The controller compares this value (the sensor's signal) with the desired set point and regulates an output signals to the controlled device for corrective action. A controller can be hardware or software. A hardware controller is an analog device (e.g., thermostat, humidistat, pressure control) that continuously receives and acts on data. A software controller is a digital device (e.g., digital algorithm) that receives and acts on data on a sample-rate basis.
  - The controlled device is typically a valve, damper, heating element, or variable-speed drive. It is the component of a control loop used to vary the input (controlled variable).
  - The set point is the desired value of the controlled variable. The controller seeks to maintain this set point. The controlled device reacts to signals from the controller to vary the control agent.
  - The control agent is the medium manipulated by the controlled device. It may be air or gas flowing through a damper; gas, steam, or water flowing through a valve; or an electric current.
  - The process is the HVAC apparatus being controlled, such as a coil, fan, or humidifier. It reacts to the control agent’s output and effects the change in the controlled variable.
  - The controlled variable is the temperature, humidity, pressure, or other condition being controlled.
2. Feedback-Control Example
  - Closed Loop Or Feedback Control တိုင္းမွာ sensor, controller နဲ႔ controlled device ဆိုတဲ့ Basic Elements သံုးခု က မရွိမျဖစ္ ပါဝင္ရပါတယ္။ နမူနာ တစ္ခု အေနနဲ႔ ရိုးရိုးရွင္းရွင္း Simple Heating Coil Control ကို ေအာက္မွာ ေဖာ္ျပ ေပးထားပါတယ္။
  - ပထမ Sensor က Controlled Variable ကို Sense လုပ္ပါတယ္။ ဒီနမူနာ မွာ Controlled Variable က Duct ထဲက ေလရဲ့ အပူခ်ိန္ Air Temperature ျဖစ္ပါတယ္။
  - Controller က ဒီ Measured Value ကို လိုခ်င္တဲ့ (ခ်ိန္ထားတဲ့) Setpoint နဲ႔ ႏိႈင္းယွဥ္ၾကည့္ပါတယ္။ ဒီ နမူနာ မွာ ဆိုရင္ Measured Temperature ကို လိုခ်င္တဲ့ (ခ်ိန္ထားတဲ့) Setpoint Temperature နဲ႔ ႏိႈင္းယွဥ္ၾကည့္ပါတယ္။
  - ဒီ Setpoint နဲ႔ တိုင္းလို႔ရတဲ့ Temperature ႏွစ္ခု ကြာျခားခ်က္ difference ကို Error လို႔ေခၚပါတယ္။
  - ဒီ Error ေပၚမူတည္ၿပီး Controller က သူ႔ရဲ့ Output Signal ကို တြက္ခ်က္ ၿပီး ထုတ္ေပးပါတယ္။ ဒီ နမူနာ မွာေတာ့ Output က Controlled Device ျဖစ္တဲ့ valve ကို modulate (ထိန္းခ်ဳပ္) ၿပီး steam flow ကိုထိန္းခ်ဳပ္ျခင္း ျဖင့္ ထြက္လာတဲ့ Air Temperature ကို ေျပာင္းလဲ ေစပါတယ္။ ဒီနည္း နဲ႔ လိုခ်င္တဲ့ Air Temperature ရေအာင္ Control လုပ္ယူရတာ ျဖစ္ပါတယ္။
  - ဒီ Control Loop ကို ေအာက္မွာ နမူနာ ျပထားတဲ့ Block Diagram နဲ႔ ျပသ လို႔ရပါတယ္။ ( Matlab နဲ႔ Simulink လို႔ေခၚတဲ့ Software မွာ ဒီလို Block Diagram မ်ိဳး ေတြ ဒီဇိုင္း လုပ္ၿပီး Simulation လုပ္ လို႔ ရတာ မွတ္မိပါတယ္။ )
  - ဒီ လို လိုခ်င္တဲ့ အေျခအေန ကို ရေအာင္ ထိန္းခ်ဳပ္တာ က ခ်က္ျခင္း ေျပာင္းတာ မ်ိဳးမဟုတ္ပါဘူး။ Time Lag လို႔ ေခၚတဲ့ အခ်ိန္ ေနာက္က် တာ ရွိပါတယ္။ Modulate လုပ္ဘို႔ လည္း အခ်ိန္လိုပါတယ္။ Controlled Variable ရဲ့ တန္ဘိုးေျပာင္း ဘို႔လည္း အခ်ိန္ယူရပါတယ္။ Sensor ေတြ ကလည္း Controlled Variable ေျပာင္းေျပာင္းခ်င္း Response ရတာ မဟုတ္ျပန္ပါဘူး။ ဒါေၾကာင့္ Control Loop Performance ေတြ က ဒီ Time Lag ေတြ ေပၚ အမ်ားႀကီး မွီပါတယ္။ ဒီဇိုင္း လုပ္တဲ့ အခါ ဒီ Time Lag ေတြ ျဖစ္တဲ့ Sensor Response Time, Dead Time, Time Constant, First Order Lag စတဲ့ အေျခအေန ေတြ ကို ထည့္သြင္း စဥ္းစားေပးရပါတယ္။
3. Type of Control Action
  1. Two-Position Action (Action related to Binary Output)
    - ဖြင့္တာ ပိတ္တာ ကို Controlled Variable ရဲ့ Input ကိုမူတည္ ၿပီး Controller Differential တစ္ခု ကို သတ္မွတ္ ရပါတယ္။ ဥပမာ အခန္းရဲ့ Temperature ကို Control လုပ္ဘို႔ FCU ရဲ့ Cooling Coil ကို အဖြင့္ အပိတ္ နဲ႔ ထိန္းမယ္ ဆိုရင္ Temperature က Low Temperature ထိရင္ Valve ကို ပိတ္မယ္။ High Temperature ကို ထိရင္ Valve ကို ဖြင့္မယ္ စသည္ျဖင့္ပါ။ သူ႔ရဲ့ သဘာဝ ကို ေအာက္မွာ ေဖာ္ျပေပးထား ပါတယ္။
  2. Modulating Control (Action related to Analog Output)
    - Modulating Control မွာ Controller's Output က သူ႔ entire range အတြင္း လိုအပ္သလို ေျပာင္းလဲႏိုင္ပါတယ္။ သံုးေလ့ရွိတဲ့ Term အခ်ိဳ႕ကို ေအာက္မွာ ေဖာ္ျပေပးထားပါတယ္။
      - Throttling Range : Controller က Controlled Device ရဲ့ အနည္းဆံုး ေနရာ နဲ႔ အမ်ားဆံုး ေနရာ ႏွစ္ခု ၾကားကို ေရႊ႕ေပး ႏိုင္ဘို႔ လိုအပ္တဲ့ Controlled Variable ထဲမွာ ေျပာင္းဘို႔ လိုအပ္တဲ့ အတိုင္းအတာ ကို ေခၚတာ ျဖစ္ပါတယ္။ ဥပမာ Temperature ကို ±5 ºC အတြင္း ထိန္းမယ္၊ +5 ºC ဆိုရင္ Valve 100% open, -5% ဆိုရင္ Valve လံုးလံုး closed ဆိုရင္ Temperature ေျပာင္းရင္ Valve က 100% ေျပာင္းပါတယ္။ ဒီ 10 ºC ကို Throttling Range လို႔ေခၚပါတယ္။
      - Control Pointဆိုတာက ေတာ့ Instrument က Control လုပ္ေနတဲ့ Controlled Variable ရဲ့ တကဲ့ တန္ဘိုး actual value ျဖစ္ပါတယ္။ ဒါက System Load အေျပာင္းအလဲ နဲ႔ အျခား variables ေတြ ေပၚမူတည္ ၿပီး Controller ရဲ့ Throttling Rangeအတြင္းမွာ ေျပာင္းလဲ ေနရတာ ျဖစ္ပါတယ္။
      - Offsetဆိုတာကေတာ့ set point နဲ႔ actual control point ၾကား ကြာေနတဲ့ error ကို ေခၚတာ ျဖစ္ပါတယ္။ Sensor ေတြမွာ လည္း တကယ့္တန္ဘိုး နဲ႔ Signal ၾကားမွာ ကြာျခားခ်က္ ရွိႏိုင္ပါတယ္။ ဒါကို လည္း Offset လို႔ေခၚပါတယ္။
    - သံုးေလ့ရွိတဲ့ Modulating Control ေတြ ကေတာ့
      1. Proportional Control
      2. Proportional-integral (PI) Control
      3. Proportional–Integral–Derivative controller (PID controller)
      4. Adaptive Control
      5. Fuzzy Logic
    - Proportional Control မွာ error ကိုပဲ အေျခခံ ၿပီး Output ကို အေျပာင္းအလဲ လုပ္ေပးႏိုင္ပါတယ္။ PI နဲ႔ PID Control ကေတာ့ အခ်ိန္ႏွစ္ခု ၾကားေျပာင္းတဲ့ ႏႈန္း ကိုပါ ထည့္သြင္း စဥ္းစား ထားေပးပါတယ္။
    - Building Automation မွာ သံုးေလ့ရွိတာ က Proportional Control နဲ႔ Proportional-integral (PI) Control ေတြပါ။
    - Adaptive Control ဆိုတာကေတာ့ Process ရဲ့ Dynamic Characteristics ေျပာင္းလဲမႈ ေပၚမူတည္ ၿပီး Controller က Parameter ေတြ ကို adjusts (ညွိ) ေပးပါတယ္။
    - Fuzzy Logic ဆိုတာကေတာ့ အေျခအေန တစ္ခု မွာ human operator ဘယ္လို response လုပ္မွာလဲ ဆိုတဲ့ "if-then" rules ေတြ ကိုသတ္မွတ္ၿပီး ထိန္းတာပါ။
  3. Combinations of Two-Position and Modulating
    - အခ်ိဳ႕ Control Loop ေတြ မွာေတာ့ Two-Position Components သံုးၿပီး Modulating response နီးပါးရေအာင္ လုပ္ယူႏိုင္တာ ေတြ႕ရပါတယ္။
      - Timed Two-Position Control
      - Floating Control
      - Incremental Control
      ဒီနည္း နဲ႔ ထိန္းတဲ့ အခါ Modulating Valve နီးပါးရတယ္ ဆိုေပမဲ့ ထိန္းရတာ က နဲနဲခက္ပါတယ္။ Chilled Water သံုးရတဲ့ စနစ္မွာ ဒီလို Valve ဖြင့္ပိတ္လုပ္တဲ့ အခါ Temperature Control မွာ မဆိုးလွေပမဲ့ Humidity Control ကေတာ့ ခက္ပါတယ္။
4. Control Components
  1. Controlled Devices
    - Valve/Damper ေတြမွာရိွတဲ့ Flow Characteristics ေတြကို အထိုက္အေလ်ာက္ သိဘို႔ ႀကိဳးစားသင့္ပါတယ္။ Opening Percentage နဲ႔ Flowrate က Linearly တိုက္ရိုက္ အခ်ိဳးက် ျဖစ္ေလ့မရွိလို႔ပါ။ ဖြင္႔တာ အေႏွးအျမန္ ကို လိုက္ၿပီးလည္း ေျပာင္းႏိုင္ပါေသးတယ္။ Controlled Devices ေတြေရြးခ်ယ္တဲ့ အခါ အဖြင့္အပိတ္ အေႏွးအျမန္ (Stroke Time), ေရရွည္သံုးဘို႔ ယံုၾကည္ စိတ္ခ်ရ မခ်ရ နဲ႔ အျခား Parameter ေတြကို ကိုယ္သံုးမဲ့ application နဲ႔ သင့္ေတာ္မေတာ္ ႏိႈင္းခ်ိန္ ၾကည့္သင့္ပါတယ္။ သံုးမဲ့ Controller နဲ႔ ကိုက္ညီ (Compatible) ျဖစ္ဘို႔လည္း လိုအပ္ပါတယ္။ Status Feedback ေပးႏိုင္တဲ့ Controlled Devices ေတြ က ပိုၿပီး ကုန္က် ေပမဲ့ Controller အထြက္နဲ႔ တကဲ့ အေျခအေန ကို ေပးႏိုင္တာမို႔ အေရးႀကီး တဲ့ Application မွာ သံုးသင့္ပါတယ္။
    - အေသးစိတ္ ကို လိုအပ္တဲ့ အခါ စာဖတ္သူ ကိုယ္တိုင္ ရွာေဖြေလ့လာ ေစခ်င္ပါတယ္။
  2. Sensors
    Sensor ေတြ ေရြးခ်ယ္တဲ့ အခါ စဥ္းစားရမဲ့ အခ်က္ေတြ ကေတာ့
    - Operating range of controlled variable- သံုးမဲ့ အေျခအေန နဲ႔ ကိုက္ညီတဲ့ သင့္ေတာ္တဲ့ Signal ကိုထုတ္ေပးႏိုင္ရပါမယ္။ အနီးစပ္ဆံုး Range ကိုေရြးခ်ယ္ဘို႔ လိုအပ္ပါတယ္။
    - Compatibility of controller input– Controller လက္ခံႏိုင္တဲ့ electronic signal ကို ထုတ္ေပး ႏိုင္ရပါမယ္။ ဥပမာ ေျပာရရင္ industry standard signal ေတြျဖစ္တဲ့ 4 to 20 mA or 0 to 10 V (dc) လိုမ်ိဳးပါ။
    - Accuracy and repeatability- အခ်ိဳ႕ Control Applications ေတြမွာ controlled variable က လိုခ်င္တဲ့ desired set point အနားမွာ ကပ္ေနတတ္ပါတယ္။ [ ဥပမာ Temperature ± 1.1 ºC (± 2 ºF) RH ± 5% ဆိုတာမ်ိဳးပါ။] ဒီအေျခအေန မွာ သူ႔ထက္ တိက်တဲ့ Accuracy လိုလာပါတယ္။ Temperature Sensor က အနည္းဆံုး ± 0.5 ºC ေလာက္မွ မရႏိုင္ရင္ Temperature Control ± 1.1 ºC လုပ္ဘို႔ မျဖစ္ႏိုင္ပါဘူး။ ဒီလိုပဲ RH Control ± 5% ရဘို႔ ဆိုရင္ Sensor Accuracy က ± 2% ေလာက္အတြင္း ျဖစ္ေနဘို႔ လိုအပ္ပါတယ္။ Sensor Accuracy က လည္း အၿမဲတန္း ၿငိမ္ေနတာ လည္း မဟုတ္ပါဘူး (အထူးသျဖင့္ Humidity Sensor)။ ဒါေၾကာင့္ လိုအပ္သလို re-calibrate လုပ္ဘို႔လည္း လိုအပ္ တတ္ပါေသးတယ္။ Sensor Accuracy က အရမ္းေကာင္း ေနရင္ေတာင္မွ ေအာက္မွာေပးထားတဲ့ အခ်က္ေလးခ်က္ က တစ္ခ်က္ခ်က္ နဲ႔ ညိရင္ Set point ကိုထိန္းထားဘို႔ မလြယ္ပါဘူး။
      1. the controller is unable to resolve the input signal,
      2. the controlled device cannot be positioned accurately,
      3. the controlled device exhibits excessive hysteresis, or
      4. disturbances drive its system faster than the controls can regulate it.
    - Sensor response time- sensor/transducer ေတြနဲ႔ သက္ဆိုင္တဲ့ response curve က controlled variable ေျပာင္းတာနဲ႔လိုက္ၿပီး Sensor Output ဘယ္လိုေျပာင္းတယ္ ဆိုတာ ကို ျပပါတယ္။ Process ရဲ့ Time Constant က နည္းတယ္ဆိုရင္ Fast response time ရွိတဲ့ sensor ကိုသံုးရပါမယ္။
    - Control agent properties and characteristics– Sensor ထည့္ထားရမဲ့ ေနရာ က Control Agent (ေလ၊ ေရ၊ Fluid စသည္။) က Sensor ကို စား (corroded) ပ်က္စီးေစမယ္။ ဒါမွ မဟုတ္ Sensor ရဲ့ performance ကိုေလ်ာ့က်ေစမယ္ ဆိုရင္ ဒီ Control Agent နဲ႔ တိုက္ရိုက္ မထိလို႔ ရတဲ့ ေရြးခ်ယ္စရာ (သို႔) ဒါဏ္ခံႏိုင္တဲ့ အျခား Sensor ကိုေရြးခ်ယ္ရပါလိမ့္မယ္။
    - Ambient environment characteristicsပတ္ဝန္းက်င္ အေျခအေန ေတြ (ဥပမာ Temperature & Humidity အေျပာင္းအလဲ) က Sensor ရဲ့ accuracy ကို မထိခုိက္ေစဘို႔ သတိျပဳရပါမယ္။ ဒီလိုပါပဲ အျခား ဓာတ္ေငြ႕ နဲ႔ Chemical ေတြ၊ electromagnetic interference (EMI) ေတြ ကလည္း Sensor ကို Degrade ျဖစ္ေစ၊ ထိခုိက္ ပ်က္စီး ေစႏိုင္ ပါေသးတယ္။ ဒီလို အေျခအေန ကို ကာကြယ္ဘို႔ လိုအပ္ရင္ Special Sensor or transducer housing ကိုအသံုးျပဳႏိုင္ပါတယ္။
  3. Controllers
    1. DDC (Direct Digital Control)
      - BAS မွာ အဓိက အသံုးမ်ားတာ ကေတာ့ DDC ပါ။ DDC မွာ Microprocessors နဲ႔ Firmware/Software ပါဝင္တဲ့ MicroComputer ပါဝင္ၿပီး control logic ကို ေဆာင္ရြက္ ေပးႏိုင္ပါတယ္။ သူ က Digital / Analog Input ေတြကို လက္ခံ ႏိုင္သလို ဒီအခ်က္အလက္ ေတြကို Operator သြင္းထားတဲ့ Set point နဲ႔ အျခား အခ်က္အလက္ ေတြနဲ႔ ႏိႈင္းယွဥ္ တြက္ခ်က္ၿပီး သင့္ေတာ္တဲ့ Digital / Analog Output ကို္လည္း ထုတ္ေပးႏိုင္ ပါတယ္။
      - ၿပီးေတာ့ DDC အားလံုးနီးပါး က Programmable ပါ။ လိုခ်င္တဲ့ Control Programming ကို Notebook Computer (သို႔) Handheld Units မွာ ဒီဇိုင္းလုပ္ ၿပီး Controller ထဲကို Download လုပ္ႏိုင္ပါတယ္။
      - DDC ေတြကို Stand-alone ပဲျဖစ္ျဖစ္၊ အျခား BAS system ေတြနဲ႔ network သံုးၿပီး integrate လုပ္လို႔ပဲ ျဖစ္ျဖစ္ သံုးႏိုင္ပါတယ္။ DDC ရဲ့ Advantages ေတြကေတာ့၊
        Control Sequence / Equipment ေတြ ကို Hardware မွာေျပာင္းစရာ မလိုပဲ Software ထဲမွာတင္ ေျပာင္းလို႔ရျခင္း။
        Demand Setback, reset, data logging, diagnostics နဲ႔ time-clock integration စတဲ့ features ေတြ ကို ေစ်း သက္သက္သာသာ နဲ႔ Controller ထဲကို ထည့္သြင္း ေပးႏိုင္ျခင္း။
        တိက်တဲ့ (Precise & Accurate Control) ကိုရႏိုင္ျခင္း။ (Sensor ရဲ့ Resolution နဲ႔ Analog to Digital, Digital to Analog Conversion Process ေတြရဲ့ Limit ကိုမွီတာက လြဲရင္ေပါ့ေလ။) PID နဲ႔ အျခား Control Algorithm ေတြကို Mathematically Implement လုပ္ႏိုင္ပါတယ္။
        open network သံုးလို႔ပဲ ျဖစ္ျဖစ္ proprietary (မူပိုင္) နဲ႔ပဲျဖစ္ျဖစ္ Control ေတြအခ်င္းခ်င္း ဆက္သြယ္ Communicate လုပ္ႏိုင္ ျခင္း။
        ထိန္းခ်င္တဲ့ Setpoint, Limits, Alarm Setting, Delay, Schedule ေတြ ကို Controller Memory ထဲ တစ္ခါထည့္ထားရင္ ေနာက္ထပ္ တမင္တကာ မျပင္မခ်င္း (သို႕) Controller မပ်က္မခ်င္း မေပ်ာက္မပ်က္ ရွိေနႏိုင္ ျခင္း။ (အခ်ိဳ႕ Memory ေတြ က ေတာ့ Power Supply မရွိရင္ ရက္ပိုင္းပဲ ခံတာ ျဖစ္ႏိုင္ပါတယ္။ အမ်ားစု ကေတာ့ Memory ထဲ မွာ ေရရွည္ မပ်က္မစီး တည္ရွိေနႏိုင္ပါတယ္။)
      - HVAC System ရဲ့ Control အမ်ားစု က DDC control ျဖစ္ပါတယ္။
    2. Electric/Electronic Controllers
      - အေပၚမွာ ေျပာခဲ့တဲ့ Domestic Water Transfer Pump Control လို ရိုးရွင္းတဲ့ Control အတြက္ ဒီလို Electronic Control ေတြက အသံုးက် ပါတယ္။ နမူနာ ကို ေတာ့ Omron Industrial Automation ရဲ့ Floatless Level Controller [http://www.omron-ap.com/product_info/61F/index.asp] မွာ ေလ့လာႏိုင္ပါတယ္။
    3. Pneumatic Receiver-Controllers
      - Pneumatic ဆိုတာကေတာ့ Compressed Air ကိုသံုးတဲ့ Controller ေတြပါ။ အေသးစိတ္ ကို ေတာ့ ဒီေနရာ မွာ မေဖၚျပေတာ့ပါဘူး။
    4. Thermostats
      - Thermostat ဆိုတာကေတာ့ အမ်ားသိၾကတဲ့ အတိုင္း control နဲ႔ Sensing functions ႏွစ္ခု ေပါင္းထားတဲ့ Device တစ္ခုပါ။ အမ်ားအားျဖင့္ micro-processor based ျဖစ္ၿပီး သူ႔ဟာသူ အလုပ္လုပ္ႏိုင္ပါတယ္။ အေသးစိတ္ ကို ေတာ့ မေဖၚျပေတာ့ပါဘူး။
5. Communication Networks for BAS
  1. Communication Protocol
    - Integrated Building Management System လုပ္ေတာ့မယ္ ဆိုရင္ အဓိက ေခါင္းခဲရေလ့ ရွိတာ ကေတာ့ Communication protocol ပါ။
    - System တစ္ခု နဲ႔ တစ္ခု ေကာင္းေကာင္း ဆက္သြယ္ႏိုင္ဘို႔ အတြက္ protocol တစ္ခုကို ဘာသာစကား တစ္ခု အေနနဲ႔ သံုးရပါတယ္။ ခက္တာက manufacturer အမ်ားစု က သူတို႔ကိုယ္ပိုင္ proprietary protocol ကို သံုးခ်င္ၾကပါတယ္။ အမ်ားဘံုသံုး open standards ေတြကလည္း DeviceNet, SOAP, XML, BACnet, LonWorks and Modbus စသည္ျဖင့္ အမ်ားႀကီး ရွိေနျပန္ပါတယ္။ Proprietary ကေန Open Standard ကို ေျပာင္းေပးႏုိင္တဲ့ Hardware (or) Software Module ေတြ ရွိေပမဲ့ 100% စိတ္ခ်ရတယ္ လို႔ မဆိုႏိုင္ ေသးပါဘူး။ ASHRAE Handbook ထဲမွာေတာ့ Protocol ကို classes သံုးခု ခြဲထားပါတယ္။
      1. Standard protocol. Published and controlled by a standards body.
      2. Public protocol. Published but controlled by a private organization.
      3. Private protocol. Unpublished; use and specification controlled by a private organization. Examples include the proprietary communications used by many building automation devices.
    - ဒါေၾကာင့္ Integrated Building Management System လုပ္ေတာ့မယ္ ဆိုရင္ သတိထားရမွာ က ဘယ္ Standard Protocol ကိုသံုးမွာလဲ ဆိုတာ ျဖစ္ပါတယ္။ အထူးသျဖင့္ existing building ေတြကို retrofit လုပ္ရေတာ့မယ့္ အေျခအေန မွာ Existing Control System အေၾကာင္း သိဘို႔ လိုအပ္ပါတယ္။
  2. Network Structure
    - BAS Network အမ်ားစု က Computer Network Technology ကိုသံုးစြဲေနၾကၿပီ ျဖစ္ပါတယ္။ IT backbone နဲ႔ Communication Protocol ေတြ ကို သံုးၿပီး Communication လုပ္တာပါ။ Wired ေရာ Wireless Technology ေရာ စံုေအာင္ သံုးႏိုင္ၿပီ ျဖစ္ပါတယ္။ Communication Task ေတြမွာ ပါဝင္ႏိုင္တာ ကေတာ့။
      - Data Exchange : အခ်က္အလက္ ေတြ ဖလွယ္တာ
      - Alarms and Events: ဘယ္စနစ္၊ ဘယ္ေနရာ မွားေနလဲ ဆိုတာ သတင္းေပးဘို႔၊ နဲ႔ အျခားအေျခအေန ေတြ။
      - Schedule : Equipment ေတြကို ဘယ္အခ်ိန္၊ ဘယ္လို အစီအစဥ္ နဲ႔ run မယ္ ဆိုတာ ကို စီမံခန္႔ခြဲ ႏိုင္ဘို႔
      - Trends : Data ေတြ အခ်ိန္ကာလ တစ္ခု အတြင္း ဘယ္လို ေျပာင္းသြားလဲ ဆိုတာ သိဘို႔ မွတ္ထားတဲ့ Data History ကို Trend လို႔ေခၚတာပါ။
      - Network Management : Network diagnostic and Maintenance functions, data access, security functions, etc.
6. Specifying DDC Systems
  - DDC installation ေအာင္ေအာင္ ျမင္ျမင္ ရရွိဘို႔ အတြက္ Customer ရဲ့ လိုအပ္ခ်က္ ကို ျဖည့္ဆီး ႏိုင္မဲ့ ရွင္းလင္း ျပတ္သားစြာ ေဖာ္ျပထားတဲ့ specification လိုအပ္ပါတယ္။ Specification မွာ ပါဝင္ရမွာ ေတြ ကေတာ့။
    - Descriptions of the products desired, or of the performance and features expected
    - Needed points (Points Schedule) or data objects should be listed
    - A control schematic shows the layout of each system to be controlled, including instrumentation and input/output objects and any hard-wired interlocks.
    - A sequence of operation should be provided for each system.
    ပိုၿပီး အေသးစိတ္ သိခ်င္ရင္ေတာ့ ASHRAE Guideline 13. ASHRAE (2005) ကိုေလ့လာပါ။
- Back to Top -
Control Examples
- ေနာက္ လာမဲ့ Post ေတြ မွာ တစ္ခုခ်င္း ေဖာ္ျပေပးသြားမွာ ျဖစ္ပါတယ္။
- ေရးသားေပး ထားၿပီးတာ ေတြ ကေတာ့
  1. Chilled Water Fan Coil Units
- Back to Top -
References
1. "Fundamental of Control", Chapter 7, ASHRAE Handbook: Fundamentals, 2009.
2. "Design and Applications of Controls", Chapter 46, ASHRAE Handbook: HVAC Applications, 2007.
3. "Controls", Chapter 10, Air-Conditioning Systems Design Manual, ASHRAE, 1993.
4. Standard Protocols
5. BAS System Providers
6. Electronic Controllers
  1. Omron Industrial Automation : Floatless Level Controllers
    [ http://www.omron-ap.com/product_info/61F/index.asp ]
7. Wiki References

Monday, September 7, 2009

Automatic Control Systems in Buildings

No comments:

Download Zawgyi-One Font

Content (မာတိကာ)

Labels

About Me

အသိေပးခ်က္၊