thiết kế hệ thống quản lý tòa nhà trụ sởBộ tài nguyên và môi trường

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT5 BACnet Data communications Protocol for Building Automation and Control Networks Giao thức truyền thông dữ liệu cho mạng điều khiển tự động hóa tòa nhà 7 BMS Build

Cuốn luận văn này là sản phẩm của quá trình tìm tòi, nghiên cứu và trình bàycủa tác giả về đề tài trong luận văn với sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của PGS.TSNguyễn Văn Khang Mọi số liệu, quan điểm, quan niệm, phân tích, kết luận của cáctài liệu và các nhà nghiên cứu khác đều được trích dẫn theo đúng qui định Vì vậy,tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng mình.

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Tác giả

NGUYỄN VĂN HOÀN

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG 9

1.1 Tổng quan hệ thống quản lý tòa nhà BMS 10

1.2 Lợi ích của việc ứng dụng hệ thống BMS 11

1.3 Phân cấp hệ thống quản lý và điều khiển 13

1.3.2 Cấp điều khiển hệ thống 14

1.3.3 Cấp vận hành, giám sát và quản lý 15

1.4 Truyền thông trong BMS 16

1.4.1 Lớp mạng mức quản lý 16

1.4.3 Lớp mạng mức trường 17

1.5 Các giao thức ứng dụng cho hệ thống BMS 17

1.5.1 Giao thức BACnet 17

1.5.2 Giao thức LonWorks 20

CHƯƠNG 2 – HỆ THỐNG THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BMS 24

2.1 Máy chủ 24

2.1.2 Máy chủ quản lý hệ thống 25

2.1.3 Máy chủ lưu trữ dữ liệu 25

2.1.4 Máy chủ quản lý năng lượng 25

2.1.5 Máy chủ dữ liệu an ninh 25

2.2 Máy chủ dự phòng 25

2.3 Máy tính khách 26

2.4 Các thiết bị ngoại vi 27

2.4.1 Máy in 27

2.4.2 Bộ lưu điện (UPS) online 27

2.5 Bộ điều khiển số trực tiếp 27

2.5.1 Tính năng của Bộ điều khiển số DDC 27

2.5.2 Đặc tính kỹ thuật của Bộ điều khiển số trực tiếp DDC 29

2.6 Bộ điều khiển giao tiếp mạng NAE 31

2.7 Thiết bị cấp trường 35

2.8 Các giao thức truyền thông 37

2.9 Phần mềm quản lý, giám sát điều khiển hệ thống EBI 38

2.10 Bộ điều khiển số EXCEL WEB và các modul vào ra 47

2.10.1.Bộ điều khiển số trực tiếp EXCEL WEB 47

2.10.2 Các modul vào ra(I/O Module) 53

3.1 Yêu cầu BMS của toà nhà 55

3.1.1 Tổng quan về toà nhà Bộ tài nguyên và Môi trường Việt Nam 55 3.1.2 Nhiệm vụ thiết kế chung 56

3.2 Kết nối hệ thống BMS tới các hệ thống khác trong tòa nhà 58

3.3 TÍCH HỢP HỆ THỐNG 70

CHƯƠNG 4 - TÍCH HỢP CÁC HỆ THỐNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3-1 Bảng tóm tắt chức năng và phương thức kết nối của hệ BMSBảng 3-2 Hệ thống thiết bị và các điểm đấu nối vào ra tầng hầmBảng 3-3 Hệ thống thiết bị và các điểm đấu nối vào ra tầng 1

Bảng 3-4 Hệ thống thiết bị và các điểm đấu nối vào ra tầng 2

Bảng 3-5 Hệ thống thiết bị và các điểm đấu nối vào ra tầng 3

Bảng 3-6 Hệ thống thiết bị và các điểm đấu nối vào ra tầng 4

Bảng 3-7 Hệ thống thiết bị và các điểm đấu nối vào ra tầng 5

Bảng 3-8 Hệ thống thiết bị và các điểm đấu nối vào ra tầng 6 - 18

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Mô hình hệ thống BMS 13

Hình 1 - 3: Kiến trúc giao thức Lonworks 20

Hình 2.1 Bộ điều khiển số trực tiếp 29

Hình 2-3 Phần mềm EBI 38

Hình 2-4 Các chuẩn mở EBI 41

Hình 2-6 Giao diện vận hành phần mềm Excel web 49

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

5 BACnet Data communications Protocol for

Building Automation and Control Networks

Giao thức truyền thông dữ liệu cho mạng điều khiển tự động hóa tòa nhà

7 BMS Building Management System Hệ thống quản lý tòa nhà

8 CCTV Closed- Circuit Television Hệ thống truyền hình

9 DDC Direct Digital Controller Bộ điều khiển số trực tiếp

13 EBI Enterprise Building Intergrator Tích hợp hệ thống tòa nhà

16 HVAC Heating, Ventilation and Air -

Conditioning

Điều hòa lưu thông không khí

18 IBMS Intelligent Building Management

System

Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh

for Process Control

Điều khiển quá trình cho các đối tượng liên kết và nhúng

biến đổi

LỜI MỞ ĐẦU

Tự động hóa, trong những năm gần đây khái niệm này đã trở nên quenthuộc chứ không còn là khái niệm chỉ được sử dụng trong những lĩnh vực chuyênmôn kỹ thuật đặc thù Tự động hóa đã góp mặt trong mọi lĩnh vực từ sản xuất chođến phục vụ cuộc sống hằng ngày Mục tiêu của công nghệ tự động hóa là xâydựng một hệ thống mà trung tâm là con người, ở đó con người thực hiện việc đặt

ra các yêu cầu còn mọi thao tác thực hiện yêu cầu đó, tùy theo từng lĩnh vực, từngquá trình, được đảm nhận bởi những hệ thống kỹ thuật đặc trưng Hệ quả là giảiphóng sức lao động con người, nâng cao hiệu quả sản xuất

Trên thế giới, các hệ thống thông minh, tự động điều khiển đã được áp dụng

từ rất sớm và cho thấy những đóng góp quan trọng không thể phủ nhận Việc xâydựng công trình ngày nay gần như không thể thiếu việc triển khai, áp dụng các hệthống tự động Với các công trình xây dựng công nghiệp và dân dụng, các hệ thống

kỹ thuật tự động gọi chung là hệ thống tự động hóa tòa nhà đóng một vai trò quantrọng trong việc duy trì một điều kiện làm việc lý tưởng cho công trình, cho conngười và các thiết bị hoạt động bên trong công trình Một hệ thống tự động hoànchỉnh sẽ cung cấp cho công trình giải pháp điều khiển, quản lý điều kiện làm việcnhư nhiệt độ, độ ẩm, lưu thông không khí, chiếu sáng, các hệ thống an ninh, báocháy, quản lý hệ thống thiết bị kỹ thuật, tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho côngtrình, thân thiện hơn với môi trường Ở Việt Nam, những năm gần đây cũng khôngkhó để nhận ra những đóng góp của các hệ thống tự động trong các công trìnhcông nghiệp và dân dụng Những khái niệm về quản lý tòa nhà, tiết kiệm nănglượng công trình, bảo vệ môi trường… không còn quá mới mẻ Tuy nhiên, mức độ

áp dụng các hệ thống này nói chung vẫn có giới hạn, chưa thực sự sâu và rộng.Điều này sẽ thay đổi nhanh chóng trong những năm tới đây, khi nhịp độ xây dựngnhững công trình hiện đại ngày càng cao, khi những hệ thống tự động hóa tòa nhàngày càng có năng lực và độ tin cậy lớn hơn, lợi ích của việc áp dụng những hệthống này ngày càng rõ nét

Cuốn luận văn có bố cục gồm 4 chương sẽ cung cấp những kiến thức cơ bản trongviệc thiết kế hệ thống tự động hóa tòa nhà, từ những hệ thống điều hòa thông gió đếnnhững hệ thống quản lý chiếu sáng, an ninh, báo cháy, quản lý năng lượng công trình…Chương 1 cho chúng ta cái nhìn tổng quan về hệ thống quản lý tòa nhà BMS.Nội dung của chương xoay quanh việc tập trung mô tả các tính năng, lợi ích các hệthống cần tích hợp trong hệ thống quản lý tòa nhà như: acess control, hệ thống quản

lý điện năng, lighting control, hệ thống điều hòa thông gió, thang máy, Từ đó tácgiả đưa ra cấu trúc mạng và phương thức truyền thông như BACnet, MODbus,LONworks, OPC, để ghép nối các thiết bị cấp trường, các bộ điều khiển số DDC,các cấp quản lý để điều khiển và giám sát hệ thống

Để cụ thể hóa nội dung của chương 1, chương 2 sẽ trình bày về cấu trúc củamột hệ thống BMS, các yêu cầu về thiết bị, bộ điều khiển và các phần mềm, sửdụng trong hệ thống quản lý tòa nhà Trong chương này, tập trung mô tả đặc tínhcủa hệ thống các máy chủ trong phòng điều khiển trung tâm và phần mềm quản lýgiám sát hệ thống EBI (Enterprise Building intergrator), tác giả trình bày về phầnmềm và đặc tính của bộ điều khiển số EXCEL WEB và các modul vào ra

Chương 3 thể hiện chi tiết quá trình thiết kế hệ thống quản lý tòa nhà trụ sở

Bộ tài nguyên và môi trường Trong chương này, tác giả lần lượt trình bày từngkhâu thiết kế từ việc trình bày cấu trúc hệ thống kỹ thuật tòa nhà rồi sau đó là cácquá trình lựa chọn thiết bị như lựa chọn máy chủ, bộ điều khiển số, các thiết bị đầucuối như cảm biến nhiệt, cảm biến độ ẩm, cảm biến chênh áp, công tắc dòng chảy,công tắc lưu lượng gió,van điều khiển,

Một yêu cầu cốt yếu của hệ thống quản lý tòa nhà là phải tích hợp các hệ thốngriêng lẻ lại để vận hành, quản lý và giám sát Điều này được tác giả trình bày vắn tắt trongchương cuối cùng của cuốn luận văn là chương 4 Trong đó, tác giả lần lượt đi sâu giảithích các chức năng, các tín hiệu đầu vào ra, phương thức tích hợp của từng hệ thống.Qua đây, tôi xin gửi lời cám ơn tới gia đình, đồng nghiệp và các thầy cô trongViện Điện tử - Viễn Thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã ủng hộ và giúp

đỡ tôi trong quá trình làm luận văn Đặc biệt, tôi xin chân thành cám PGS.TSNguyễn Văn Khang đã nhiệt tình chỉ bảo để tôi hoàn thành cuốn luận văn này

CHƯƠNG 1 - GIỚI THIỆU CHUNG

Hiện nay với sự phát triển như vũ bão của thời đại công nghiệp hóa, hiện đạihóa, mỗi quốc gia đều đặt mình trong sự phát triển và hội nhập kinh tế toàn cầu đó.Việt nam chúng ta đã tiến được những bước dài trên nhiều lĩnh vực đáng khích lệ,đặc biệt là kinh tế Cùng với những bước tiến và thành công đó, qui mô các đô thịngày một cao với hàng loạt các công trình kiến trúc đồ sộ mọc lên để phục vụ chonhu cầu ngày một cao của con người Các trung tâm thương mại, công trình tổ hợpdịch vụ ngày càng được con người quan tâm hơn Trong các công trình đó có thể kểđến trước nhất là các tòa nhà cao tầng phục vụ cho mục đích kinh tế cũng như giảitrí và sinh hoạt

Các tòa nhà thông thường phải có các yêu cầu tối thiểu các hệ thống sau:

- Hệ thống cung cấp điện, chiếu sáng

- Hệ thống cung cấp nước

- Hệ thống thông gió

Và khi nhu cầu ngày một tăng thì các tòa nhà còn có thêm các hệ thống khác như:

- Hệ thống điều hòa không khí (kết hợp thông gió)

- Hệ thống điều khiển ra vào, giám sát tòa nhà

- Hệ thống báo động, báo cháy, báo khói……

- Hệ thống thông tin nội bộ

Có thể phân loại các hệ thống này thành ba nhóm chính là :

điện năng thì mới ở mức thấp Khoảng 30% số tòa nhà có trang bị hệ thống điều hòatập trung, hệ thống bảo vệ và báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập và giám sátbằng camera có trang bị hệ thống BMS Tất cả thiết bị của các hệ thống điều hòa,báo cháy, được điều khiển riêng biệt và tích hợp từng phần Hệ BMS cho phép traođổi thông tin, giám sát giữa các hệ thống, cho phép quản lý tập trung Hệ BMS chophép quản lý điện năng ở mức cao

Qua đây ta thấy tính cấp thiết phải trang bị hệ thống BMS cho các nhà caotầng ở Việt Nam Ngày nay, các tòa nhà cao tầng không chỉ đạt tiêu chí diện tích sửdụng mà còn phải đạt tiêu chí về tiết kiệm điện năng, đạt tiêu chí về môi trường,tiêu chí về tiện nghi, tiêu chí về hệ thống thông tin, tiêu chí về an ninh,

Tùy thuộc vào loại nhà cao tầng mà các hệ thống BMS phải trang bị cho phùhợp với các mục đích sử dụng và môi trường các tòa nhà đó được khai thác Các hệthống BMS này đã được chuẩn hóa và được sử dụng rộng rãi trên thế giới Các hãngcung cấp các sản phẩm này đã xâm nhập vào thị trường Việt nam như: JohnsonControl, Siemens, Honeywell, Yamatake

Thuật ngữ BMS ra đời vào đầu những năm 1950 và được áp dụng phổ biếntrong khoảng 20-30 năm trở lại đây dựa trên cơ sở phát triển của công nghệ tự độnghóa và khả năng tích hợp hệ thống

1.1 Tổng quan hệ thống quản lý tòa nhà BMS

Chức năng chính của hệ thống quản lý tòa nhà Buiding Management System(BMS) là tích hợp phân tích và xử lý dữ liệu nhận được từ các hệ thống liên quan từ

đó đưa ra phương hướng xử lý và vận hành cho tòa nhà sao cho đạt được mức tối ưunhất Hệ thống BMS dựa trên nền tảng của hệ điều khiển phân tán DistributedControl System - DCS, phần mềm điều khiển đóng vai trò giao diện người máyHMI giữa máy tính điều khiển với các bộ điều khiển kỹ thuật số Hệ thống sẽ hoạtđộng ổn định tại các thiết bị điều khiển số DDC cho dù có các gián đoạn truyềnthông trong mạng điều khiển hay có sự cố đối với các máy tính điều khiển của hệthống mạng tại cấp quản lý điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm

Chúng ta biết rằng trong tòa nhà có nhiều hệ thống kỹ thuật khác nhau, sử dụngcông nghệ khác nhau và mức độ tự động hóa khác nhau Vì vậy BMS sẽ tích hợpcác hệ thống trên thành một thể thống nhất thông qua mạng truyền thông, các giaothức truyền thông quốc tế như là BACnet, MODbus, LONworks, Profilebus,OPC… Qua đó các hệ thống có thể trao đổi thông tin với nhau và BMS dùng cácthông tin này để tối ưu hóa hoạt động của các hệ thống kỹ thuật tòa nhà.

Đối với những dịch vụ mà không có hệ thống con thông minh thì những dịch vụnày sẽ được điều khiển trực tiếp thông qua bộ mã hoá của hệ thống quản lý tòa nhàBMS hoặc trực tiếp tới bộ điều khiển

 Quản lý tất cả các điểm dữ liệu

 Cung cấp khả năng lưu trữ và hiển thị lại dữ liệu trong quá khứ trongtrường hợp người dùng có yêu cầu

 Trao đổi dữ liệu với các hệ thống kết nối tới BMS

 Máy trạm của hệ thống BMS có thể đặt tại phòng điều khiển trung tâmhoặc tại hiện trường, được kết nối tới hệ thống qua mang LAN Có khả năng kết nốitới nhiều máy trạm trong cùng một thời điểm

 Cung cấp khả năng truy cập vào hệ thống từ Internet Explorer bằng username và mật khẩu Tất cả các hoạt động truy cập đều sẽ được ghi chép lại, và tựđộng truy xuất khỏi hệ thống sau một thời gian đủ dài không hoạt động

1.2 Lợi ích của việc ứng dụng hệ thống BMS

Ưu điểm lớn nhất của hệ thống BMS là cung cấp cho người dùng một môitrường thoải mái, an toàn và tiện lợi Ngoài ra còn giúp cho chủ sở hữu(người vậnhành) tiết kiệm năng lượng, giảm bớt nguồn nhân lực vận hành, đảm bảo các thiết bị

hoạt động tốt Việc ứng dụng giải pháp quản lý tích hợp các hệ thống dịch vụ trongtòa nhà mang lại các lợi ích chính sau:

 Đơn giản hóa công việc vận hành: các thủ tục, các chức năng có tính lặp

đi lặp lại được chương trình hóa để vận hành tự động

 Rút ngắn được thời gian đào tạo cho nhân viên vận hành: Do có các chỉdẫn trực tiếp trên màn hình cũng như giao diện người-máy trực quan của tòa nhà

Có thể thực hiện nhiều chức năng quản lý hơn nhờ sử dụng nhiều nguồn thông tin

 Giảm chi phí năng lượng: quản lý tập trung việc điều khiển và quản lýnăng lượng Dùng các biện pháp như điều khiển và duy trì nhiệt độ được đặt trướchoặc sử dụng khí trời khi cần thiết để giảm tải trong tòa nhà

 Đảm bảo các yêu cầu an toàn: Bằng việc tập trung thông tin toàn bộ cácthiết bị về đơn vị xử lý trung tâm có thể dễ dàng xác định trạng thái thiết bị, vậnhành và khắc phục sự cố như mất điện, báo khói, báo cháy Nhờ vào hệ thống dữliệu lưu trữ, chương trình bảo trì bảo dưỡng và hệ thống tự động báo cáo các cảnhbáo Phản ứng nhanh với các đòi hỏi của người sử dụng và các sự cố kỹ thuật xảyra

 Linh hoạt trong việc lập trình theo như cầu, kích thước, tổ chức và cácyêu cầu mở rộng

Cải tiến hệ thống vận hành bằng việc tích hợp hệ thống phần mềm và phần cứngcủa nhiều hệ thống con khác nhau như: báo cháy, an toàn, điều khiển truy nhập hayđiều khiển chiếu sáng

Với vòng đời khoảng 40 năm, chi phí đầu tư ban đầu của một tòa nhà hiện đại sẽtrở nên rất nhỏ bé so với tổng chi phí vận hành tòa nhà đó: Chi phí vận hành chiếmkhoảng 75% tổng chi phí, trong khi chi phí đầu tư cho thiết kế và xây dựng cơ bảnchỉ chiếm 11% [1]

Ngày nay các tòa nhà hiện đại được trang bị nhiều hệ thống dịch vụ đắt tiềnnhằm đáp ứng như cầu ngày càng cao của người sử dụng, phải đáp ứng được cácyêu cầu:

 Đảm bảo chất lượng

 Hoạt động tin cậy

 Hiệu suất

 Kéo dài tuổi thọ

Việc ứng dụng giải pháp tích hợp cho tòa nhà cho phép tập trung hóa và đơngiản hóa việc giám sát, vận hành và quản lý tòa nhà, cho phép quản lý và giám sátthiết bị trong tòa nhà tốt hơn thông qua dữ liệu lịch sử, các chương trình bảo trì bảodưỡng, hệ thống cảnh báo, từ đó giảm xác suất lỗi xảy ra trong hệ thống

Hình 1-1: Mô hình hệ thống BMS 1.3 Phân cấp hệ thống quản lý và điều khiển [2]

Hệ thống BMS có cấu trúc một hệ thống điều khiển phân tán DCS Hệ thống đượcphân cấp thành 3 cấp :

 Cấp vận hành giám sát và quản lý ( Management Level)

 Cấp điều khiển hệ thống ( Control Level)

 Cấp trường (Field Level)

IBMS WEB CLIENT

CCTV

CARD ACCESS

FIRE ALARM

PA

Đồng hồ đo đếm năng lượng

Valve Actuator

1.3.1 Cấp trường

Các thiết bị chính của cấp trường gồm:

 Bộ điều khiển thiết bị cấp trường(Terminal Equiment Controller) riêng chomỗi hệ thống cơ khí như AHU, FCU, VAV…

 Van điều khiển điều khiển lưu lượng gió, nước

 Bộ đóng cắt động cơ: động cơ cho các van được điều khiển nhịp nhàng nhờ

có giao tiếp với các bộ điều khiển số

 Hệ thống cảm biến: cảm biến chênh áp, cảm biến nhiệt độ(gió, trong phòng,ngoài trời), cảm biến báo cháy, cảm biến độ ẩm

 Các rơ le đóng cắt, các bộ chuyển đổi đo đếm điện năng

 Các thiết bị chấp hành

Các bộ điều khiển ở cấp độ khu vực là các bộ điều khiển số trực tiếp (DCC),cung cấp chức năng điều khiển số trực tiếp cho các thiết bị ở từng khu vực Cácthiết bị trường này được nối với các bộ điều khiển DCC bằng các tính hiệu dạng DI/

DO, AI/AO hoặc kết nối với bộ điều khiển mạng đa năng theo các giao thức chuẩnmodbus, RS232…Hệ thống phần mềm quản lý năng lượng cũng được tích hợptrong các bộ điều khiển cấp khu vực

Các bộ điều khiển cấp khu vực sẽ được nối với nhau trên một đường bus, do vậy

có thể chia sẻ thông tin cho nhau và với các bộ điều khiển ở cấp điều khiển hệ thống

và cấp điều hành, quản lý

1.3.2 Cấp điều khiển hệ thống

Cấp điều khiển hệ thống được trang bị các bộ điều khiển card giao tiếp mạngNAE có khả năng lớn hơn so với các bộ điều khiển ở cấp khu vực về số lượng cácđiểm vào ra, các vòng điều chỉnh và cả các chương trình điều khiển Các bộ điềukhiển hệ thống được tích hợp sẵn các chức năng quản lý, lưu trữ và thường được sửdụng cho các ứng dụng lớn hơn như hệ thống điều hòa trung tâm, hệ thống máylạnh trung tâm,

Các bộ điều khiển này trực tiếp giao tiếp với thiết bị điều khiển thông qua cáccảm biến và cơ cấu chấp hành hoặc gián tiếp thông qua việc kết nối với các bộ điềukhiển cấp khu vực Các bộ điều khiển hệ thống có thể hoạt động độc lập trongtrường hợp bị mất truyền thông với các trạm vận hành.

Giao tiếp giữa cấp điều khiển hệ thống với cấp quản lý và vận hành thông quachuẩn Ethernet TCP/IP

- 01 bộ máy tính vận hành và màn hình cho máy trạm của hệ thống BMS Vớicác giao diện đồ họa, người vận hành có thể theo dõi và điều khiển các thiết bị củatòa nhà ngay trực tiếp từ phòng điều khiển trung tâm

Một trạm vận hành thường bao gồm các gói phần mềm ứng dụng sau:

 An toàn hệ thống: Giới hạn quyền truy cập và vận hành đối với từng cá nhân

 Xâm nhập hệ thống: Cho phép những người có quyền được truy cập và lấy dữ

liệu hệ thống thông qua máy tính các nhân hoặc các thiết bị lưu trữ khác

 Định dạng dữ liệu: Lắp ghép các điểm dữ liệu rời rạc vào trong các nhóm định

dạng có quy tắc phục vụ cho việc in ấn và hiện thị

 Tùy biến các chương trình: người sử dụng có thể tự thiết kế, lập trình các

chương trình riêng tùy theo yêu cầu sử dụng của mình

 Giao diện: Xây dựng giao diện dựa trên ứng dụng của khách hàng, có sử dụng

các công cụ vẽ đồ thị và bảng biểu

 Lập báo cáo: Có khả năng lập báo cáo tự động, định kỳ hoặc theo yêu cầu về

các cảnh báo và các sự kiện, hoạt động vận hành Đồng thời cung cấp các khảnăng tóm tắt báo cáo

 Quản lý việc bảo trì bảo dưỡng: Tự động lập kế hoặch và tạo ra các thứ tự

công việc cho các thiết bị cần bảo trì dựa trên lịch sử thời gian làm việc hoặc kếhoặch theo niên lịch

 Tích hợp hệ thống: Cung cấp giao diện và điều khiển chung cho các hệ thống con

(HVAC, báo cháy, an toàn, giám sát truy nhập, ) và cung cấp khả năng tổng hợpthông tin từ các hệ thống con để từ đó đưa ra các tác động có tính toàn cục trong hệthống

1.4 Truyền thông trong BMS

Một hệ thống BMS đầy đủ thường có 3 lớp mạng tương ứng với 3 cấp trong hệthống phân cấp:

 Lớp mạng mức trường (Field level Network)

 Lớp mạng mức điều khiển (Control Level Network)

 Lớp mạng mức quản lý (Management Level Network)

Tùy theo mức độ ứng dụng, độ lớn tích hợp mà có thể sử dụng cả 3 lớp mạngriêng hoặc chung 2 trong 3 lớp mạng với nhau

1.4.1 Lớp mạng mức quản lý

Mạng này kết nối các thiết bị ở cấp quản lý, mạng thường dùng là mạng

Ethenet LAN sử dụng giao thức TCP/IP, sử dụng chuẩn này không những tạo đượctốc độ truyền cao mà còn đáp ứng được nhu cầu về khoảng cách truyền mà khôngcần bộ lặp, hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu thời gian thực của hệ thống BMS Tốc

Ngoài ra cũng có thể sử dụng mạng BAC Net/IP hoặc LON Talk/IP

1.4.2 Lớp mạng điều khiển

Đây là lớp mạng sơ cấp(Primary Network) dùng để kết nối các bộ điều khiểnDDC sơ cấp (Primary Control Unit) với nhau, thường sử dụng mạng Ethernet IPhoặc BAC Net/IP sử dụng đường truyền RS485 và giao thức ngang hàng “peer topeer”

Lớp mạng này có thể có thêm các bộ Gateway để kết nối với các hệ thống phụkhác…, các hệ thống phụ thường sử dụng giao thức BACnet hoặc LONwork

Trong nhiều ứng dụng cụ thể lớp mạng này có thể nối chung với mạng Lớpmạng mức quản lý tạo thành mạng chính tòa nhà, khi đó các bộ DDC được nối vớinhau và nối với với máy tính điều khiển (server) của hệ thống BMS

1.4.3 Lớp mạng mức trường

Đây là mạng thứ cấp(Secondary Network) dùng để kết nối tất cả các bộ điềukhiển ứng dụng(secondary control unit), các thiết bị đo lường có khả năng nốimạng Mạng này sử thường sử dụng các giao thức như BACnet MS/TP, LONworkMạng này sử dụng đường truyền RS485 dạng Master/Slaver, các bộ DDCđóng vai trò là các Master điều khiển các bộ điều khiển thứ cấp(Secondary ControlUnit)

1.5 Các giao thức ứng dụng cho hệ thống BMS

1.5.1 Giao thức BACnet

Nền tảng của giao thức BACnet

BACnet là giao thức truyền thông dữ liệu cho mạng điều khiển và BA Điềulàm cho BACnet trở nên đặc biệt là các qui định liên quan cụ thể đến nhu cầu thiết

bị tự động hóa tòa nhà BA (Building Automatic); có nghĩa rằng chúng bao gồmnhững thứ như làm thế nào để yêu cầu giá trị của nhiệt độ, xác định lịch vận hànhquạt hoặc gửi báo động tình trạng máy bơm

BACnet được phát triển dưới sự bảo trợ của Hiệp hội các kỹ sư nhiệt lạnh,điều hòa và không khí Mỹ (ASHARE handbooks) Đó là tiêu chuẩn quốc gia Châu

Mỹ, tiêu chuẩn Châu Âu,tiêu chuẩn toàn cầu ISO và tiêu chuẩn quốc gia cho hơn 30nước Ủy ban thường trực tiêu chuẩn dự án ASHARE hỗ trợ và duy trì giao thứcnày Đó chỉ là giao thức mở ban đầu được thiết kế cho BA từ mặt đất lên và nó làgiao thức mở được hỗ trợ các chức năng cấp cao như lập biểu,cảnh báo và xuhướng

Kiến trúc của giao thức BACnet

Với rất nhiều các giao thức giao tiếp khác nhau, BACnet sử dụng mô hìnhOSI như là mô hình tham chiếu Mô hình tham chiếu cơ bản OSI (ISO 7498) là tiêuchuẩn quốc tế dùng để xác định mô hình cho việc phát triển các tiêu chuẩn giaothức giao tiếp máy tính nhiều nhà cung cấp Mô hình OSI xác định các vấn đềchung của giao tiếp máy tính – máy tính và truyền các vấn đề phức tạp vào sevensmaller,nhiều sự quản lý hơn các vấn đề,mỗi một trong số đó liên quan đến chứcnăng giao tiếp cụ thể của nó Mỗi một vấn đề(sub-problems) hình thành 1 lớp trongkiến trúc giao thức

Tuy nhiên, mô hình OSI chỉ là mô hình tham chiếu và không thể yêu cầu các lớpthực thi BACnet thực hiên kiến trúc “collapsed” (được biểu diễn trong hình 5.2).Chỉ có các lớp được lựa chọn của mô hình OSI được thông qua bởi BACnet đểgiảm bớt độ dài các bản tin và xử lý thông tin mào đầu Như Kiến trúc “collapsed”cho phép ngành công nghiệp BA giảm giá thành và sản xuất hàng loạt các bộ xử lý.Như hình 5.2, BACnet chỉ có 4 lớp, 1 collapse của kiến trúc 7 lớp

Trong phần 5.2, mô hình BACnet là mô hình hướng đối tượng và các loại bản tinphong phú được thảo luận.Việc thiết kế hệ thống cần được chọn một công nghệ mạngphù hợp để kết nối chúng với nhau Ủy ban BACnet đã dành rất nhiều thời gian trên mộtphần của tiêu chuẩn này và kết thúc với sáu tùy chọn khác nhau như hình 5.2 Đầu tiên làEthernet, nhanh nhất là 10Mb/s và 100Mb/s với 1000Mb/c cũng có sẵn gần đây.Ethernet cũng có thể tốn kém về chi phí cho mỗi thiết bị Tiếp đến là ARCnet với 2.5Mb/

s Các thiết bi yêu cầu thấp hơn về tốc độ, BACnet xác định mạng chủ -

tớ/token-passing(MS/TP) được thiết kế để vận hành với tốc độ 1Mb/s hoặc thấp hơn qua dây xoắnđôi Mạng LonTalk độc quyền của Echelon có thể được dùng trên các phương tiệnphong phú.Tất cả các mạng này là LAN, BACnet cũng xác định giao thức quay số hoặc

“điểm-điểm” được gọi là PTP khi sử dụng qua kết nối đường dây thoại hoặc kết nốicứng EIA – 232 Ngày 29/1/2009, một phụ lục để xác định việc sử dụng công nghệwireless ZigBee như một lớp liên kết dữ liệu của BACNet được Viện tiêu chuẩn quốcgia Hoa Kỳ phê duyệt Một điểm quan trọng là các bản tin BACnet về cơ bản có thểđược truyền bằng bất kỳ công nghệ mạng nào Nếu và khi nó muốn được truyền

Hình 1-2 Kiến trúc giao thức BACnet

Trên thực tế, nó yêu cầu nhiều tài nguyên hệ thống và chi phí cao hơn để thựchiện tất cả 7 lớp Đó cũng không phải là lựa chọn tốt để thực hiện tất cả các lớp vìvậy, rất nhiều giao thức, phổ biến như TCP/IP, không thực thi tất cả các lớp

Trong BA và nhiều ngành công nghiệp điều khiển khác, không yêu cầu phảithực hiện tất cả 7 lớp Kiến trúc thu gọn(collapsed) 4 lớp được lựa chọn sau khi cânnhắc, quan tâm tới các đặc điểm và yêu cầu của mạng BAS, trong đó, có khó khăn

là các giao thức mào đầu cần được làm nhỏ nhất có thể Việc sử dụng dễ dàng cáccông nghệ phổ biến, có sẵn như Ethernet, ARCnet và LonTalk, sẽ giảm chi phí, tănghiệu suất và mở cánh cửa mới cho việc tích hợp hệ thống

1.5.2 Giao thức LonWorks

Giao thức LonWorks được biết đến như là giao thức Lontalk và tiêu chuẩnđiều khiển mạng ANSI/EIA 709.1, là phần lõi của hệ thống LonWorks Giao thứcnày cung cấp việc thiết lập các dịch vụ giao tiếp cho phép các chương trình ứngdụng trong thiết bị để gửi và nhận các bản tin đến và từ các thiết bị khác qua mạng

mà không cần biết Topo của mạng hoặc tên, địa chỉ, chức năng của các thiết bị khác

Kiến trúc của giao thức LonWorks.

Giao thức LonWorks là giao thức lớp, dựa trên gói, giao tiếp ngang hàng Nóhướng kiến trúc phân lớp của mô hình tham chiếu đa liên kết hệ thống mở OSI đượcbiểu diễn trong hình 5.3.Lớp vật lý là lớp thực hiện, sử dụng các bộ thu phát từnhóm LonWorks Có nhiều tùy chọn sẵn có cho các phương tiện vật lý và tốc độLAN khác nhau Bằng việc lựa chọn thiết bị thu phát phù hợp, một mạng LANLonWorks có thể được xây dựng sử dụng nhiều loại cáp LAN, bao gồm cáp xoắnđôi,đồng trục,dòng điện,tần số vô tuyến,hồng ngoại và cáp quang Các lớp giữa Lớpliên kết dữ liệu và Lớp trình diễn được thực hiện bằng cách sử dụng chip Neuron

Hình 1 - 3: Kiến trúc giao thức Lonworks

Địa chỉ

Thuật toán định địa chỉ xác định các gói được định tuyến như thế nào từ cácthiết bị tại nguồn đến một hoặc nhiều các thiết bị đầu cuối Các gói được đánh địachỉ đến các thiết bị đơn lẻ, tới bất kỳ nhóm nào của các thiết bị hoặc tất cả các thiết

bị Để hỗ trợ cho mạng từ 2 đến 10 thiết bị của hàng nghìn thiết bị, giao thứcLonWork hỗ trợ một số loại địa chỉ, từ các địa chỉ đơn giản đến các địa chỉ được tập

hợp thiết kế cho nhiều thiết bị Các loại địa chỉ LonWorks bao gồm:

Địa chỉ vật lý: Mọi thiết bị LonWorks bao gồm 48 bit định danh duy nhấtđược gọi là Neuron ID Neuron ID được gán cho các thiết bị được sản xuất vàkhông thay đổi trong suốt thời gian tồn tại của thiết bị

Địa chỉ thiết bị: Thiết bị LonWorks được gán một địa chỉ thiết bị khi nó đượccài đặt vào mạng cụ thể Địa chỉ thiết bị được dùng để thay thế các địa chỉ vật lý, vìchúng hỗ trợ định tuyến hiệu quả hơn cho các bản tin và chúng đơn giản hóa việcthay thế các thiết bị hỏng

Nhóm địa chỉ: Một nhóm là tập hợp logic các thiết bị trong một khu vực.Không giống như subnet, các thiết bị được nhóm cùng với nhau không quan tâm tới

vị trí vật lý trong khu vực

Địa chỉ phát: Định danh tất cả các thiết bị với subnet hoặc tất cả các thiết bịtrong khu vực

Các dịch vụ tin nhắn.

Giao thức LonWorks yêu cầu ba loại dịch vụ chuyển tin nhắn cơ bản và cũng

hỗ trợ các bản tin xác thực Một mạng tối ưu sẽ thường xuyên sử dụng tất cả cácdịch vụ Các dịch vụ này cho phép cân bằng giữa độ tin cậy, hiệu quả và bảo vệ: Tin nhắn báo nhận cung cấp báo nhận đầu cuối - đầu cuối Nếu báo nhận khôngđược nhận,người gửi sẽ chờ một khoảng thời gian và cố gắng gửi lại lần thứ hai Sốlần cố gắng gửi và thời gian chờ đều được cấu hình

Tin nhắn lặp do một bản tin được gửi đến thiết bị hoặc nhóm của một số cácthiết bị nhiều lần Dịch vụ này được sử dụng thay vì các bản tin báo nhận vì nókhông có mào đầu và trễ do chờ báo nhận

Bản tin không báo nhận do mỗi bản tin được gửi một lần tới một thiết bị hoặcnhóm và không cần trả lời Dịch vụ tin nhắn này có mào đầu nhỏ nhất và là loại phổbiến nhất được dùng.

Dịch vụ xác nhận cho phép người nhận một bản tin xác định nếu người gửiđược phép gửi tin nhắn đó Vì vậy, việc xác nhận giúp ngăn chặn những truy cậptrái phép đến thiết bị và được thực thi bằng việc phân phối 48bit chìa khóa đến thiết

bị tại thời gian cài đặt Công nghệ LonWorks là công nghệ phổ biến nhất hiện nay.Công nghệ LAN được sử dụng trong ngành công nghiệp BA mặc dù có dựa trên cácchip độc quyền Sự phổ biến này do thực tế là mặc dù đó là một công nghệ độcquyền của công ty cụ thể (sau này là một nhóm các công ty), công nghệ này là mở

và được chấp nhận như là công nghệ tiêu chuẩn trong nhiều trường hợp Công suấtLAN của LONTALK/LonWork cũng phù hợp với mạng BA ở mức tự động và cáccấp độ mạng Nó có thể được thực hiện trên hầu hết các phương tiện vật lý nhờ cácmáy thu phát có sẵn Mặc dù LAN được phát triển trên các chip độc quyền, nhữngmạng cụ thể hỗ trợ chip với các công cụ phần mềm hỗ trợ cung cấp sự thuận tiệncho các nhà cung cấp hệ thống điều khiển và BA để phát triển công nghệ mạngđược chấp nhận bởi người sử dụng đầu cuối

1.5 Xu hướng phát triển mới của hệ thống BMS

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, hai xu hướng đangđược nghiên cứu và áp dụng vào việc quản lý tòa nhà là :

 Công nghệ web : việc sử dụng công nghệ web cho phép người vận hànhkhông chỉ giám sát được từ phòng điều hành trung tâm mà có thể giámsát được từ tất cả các máy tính có nối mạng internet Chỉ cần gõ đúng địachỉ web và mật khẩu truy nhập, người vận hành có thể truy nhập vào hệthống vận hành giám sát để can thiệp từ xa mà không nhất thiết phải ởphòng điều hành

 Công nghệ không dây : Sự phát triển của kỹ thuật truyền thông khôngdây đang tạo ra một ảnh hưởng sâu sắc đến các kỹ thuật truyền thống,đặc biệt trong kỹ thuật điều khiển với sự xuất hiện và ngày càng trở nên

phổ biến hơn của các cảm biến không dây, giám sát không dây… các kỹ

sư, kỹ thuật viên và ngay cả người sử dụng sẽ nhận được những lợi ích tolớn khi kỹ thuật này được áp dụng trong tòa nhà qua truy cập không dâycủa máy tính, các thiết bị xách tay (PDA)… vào internet Hơn thế nữa,lợi ích của kỹ thuật không dây cũng làm cho hệ thống đảm bảo tiện nghicho người sử dụng trở nên “thông minh” hơn bằng cách cho phép các hệthống kiểm tra sự hiện diện của con người, hệ thống thông gió, điều hòakhông khí, chiếu sáng, điều khiển cấp nhiệt… phối hợp hài hòa với nhau

và tạo được một môi trường thích hợp nhất cho từng người sử dụng tạicác khu vực khác nhau trong tòa nhà

CHƯƠNG 2 – HỆ THỐNG THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN

HỆ THỐNG BMS

Hệ thống quản lý tòa nhà được xây dựng trên cơ sở kiến trúc hệ máy khách Trong đó các thông tin cần thiết và hệ thống cơ sở dữ liệu được lưu trữ ở cácmáy chủ hệ thống Máy tính khách có cài trình duyệt web sẽ thực hiện chức năngcủa trạm giám sát hiển thị các dữ liệu lưu trữ Hệ thống thiết bị trong tòa nhà baogồm hệ thống máy chủ-khách, hệ thống thiết bị tại cấp trường, cấp điều khiển hệthống Trong chương này sẽ giới thiệu các thiết bị cơ bản trong hệ thống, giao thứcđược ứng dụng trong các lớp trong hệ thống BMS sử dụng các công nghệ mới nhấtnhư IP/ Linus/ XML/ SVG/ JAVA làm nền tảng công nghệ

chủ-Hệ thống thiết bị cấp vận hành-giám sát

- Máy chủ quản lý hệ thống

- Máy chủ lưu trữ dữ liệu

- Máy chủ quản lý năng lượng

- Máy chủ dữ liệu an ninh

- Máy chủ dự phòng

- Máy in

- Máy tính khách

Hệ thống thiết bị cấp điều khiển, cấp trường

- Các bộ cảm biến, nguồn cung cấp…

- Bộ điều khiển số trực tiếp DDC

- Card giao tiếp mạng NAE

2.1 Máy chủ

Các máy chủ hệ thống bao gồm một số máy chủ có kiến trúc máy khách Số lượng các máy chủ hệ thống sẽ khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu hệthống Máy chủ bao gồm các máy chủ quản lý hệ thống và các máy chủ lưu trữ dữliệu Các máy chủ sử dụng hệ điều hành mã nguồn mở Linux

chủ-2.1.2 Máy chủ quản lý hệ thống

Máy chủ quản lý hệ thống thực hiện hoạt động của quá trình quản lýtoàn bộ hệ thống (hiển thị dữ liệu, xử lý thông tin, cảnh báo sự cố, v.v ) tớiphần mềm duyệt Web cài đặt tại các máy tính khách

Máy chủ có cấu hình phần cứng tối thiểu gồm CPU 32-bit, bộ nhớSDRAM 256 MB, hệ điều hành mã nguồn mở Linux Ổ đĩa cứng 2,5 inch códung lượng 40 GB Mạng BACnet quản lý tối đa được 30.000 đối tượng Mộtmáy chủ có khả năng dự phòng dữ liệu trong vòng 72 giờ

2.1.3 Máy chủ lưu trữ dữ liệu

Máy chủ lưu trữ dữ liệu lưu trữ cơ sở dữ liệu cần thiết cho hệ thống BMS.Máy chủ này quản lý dữ liệu được truyền từ bộ điều khiển tòa nhà cấp cao dướidạng cơ sở dữ liệu của hệ BMS Máy chủ lưu trữ dữ liệu sẽ xử lý dữ liệu để hiểnthị hoặc in ấn dữ liệu khi cần thiết

Máy chủ có cấu hình phần cứng tối thiểu g ồ m CPU 32-bit, bộ nhớSDRAM 256 MB, hệ điều hành mã nguồn mở Linux Ổ đĩa cứng 2,5 inch códung lượng 40 GB Mạng BACnet quản lý tối đa được 30.000 đối tượng Máychủ có khả năng dự phòng dữ liệu trong vòng 72 giờ

2.1.4 Máy chủ quản lý năng lượng

Máy chủ quản lý năng lượng thực hiện lưu trữ cơ sở dữ liệu cần thiết đểquản lý năng lượng tiêu thụ

2.1.5 Máy chủ dữ liệu an ninh

Máy chủ dữ liệu an ninh lưu trữ cơ sở dữ liệu cần thiết cho mục đích anninh Máy chủ lưu trữ có khả năng lưu trữ 1 triệu lượt vào ra

2.2 Máy chủ dự phòng

Trong thông tin công nghiệp, hệ thống thông tin phải đảm bảo sự an toàn tuyệtđối để quản lý, giám sát, vận hành toàn bộ hệ thống Các máy chủ hệ thống luôn có hệthống dự phòng Hệ thống chạy đồng thời hai máy chủ (một máy chủ chạy chính vàmột máy chạy ở chế độ dự phòng) và khi xảy ra sự cố trên một máy chủ bất kỳ, máy

chủ còn lại sẽ thực hiện chức năng dự phòng ngay lập tức.

Máy chủ thực hiện sao lưu các dữ liệu quan trọng như dữ liệu giám sát và

dữ liệu quá trình Khi sự cố xảy ra, các biện pháp dưới đây sẽ được áp dụng đểsao lưu dữ liệu:

Giả sử có hai máy chủ là "máy chủ A" và "máy chủ B" Khi thông tin trên

"máy chủ A" không thể truy cập được từ máy tính khách do lỗi mạng, hệ thống

sẽ nhận biết tình trạng “máy chủ A bị lỗi” và khi đó "máy chủ B" (bình thường ởchế độ chờ) sẽ hoạt động và các kết nối từ máy tính khách được tự động chuyểnsang “máy chủ B”

Khi lỗi mạng được giải quyết và "máy chủ A" được khôi phục (các máytính khách có thể duyệt thông tin từ máy chủ) thì "máy chủ A" sẽ tự động thựchiện quá trình phục hồi (sao chép dữ liệu quá trình trong thời gian "máy chủ A" bịlỗi từ bộ điều khiển cấp cao tòa nhà và ghi nhận sự sai khác giữa cài đặt từ máytính khách và dữ liệu sao chép đã được lập trình)

Sau khi máy chủ A khôi phục và hoạt động bình thường, các máy tínhkhách vẫn duy trì kết nối đến máy chủ B Người điều hành phải tái đăng nhập đểchuyển đổi các kết nối đến máy chủ A

2.3 Máy tính khách

Máy tính khách được cài đặt phần mềm trình duyệt web để truy cập cơ

sở dữ liệu lưu giữ trên các máy chủ hệ thống Máy tính khách thường được lắpđặt trong phòng giám sát để quản lý toàn bộ tòa nhà Nó giám sát các tính năngsau đây:

- Giám sát: trạng thái, báo động và đo lường tại từng vị trí

- Điều hành: điều khiển từ xa bật/tắt

- Dữ liệu đầu ra: trạng thái hoạt động, trạng thái báo động và dữ liệu đo lường

- Phân tích dữ liệu: trạng thái hoạt động, trạng thái báo động và dữ liệu đo lường

Tối đa 5 máy tính khách có thể truy cập vào máy chủ cùng một lúc Máy

tính khách cần có cấu hình như sau:

- Hệ điều hành: Windows® XP/Vista

- Trình duyệt : Internet Explorer 6 hoặc cao hơn

- Bộ vi xử lý: Pentium® IV 3 GHz hoặc cao hơn

- Dung lượng chính: 512MB hoặc hơn

- Hỗ trợ: IPv6, Java® vm 1.4 hoặc cao hơn, XGA, Acrobat® Reader

in này bao gồm các bản tin lỗi phần cứng, lỗi truyền thông, lỗi điều khiển xử lý lệnh

2.4.2 Bộ lưu điện (UPS) online

Một bộ UPS online 3KVA 1 pha được trang bị cho phòng điều khiển nhằmđảm bảo cho các thiết bị phòng điều khiển hoạt động liên tục trong vòng 30 phút khixảy ra sự cố mất điện lưới

2.5 Bộ điều khiển số trực tiếp

2.5.1 Tính năng của Bộ điều khiển số DDC

Các bộ điều khiển DDC được sử dụng điều khiển các hệ thống: thông gió, phòngcháy chữa cháy … Các DDC sẽ giám sát và có thể điều khiển các cảm biến CO,

bơm nước, quạt thông gió, cảm biến chênh áp suất, cảm biến nhiệt độ, Các DDCcho phép tích hợp các hệ thống khác khi sử dụng phương pháp tích hợp mức thấp.

Để đáp ứng khả năng mở rộng, và ổn định hệ thống các bộ điều khiển DDCđược cung cấp sẽ đáp ứng hoàn toàn các chức năng sau:

Mỗi bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp là một bo mạch vi xử lí đơn, với khảnăng lập trình điều khiển tự động toà nhà Cung cấp chuẩn giao thức mở hiện này làBACnet IP

Bộ điều khiển cho phép quản lí, lập trình một lượng lớn các ứng dụng quản lí:quản lí hệ thống điều hoà thông gió HVAC, các chức năng quản lí năng lượng baogồm: tối ưu hoạt động Bật/Tắt, tối đa công suất tải yêu cầu; Các chức năng quản lýgiám sát: chiếu sáng, đo đạc nhiệt và năng lượng và các ứng dụng khác

Cung cấp các cổng truyển thông: cổng RS485 trong các ứng dụng nạp chươngtrình hoặc điều khiển cục bộ

Khả năng phân cấp mức an ninh người dùng, mỗi người dùng được phânquyền đọc/ghi độc lập Nhằm đảm bảo tính bảo mật của hệ thống

Trong các tình huống mất nguồn điện cung cấp, gián đoạn đường truyềnthông của hệ thống mạng BMS, các DDC sẽ tự động lưu giữ các tham số của quátrình hoạt động điều khiển, các tham số biến đổi theo thời gian như nhiệt độ, độ ẩm,

áp suất…sẽ được lưu trong bộ nhớ của DDC trong khoảng thời gian ít nhất là 3ngày Khả năng này của DDC phải được đáp ứng, để đảm bảo rằng các tham số nêutrên không bị mất trong thời gian khắc phục các tình huống/ sự cố của hệ thốngBMS

Các tủ điều khiển DDC cho phép người quản lý truy nhập bằng các máy tính

cá nhân có mật khẩu hợp lệ, hỗ trợ việc thực hiện việc lập trình tại chỗ Đồng thờiDDC khi được chế tạo, Micro processor phải được cài đặt sẵn các chương trình hỗtrợ, việc này sẽ giúp người vận hành lập các chương trình điều khiển cho thiết bị

mà không cần thêm bất cứ phần mềm điều khiển nào Trong trường hợp bị giánđoạn truyền thông mạng BMS Ethernet LAN, các máy tính cá nhân sẽ thực hiện

được việc điều khiển tại chỗ bởi người quản lý hệ thống thông qua kết nối trực tiếpvới tủ điều khiển DDC.

Hình 2.1 Bộ điều khiển số trực tiếp

Các DDC là các thiết bị có tính độc lập cao khi hệ thống mạng từ server đến

có sự cố thì DDC vẫn tồn tại với các chương trình điều khiển đã được cài đặt vàtiếp tục điều khiển các thiết bị hoạt động

Các DDC thực hiện việc tích hợp mức thấp với các thiết bị của các hệ thống: + Kết nối với thiết bị của hệ thống thông gió

+ Kết nối với thiết bị của hệ thống cấp, thoát nước

+ Kết nối với thiết bị hệ thống PCCC

+ Kết nối với thiết bị hệ thống âm thanh công cộng

+ Kết nối với thiết bị hệ thống cung cấp điện

2.5.2 Đặc tính kỹ thuật của Bộ điều khiển số trực tiếp DDC

- Là bộ điều khiển số trực tiếp có khả năng lập trình dựa trên nền BACnet

- Tích hợp sẵn các điểm vào/ra, ngoài ra có khả năng mở rộng bằng các modulevào ra mở rộng đi kèm

- Ngoài ra DDC còn đóng vai trò là một bộ điều khiển mạng, quản lí các bộ điềukhiển cấp trường chuyên dụng.

- Nguồn: 24VAC ± 20% 50/60Hz, 75VA

- Bộ vi xử lí: Coldfire; 548x; 32Bit High Performance free scale proccessor

@166Hz

- Vào/ra: 4DO; 6DI; 6AO; 8UI

- Cổng truyền thông RS485; RS232; Ethernet

Module vào/ra mở rộng gồm 2 loại:

Loại 1

 Là module mở rộng điểm vào/ra, sử dụng cho bộ điều khiển DDC nhằmtăng khả năng linh hoạt cho hệ thống

 Nguồn: 24VAC ± 20% 50/60Hz, 75VA

 Vào/ra: 4DO; 6DI; 6AO; 8UI

2.6 Bộ điều khiển giao tiếp mạng NAE

Hình 2.2 Bộ điều khiển giao tiếp mạng

NAE là một bộ điều khiển giao tiếp mạng theo dõi khả trình đầy đủ NAEtheo dõi mạng của các bộ điều khiển phân tán ứng dụng cụ thể, cung cấp hệ thốngquản lí và điều khiển ở cấp độ toàn bộ hệ thống, và liên kết nối (peer to peer) vớiNAE khác

Mạng tự động hoá: Mỗi NAE sẽ hỗ trợ một hoặc nhiều hơn các mạng con,mỗi mạng con sẽ quản lí tối thiểu 100 bộ điều khiển

Giao diện người dùng: Mỗi NAE có thể đọc một trang WEB dựa trên giaodiện người dùng như đã trình bày ở trên Tất cả các máy tính đã kết nối với mạng

tự động hoá tòa nhà đều có khả năng truy cập trang WEB dựa trên giao diện ngườidùng Việc truy cập vào các NAE thông qua phần mềm thông dụng MicrosoftInternet Explorer phiên bản 6.0 hoặc mới hơn

Bộ xử lý – bộ điều khiển sẽ hoạt động thông qua bộ vi xử lý 32 bit 400MHzGeode GX533 Bộ vi xử lý này thực hiện được nhiều nhiệm vụ, nhiều người sửdụng cùng lúc và là bộ vi xử lý số hoạt động theo thời gian thực

Bộ nhớ – Bộ điều khiển: 256MB SDRAM cho các dữ liệu vận hành động,

256 MB nonvolatile Flash cho hoạt động của hệ thống, cấu hình dữ liệu, lưu dữ liệu

hoạt động và lưu trữ đủ bộ nhớ để đáp ứng cho nhu cầu hoạt động của hệ thống, cơ

sở dữ liệu, chương trình điều khiển, và giám sát điều khiển cho tất cả những bộ điềukhiển kết nối đến nó

Giao thức truyền thông đối với cấp mạng là TCP/IP, BACnet TCP/IP có khảnăng giao tiếp với các thiết bị của các hãng sản xuất khác

Chẩn đoán – Bộ điều khiển có chức năng liên tục thực hiện việc tự chẩnđoán, chẩn đoán đường truyền, và chẩn đoán các đơn vị cấu thành khác

Khả năng làm việc độc lập cao, tự động quản lý các bộ điều khiển DDC, tựđộng lưu các thông tin dữ liệu, các chương trình điều khiển đến DDC

Trong quá trình mất nguồn bình thường, bộ điều khiển điều khiển trình tựtiến hành tắt hệ thống theo điều kiện thông thường Khi phục hồi nguồn điện thôngthường và sau khoảng thời gian trễ tối thiểu, bộ điều khiển sẽ tự động gọi lại đầy đủmọi hoạt động thông thường thông qua chương trình khởi động trình tự mềm màkhông cần sự can thiệp bằng tay

Các thông số kỹ thuật cơ bản của bộ điều khiển giao tiếp mạng như sau:

Bộ vi xử lý 300MHz Renesas SH4 7760 RISC processor

Bộ nhớ 256 MB Flash nonvolatile memory for operating

system, configuration data, and operations data storageand backup

256 MB Synchronous Dynamic Random AccessMemory (DRAM) for operations data dynamic memory

Hệ điều hành Microsoft Windows ® CE embedded

Cổng kết nối -1 Ethernet port; 10/100 Mb; 8-pin RJ-45 connector

-2 optically isolated RS-485 ports; 9600, 19.2K, or38.4K or 76.8k baud;with a pluggable and keyed 4position terminal blocks

-1 N2 port; FTT10 78Kbps, pluggable, keyed 3-positionterminal block

-2 RS-232-C serial ports, with standard 9-pin sub-D

connectors, that support all standard baud rates -1 USB serial ports, standard USB connectors support

an optional, user-supplied external modem Options: -1 telephone port for internal modem; up to 56 Kbps; 6-pin RJ-11 connector

Giao thức truyền thông Hỗ trợ các giao thức BACnet IP, BACnet MS/TP,

N2 Bus, LONwork

Giao diện WEB Xây dựng sẵn 1 trang Web với địa chỉ IP mặc định từ

nhà máy Truy cập từ PC qua phần mềm thông dụngInternet Explorer ( IE6.0 ) Khả năng làm việc độc lập,việc truy cập WEB không phụ thuộc vào máy chủServer

Giao thức mạng IT Hỗ trợ các giao thức mạng IT : Simple network

managerment protocol(SNMP), Simple mail transportprotocol (SMTP), Simple network time protocol(SNTP), Directory name services (DNS), Dynamic hostconfiguration protocol (DHCP), XML / JAVA

Giao tiếp với các thiết

bị

Tích hợp mức cao với các hệ thống An ninh, Báo cháyđịa chỉ trung tâm, Máy lạnh trung tâm

Nguồn Pin 10 năm cho lưu trữ dữ liệu ở 21oC

Nguồn cung cấp 24VAC, class 2, 50/60Hz, tiêu thụ tối đa 50V

Môi trường làm việc 0-50 độ C, 10-90% độ ẩm

Tiêu chuẩn được

chứng nhận

United States

UL Listed, File E107041, CCN PAZX, UL 916, EnergyManagement Equipment UL Listed, File S4977, UUKL

864 - 9th Edition, Smoke Control Equipment

UL Listed, UUKL 864 - 8th Edition, Smoke Control

Equipment FCC Compliant to CFR47, Part 15, Subpart

B, Class A

Canada

UL Listed, File E107041, CCN PAZX7, CAN/CSAC22.2 No 205, Signal Equipment Industry CanadaCompliant, ICES-003

Europe

CE Mark, EMC Directive 89/336/EEC, in accordancewith EN 61000-6-3 (2001) Generic Emission Standardfor Residential and Light Industry and EN 61000-6-2(2001) Generic Immunity Standard for Heavy IndustrialEnvironment

Australia and New Zealand

C-Tick Mark, Australia/NZ Emissions Compliant

BACnet International

BACnet Testing Laboratories™ (BTL) 135-2004 ListedBACnet Building Controller (B-BC)

Vỏ Bảo vệ Các bộ điều khiển cấp mạng NAE có vỏ nhựa bảo vệ

ABS + Polycarbonate UL94-5VB Chuẩn bảo vệ IP20( IEC 60529 )

Công tắc đo chênh áp khí:

Là thiết bị cho biết độ chênh lệch áp suất đường ống gió

- Các thông số cần thiết:

- Là loại gắn trên đường ống

- Nguồn cấp: 18 24 30 Vac; 50/60 Hz hoặc 16 24 32 Vdc

- Nhiệt độ hoạt động: -20…850C

- Nhiệt độ lưu trữ: -40 +85 °C

- Dải áp suất hoạt động: 40 400Pa

- Cấp bảo vệ: IP54

Cảm biến đo áp suất tĩnh đường ống nước:

Cảm biến dùng để đo áp suất trong đường ống nước chữa cháy, cần đảm bảocác yêu cầu kĩ thuật sau:

Cảm biến đo áp suất tĩnh đường ống khí:

Là thiết bị cho biết độ áp suất đường ống gió

Cảm biến đo mức nước:

Các vỏ bảo vệ cảm biến được sản xuất với cấp bảo vệ IP54 và cung cấp cáccông tắc điện để thay đổi chức năng Đặc tính kỹ thuật như sau:

50/60 Hz

2 Nhiệt độ môi trường –10°C to 70°C

7 Kiểm soát đầu ra 2 A, 220 VAC (Tải cảm kháng: cosΦ =

0.4) 5 A, 220 VAC (Tải thuần trở)

Đồng hồ đo lưu lượng nước:

Đồng hồ đo lưu lượng nước phù hợp đo đạc với hầu hết các chất lỏng có tínhdẫn điện Dòng chảy phải có tốc độ tối thiểu 5m/s Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất,

tỷ trọng chất lỏng không ảnh hưởng tới kết quả đo đạc Đồng hồ đo nước được ứngdụng rộng trong các ngành như:

- Nước và nước thải

- Công nghiệp hóa chất và dược phẩm

- Thực phẩm và nước giải khát

- Bộ đo đếm được lắp đặt cho đường ống cấp nước từ thành phố vào tòa nhà

1 Nguồn cấp 18-90 DAC 50Hz hoặc 115-230 VAC 50Hz

Đồng hồ đo đếm điện năng:

Là thiết bị đo các thành phần của dòng điện sử dụng (điện áp, dòng điện, độlệch pha, công suất sử dụng, công suất phản kháng, tần số, …), nhằm mục đíchgiám sát chất lượng điện năng được cung cấp Các thông số kĩ thuật tối thiểu:

- Cổng giao tiếp RS485 theo giao thức Modbus để kết nối tới hệ thống

- Nguồn cấp: 100…415 ±10 % V AC, 5 VA hoặc 125 250 ±20 % V DC, 3W

- Sai số về dòng điện 04,% (1…6A), điện áp 0,3% (50…277V), công suất0,5%, tần số 0,02% (45…65Hz)

- Nhiệt độ hoạt động: -5° C đến 60° C (41° F đến 140° F) (đồng hồ)

-10° C đến 50° C (50°F đến 122°F) (màn hình)

- Cấp bảo vệ: 0.5S (theo IEC 62053-22), ANSI C12.20 0.5 Accuracy

2.8 Các giao thức truyền thông

BMS có khả năng tích hợp toàn bộ hệ thống gồm mạng BACnet IP,LonTalk, Modbus hay OPC

Truyền thông giữa các máy tính khách và các máy sử dụng giao thức chuyển văn bản cấp cao HTTP

Sử dụng mạng BACnet IP để kết nối giữa mỗi máy chủ hệ thống và bộ điều khiển cấp cao tòa nhà

Tùy theo yêu cầu kỹ thuật giao thức Internet phiên bản 4 (IPv4) hoặc phiênbản 6 (IPv6) được sử dụng

Giao thức LonTalk được sử dụng để truyền thông giữa bộ điều khiển cấp cao tòa nhà và các bộ điều khiển số trực tiếp, ví dụ như các bộ điều khiển đa dụng

Giao thức Modbus được sử dụng để truyền thông giữa các đồng hồ đo điện và các bộ điều khiển theo chuẩn RS485.

Công nghệ OPC được sử dụng để tích hợp hệ thống với IBMS Với máytính có nền tảng máy chủ OPC, BMS có thể kết nối với các hệ thống khác nhưIBMS bằng cách chuyển đổi giao thức BACnet thành giao thức có thể truyềnthông được với OPC

2.9 Phần mềm quản lý, giám sát điều khiển hệ thống EBI [6]

- Tích hợp với các dải hoạt động của thiết bị, hệ thống qui mô, Nguồn Internet

và Intranet cho phép khai thác thông minh hệ thống quản lí thông tin

- Sử dụng chuẩn công nghiệp phần cứng và hệ điều hành windows server 2003

- Hỗ trợ các chuẩn công nghiệp hàng đầu hiện nay: BACnet, LonMark,ODBC, OPC, AdvanceDDE and Modbus.

- Hệ thống phát triển theo các chuẩn UL864 (chống cháy), UL2017 (Tín hiệu

hệ thống), UL916 (Hệ thống quản lý năng lượng), UL1017 (An ninh), UL1610Trạm trung tâm) và UL294 (Điều khiển truy nhập)

- Thích hợp trong một môi trường thương mại điện tử CFR Part 11 sử dụngchữ ký điện tử

- Thiết kế và phát triển theo chuẩn chất lượng ISO 9001

- EBI sử dụng kiến trúc client/server (Khách/Chủ), cung cấp một hệ thống chophép mở rộng cấu hình khác nhau với nhiều máy chủ và trạm kết nối trên LANshoặc WANs

- Server cho phép chạy ứng dụng đa người dùng, đa tác vụ, sử dụng các hệđiều hành tiêu chuẩn công nghiệp Windows XP, Windows 2000 và Windows 2003.Máy chủ chạy ứng dụng phần mềm giao tiếp với các thiết bị điều khiển và cập nhật

dữ liệu thời gian thực và cơ sở dữ liệu quan hệ

- Server cũng hành động như là máy phục vụ tập tin cho hiển thị hình ảnh EBItrạm cung cấp giao diện người-máy hiển thị màu độ phân giải cao Hệ thống cho phépkết nối lên đến 40 trạm đến một EBI Server đồng thời Người vận hành có thể sử dụngEBI Station hoặc một trình duyệt Web để thực hiện các tác nhiệm giám sát, quản lí như:

 Hiển thị và đáp ứng các cảnh báo

 Lập lịch vận hành các trang thiết bị

 Cấu hình các điểm thông tin trên cơ sở dữ liệu EBI cho mỗi bộ điềukhiển

 Hiển thị, thao tác, và phân tích dữ liệu từ các bộ điều khiển khác nhau

- Cấu trúc mạng toàn diện của EBI, dựa trên chuẩn giao thức truyền thông côngnghiệp TCP/IP, cho phép thông tin liên lạc với hệ thống EBI khác, mạng máy tính, công

ty quản lý hệ thống thông tin, thông qua hệ thống mạng cục bộ hoặc mạng diện rộng

- EBI cung cấp một giao diện mở cho phép kết hợp nhiều loại bộ điều khiểnkhác nhau, các thiết bị phần cứng chuẩn, và các giao diện truyền thông chuẩn thànhmột hệ thống tích hợp, trung tâm nhờ đó tối đa hóa hiệu năng vận hành của tòa nhà.

- EBI có thể tích hợp các hệ thống sau:

 Các bộ điều khiển giám sát ra vào, và các đầu đọc thẻ

 Giám sát anh ninh

 Giám sát và điều khiển HVAC

 Giám sát và vận hành hệ thống báo cháy và chữa cháy

 Giám sát mức độ sử dụng năng lượng

 Điều khiển chiếu sáng