Lời mở đầu Đặt vấn đề: Ngày nay, việc xây dựng những tòa nhà cao tầng làm công sở , trung tâm thương mại, khách sạn … ngày càng trở nên phổ biến. Trong khi đó quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đang được được áp dụng trên mọi lĩnh vực trong sản xuất cũng như trong đời sống. Giải pháp kết hợp hệ thống các thiết bị cơ điện sử dụng trong tòa nhà với công nghệ tự động hóa nhằm đem lại khả năng tự hoạt động ( Hệ thống thông gió, hệ thống chiếu sáng… đã không còn mới mẻ nữa. Làm thế nào để quản lí và điều hành toàn bộ hệ thống thiết bị trong tòa nhà khổng lồ mà không cần sử dụng đến hàng trăm nhân viên mà lại cho phép nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa sử dụng năng lượng của tòa ấy? Các hệ thống tự động hóa tòa nhà đã ra đời để giải quyết bài toán này. Khái niệm Hệ thống tự động hóa tòa nhà (Building Managerment system-BMS) là một hệ thống đồng bộ cho phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trong toà nhà như hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hoà thông gió, cảnh báo môi trường, an ninh, báo cháy - chữa cháy v.v…, đảm bảo cho việc vận hành các thiết bị trong tòa nhà được chính xác, kịp thời. Một tòa nhà quản lí tự động được gọi là thông minh nếu có tất cả các tính năng về báo động và giám sát, hệ thống quản lí năng lượng, hệ thống thông tin và truyền thông (tương ứng với những chỉ tiêu tiện nghi, an ninh, năng lượng, thông tin). Các thiết bị tham gia vào hệ thống được chia làm 3 cấp mạng: cấp dưới cùng là cấp các tầng của tòa nhà, cấp mạng thứ 2 là cấp mạng cho tòa nhà, cấp mạng thứ 3 là cấp quản lí tòa nhà và trao đổi thông tin với các tòa nhà khác và thế giới bên ngoài. Đối tượng quản lý trong BMS: • Trạm phân phối điện • Máy phát điện dự phòng • Hệ thống chiếu sáng • Hệ thống điều hoà và thông gió • Hệ thống cấp nước sinh hoạt • Hệ thống báo cháy • Hệ thống chữa cháy • Hệ thống thang máy • Hệ thống âm thanh công cộng • Hệ thống thẻ kiểm soát ra vào • Hệ thống an ninh • V.v… Tính năng của BMS • Cho phép các tiện ích (thiết bị thông minh) trong tòa nhà hoạt động một cách đồng bộ, chính xác theo đúng yêu cầu của người điều hành • Cho phép điều khiển các ứng dụng trong tòa nhà thông qua cáp điều khiển và giao thức mạng • Kết nối các hệ thống kỹ thuật như an ninh, báo cháy… qua cổng giao diện mở của hệ thống với các ngôn ngữ giao diện theo tiêu chuẩn quốc tế • Giám sát được môi trường không khí, môi trường làm việc của con người • Tổng hợp, báo cáo thông tin • Cảnh báo sự cố, đưa ra những tín hiệu cảnh báo kịp thời trước khi có những sự cố • Quản lý dữ liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý cơ sở dữ liệu, chương trình soạn thảo đồ hoạ, lưu trữ và sao lưu dữ liệu • Hệ thống BMS linh hoạt, có khả năng mở rộng với các giải pháp sẵn sàng đáp ứng với mọi yêu cầu Lợi ích mang lại từ BMS • Đơn giản hóa và tự động hóa vận hành các thủ tục, chức năng có tính lặp đi lặp lại • Quản lý tốt hơn các thiết bị trong tòa nhà nhờ hệ thống lưu trữ dữ liệu, chương trình bảo trì bảo dưỡng và hệ thống tự động báo cáo cảnh báo • Giảm sự cố và phản ứng nhanh đối với các yêu cầu của khách hàng hay khi xảy ra sự cố • Giảm chi phí năng lượng nhờ tính năng quản lý tập trung điều khiển và quản lý năng lượng • Giảm chi phí nhân công và thời gian đào tạo nhân viên vận hành - cách sử dụng dễ hiểu, mô hình quản lý được thể hiện trực quan trên máy tính cho phép giảm tối đa chi phí dành cho nhân sự và đào tạo • Dễ dàng nâng cấp, linh hoạt trong việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổ chức và các yêu cầu mở rộng khác nhau Cấu trúc tiêu chuẩn cho một hệ BMS Hệ thống điều khiển tự động tòa nhà BMS được thiết kế theo mô hình điều khiển phân lớp. Một hệ thống BMS thường được thiết kế theo mô hình 4 lớp: • Lớp hiện trường. • Lớp điều khiển. • Lớp vận hành giám sát. • Lớp quản lý. Thiết bị hiện trường Các thiết bị như cảm biến (sensor): Sensor nhiệt, ánh sáng, chuyển động, hồng ngoại bộ chấp hành (actuator): Điều hoà không khí, quạt thông gió, thang máy các bộ field controller để giao tiếp trục tiếp với các khu vực có các ứng dụng cần điều khiển. Các thiết bị hiện trường có khả năng tự giao tiếp với nhau, hoặc qua bộ điều khiển (Local controler). Sensor sẽ gửi thông số của hệ thống, của môi trường tới bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ xử lý thông điệp đó và gửi tới thiết bị chấp hành. Thiết bị chấp hành có thể nhận ngay yêu cầu từ các thiết bị cảm biến, hoặc từ hệ thống BMS. BMS - Hệ thống quản lý tòa nhà Khối điều khiển Kết nối từ trung tâm điều khiển tới mức điều khiển các ứng dụng trong tòa nhà thông qua cácp điều khiển BAS với giao diện BACnet TCP/IP, bao gồm các bộ DDC (Digital Direct Controller - điều khiển số trực tiếp), các bộ điều khiển địa phương, khu vực, các giao diện tới các hệ thống phụ trợ như: điều hòa không khí, báo cháy, chữa cháy, hệ thống điện Khối điều khiển có chức năng: Nhận lệnh điều khiển từ khối vận hành giám sát gửi tới thiết bị chấp hành. Xử lý thông điệp khi có yêu cầu tại địa phương. Gửi thông điệp, kết quả tới khối vận hành giám sát. Khối vận hành giám sát (SCADA). Trung tâm điều khiển, mức quản lý bao gồm các hệ thống máy chủ dữ liệu, trạm làm việc được cài đặt các phần mềm quản lý bảo dưỡng, máy in và máy tính dành cho việc lập trình và cấu hình hệ thống. Nó có chức năng chính: Quản lý toàn bộ toà nhà Giám sát vận hành của các thiết bị, giám sát sự cố xảy ra. - Gửi yêu cầu đến bộ điều khiển hiện trường.BMS quản lý các thành phần hệ thống toà nhà theo cơ chế đánh địa chỉ. Mỗi thiết bị, bộ điều khiển địa phương được gắn một địa chỉ. Các thiết bị hiện trường có thể trực tiếp giao tiếp với nhau hoặc qua bộ điều khiển địa phương. Giao tiếp thường được sử dụng ở bus trường là ARCnet và ở Bus điều khiển là BACnet TCP/IP. Một điều thuận lợi khi tích hợp hệ thống đó là các thiết bị hiện trường như thang máy, điều hoà, quạt thống gió đều hỗ trợ chuyển truyền thông TCP/IP. Rất thuận lợi cho nhà tích hợp hệ thống. Khối quản lý Khối này thực ra được cài dặt ngay ở khối vận hành giám sát. Chức năng chính của nó là cài đặt kế hoạch làm việc. Kết nối vận hành từ xa qua mạng viễn thông, internet Ví dụ: Khi ta cần một phòng họp cho 100 người vào X giờ, ngày Y tháng Z. Người quản trị có thể tự tìm và án định nó hoặc gõ lệnh để máy tự tìm. Khi đó Hệ thống vận hành giám sát sẽ tự động gửi lệnh điều khiển bao gồm: Thời gian mở phòng họp, bật đèn, điều hoà, thông gió trước thời gian ấn định nào đó. Ánh sáng trong phòng được mặc định là phòng họp. Khi yêu cầu một phòng khách sẽ có phòng khách với không gian của nó Với mục đích đem lại sự thoải mái cho người sử dụng, tiết kiệm năng lượng, giảm sự vận hành của con người đối với các thiết bị trong toà nhà. Hiện nay, các phần mềm điều khiển BMS được tích hợp hoàn hảo với các thiết bị hỗ trợ khác như: Hệ thống truyền hình hội nghị, điều khiển và giám sát qua mạng, các thiết bị cầm tay PDA Thông tin platform của hệ BMS Để ứng dụng được BMS, Các thiết bị lắp đặt trong tòa nhà phải hỗ trợ kêt nối BMS, tức là hỗ trợ các chuẩn truyền thông chuẩn như: BACnet, LonWork, Modbus Hoặc hỗ trợ chuẩn tín hiệu công nghiệp 4-20mA. BMS có thể điều khiển các thiết bị này qua chuẩn truyền thông. Thiết kế BMS đi kèm với thiết kế xây dựng và các trang thiết bị của tòa nhà. Khi xây dựng tòa nhà trang bị BMS, người thiết kế xây dựng và người thiết kế hệ BMS phải phối hợp với nhau để đưa ra bản thiết kế thống nhất. Trong bản thiết kế tòa nhà có trang bị BMS, yêu cầu một không gian để lắp đặt các thiết bị điều khiển, thiết bị cảm biến, chấp hành và đi dây cable mạng. Khi xây dựng tòa nhà hỗ trợ BMS, người thiết kế phải sử dụng các thiết bị hỗ trợ kết nối BMS. Hoặc kết hợp với nhà cung cấp giải pháp BMS để bổ sung và trang bị thêm các thiết bị hổ trợ. Ví dụ: Lắp đặt thêm hệ thống Sensor nồng độ CO2 ở các cửa nhận và cửa xả hệ thông gió, sensor nhiệt độ cho hệ thống chiller làm lạnh, làm nóng nước công nghiệp cung cấp cho hệ điều hòa, hệ thống nước nóng-lạnh cho tòa nhà I .CẤU TRÚC HẸ THỐNG BMS CỦA 1 TÒA NHÀ VIỆT Cấu trúc chung mạng của 1 tòa nhà Việt: Trong cấu trúc trên được chia thành 3 hạ tầng mạng cơ sở: Field Level (cấp trường), Automation Level (cấp tự động), Management Level (cấp quản lí) và tương ứng là 3 cấu trúc mạng: FLN-Floor Level Network (mạng cấp nền), BLN- Building Level Network (mạng cấp tòa nhà). MLN-Management Level Network (mạng cấp quản lí). Với mỗi cấp mạng sẽ kết nối với các thiết bị khác nhau và có chức năng khác nhau. Cấp FL có thể kết nối và phát triển tối đa với 32 thiết bị (devices) , cấp AL phát triển được 100 bộ điều khiển (controller) và có khả năng kết nối lên tới 1000 bộ điều khiển nếu sử dụng cấu trúc mạng peer to peer Cấp ML liên kết được tối đa 25 trạm máy tính điều khiển. Dưới đây là hệ thống BMS điều khiển giám sát toàn bộ tòa nhà điều nhành việt do nhóm kỹ sư bộ phận Năng lượng và giả pháp thộng TTNC-TP Tập đoàn Việt đưa ra cho cấu trúc mạng hạ tầng trên: Dưới đây là cấu trúc mạng rút gọn của hệ thống BMS điều khiển tòa nhà: 1.1.Thi t b  i  u khin trung tâm: Ti phòng i u khin trung tâm các máy tính thu nhn và x lí thng tin t các h thng và thc hin vn hành i u khin các h thng    c   t ti phòng i u khin trung tân h thng và  t ti phòng i u khin trung tâm ca tòa nhà. Chuyên bit mt h thng BMS phn mm    c cài   t trong mt máy tính có cài h i u hành Micosoft Windown 2000/2003 sever… Phn mm BMS    c cài   t  âu là mt phn mm chuyên dng cho vic i  u khin và qun lý mt tòa nhà. Phn mm này có kh nng thu nhn thông tin, giám sát trng thái làm vic ca toàn b các thit b trong h thng nh èn chiu sáng, nhit   , camera… Phần mềm tương thích với các hệ thống tham gia thích hợp. Tại các máy tính điều khiển, trạm vần hành trung tâm người vận hành được phân quyền có thể điều khiển từ xa, giám sát các đối tượng trong hệ thống, lập lịch vận hành cho thiết bị, theo dõi cảnh báo-báo động và hướng dẫn xử lí sự cố. Giao diện giữa người vận hành và hệ thống là giao diện đồ họa động thân thiện, dễ xử dụng và thông minh. Ngay tại các trạm vận hành cấp trường, nơi để xử lý các sự cố người vận hành hoàn toàn có thể thực hiện được những chức năng đầy đủ như trạm vận hành trung tâm nếu người vận hành đó được phân quyền một account cho phép. Phần mềm có chức năng hỗ trợ truy cập Web và phải có tính bảo mật cao trong môi trường Internet để tránh Hacker nhòm ngó và khai thác… 1.2.Các khối Module điều khiển: 1.2.1. Bé điều khiển MBC (Modular Building Controller) MBC là một Module chuyên dụng cho việc điều khiển tòa nhà.MBC là một module chuyên dụng cho việc điều khiển tòa nhà ưu việt và tiện ích dễ dàng sử dụng, nên MBC là một giải pháp lựa chọn cho các hệ thống điều khiển tòa nhà thông minh, được nhiều hãng tích hợp hệ thống tin dùng. Các tủ điều khiển MBC cho phép người quản lý truy nhập bằng các máy tính cá nhân của các nhân viên vận hành điều khiển, thực hiện việc sửa đổi chương trình làm việc của thiết bị, việc lập trình tại chỗ. Đồng thời bộ vi xử lý (Open proccessor) của MBC đã được cài đặt sẵn các chương trình ứng dụng nhóng giúp cho người vận hành lập các chương trình điều khiển cho thiết bị trên các ứng dụng điều khiển máy tính của hệ điều hành Microsoft Window. Các MBC là tủ điều khiển có tính độc lập cao: khi hệ thống mạng từ server đến có sự cố thì các tủ điều khiển này có khả năng thực hiện các chương trình điều khiển thiết bị nhờ vào bộ nhớ RAM. Để thực hiện việc kết nối tích hợp các hệ thống kỹ thuật, các thiết bị điều khiển với các giao thức khác nhau, các MBC có khả năng lắp các bộ vi xử lý mở tích hợp (Open proccesor) có giao thức tương ứng Bacnet, Lonmark, Modbus, EIB, M-Bus, Profibus… để thực hiện việc truyền nhận thông tin với hệ thống kết nối tới. Các thông tin này được gửi tới các máy tính điều khiển trung tâm. Các tủ điều khiển MBC cho phép người quản lý truy nhập bằng các máy tính cá nhân của các nhân viên vận hành điều khiển, thực hiện việc sửa đổi chương trình làm việc của thiết bị, việc lập trình tại chỗ. Đồng thời bộ vi xử lý (Open proccessor) của MBC đã được cài đặt sẵn các chương trình ứng dụng nhóng giúp cho người vận hành lập các chương trình điều khiển cho thiết bị trên các ứng dụng điều khiển máy tính của hệ điều hành Microsoft Window. Các MBC là tủ điều khiển có tính độc lập cao: khi hệ thống mạng từ server đến có sự cố thì các tủ điều khiển này có khả năng thực hiện các chương trình điều khiển thiết bị nhờ vào bộ nhớ RAM. Để thực hiện việc kết nối tích hợp các hệ thống kỹ thuật, các thiết bị điều khiển với các giao thức khác nhau, các MBC có khả năng lắp các bộ vi xử lý mở tích hợp (Open proccesor) có giao thức tương ứng Bacnet, Lonmark, Modbus, EIB, M-Bus, Profibus… để thực hiện việc truyền nhận thông tin với hệ thống kết nối tới. Các thông tin này được gửi tới các máy tính điều khiển trung tâm thông qua mạng EBLN và có thể hiển thị trên màn hình của các máy tính trạm vận hành qua các giao diện đồ hoạ. Khi có sự cố vÌ nguồn cung cấp, cácMBC sẽ tự động lưu giữ các thông tin liên quan tới các quá trình vận hành điều khiển, các tham số này được lưu giữ tại MBC trong thời gian do người vận hành chỉnh định từ 1 đến 20 ngày đảm bảo các yêu cầu về lưu trữ dữ liệu đặt ra. Trong trường hợp vận hành bình thường, các dữ liệu này được lưu giữ trong bộ nhớ dung lượng lớn của tủ điều khiển do người vận hành cài đặt lên tới 1400 ngày 1.2.2. Module điều khiển MEC (Modular Equipment Controller) [...]... vi h thng qun lý to nh BMS v bms: vn giỏm sỏt tp trung c thc hin mt cỏch trit , h thng LITROL cú kh nng tớch hp vi h thng qun lý to nh (BMS) APOGEE Insight Khi ú, cỏc thit b iu khin chiu sỏng s nm trờn lp mng thit b trng FLN hoc LONWORK Ngoi li ớch giỏm sỏt tp trung, khi tớch hp vo h thng BMS, h thng LITROL s tr nờn linh hot trong vn hnh khi ng dng nhng chc nng mnh ca h thng BMS - Kh nng m rng h thng:... thng in trong h thng BMS BMS l mt ng dng khụng tỏch ri H thng BMS Apogee qun lý cỏc thit b bo vễ ngun in nm trong cỏc t in phõn phi ngun in chớnh v cỏc t in phõn phi ngun ph cho cỏc tng, cỏc thit b bng vic thu nhn cỏc thụng tin v trng thỏi lm vic cng nh quỏ ti ca cỏc thit b ny thụng qua cỏc u ni t u ra bỏo li, bỏo trng thỏi hot ng ca cỏc thit b in ti cỏc t iu khin MBC ca h thng BMS Ti cỏc mỏy tớnh iu... Ethernet LAN TCP/IP l l mng truyn thụng chớnh ca h thng BMS, cỏc bộ iu khin s trc tip dng mụ un MBC, MEC & PXC c s dng cho tũa nh s kt ni vi nhau v cỏc mỏy tớnh iu khin (server) ca h thng iu khin BMS - H thng mng Ethernet LAN l ng truyn chung cho h thng Apogee, giao thc s dng trong mng EBLN l giao thc TCP/IP ng trc chớnh ca mng iu khin h thng BMS s dng cỏp quang m rng di thụng, cho phộp truyn cỏc... him trong trng hp khn cp nu c lp trỡnh trờn mỏy tớnh ca h thng BMS - Cựng vi cỏc thụng tin ny, ngi vn hnh h thng BMS thc hin lp bỏo cỏo hoc server t kớch hot iu khin theo cỏc lnh mc nh i vi trng hp khn cp 2.4 Giỏm sỏt h thng thang mỏy: giỏm sỏt c h thng thang mỏy, h thng thang mỏy cn a ti u ra ca chỳng cỏc thụng tin ỏp ng k ni ti h thng BMS, quỏ trỡnh kt ni s c c th húa v phn cng cng nh phn mm i vi... gi v s lm thay i mu sc ca im iu khin trờn mn hỡnh ho cng nh cú cỏc bỏo cỏo bỏo li ti thi im xy ra s c ti mỏy in bỏo s kin theo thi gian H thng BMS APOGEE thc hin giỏm sỏt cỏc h thng in nh sau: a Giỏm sỏt in nng tiờu th ca tũa nh: qun lý tt h thng in h thng BMS giỏm sỏt in nng tiờu th ca tũa nh, thit b giỏm sỏt theo dừi c cỏc thụng s k thut chớnh ca cỏc ngun in c cp n t trm bin th h ỏp mỏy phỏt in... cú ngun in li thnh ph Cỏc tiờu chớ ny cn c thc hin ti h thng BMS i vi: + Ngun in np c qui: Ti t in cung cp ngun cho b np c qui, thit b np a ra thụng tin v ngun in nuụi cho b np hin hu hoc ó b mt ngun nuụi Cỏc tớn hiu ny l dng DO (Digital Output) s c a n u ra ca t in cung cp ngun np c qui v u vo dng DI ( Digtal Input) ca t iu khin DDC h thng BMS + in ỏp sy núng mỏy, ỏp ng yờu cu sn sng khi ng cp in khi... thỏi + Nu khụng cú sn cỏc im tớn hiu bỏo trng thỏi ny, thit b úng ct cn phi c lp thờm cỏc cụng tc ph tr (Auxilary Contact) thc hin ni v h thng BMS 2.2 Qun lý h thng bm cha chỏy Fire Fighting: Khi cú cỏc s c, tớn hiu bỏo ng chỏy c gi t h thng bỏo chỏy ti, h thng BMS s ra lnh dng tc thỡ i vi cỏc mỏy iu hũa v thụng giú ngn lung khụng khớ cp cho cỏc khu vc, trng thỏi hot ng ca cỏc thit b cha chỏy cng c... ngh hin i - Khi kt ni ti BMS, h thng an ninh s c kt ni ti t iu khin k thut s MBC tớch hp chuyờn bit t ti phũng iu khin trung tõm Vic kt ni ny c thc hin nh b vi x lý Open procesor dng module cú giao thc tng ng vi giao thc ca h thng an ninh Khi kt ni ti h thng ny cỏc thụng tin v h thng an ninh s c qun lý bi cỏc server Cỏc thụng tin ca h thng An ninh c xem trờn mn hỡnh ho ca BMS server H thng thc hin... thu hỡnh ca cỏc camera khi cú tớn hiu phỏt hin chuyn ng t u dũ chuyn ng, u dũ chng ct kớnh c lp t ti khu vc ú i vi vic bt ốn ngoi chng trỡnh lm vic, h thng BMS s ghi li nh chc nng phỏt hin li ca h thng v thụng bỏo lờn mn hỡnh ca mỏy tớnh iu khin BMS ngay tc thỡ hoc lu li ti mỏy tớnh iu khin -T ng bt tt ốn khi cú s chuyn ng trong khu vc h bỏo ng cú s t nhp 2.1.2 H thng qun lý in nng: H thng in s qun... trỡnh kt ni s c c th húa v phn cng cng nh phn mm i vi nh thu thang mỏy cú th hin th, giỏm sỏt ch vn hnh theo yờu cu k thut Nhit , m ti khu vc t thang mỏy s c h thng BMS qun lý thụng qua cỏc tớn hiu cm bin nhit - m phũng u vo ca h thng BMS kim soỏt vn hnh ca thang trong tỡnh hung s c cú thoỏt him do c thự v cỏc yờu cu cao trong an ton cho con ngi, cỏc thang mỏy s khụng hot ng (Ngoi tr thang mỏy cha . của hệ thống điện: có nguồn cung cấp tới thì hệ thống thiết bị tòa nhà tồn tại và hoạt động, ngừng cung cấp điện hệ thống kỹ thuật sẽ ngừng hoạt động nên việc giám sát hệ thống điện trong hệ thống. Hệ thống BMS APOGEE thực hiện giám sát các hệ thống điện như sau: a. Giám sát điện năng tiêu thụ của tòa nhà: Để quản lý tốt hệ thống điện hệ thống BMS giám sát điện năng tiêu thụ của tòa nhà, . nước sinh hoạt • Hệ thống báo cháy • Hệ thống chữa cháy • Hệ thống thang máy • Hệ thống âm thanh công cộng • Hệ thống thẻ kiểm soát ra vào • Hệ thống an ninh • V.v… Tính năng của BMS • Cho phép