Luận văn nghiên cứu các chuẩn truyền thông và xây dựng một ứng dụng cho hệ thống giám sát, điều khiển, điều hành tòa nhà cao tầng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIET TAT Application Level network — Lop tng dung mang Building Automation and Control network Protocol - Giao thức truyền thông của hệ thống điều khiển và

TRUONG DAI HOC CONG NGHE

NGUYEN DAC HAI

NGHIEN CUU CAC CHUAN TRUYEN THONG

VA XAY DUNG MOT UNG DUNG CHO HE THONG

GIAM SAT, DIEU KHIEN, DIEU HANH

TOA NHA CAO TANG

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Mã số: 60.52.70

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC: TS Pham Manh Thang

Hà Nội - 2010

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ những nội dung và số liệu trong luận văn thạc sĩ:

“Nghiên cứu các chuẩn truyền thông và xây dựng một ứng dụng cho hệ thống giám sát, điều khiển, điều hành tòa nha cao tang” 1a do tôi tự nghiên cứu và thực hiện

Học viên thực hiện luận văn

Nguyễn Đắc Hải

Va

LOI CAM ON

Dé hoan thanh chuong trinh cao hoc va viét luận văn này,

tôi xin chân thành cảm ơn qui thầy cô trường Đại học

Công nghệ- Đại học Quốc gia Hà Nội, đặc biệt là những thay

cô đã tận tình dạy bảo tôi trong suốt thời gian học tập tại

trường

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Phạm Mạnh

Thắng đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn

nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng

tắt cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không

thể tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được

những đóng góp qui báu của quí thầy cô và các bạn

Hà Nội, tháng 05 năm 2010

Học viên

Nguyễn Đắc Hải

1.2 Các phân hệ trong hệ théng BMS ceceeceeeeseseeseeseeseeseeseeseeeeseeees 14

1.2.1 Quản lý vào/ ra trong tòa nhà . 5+5 + + + +e+eereers 15

1.2.1.1 Thành phần của một hệ thống RFID - - 5+ 15

1.2.2 Hệ thống báo cháyy 2 2© St E22 2212212121211 cex 16 1.2.2.1 Cách nhận biết và báo cháy -2- 2 252 s+s+zsscez 16

1.2.2.2 Các bộ phận chính của hệ thống 2 22 s52 17 1.2.3 Hệ thống thang máy . -:- 2 2+ z+E++Ez+EzzEerEerserxrrx 19

1.2.4 Hệ thống điều hoà trung tâm . - 2-2 2+c2+E+£E+zxerszrxrrx 20

1.2.5 Máy phát điện . 2¿22- x2 +ExeExEEEEkrrkkerkerkrrrrerrerree 21

1.2.6 Hệ thống điện - 2-2 2+E+xEEEEEEEEE1211211211212 212111 xe 21 CHƯƠNG 2 MOT SO CHUAN VA GIAO THUC TRUYEN THONG

UNG DUNG TRONG HE THONG BMS

2.1 Mạng truyền thông trong hệ thống BMS . 2 2-5555: 23

2.2.1 Giới thiệu về truyền thông qua chuẩn RS232 - 23 2.2.2 Giới thiệu về truyền thông qua chuẩn RS-485 28

2.3 Giao thức truyền thông . - +2 2+s+EE+EE+EE2EE£EEEeEEerkerkrrxee 35

2.3.1 Giới thiệu giao thức truyền thông BACnet - 35

3.3 Thiết kế phần cứng của hệ thống 2 22 s2 s+£s+£+£zzzzzce2 37

3.3.1 Giới thiệu tổng quan họ vi điều khiển AVR - 37 3.3.2 Giới thiệu vi điều khiển AVR Atmega 128 38

3.3.2.1 SO G6 CHAN .seeecseeccssessssesessecsseccsnecesnscesnecesnecesneeesnecesneceene 38 3.3.2.2 Cầu trúc bộ nhớ : ¿+++++++rxttzrxtrrrrerrrrerrrree 39

3.3.2.3 Cổng VàO Ta - 2c ct TH T221211211211 2112111111111 1111 xe 46

3.4.2 Xây dựng phần mềm nhúng điều khiển cho mach Master

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIET TAT

Application Level network — Lop tng dung mang

Building Automation and Control network Protocol - Giao thức

truyền thông của hệ thống điều khiển và tự động hoá toà nhà Building Management System - hệ thống quản lý tòa nhà Carrier-Sense Multiple Access/ Collision Detect

Data Communication Equipment — Thiét bị truyền đữ liệu Data Terminal Equipment - Thiết bị đầu cuối

Hệ thống thông gió và điều hòa không khí

Interrupt service routine - Trình dịch vụ ngắt Open System Interconnection — Hệ thống liên kết mở

Power Line Communication - đường điện lưới Radio Frequency Identification - Xác nhận đối tượng bằng sóng vô

tuyến

Ring indicator — Chi thi chuông

Reduced Instruction Set Computer Request to send — Yêu cầu gửi

Transmission Control Protocol / Internet Protocol - Giao thức điều khiển truyền thông /Giao thức Internet

Unit Load

Waveform Generation Mode

Bảng 9: Bảng Vector Ngắt Của ATmega128 -¿ 5- 5c ©cz+cxcrxecresree

Bảng 10: Điều khiển kiểu bắt mẫu ngắt trong thanh A -2-5- Bảng 11: Điều khiển kiểu bắt mẫu ngắt trong thanh B 2- 2- 5¿

Bảng 12: Các chân Atmegaf8 .- ¿6 kg nh ng nghi

Bảng 13: Các thông số kỹ thuật của sensor JS-20 . -2-cs+©5z©csc+2

DANH SACH CAC HINH VE, DO THI

Hình 1: Hình minh họa hệ thống BMS 0 ceccscssceseesesesssseeseesessessessesesssesseaes 14

Hình 2: Reader và (Car - - 6 + 1 2x v19 2v vn nh ngàng ngưng 15

Hình 3: Thiết bị báo cháyy 2 2 2+ +E+EE+EE£EESEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrrrree 18 Hình 4: Hệ thống giám sát, đo lường sử dụng điện trong tòa nhà 21

Hình 5: Quy định trạng thái logic của tín hiệu RS-232 - ¿ +©+ 24

Hình 6: Giắc cắm RS-232 loại 9 chân -¿-©2c¿+22xtvErttsrrtrsrrrrsrrrrrrer 26 Hình 7: Giắc cắm RS-232 loại 25 chân -.¿-25¿22ttccrttstrtrsrrrrsrrrrrrer 27

Hình §: Ghép nối trực tiẾp -©22222+c2EE‡ExEESEEEEkerrrerkerkrrrrree 28

Hình 9: Sơ đồ bộ kích thích ( driver ) và bộ thu ( receiver ) RS-485 29

Hình 10: Quy định trạng thái logic của tín hiệu RS-485 -‹ 30

Hình 11: Định nghĩa một tải đơn vỊ - 5+ + * + £*exeereereerrerrsee 30

Hình 12: Quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn “

Hình 13: Cấu hình mạng RS — 485 hai dây 2 222 s+Ss+£s+£x+xzzzzccez

Hình 15: Cấu hình mạng RS-485 sử dụng 4 dây 2-2 s2 s+zz+ce2

Hình 16: Các phương pháp chặn đầu cuối RS-485 - 2-5-5: 34

Hình 17: Sơ đồ khối hệ thống 2 22 2 E+EE+EE2EE+E££E£E£EE+EEtEErEErrerree

Hình 18: Sơ đồ chân 5: c2c+cttrrtrrrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrer

Hình 19: Bộ nhớ chương trình có và không có str dung boot loader

Hình 20: Vùng nhớ 64 thanh ghi vào ra có 2 cách chọn địa chỉ Hình 21: Chức năng con trỏ của các thanh ghi R26 —R3 l - «+

Hình 22: Tóm tắt bản đồ bộ nhớ ATmega128 . - 2 s22 szzzzse2

Hình 23 Sơ đồ một cổng vào Ta +2: 2+ 2+S2+EE+EE+ES£EeEEEEEEEEEEErrkrrrrree

Hình 24: Sơ đồ khối bộ định thời I (3) - 2-2 25+ +S£E+£s+£s+£szxzzzzzsez

Hinh 26: Ngo ra khéi Compare Match Output Unit

Hình 27: Sơ đồ kh6i b6 dinh thoi 0 o eeseesseecsssecsssecesneecsneessneeeseeeesneeesneessneees Hình 28: Sơ đồ kh6i b6 dinh thoi 2 eeseecseeecsssessssesesneeesneessnecesneeesneessneeesneees

Hinh 29: So dé chan Atmega8 .c cecccccssessessessessessessesscsecsessessessessessesscseesseees

Hình 30: Hình ảnh cảm biến JS- 20 Largo Pir - 2+ 2 2+2 szzz25e2

Hình 31: Khoảng cách và góc quét của JS-20 - - + + *++s+sseeseeresee

Hình 32: Sơ đồ nguyên lý mạch Slave . 2-2-5 ©2+ x£x++zxerxezresree

Hình 33: Sơ đồ mạch PCB của mạch slave

Sơ đồ nguyên lý mạch \Masfer -2- 2 2 +EeSEe£E+EEzEEerxrrxrrerr 88

Sơ đồ mach PCB của mạch Master 2- «+ x+xeE+Eerx+xerxz 89

Mạch điện điều khiển của mạch Master - - + s+s+xx+xerxz 89

Mạch điện điều khiển của Keyboad và LCD - 5 s52 91

Sơ đồ khối hoạt động của mạch Slave -2- 2 2s z+ 91

Sơ đồ khối hoạt động của mạch Master . -2- 2 2 s2 + 92

Hình ảnh của hệ thống 2 - 2 S+SE£EE+EE£EE£ESEEEEEEEEEErrkrrrree 98

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với không khí hội nhập kinh tế quốc tế của Việt nam, quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước đã có những bước

phát triển rất nhanh Một trong những bước thành công đó là qui mô đô thị hóa với

hàng loạt các công trình kiến trúc đồ sộ đã và đang được xây dựng trên mọi miền

của tổ quốc, góp phần cho sự phát triển kinh tế

Trong các công trình kiến trúc đồ sộ đó không thể không kể đến các tòa nhà cao tầng mới được xây dựng ở Việt Nam Các tiêu chí đánh giá chất lượng các tòa nhà cao tầng đó liên quan đến các mặt kiến trúc, kết cấu xây dựng, tiện nghỉ, độ an

toàn, độ tin cậy, tính kinh tế và tính hiện đại của tòa nhà

Hầu hết các tòa nhà này hiện đều được trang bị hệ thống điều khiển và quản

ly toa nha BMS (Building Management System) như ở các nước công nghiệp Chỉ

có trên cơ sở hệ thống BMS này mà các chuyên gia mới có thể đánh giá chất lượng của các tòa nhà đạt tiêu chuân hay không đạt tiêu chuẩn quản lý hiện đại.[14]

Các tiêu chí liên quan đến hệ thống BMS bao gồm các thành phần giám sát

và báo động, các hệ thống thành phần quản lý năng lượng và hệ thống thông tin Khi được trang bị như vậy, tất cả các hệ thống thành phần đó ngoài việc có khả năng hoạt động độc lập thì cần phải được điều khiển tập trung nhằm cho phép tăng

độ an toàn, tính bền vững va én định của toàn hệ thống Hệ thống tổng thể cần được thiết kế sử dụng khả năng tích hợp các hệ thống thành phần trên cơ sở một hệ thông tin liên tục, không bị gián đoạn, có được tốc độ xử lý đữ liệu đủ cao nhằm

tăng tính tin cậy và hiệu quả sử dụng Thực tế phát triển như vũ bão của Công nghệ

thông tin trong những năm gần đây đã cho thấy: hệ thống kể trên hoàn toàn có thể thực hiện được tốt trên cơ sở nghiên cứu tích hợp các hệ thống thành phần qua các

kênh thông tin được tích hợp với nhau như dùng kết nối các đường dây chuyên

dụng truyền thống, các kênh thông tin vô tuyến (wireless), dùng ngay mạng điều khiển qua đường điện lưới PLC (Power Line Communication) hoặc dùng mạng máy tính (computer network), mạng điện thoại di động (mobile network) hoặc thậm chí cả mạng Internet.[ I 5]

Các hệ thống quản lý tòa nhà BMS được phát triển và ứng dụng khoảng 20-

30 năm trở lại đây dựa trên cở sở công nghệ tự động hóa phát triển và tích hợp tổng thể Hệ thống BMS ra đời trợ giúp cho việc quản lý các tòa nhà rất hiệu quả và kinh

tế Tuy vốn ban đầu đầu tư cho thiết bị và các phần mềm quản lý là không nhỏ,

nhưng so với chỉ phí khai thác lâu dài thì rất hiệu quả và kinh tế Chúng ta có thể

tham khảo các tòa nhà lớn ở sân bay Stuttgart cua Dirc, toa nha sinh thái ở Bỉ, nhà băng Credit Suisse First Boston ở Anh, Capital tower và hãng sản xuất đĩa cứng Seagate ở Singapore Các tòa nhà này đã được trang bị hệ thống BMS của

Siemens và đã, đang được khai thác rất hiệu quả và kinh tế

Các nhà cao tầng ở Việt nam đã sử dụng hệ thống BMS cua Siemens Cac

tòa nhà: Saigon Center HCM được đưa vào sử dụng 1996, Red river building

Hanoi-1999, Opera Hilton Hotel Hanoi-2000, Hanoi Nation Stadium-2003 Sau khi

trang bị hệ BMS này, các tòa nhà đã khai thác rất hiệu qua kha ning quản lý giám

sát và báo hiệu các sự cố của hệ thống HVAC (Hệ thống thông gió và điều hòa

không khí) và tiết kiệm được 50% năng lượng điện tiêu thụ cho hệ thống so với

trước khi lắp đặt hệ thống BMS.[14]

Bên cạnh việc sử dụng điện năng cho các hoạt động của tòa nhà(Hệ thống điều hòa, vận hành thang máy, ) thì việc sử dụng điện năng cho điều khiển chiếu sáng cũng chiếm một tỷ trọng khá lớn Việc quản lý tốt vấn đề chiếu sáng không chỉ đem lại môi trường làm việc đủ ánh sáng mà còn nâng cao hiệu quả đầu tư cho

việc tiết kiệm điện và chỉ phí vận hành

Tự động hóa điều khiển chiếu sáng, người vận hành có thể lập sẵn lịch hoạt

động chiếu sáng cho từng khu vực nhất định, cho từng thời điểm nhất định Như

khu hành lang là nơi thường xuyên có người qua lại, hệ thống sẽ tự động bật sáng khu vực đó trong thời gian làm việc Những khu vực nhạy cảm về vấn đề an ninh,

hệ thống sẽ tự động bật sáng khu vực đó về đêm hoặc chiếu sáng tăng cường trong những thời điểm nhạy cảm

Xuất phát từ những ý tưởng và những tình hình thực tế như ở trên, tôi chọn

đề tài: “Nghiên cứu các chuẩn truyền thông và xây dựng một ứng dụng cho hệ thống giám sát, điều khiển, điều hành tòa nhà cao tầng” cho luận văn tốt nghiệp Luận văn được tổ chức thành 3 chương với các nội dung chính như sau: Chương 1 - Tổng quan về hệ thống BMS: Giới thiệu tổng quan về hệ thống BMS, các phân hệ trong hệ thống BMS

Chương 2 —- Một số chuẩn và giao thức truyền thông ứng dụng trong hệ thống BMS: Trình bày mạng truyền thông trong hệ thống BMS, một số chuẩn truyền thông, giao thức truyền thông sử dụng trong hệ thống BMS

Chương 3 — Thiết kế một hệ thống thành phần trong hệ thống BMS: Trinh bay mục tiêu của đề tài, xây dựng cấu hình của hệ thống, thiết kế phần cứng, thiết kế các modul mạch điện của hệ thống và xây dựng phần mềm nhúng cho hệ thống

nhằm thực hiện công việc bật/ tắt đèn chiếu sáng tự động trong hệ thống BMS Thử

nghiệm kết quả và khả năng ứng dụng của hệ thống

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE HE THONG BMS

1.1 Giới thiệu chung

Mục tiêu của hệ thống BMS là tập trung hóa và đơn giản hóa việc giám sát, vận hành và quản lý tòa nhà BMS cho phép nâng cao hiệu suất của tòa nhà bằng cách giảm chỉ phí nhân công, chi phí năng lượng và cung cấp môi trường làm việc thoải mái và an toàn cho con người

Một số lợi ích của hệ thống BMS:

- Đơn giản hóa vận hành: các thủ tục, các chức năng có tính lặp đi lặp lại

được chương trình hóa để vận hành tự động

- Giảm thời gian đào tạo cho nhân viên vận hành: Do có các chỉ dẫn trực tiếp

trên màn hình cũng như giao diện trực quan của tòa nhà

- Phản ứng nhanh đối với các đòi hỏi của khách hàng và các sự cố

- Giảm chỉ phí năng lượng: quản lý tập trung việc điều khiển và quản lý năng lượng

- Quản lý tốt hơn các thiết bị trong tòa nhà: nhờ vào hệ thống đữ liệu lưu trữ, chương trình bảo trì bảo dưỡng và hệ thống tự động báo cáo các cảnh báo

- Linh hoạt trong việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổ chức và các yêu cầu mở rộng

- Sử dụng hệ thống vận hành bằng việc tích hợp hệ thống phần mềm và phần cứng của nhiều hệ thống con khác nhau như: báo cháy, an toàn, điều khiển truy

nhập, điều khiển thiết bị điện qua công nghệ mạng di động GSM

1.2 Các phân hệ trong hệ thống BMS

Hình 1: Hình minh họa hệ thống BMS

Trong hệ thống BMS có khá nhiều phân hệ, cụ thé:

- 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 quản lý vào/ra (dùng công nghệ RFID)

1.2.1 Quản lý vào/ra trong tòa nhà

Để quán lý vào/ra tại các cửa trong tòa nhà bằng thẻ sử dụng công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) Công nghệ RFID là công nghệ xác nhận đối tượng bằng sóng vô tuyến

Dạng đơn giản nhất được sử dụng hiện nay hệ thống RFID bị động làm việc như sau: một RFID reader truyền một tín hiệu tần số vô tuyến điện từ qua anten của

nó đến một con chip không tiếp xúc Reader nhận thông tin trở lại từ chip và gửi nó

đến máy tính điều khiển đầu đọc và xử lý thông tin tìm được từ con chip Các con

chip không tiếp xúc không tích điện, chúng hoạt động bằng cách sử dụng năng lượng chúng nhận từ tín hiệu được gửi bởi một reader.[ l3]

1.2.1.1 Thành phần của một hệ thống REID

Một hệ thống RFID toàn diện bao gồm bốn thành phần:

Hình 2: Reader và Card

1 Thẻ RFID được lập trình điện tử với thông tin duy nhất

2 Các reader hoặc sensor (cái cảm biến) để truy vấn các thẻ

3 Anten

4 Server[16]

1.2.1.2 Hoạt động của hệ thống RFID

Một hệ thống RFID có ba thành phần cơ bản: thẻ, đầu đọc, và một host

computer

Thẻ RFID gồm chip bán dẫn nhỏ và anten được thu nhỏ trong một số hình thức như thẻ vào ra cửa trong tòa nhà Mỗi thẻ được lập trình với một nhận đạng

(ID) duy nhất cho phép theo dõi không dây đối tượng hoặc con người đang gắn thẻ

đó Bởi vì các chip được sử dụng trong thẻ RFID có thể giữ một số lượng lớn dữ liệu, chúng có thể chứa thông tin như chuỗi số, hướng dẫn cấu hình, đữ liệu kỹ

thuật, số sách y học và lịch trình Cũng như phát sóng tivi hay radio, hệ thống

RFID cũng sử dụng bốn băng thông tần số chính: tần số thấp (LF), tần số cao (HF),

siêu cao tần (UHF) hoặc sóng cực ngắn (viba)

RFID reader gồm một anten liên lạc với thẻ RFID và một đơn vị đo điện tử

học đã được nối mạng với host computer Đơn vị đo tiếp sóng giữa host computer

và tất cả các thẻ trong phạm vi đọc của anten, cho phép một đầu đọc liên lạc với hàng trăm thẻ đồng thời Nó cũng thực thi các chức năng bảo mật như mã hóa/ giải

mã và xác thực người dùng Đầu đọc RFID có thé phat hiện thẻ ngay cả khi không

nhìn thấy chúng Hầu hết các mạng RFID gồm nhiều thẻ và nhiều đầu đọc được nối

mạng với nhau bởi một máy tính trung tâm, hầu như thường là một trạm làm việc gon dé ban Host xử lý đữ liệu mà các đầu đọc thu thập từ các thẻ và dịch nó giữa mạng RFID và các hệ thống kỹ thuật thông tin lớn hơn, mà nơi đó quản lý dây

chuyền hoặc cơ sở đữ liệu quản lý có thể thực thi.[13]

1.2.2 Hệ thống báo cháy

1.2.2.1 Cách nhận biết và báo cháy

Khi có căn phòng trong tòa nhà bị cháy, ở những căn phòng có cháy đó

thường có dấu hiệu sau:

- Lửa, khói và vật liệu chỗ cháy bị thiêu hủy

- Nhiệt độ trong vùng cháy tăng lên cao

- Không khí bị Oxy hóa mạnh

- Có mùi cháy và mùi khét

Ta có thể dựa vào những dấu hiệu trên để đặt các hệ thống cảm biến để làm

các thiết bị báo cháy.

Thiết bị báo cháy tự động giúp chúng ta thường xuyên theo dõi để hạn chế

các vụ cháy tai hại, hạn chế thiệt hại và an toàn cho mọi người

1.2.2.2 Các bộ phận chính của hệ thống

1.2.2.2.1 Cầm biến

Cảm biến là bộ phận quan trọng, nó quyết định độ nhạy và sự chính xác của

hệ thống báo cháy

Cảm biến hoạt động dựa vào các đặc tính vật lý của vật liệu cấu tạo nên

chúng Cảm biến được dùng để chuyên đổi các tín hiệu vật lý sang tín hiệu điện

Các đặc tính của cảm biến ta cần quan tâm: độ nhạy, độ ổn định và độ tuyến

tính

> Cảm biến nhiệt

Là loại cảm biến dùng để chuyển tín hiệu đưới đạng nhiệt độ sang tín hiệu

điện, cảm biến nhiệt có độ nhạy tương đối cao và tuyến tính Nguyên tắc làm việc

của cảm biến nhiệt là dòng điện hay điện áp thay đổi khi có nhiệt độ tại nơi đặt nó

Thermo Couples:

Thermo Couples biến đổi đại lượng nhiệt độ thành dòng điện hay điện áp DC nhỏ Nó gồm hai dây kim loại khác nhau nối với nhau tại hai mối nối Khi các dây nối đặt ở các vị trí khác nhau trong dây sẽ xuất hiện suất điện động Suất điện động

tỷ lệ thuận với sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối nối

> Cảm biến lửa:

Khi lửa cháy thì phát ra ánh sáng hồng ngoại, nên ta sử dụng các linh kiện phát hiện tia hồng ngoại để phát hiện lửa Nguyên lý hoạt động của cảm biến lửa là điện trở của các linh kiện thu sóng hồng ngoại tăng nó chuyên tín hiệu ánh sáng thu được thành tín hiệu điện để báo cháy Cảm biến loại này rất nhạy với lửa, tuy nhiên

cũng dé báo nhằm nếu ta để cảm biến ngoài trời hoặc gần ánh sáng bóng đèn tròn

> Cảm biến khói:

Thường cảm biến loại này là bộ phận riêng biệt chạy bằng Pin được thiết kế

để lắp đặt trên trần nhà, trên tường Có hai loại cảm biến khói:

Loại thứ nhất sử dụng nguyên tắc lon hóa Sử dụng một lượng nhỏ chất

phóng xạ để lon hóa trong bộ cảm biến Không khí lon hóa sẽ dẫn điện và tạo ra

một dòng điện chạy giữa hai cực đã được nạp điện Khi các phần tử khói lọt vào khu vực cảm nhận được Ion hóa sẽ làm tăng điện trở trong buồng cảm nhận và làm giảm luồng điện giữa hai cực Khi luồng điện giảm xuống tới một giá trị nào đó thì

bộ cảm biến sẽ phát tín hiệu báo cháy

Loại thứ hai sử dụng các linh kiện thu phát quang Loại này được dùng bởi

linh kiện phát quang (Led, Led hồng ngoại, ) chiếu một tia ánh sáng qua vùng bảo

vệ vào một linh kiện thu quang (photo diode, photo transistor, quang trở, .) Khi

có cháy xảy ra, khói đi vào vùng bảo vệ sẽ che chắn hoặc làm giám cường độ ánh sáng chiếu vào linh kiện thu Khi cường độ giảm xuống tới một giá trị nào đó thì bộ cảm biến sẽ phát tín hiệu báo cháy

Trong hai loại này thì cách thứ nhất nhạy hơn và hiệu quả hơn nhưng khó

thực thi, khó lắp hơn Còn loại thứ hai linh kiện dé kiếm và dễ thực thi và lắp đặt hơn

Một nhược điểm chung của các loại cảm biến này là: mạch báo động có thể

sai nếu vùng bảo vệ bị ảnh hưởng bởi các lớp bụi.[10]

1.2.2.2.2 Thiết bị báo động

Thiết bị báo động gồm có hai loại:

-_ Báo động tại chỗ

-_ Báo động qua điện thoại

Trong các hệ thống báo cháy, các bộ cảm biến thường được đặt ở những nơi

dễ cháy và nối với các thiết bị báo động bằng dây dẫn điện, cho nên trong một số

trường hợp dây sẽ bị đứt Vì vậy để một hệ thống hoạt động có hiệu quả thì người

ta thường sử dụng các bộ phát vô tuyến trong đó bộ phận phát gắn với bộ cảm biến

Hình 3: Thiết bị báo cháy

1.2.3 Hệ thống thang máy

Gần đây, hệ thống thang máy đã trở thành một hệ thống quan trọng và hệ

thống này thường đi kèm với một phần mềm trên máy PC để giám sát và điều

khiển Hệ thống này cũng sẽ cung cấp một cơ chế giao tiếp để cho các nhà tích hợp như BMS để truy nhập và lấy thông tin

Một giao tiếp mức cao sẽ được cung cấp cho hệ thống điều khiển thang máy

và thang trung tâm Thông qua giao diện này, hệ thống BMS sẽ có thể giám sát và điều khiển các thông tin liên quan đến thang máy và cũng giao tiếp với hệ thống thông báo, hệ thống nhắn tin và màn hình hiển thị của thang máy Toà nhà sẽ trang

bị nơi đặt hệ thống, rack, kết nối mạng và các hạng mục liên quan cần thiết cho

công giao tiếp với hệ thống thang máy

Các nhà cung cấp thang máy thường cung cấp các hệ thống thang máy với

các giao thức như OPC, BACNet, MODBUS, LNS, P2 hoặc đơn giản hơn là TCP/IP Hệ thống thang máy của các nhà cung cấp lớn như Schindler, Ryoden, Mitsubishi hỗ trợ giao thức TCP/IP

Mỗi một hệ thống thang máy sẽ cung cấp các chức năng sau để có thể dùng

-Tất cá các điểm kiểm tra trạng thái của thang máy và các điểm cảnh

báo sẽ được giám sát

- _ Vị trí của mỗi thang máy sẽ được chỉ ra và có thể đặt được

- Hién thị trạng thái hoạt động của thang máy

- _ Các thông báo bằng hình ảnh đang hiển thị hoặc được lên lịch trình

hiển thị cũng sẽ được xem bằng hệ thống BMS

- _ Hiển thị tầng nghỉ của thang máy

-_ Hướng đi của thang máy

-_ Giám sát được được trạng thái dừng khân cấp của thang máy

- _ Giám sát trạng thái của các cảnh báo của thang máy

Các cảnh báo chung của hệ thống thang máy sẽ không cần phải đưa ra Hệ

thống BMS sẽ nhận các thông tin cảnh báo và trạng thái chỉ tiết của hệ thống

Hệ thống BMS sẽ cung cấp màn hình đồ hoạ mô phỏng động để chỉ ra các chuyển

động và trạng thái của tất cả thang máy.[12]

1.2.4 Hệ thống điều hoà trung tâm

Hệ thống điều hòa trung tâm là một trong những hệ thống quan trọng nhất của tòa nhà Hệ thống này bao gồm các mạch điện cũng như các mạch điều khiển đảm bảo cho hệ thống làm việc một cách trôi chảy Thông thường các nhà cung cấp

điều hòa sẽ ưu tiên chọn các bộ điều khiển từ những nhà cung cấp mà có thê tích hợp vào hệ thống một cách dễ dàng

Để tích hợp với hệ thống, các nhà cung cấp điều hòa cần phải cung cấp các

thiết bị có khả năng kết nối với hệ thống bên ngoài thông qua các giao thức mở như

OPC, BACNet, MODBUS hoac LNS

Việc điều khiển độ nóng, thông gió và các dịch vụ điều hoà khác thông thường đều thông qua các bộ điều khiển số trực tiếp của hệ thống BMS Hệ thống BMS sẽ điều khiển và/hoặc giám sát tối thiểu là:

- Các máy lạnh trung tâm

- _ Điều chuyển không khí

- _ Chỉnh lượng không khí

-_ Quạt khí thải/ khí tươi

- _ Nhiệt độ và độ âm ngoài trời

- _ Nhiệt độ và độ âm phòng

- _ Thời gian hoạt động của tất cả các khối

- _ Các thông số môi trường khác

Hệ thống điều khiển này sẽ giao tiếp với thiết bị điều khiển chung của hệ

thống điều hòa với các thủ tục mở như BACNet, MODBUS, LNS, P2 hoặc theo

chuẩn của chính nhà sản xuất Hệ thống BMS sẽ giám sát và điều khiển thông qua các thiết bị điều khiển này và cung cấp ít nhất là các tính năng sau: [12]

- Tình trạng của các thiết bị

- Công suất hệ thống

- Các mức quá nhiệt của hệ thống

- Mức quá tái của hệ thống

- Giám sát các trạng thái hoạt động

- Thời gian hoạt động của tất cả hệ thống hoặc cục bộ

- Tính toán hoạt động với hiệu suất cao nhất

1.2.5 May phat dién

Các bộ điều khiển của BMS sẽ cho phép hệ thống BMS giám sat và điều

khiển máy phát và hệ thống nhiên liệu và cung cấp tối thiểu là các thông tin sau:

- Trạng thái của từng máy phát

- Giám sát tình trạng và mức độ chất lượng của hệ thống phát điện

- Giám sát các cảnh báo của các khối của máy phát điện

- Giám sát thời gian hoạt động của tất cả các máy phát

- Giám sát các mức nhiên liệu trong tất cả các bình chứa

- Giám sát nguồn cung cấp năng lượng và các cảnh báo về rò rỉ [12]

1.2.6 Hệ thống điện

Hình 4: Hệ thống giám sát, đo lường sử dụng điện trong tòa nhà

Các dịch vụ về điện sẽ có các bộ điều khiển của riêng chúng và có giao diện đến hệ thống BMS Nhà cung cấp hệ thống điện sẽ cung cáp bộ điều khiển với thủ

tục giao diện hoặc công giao diện cần thiết dé giao tiếp với hệ thống BMS Cổng giao tiếp sẽ cung cấp giao điện RS232 hoặc RS485 Bảng điều khiển của hệ thống

có các điểm kiểm tra, các bộ biến đôi dé có thể đo được điện áp, dòng, tần số, công

suất và năng lượng của hệ thống điện

Để tích hợp với hệ thống BMS, các bộ điều khiển cần phải có các thủ tục

giao tiếp cần thiết để hệ thống BMS có thể giao tiếp với chúng

Thông qua giao diện này Hệ thống BMS sẽ giám sát các thông tin được chỉ định

hoặc trạng thái của hệ thống điện từ trạm biến áp đến tủ phân phối từng tầng Một

cách tối thiểu hệ thống BMS sẽ giám sát được các yếu tổ sau:

- _ Công suất tiêu thụ lấy từ tất cả các bộ đo điện

- Nhu cau téi da

- Giám sát trạng thái của các mạch điện

- Gidm sat và điều khiển trang thái của các máy cắt/ áttômát

- _ Điện áp, dòng và tần số điện nguồn

-_ Giám sát trạng thái của tất cả bảng chuyển mạch của các dịch vụ

điện, điện áp và dòng của điện cung cấp

Hệ thống BMS sẽ cung cấp việc hiển thị đồ hoạ của tất cả hệ thống điện hiển thị hạ tầng kết nối và các mạch điện Màn hình đồ hoạ sẽ hiển thị bề mặt của các bảng chuyển mạch và chỉ ra tên và số của các mạch, các cầu chì cùng với các lượng điện tiêu thụ, các giá trị đọc được của điện áp và dòng điện Trạng thái của tất cá các điểm giám sát thiết bị điện cũng được hiễn thị

Hệ thống BMS sẽ cung cấp các chức năng điều khiển mức vùng cho các chức năng sau:

- Bất kỳ thay đổi nào về trang thái của bộ chuyên mạch điều khiển cần phải được phát hiện

- Bộ chuyển mạch điều khiển sẽ cung cấp trạng thái là đang làm việc hay

không

- Giám sát các modul điều khiển của tất cả hệ thống điều khiển chiếu sáng

Hệ thống sẽ hiển thị chỉ tiết bên ngoài và các tầng cho thấy trạng thái của tat

cả các đèn từng khu vực và mạch điện bộ cảm biến chuyển động,cảm biến mức ánh

sáng.[10]

CHƯƠNG 2 MỘT SÓ CHUẢN VÀ GIAO THỨC TRUYÈN THÔNG

ỨNG DỤNG TRONG HỆ THÓNG BMS

2.1 Mạng truyền thông trong hệ thống BMS

Để ứng dụng được BMS, các thiết bị lắp đặt trong tòa nhà phải hỗ trợ kết nối BMS, tire 1a 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 bi này qua chuẩn truyền thông

Mạng thông tin của BMS chia làm 3 cấp ( hoặc 02 cấp) tùy vào từng nhà

cung cấp:

- Mạng trục backbone (thường là mạng Ethernet) : TCP/IP hoặc Bacnet/IP

10100/1000Mb nối các bộ điều khiển tòa nhà ( Builiding controllers) với nhau và

nối với các Server của hệ thống ( thường có 2 server chạy nóng và dự phòng)

- Mạng điều khiến tầng: là mạng dây chạy trực tiếp trong từng tầng, thường

là mạng RS485, chuẩn truyền thông thường là LON, Bacnet MS/TP, N2, P2 mạng này do bộ điều khiển tầng quản lý và liên kết các bộ điều khiển nhỏ hơn đặt tại từng thiết bị cụ thể trong tầng của tòa nhà.[6]

Thường các hệ BMS đơn giản chỉ có 02 phân lớp mạng như vậy Các hệ

thống lớn và yêu cầu tích hợp cao thường có thêm phân lớp mạng thứ 3 nằm trên 2

lớp trên: ALN ( Application Level network) Phân lớp này thường là lớp mạng interconnect giữa rất nhiều hệ thống khác nhau trong tòa nhà, cùng chia sẻ thông tin

va quan lý, nó sẽ có I hệ thống trung tâm để thu thập và phân phối thông tin cho các Client trong hệ thống mạng.[7]

2.2 Một số chuẩn truyền thông

2.2.1 Giới thiệu về truyền thông qua chuẩn RS232

RS-232 lúc đầu được xây dựng phục vụ chủ yếu trong việc ghép nối điểm- điểm giữa hai thiết bị đầu cuối ( DTE, Data Terminal Equipment ), như giữa hai

máy tính PC, PLC , giữa máy tính và máy in, hoặc giữa một thiết bị đầu cuối và

một thiết bị truyền đữ liệu ( DCE, Data Communication Equipment )

Mặc dù tính năng hạn chế, RS-232 là một trong các chuẩn tín hiệu có từ lâu nhất, vì thế được sử dụng rất rộng rãi Ngày nay, mỗi máy tính cá nhân đều có một vài công RS-232 ( cổng COM ), có thể sử dụng tự do để nối với các thiết bị ngoại

vi hoặc với các máy tính khác Nhiều thiết bị công nghiệp cũng tích hợp cổng RS-

232 phục vụ lập trình hoặc tham số hoá.[9]

- Đặc tính điện học: RS-232 sử dụng phương thức truyền thông đối xứng, tức

là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất Mức điện áp được

sử dụng dao động trong khoảng từ -15V đến 15V Khoảng từ 3V đến 15V ứng với giá trị logic 0, khoảng từ -I5V đến -3V ứng với mức giá trị logic 1 Chính vì khoảng từ -3V đến 3V là phạm vi không được định nghĩa, trong trường hợp thay đổi giá trị logic từ 0 lên 1 hoặc từ I xuống 0 một tín hiệu phải vượt qua khoảng

quá độ đó trong một thời gian ngắn hợp lý Ví dụ, theo tiêu chuẩn DIN 66259

phần 2 qui định độ dốc tối thiểu của một tín hiệu phải là 6V/ms hoặc 3% nhịp xung,

tuỳ theo giá trị nào nhỏ hơn Điều này dẫn đến việc phải hạn chế về điện dung của

các thiết bị tham gia và của cả đường truyén.[9]

Hình 5: Quy định trạng thái logic của tín hiệu RS-232

Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tới tốc độ 19,2kBd ( chiều dài cho phép 30-50m ) Gần

đây, sự tiến bộ của vi mạch đã góp phần nâng cao tốc độ của các modem lên nhiều lần so với ngưỡng 19,2kBd Hiện nay đã có những mạch thu phát đạt tốc độ

460kBd và hơn nữa Tuy nhiên tốc độ truyền dẫn thực tế lớn hơn 115,2 kBd theo

tiêu chuẩn RS-232 trong một hệ thống làm việc dựa vào ngắt là một điều khó có thể thực hiện

Một ưu điểm của chuẩn RS-232 là có thể sử dụng công suất phát tương đối

thấp, nhờ trở kháng đầu vào hạn chế trong phạm vi từ 3-7k©

Một số thông số điện học quan trọng của RS-232:

Điện áp đầu ra khi có tải 3kO<R.<7kO | 5V 15

Dòng ra ngắn mạch 500mA

Trở kháng đầu vào 3V<V.,<2§V 3kQ 7kQ

Ngưỡng cho giá trị logic 0 3V

Ngưỡng cho giá trị logic | -3V

Bảng 1: Một số thông số điện học của RS-232

Giao diện cơ học: chuân EIA/TIA-232F qui định ba loại giắc cắm RS-232 là

DB-9 ( 9 chân ), DB-25 ( 25 chân ) và ALT-A ( 26 chân ), trong đó hai loại đầu sử dụng rỗng rãi hơn Loại DB-9 cũng đã được chuẩn hóa riêng trong EIA/TIA-574 [7]

Ý nghĩa của các chân quan trọng được mô tả đưới đây:

* RxD (receive data ): dwong nhận di liệu

¢ TxD (transmit data ): duong gui dữ liệu

+ DTR ( Data terminal ready ): chân DTR thường ở trạng thái On khi thiết bị

đầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông Qua việc giữ mạch DTR ở trạng thái ON, thiết bị đầu cuối cho phép DCE của nó ở chế độ " tự trả lời "chấp nhận lời

gọi không yêu cầu Mạch DTR ở trạng thái OFF chỉ khi thiết bị đầu cuối không

muốn DCE của nó chấp nhận lời gọi từ xa ( chế độ cục bộ )

* DSR ( data set ready, DCE ready ): cả hai modem chuyên mạch DSR sang

ON khi một đường truyền thông đã được thiết lập giữa hai bên

* DCD ( data carrier detect ): chan DCD được sử dụng để kiểm soát truy

nhập đường truyền Một trạm nhận tín hiệu DCD là OFF sẽ hiểu là trạm đối tác chưa đóng mạch yêu cầu gửi dữ liệu ( chân RTS ) và vì thế có thể đoạt quyền kiểm

soát đường truyền nếu cần thiết Ngược lại, tín hiệu DCD là ON chỉ thị bên đối tác

đã gửi tín hiệu RTS và giành quyền kiểm soát đường truyền

* RTS ( request to send ): đường RTS kiểm soát chiều truyền dữ liệu Khi một trạm cần gửi đữ liệu, nó đóng mạch RTS sang ON để báo hiệu với modem của

nó Thông tin này cũng được chuyển tiếp tới modem xa

* CTS (clear to send ): khi CTS chuyển sang ON, một trạm được thông báo rằng modem của nó đã sẵn sàng nhận đữ liệu từ trạm và kiểm soát đường điện thoại

cho việc truyền đữ liệu đi xa

* RI (ring indicator ): khi modem nhận được một lời gọi, mạch RI chuyển ON/OFF một cách tuần tự với chuông điện thoại để báo hiệu cho trạm đầu cuối Tín hiệu này chỉ thị rằng một modem xa yêu cầu thiết lập liên kết dial-up

1 2 3 4 5

Hình 7: Giắc cắm RS-232 loại 25 chân

- Chế độ làm việc: chế độ làm việc của hệ thống RS-232 là hai chiều toàn phần ( full-duplex ), tức là hai thiết bị tham gia cùng có thể thu và phát tín hiệu

cùng một lúc Như vậy, việc thực hiện truyền thông cần tối thiểu 3 dây dẫn - trong

đó hai dây tín hiệu nối chéo các đầu thu phát của hai trạm và một dây đất Với cầu hình tối thiều này, việc đảm bảo độ an toàn truyền dẫn tín hiệu thuộc về trách nhiệm của phần mềm

Ta còn có thể ghép nối trực tiếp giữa hai thiết bị thực hiện chế độ bắt tay (

handshake mode ) không thông qua modem Qua việc sử dụng các đây dẫn DTR va

DSR, độ an toàn giao tiếp sẽ được đảm bảo Trong trường hợp này các chân RTS

và CTS được nối ngắn [7]

RTS RTS Request To Send RTS A [_ RTS

DTR DTR Data Terminal Ready DTR DTR

a) Cấu hình ghép nối tối thiểu b) Chế độ bắt tay

Hinh 8: Ghép nối trực tiếp

2.2.2 Giới thiệu về truyền thông qua chuẩn RS-485

Đặc tính điện học: sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây

dẫn A và B Nhờ vậy giảm được nhiễu và cho phép tăng chiều đài dây dẫn ( có thể

lên đến 1200m ) Điện áp chênh lệch dương tương ứng với trạng thái logic 0 và âm

tương ứng với trạng thái logic 1 Điện áp chênh lệch ở đầu vào dây nhận có thể

xuống tới 200mV

Điện áp chế độ chung đầu ra Voc Ries = 54Q -1V 3V

Độ nhạy cảm đầu vào -7V< Vœ < 12V +200mV

Điện áp chế độ chung Vew -7V 12V

Trở kháng đầu vào 12kQ

Bảng 2:Các thông số quan trọng của RS-485

RS-485 có khả năng ghép nối nhiều điểm Có thể ghép nối 32 trạm, được

định địa chỉ và giao tiếp đồng thời qua một đoạn RS-485 mà không cần lắp bộ Để đạt được điều này, trong một thời điểm chỉ một trạm được phép kiểm soát đường dẫn và phát tín hiệu Vì thế một bộ kích thích đều phải đưa về chế độ trở kháng cao mỗi khi rỗi, tạo điều kiện cho các bộ kích thích ở các trạm khác tham gia Chế độ này gọi là chế độ tri-state Một số vi mạch RS-485 tự động xử lý tình huống này, trong nhiều trường hợp khác việc đó thuộc về trách nhiệm của phần mềm điều khiển truyền thông Trong mạch của bộ kích thích RS-485 có một tín hiệu vào

'enable ' được dùng cho mục đích chuyển bộ kích thích về trạng thái phát tín hiệu

RS-485 Driver RS-485 Receiver

Hình 9: Sơ đồ bộ kích thích ( driver ) và bộ thu ( receiver ) RS-485

Mặc dù phạm vi làm việc tối đa là -6V đến 6V (trong trường hợp hở mạch),

trang thai logic của tín hiệu chỉ được định nghĩa trong khoảng từ +l,5V đến +5V

đối với đầu ra ( bên phát ) và từ +0,2V đến +5V đối đầu vào ( bên nhận )

Số trạm tham gia: RS-485 cho phép nối mạng 32 tải đơn vị ( unit load, UL ),

ứng với 32 bộ thu phát hoặc nhiều hơn, tuỳ theo cách chọn tải cho mỗi thiết bị thành viên Thông thường, mỗi bộ thu phát được thiết kế tương đương với một tải đơn vị Gần đây cũng có những cố gắng giảm tải xuống 1/2UL hoặc 1/4UL, tức là tăng trở kháng đầu vào lên hai hoặc bốn lần, với mục đích tăng số lượng trạm lên

64 hoặc 128 Tuy nhiên, tăng số trạm theo cách này sẽ gắn với việc phải giảm tốc

độ truyền thông, vì các trạm trở kháng lớn sẽ hoạt động chậm hơn.[6]

Hình 10: Quy định trạng thái logic của tín hiệu RS-485

Giới hạn 32 tải đơn vị xuất phát từ đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền thông nhiều điểm Các tải được mắc song song vì thế việc tăng tải sẽ làm suy giảm tín hiệu vượt quá mức cho phép Theo qui định chuẩn, một bộ kích thích tín hiệu phải đảm bảo đòng tổng cộng 60mA vừa đủ để cung cấp cho:

+ Hai trở đầu cuối mắc song song tương ứng tải 60Q ( 120 tại mỗi

đầu ) với điện áp tối thiểu 1,5V tạo dòng tương đương 25mA

« 32 tải đơn vị mắc song song với đòng ImA qua mỗi tải ( trường hợp

xấu nhất ), tạo dòng tương đương 32mA

Hình 11: Định nghĩa một tải đơn vị

Tốc độ truyền tải và chiều dài dây dẫn: RS485 cho phép truyền khoảng cách tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối trong một đoạn mạng là 1200m, không phụ thuộc

vào số trạm tham gia Tốc độ truyền dẫn tối đa có thể lên đến 10Mbit/s, một số hệ

thống gần đây có khả năng làm việc với tốc độ 12Mbit/s Tuy nhiên có sự ràng

buộc giữa tốc độ truyền dẫn tối đa và độ dài dây dẫn cho phép, tức là một mạng dài 1200m không thể làm việc với tốc độ 10MBd Quan hệ giữa chúng phụ thuộc vào chất lượng cáp dẫn và phụ thuộc vào việc đánh giá chất lượng tín hiệu

3000

1200

Téc dé truyén tải (bit/s)

Hình 12: Quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn Quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn tối đa trong RS-485 sử dụng

đôi dây xoắn AWG24

Tốc độ truyền tối đa phụ thuộc vào chất lượng cáp mạng, cụ thể là đôi dây xoắn kiểu STP có khả năng chống nhiễu tốt hơn loại UPT và vì thế có thể truyền

với tốc độ cao hơn Có thể sử dụng các bộ lặp để tăng số trạm trong một mạng, cũng như chiều dài dây dẫn lên nhiều lần, đồng thời đảm bảo được chất lượng tín

nhập đường dẫn Chú ý, đường dẫn được kết thúc bằng hai trở tại hai đầu chứ không được phép ở giữa đường dây Trên hình trên không vẽ dây nối đất song trên thực tế việc nối đất là rất quan trọng.[6]

Hình 13: Cấu hình mạng RS — 485 hai day

+ Cáp nói: RS-485 không phải là một chuẩn trọn vẹn mà chi là một chuẩn về

đặc tính điện học, vì vậy không đưa ra các qui định cho cáp nối cũng như các bộ

nối Có thể dùng dây xoắn đôi, cáp trơn hoặc các loại cáp khác Tuy nhiên dây xoắn

đôi vẫn là loại cáp được sử dụng phổ biến nhất nhờ đặc tính chống tạp nhiễu và

xuyên âm

Hình 14: Dây xoắn đôi

Trở đầu cuối: Do tốc độ truyền thông và chiều dài dây dẫn có thể khác nhau rất nhiều trong các ứng dụng nên hầu hết các bus RS-485 đều yêu cầu sử dụng trở đầu cuối tại hai đầu dây Sử dụng trở đầu cuối có tác dụng chống các hiệu ứng phụ

trong truyền dẫn tín hiệu như sự phản xạ tín hiệu.Trở đầu cuối dùng cho RS485

Tốc độ truyền dẫn thấp có nghĩa là chu kỳ nhịp bus dài Nếu tín hiệu phản xạ triệt

tiêu hoàn toàn trước thời điểm trích mẫu ở nhịp tiếp theo ( thường vào giữa chu kỳ

) thì tín hiệu mang thông tin sẽ không bị ảnh hưởng

Có nhiều phương pháp chặn đầu cuối một đường dẫn RS-485 Phương pháp

được dùng phổ biến nhất là chỉ dùng một điện trở thuần nhất nối giữa hai dây A và

B tại mỗi đầu Phương pháp này gọi là chặn song song Điện trở được chọn có giá

trị tương đương với trở kháng đặc trưng ( trở kháng sóng ) của cáp nối Như vậy sẽ không có tín hiệu phản xạ và chất lượng tín hiệu mang thông tin sẽ được đảm báo

Nhược điểm của phương pháp này là sự tổn hao nguồn tại hai điện trở.

Hình 16: Các phương pháp chặn đầu cuối RS-485

Phương pháp Không chặn Song song RC Tin cay

Tốc độ Thâp Cao Trung bình Cao

Chât lượng Kém Tôt Hạn chê Tot

Tôn hao nguôn Thâp Cao Thâp Cao

Bảng 3: Thông số của các phương pháp Phương pháp thứ hai được gọi là chặn RC, sử đụng kết hợp một tụ C mắc nối tiếp với điện trở R Mạch RC này cho phép khắc phục nhược điểm của cách sử dụng một điện trở thuần nêu trên Trong lúc tín hiệu ở giai đoạn quá độ, tụ C có tác dụng ngắn mạch và trở R có tác dụng chặn đầu cuối Khi tụ C đảo chiều sẽ cản trở dòng một chiều và vì thế có tác dụng giảm tải Tuy nhiên, hiệu ứng sẽ cản trở thông thap ( lowpass ) cua mạch RC không cho phép hệ thống làm việc với tốc độ cao Một biến thể của phương pháp chặn song song cũng được sử dụng rộng rãi là

chặn tin cậy, bởi nó có tác dụng khác nữa là tạo thiên áp tin cậy ( fail-saf© biasing )

đảm báo một dòng tối thiểu cho trường hợp bus rỗi hoặc có sự cố

Nối đất: Mặc dù mức tín hiệu được xác định bằng điện áp chênh lệch giữa hai dây dẫn A và B không liên quan tới đất, hệ thống RS485 vẫn cần một đường dây nối đất để tạo một đường thoát cho nhiễu chế độ chung và các đòng khác, ví dụ

dòng đầu vào bộ thu Một sai lầm thường gặp là chỉ dùng hai dây để nối hai trạm

Trong trường hợp này đòng chế độ chung sẽ tìm cách quay ngược trở lại nguồn

phát, bức xạ nhiễu ra môi trường xung quanh ảnh hưởng tới tính tương thích điện

từ của hệ thống Nối đất sẽ có tác dụng tạo một đường thoát trở kháng nhỏ tại một

vị trí xác định, nhờ vậy giảm thiểu tác hại gây nhiễu Hơn thế nữa với cấu hình trở đầu cuối tin cậy, việc nối đất tạo thiên áp sẽ giữ một mức điện áp tối thiểu giữa hai

dây A và B trong trường hợp kể cả bus rỗi hoặc có sự cố.[7]

2.3 Giao thức truyền thông

Giao thức truyền thông là một yếu tố quan trọng trong cấu hình của BMS vì

nó ảnh hướng trực tiếp đến đữ liệu được truyền từ điểm này đến điểm khác và bởi

vì các bộ điều khiển phân tán có thé phải lẫy dữ liệu của nhau

Sử dụng giao thức truyền thông ngang hàng (Peer Communication Protocol)

So với giao thức hỏi vòng, giao thức ngang hàng có các lợi ích sau:

- Việc truyền thông không phụ thuộc vào một thiết bị đơn lẻ nào — trạm chủ

- Việc truyền thông được thực hiện trực tiếp giữa các thiết bị trong mạng mà không cần phải thông qua một trạm trung gian nào

- Các thông điệp hệ thống được truyền trực tiếp đến tất cả các trạm trên mạng 2.3.1 Giới thiệu giao thức truyền thông BACnet

BACnet (Building Automation and Control network Protocol) là Giao thức truyền thông của hệ thống điều khiển và tự động hoá toà nhà

Ngày nay, BACnet đã và đang được các nhà cung cấp thiết bị chấp nhận một cách rộng rãi như một chuẩn Quốc tế trong lĩnh vực tự đống hoá toà nhà BACnet được sáng lập bởi một hiệp hội các kỹ sư trong lĩnh vực cơ điện lạnh tại Mỹ có tên

là ASHRAE.[9]

Với tư cách là một chuẩn truyền thông mở giành cho toà nhà nó tạo ra nền

chuẩn cho phép các thiết bị của các hãng khác nhau trao đổi thông tin với nhau

trong toà nhà như: Cảnh báo, lịch biểu, theo dõi bằng đồ thị và báo cáo Chính vì

vay, BACnet to ra rat canh tranh so với các chuẩn giao thức khác thê hiện ở chỗ:

- Chi phi tich hợp hệ thống thấp

- Tinh năng tích hợp hệ thống cao

- Thu việc điều hành về một máy chủ

- Loại bỏ sự ràng buộc vào một nhà cung cấp thiết bị[9]

2.3.2 Giao thire mang Ethernet

Ethernet hay con biét đến dưới tên gọi IEEE 802.3 là một giao thức mạng

chuẩn hóa việc truyền thông tin gói trong mạng cục bộ Giao thức Ethernet được

xếp vào lớp thứ hai trong mô hình OSI tức tầng data link Phương thức truyền gói tin của Ethernet 1a Carrier-Sense Multiple Access/ Collision Detect

(CSMA/CD).[9]