Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh giải pháp tối hóa hệ thống điện trong nhà hi tech

Thông qua trao đổi thông tin, BMS điều khiển vận hành các thiết bị chấp hành hoạt động của từng hệ thống kỹ thuật hoạt động theo yêu cầu của người quản lý, đảm bảo các yếu tố kỹ thuật cũ

-

LÊ MINH LUÂN

HỆ THỐNG QUẢN LÝ TOÀ NHÀ THÔNG MINH

GIẢI PHÁP TỐI ƯU HOÁ HỆ THỐNG ĐIỆN

TRONG TOÀ NHÀ HI-TECH

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

( Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày… tháng…… năm……

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành

Tp HCM, ngày tháng năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LÊ MINH LUÂN Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20-07-1986 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

MSHV: 10180088

TÊN ĐỀ TÀI: “GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG TÒA

NHÀ HI-TECH”

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN :

Nắm vững cấu trúc, nguyên lý giám sát điều khiển của một hệ thống BMS

đối với các hệ thống cơ điện trong tòa nhà Trình tự thiết kế một hệ thống

BMS, tính toán được hiệu quả kinh tế của tòa nhà khi được tích hợp hệ thống BMS Mô phỏng điều khiển và giám sát tòa nhà bằng phần mềm Niagara

workbench

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày tháng năm 2011

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày tháng năm 2011

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh

Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy Phó giáo sư – Tiến sĩ NGUYỄN HOÀNG VIỆT đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Nhân đây, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ và tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập

Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn để tiếp tục hoàn thành tốt nhất, đầy đủ nhất luận văn tốt nghiệp cao học

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 Học viên

Lê Minh Luân

tòa nhà cao tầng mọc lên với kiến trúc đẹp mắt và đầy đủ tiện nghi Một ngôi nhà hiện đại cần một giải pháp điều khiển, giám sát,và thu thập dữ liệu từ các thiết bị như điều hòa nhiệt độ,chống cháy ,chống trộm, camera Hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building Managerment System) là một giải pháp hợp lí cho nó

Hệ thống BMS trên thế giới đã được nghiên cứu và phát triển từ nhiều năm qua ở các nước tiên tiến trên thế giới, nhưng tại Việt Nam thì việc tích hợp BMS trong các tòa nhà còn chưa phổ biến, do kinh phí ban đầu cho hệ thống BMS thường khá cao, thị trường BMS còn khá hạn chế nên các chủ đầu tư hạn chế về thông tin và có ít sự lựa chọn các nhà cung cấp

Trong tương lai thì việc tối ưu hoá hệ thống điện phải được được ưu tiên hàng đầu, việc nâng cao tiêu chuẩn về an toàn và tiêu chuẩn hiệu suất sử dụng năng lượng trong các tòa nhà là điều tất yếu Khi đó, các toà nhà phải trang bị hệ thống quản lý tòa nhà BMS Do đó, việc nghiên cứu đề tài này sẽ giúp những người quan tâm có nhiều thông tin hơn trong việc lựa chọn các giải pháp đầu tư cho hệ thống BMS

Nội dung đề tài bao gồm: Đưa ra cấu trúc, nguyên lý giám sát điều khiển của một hệ thống BMS đối với các hệ thống cơ điện trong tòa nhà Trình tự thiết kế một hệ thống BMS, tính toán được hiệu quả kinh tế của tòa nhà khi được tích hợp hệ thống BMS Mô phỏng quản lý tòa nhà bằng phần mềm niagara

workbench

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS

1.1 Khái niệm về BMS 1

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống quản lý tòa nhà BMS trên thế giới và tại Việt Nam 1

1.1.2 Khái niệm và các lợi ích của hệ thống quản lý tòa nhà BMS 1

1.1.3 Các chức năng cơ bản của hệ thống BMS 3

1.2 Một số hãng cung cấp giải pháp hệ thống quản lý tòa nhà BMS trên thế giới 5

1.2.1 Thị phần của thị trường BMS 5

1.2.2 Giải pháp công nghệ của một số hãng cung cấp giải pháp BMS 8

1.3 Thị trường BMS tại Việt Nam 9

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ BMS 2.1 Tổng quan 12

2.2 Mô hình hệ thống tự động hoá của hệ thống BMS 14

2.3 Phòng điều khiển trung tâm……… … 17

2.4 Mạng điều khiển hệ thống BMS…… ……… 19

2.5 Các ứng dụng điều khiển giám sát……… 23

2.6 Kết nối, tích hợp và điều khiển hệ thống ……… 27

2.7 Phần mềm điều khiển ……… … 33

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ LOGIC ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG BMS

3.1 Mạng truyền thông trong hệ thống BMS 51

3.1.1 Khái niệm về mạng truyền thông 51

3.1.2 Cơ sở truyền dẫn 51

3.1.3 Cấu trúc mạng 53

3.1.4 Chuẩn giao thức Modbus 55

3.2 Logic điều khiển trong hệ thống BMS 56

3.2.1 Điều khiển tỷ lệ P 56

3.2.2 Điều khiển tích phân PI 58

3.2.3 Điều khiển PID 59

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KHI ĐẦU TƯ HỆ THỐNG BMS 4.1 Tổng quan về hiệu quả tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà 61

4.2 Tính toán hiệu quả khi đầu tư hệ thống BMS cho tòa nhà HI-TECH 64

4.2.1 Chi phí đầu tư hệ thống BMS cho tòa nhà HI-TECH 64

4.2.2 Tính toán công suất tiêu thụ của hệ thống HVAC và hiệu quả đầu tư BMS 68

5.1 Tổng quan phần mềm Niagara Workbench 73

5.1.1 Giới thiệu 73

5.1.2 Tính năng phần mềm 75

5.2 Controller – Jace 200 76

5.2.1 Giới thiệu 76

5.2.2 Đặc điểm 79

5.3 Mô phỏng hệ thống giám sát, điều khiển toà nhà Hi-tech 79

5.3.1 Hệ thống điện 79

5.3.2 Hệ thống chiếu sáng 82

5.3.3 Phát hiện có người ( motion detector) 82

5.3.4 Nhiệt độ toà nhà 83

5.3.5 Báo cháy 84

5.3.6 Access control 84

5.3.7 Máy điều hoà không khí chính xác (PAC – Precision Air Conditioning) 85

PHỤ LỤC LUẬN VĂN CAO HỌC 86

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS











1.1 Khái niệm về BMS

1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống quản lý quản lý tòa nhà

BMS trên thế giới và tại Việt Nam

Thuật ngữ BMS ra đời từ những năm 1950, và từ đó đến bây giờ BMS đã thay đổi rất nhiều kể cả trên phương diện phạm vi và cấu hình hệ thống dựa trên sự phát triển không ngừng của ngành khoa học kỹ thuật số vi xử lý Cách thức liên lạc của

hệ thống phát triển từ đi dây cứng đấy đi dây hỗn hợp (multiplex) và giờ đây là hệ thống hai dây liên lạc số hoàn toàn Ở các nước phát triển, hệ thống quản lý tòa nhà

đã có lịch sử phát triển hơn 50 năm Tuy nhiên, việc áp dụng BMS chỉ được phổ biến trong những thập niên cuối thế kỷ 20 khi các quốc gia châu Âu và một số nước châu Á đi vào giai đoạn phát triển toàn diện về kinh tế kỹ thuật Trong giai đoạn này

đã hình thành nên hầu hết các chuẩn phổ biến trong công nghệ BMS và BMS dần trở thành một yêu cầu khi xây dựng các tòa nhà Hiện nay, thị phần chủ yếu của BMS tập trung chủ yếu ở các nước Bắc Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản Các nhà cung cấp dịch vụ hàng đầu trên thế giới về tích hợp hệ thống BMS bao gồm: Siemens, Johnson Controls, Honeywell, Trane, Yamatake, Invensys, Tyco, GE Interlogix, Nowar PLC, Matshushita – Denko, Mitsubishi, TAC/CSI, Carrier…

1.1.2 Khái niệm và các lợi ích của hệ thống quản lý tòa nhà BMS

BMS (Building Management System): Là hệ thống điều khiển dựa trên máy tính được tích hợp trong các tòa nhà để điều khiển và giám sát các hệ thống cơ điện trong

tòa nhà như: hệ thống chiếu sáng, hệ thống điều hòa thông gió, hệ thống nguồn điện cung cấp cho tòa nhà, hệ thống báo cháy và chữa cháy tự động, hệ thống an ninh… Một hệ thống BMS bao gồm các chương trình phần mềm và các thiết bị phần cứng,

hệ thống thường được thiết lập cấu hình theo kiểu phân cấp và sử dụng các chuẩn giao thức như C-bus, Profibus… Các nhà sản xuất cũng sản xuất các hệ thống BMS tích hợp sử dụng các chuẩn giao thức Internet và các chuẩn mở như DeviceNet, SOAP, XML, BACNet, Lonworks, và Modbus

Hệ thống quản lý tòa nhà BMS là hệ thống điều khiển và quản lý toàn nhà hiện đại mang tính tổng thể Đối với hệ thống sử dụng phần mềm điều khiển chuyên dụng, các yêu cầu giải pháp của các nhà đầu tư hoàn toàn đáp ứng về các tính năng điều khiển cũng như công nghệ tiên tiến được ứng dụng trên từng thiết bị của hệ thống Hệ thống BMS thực hiện được đầy đủ các nhiệm vụ điều khiển và quản lý các hạng mục kỹ thuật trong tòa nhà, quản lý toàn bộ các thông số kỹ thuật của các thiết bị của các hệ thống nối tới Thông qua trao đổi thông tin, BMS điều khiển vận hành các thiết bị chấp hành hoạt động của từng hệ thống kỹ thuật hoạt động theo yêu cầu của người quản lý, đảm bảo các yếu tố kỹ thuật cũng như các yếu tố an toàn, an ninh, và tiết kiệm được năng lượng, giảm được chi phí vận hành, nâng cao tính chủ động trong quá trình vận hành, bảo trì nâng cấp hệ thống

BMS là một hệ thống hiện đại, được ứng dụng nhiều trong việc vận hành các tòa nhà ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới Khi các tòa nhà được tích hợp hệ thống BMS sẽ mang lại nhiều lợi ích như: vận hành hiệu quả, chính xác, độ an toàn cao, mang lại cảm giác thoải mái cho người làm việc trong tòa nhà, tạo ra hiệu quả trong công việc Ngoài ra hệ thống BMS có còn có khả năng giám sát, lập trình lịch vận hành các hệ thống cơ điện, cũng như các kế hoạch bảo trì, sữa chữa qua đó có thể tiết kiệm được năng lượng điện tiêu hao một cách đáng kể Các lợi ích do BMS mang lại:

 Giảm điện năng tiêu thụ (trung bình 15 – 20%)

 Tiết kiệm chi phí vận hành, thời gian quản trị, nhân lực và các tài nguyên khác

 Tăng hiệu quả, độ bền, an toàn các thiết bị vận hành

 Tăng hiệu suất làm việc của người sinh hoạt trong tào nhà ( 2- 5 %)

 Dễ dàng thay đổi, mở rộng, nâng cấp để đáp ứng nhu cầu phát triển

 Lập trình linh hoạt theo nhu cầu của từng tòa nhà

 Quản lý cơ sở, tài sản hiệu quả hơn nhờ các báo cáo ghi lại quá trình hoạt động, bảo trì và chức năng tự động gửi cảnh báo

1.1.3 Các chức năng cơ bản của hệ thống BMS

Hệ thống quản lý tòa nhà có thể thực hiện được các chức năng cơ bản như sau:

1 Giám sát và điều khiển hệ thống điều hòa thông gió

Quản lý tòa bộ hệ thống điều hòa thông gió của tòa nhà từ trung tâm điều khiển Toàn bộ bảng biểu, sơ đồ nguyên lý hoạt động, mặt bằng bố trí thiết bị, thông

số kỹ thuật, trạng thái hoạt động thiết bị của hệ thống điều hòa không khí được thể hiện trên màn hình giám sát trung tâm cho phép giám sát và điều khiển một cách trực quan thông qua việc điều khiển các thiết bị như: Chiller, Bơm nước chiller, AHU, VAR, FAN

2 Quản lý hệ thống điện

Điều khiển và giám sát hệ thống cấp điện nguồn, hệ thống máy phát dự phòng, máy biến thế và các tủ phân phối điện chính và phân phối điện khu vực

3 Hệ thống chiếu sáng

Hệ thống đèn chiếu sáng trong và ngoài tòa nhà sẽ được thiết kế dựa trên những tiện ích cho người sử dụng và quản lý hệ thống Các đèn chiếu sáng tại các khu vực được điều khiển đóng/mở từ xa tại phòng điều khiển trung tâm, từ các công tắc khả trình được lắp đặt tại các khu vực hoặc các công tắc trên Relay điều khiển RCM tại các tủ điều khiển Các khu vực nhạy cảm như khu chế tác, khu trưng bày, khu văn phòng của công ty, hệ thống chiếu sáng được điều khiển liên động với hệ thống an ninh chống đột nhập bất hợp pháp Khi có tín hiệu truy nhập bất hợp pháp

từ các khu vực này, đèn chiếu sáng được điều khiển tự động bật sáng để tăng cường

độ chiếu sáng cho khu vực phục vụ cho việc thu hình của hệ thống các camera giám sát

4 Hệ thống an ninh

Cho phép giám sát, lưu trữ các hình ảnh thu được từ camera và điều khiển camera từ hệ thống BMS, giám sát các hoạt động truy xuất tại các cửa ra vào, ra lệnh đóng mở trong các tình huống khẩn cấp từ máy chủ hệ thống BMS như có sự xâm nhập trái phép hoặc các sự cố cháy nổ

5 Hệ thống báo cháy và chữa cháy tự động

Giám sát và phát ra các tín hiệu cảnh bảo trên máy chủ hệ thống BMS và khi

có sự cố cháy nổ, đồng thời phát tín hiệu cảnh báo qua hệ thống truyền thanh, báo động đến cơ quan chữa cháy Điều khiển liên động tới hệ thống điều hòa không khí

để hạn chế cháy lan truyền, cắt điện hệ thống điện nguồn và hệ thống chiếu sáng thoát hiểm được bật lên để dẫn mọi người ra lối thoát hiểm Đồng thời các tín hiệu được đưa đến hệ thống phòng cháy tự động Ngoài ra, khi ở trạng thái bình thường,

hệ thống BMS giám sát toàn bộ trạng thái hoạt động của bơm chữa cháy, trạng thái của hệ thống chữa cháy tự động, mức nước tại các bể nước chữa cháy

6 Hệ thống truyền thanh nội bộ

Đưa ra các cảnh báo nội bộ (khi cố sự cố kỹ thuật hệ thống hoặc xảy ra sự cố cháy nổ) bởi các nhân viên kỹ thuật hay từ máy chủ hệ thống BMS khi có sự cố

7 Quản lý hệ thống thang máy

Giám sát trạng thái hoạt động của thang máy bao gồm nhiệt độ buồng thang, nồng độ Oxy buồng thang máy, trạng thái hoạt động của động cơ, vị trí thang máy Điều khiển liên động đến thang máy khi có sự cố cháy nổ, điều khiển on/off động cơ thang máy

1.2 Một số hãng cung cấp giải pháp hệ thống quản lý tòa nhà BMS trên thế giới

1.2.1 Thị phần của thị trường BMS

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nhà cung cấp giải pháp BMS cho các tòa nhà, tập trung ở các nước Bắc Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản Theo sự khảo sát của tổ chức ARC Advisory Group vào năm 2006 thì Bắc Mỹ dẫn đầu thế giới về thị trường BMS với hơn 12 tỷ đô la, chiếm 49,5% thị trường toàn thế giới Tiếp sau là các nước châu Âu với 7,5 tỷ đô, chiếm 30% thì trường toàn thế giới Tiếp sau là Nhật Bản, các nước châu Á và Châu Mỹ Latinh

Thị trường BMS trên thế giới năm 2001 và 2006 theo nguồn của ARC Advise

Hãng Johnson Controls nhà cung cấp BMS hàng đầu tại thị trường Bắc Mỹ Johnson Controls thành công tại thị trường Bắc Mỹ là do hãng có thể cung cấp cho khách hàng được tất cả các giải pháp tự động hoàn chỉnh cho những tòa nhà Ngoài

ra, Johnson Control còn cung cấp các hệ thống chiếu sáng tự động, các thiết bị báo cháy, chữa cháy và các thiết bị an ninh, truy nhập

Trên đây là hai hãng cung cấp giải pháp BMS hàng đầu trên thế giới với lần lượt chiếm 14,4% và 12,5% thị phần trên toàn thế giới theo khảo sát của ARC Advise Group

Thị phần của các nhà cung cấp giải pháp BMS trên thế giới Ngoài Siemens và Johnson Controls thì còn có các nhà cung cấp giải pháp BMS lớn như là Honeywel với 11,9%; Trane với 6.5% Yamatake và Invensys lần lượt là 6,5% và 6.1% Còn lại khoảng 22,2% thị phần của các nhà cung cấp khác không nằm trong biểu đồ trên

1.2.2 Giải pháp công nghệ của một số hãng cung cấp giải pháp BMS

1 Siemens

Nền tảng BMS của Siemens là hệ thống quản lý tòa nhà Apogee Apogee được thiết kế thành một hệ thống mở, linh hoạt, tương thích theo những yêu cầu của khách hàng Sự linh hoạt và tương thích của hệ thống Apogee đạt được thông qua sự điều khiển và quản lý hoàn chỉnh, khả năng truyền thông tiên tiến và dễ dàng liên kết với các hệ thống khác, chuẩn giao thức và các thiết bị Siemens đưa ra một dải tiêu chuẩn rộng và các chọn lựa giao thức tương ứng bao gồm: Modbus, BACNet và Lonworks

Bộ phận cốt lõi của hệ thống BMS Apogee Siemens là MBC (Modular Equipment Controller) MBC có khả năng thực hiện việc điều khiển các thiết bị trong việc thực thi các điều khiển phức tạp, giám sát và quản lý năng lượng Apogee Siemens phát triển phần mềm Insight 3.3 GUI để giúp các khách hàng dễ dàng tích hợp hệ thống quản lý tòa nhà vào trong nhiều tòa nhà Phần mềm Insight giúp khách hàng giảm chi phí vận hành tòa nhà, đảm bảo tốt vấn đề an tòa cho người sử dụng tòa nhà và các công cụ lưu giũ thông tin hoạt động Apogee được thiết kế chạy trên máy chủ cài hệ điều hành Windows2000 hoặc Windows NT4.0

dẫn bảo trì thiết bị và giúp người quản lý tòa nhà đưa ra các quyết định chính xác nhất Hệ thống Metasys có thể giao tiếp với hàng trăm thiết bị của các hệ thống điều khiển khác nhau Bên cạnh đó Johnson Controls cũng thiết kế các phần mềm ký thuật với mục đích thiết lập các dự đoán, loại bỏ sự mất điện do sự cố về nguồn, an ninh Ngoài ra, Johnson controls cũng phát triển phần mềm Data Visualization, phần mềm này tự động sắp xếp và đưa các thông tin ưu tiên đến cho người vận hành trong

số rất nhiều các dự liệu thông tin giúp người vận hành có thể biết trước được các điều kiện vận hành trong tương lai

3 Honeywell

Honeywell được thành lập năm 1885 tại Mỹ, năm 2001 Honeywell mua lại công ty Pittway có trụ sở lại Chicago, Mỹ với lĩnh vực kinh doanh chính là cung cấp giải pháp tự động trông các tòa nhà cao tầng và nhà biệt thự Pittway có khả năng cung cấp đến cho khách hàng tất cả các giải pháp tự động kết hợp giữa báo cháy, an ninh và HVAC

Hệ thống quản lý tòa nhà của Honeywell là hệ thống EXCEL 5000 được phát triển dựa trên tiêu chuẩn hệ thống mở cho các thiết bị phần cứng cơ bản, phần mềm

và mạng lưới Với việc tập trung vào cấu trúc mở, Honeywell co thể cung cấp cho khách hàng khả năng tích hợp nhiều các hệ thống phụ với nhau Honeywell cũng phát triển các phần mềm ứng dụng như Lifesatify Manager, Building Manager và Security Manager

1.3 Thị trường BMS tại Việt Nam

Tại Việt Nam, trong giai đoạn hiện nay có khoảng 50% số nhà có trang bị hệ thống điều hòa tập trung, hệ thống bảo vệ và báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập

và giám sát bằng camera nhưng chưa có hệ thống quản lý tòa nhà BMS Các hệ thống điều hòa thông gió, báo cháy, an ninh… được điều khiển riêng biệt và không

mới chỉ được quan tâm trong những năm gần đây Tỷ lệ các tòa nhà sử dụng BMS ở Việt Nam còn thấp (chỉ khoảng 10%) và chưa đồng bộ Việt Nam cũng chưa hình thành nên các chuẩn nhất định cho việc áp dụng BMS khi xây dựng các tòa nhà Tuy nhiên, theo xu hướng tất yếu của công cuộc hội nhập với nền kinh tế toàn cầu, dần dần hệ thống BMS sẽ trở thành một tất yếu được áp dụng khi xây dựng các tòa nhà

Trong những năm gần đây, rất nhiều các cao ốc đang được xây dựng nhằm đáp ứng các yêu cầu phát triển của xã hội Việc quản lý hiệu quả chi phí hoạt động, năng lượng thời gian, con người, an toàn, thông tin liên lạc, và bảo trì vận hành các cao ốc này là một nhu cầu cần thiết của các chủ đầu tư Hệ thống quản lý tòa nhà BMS đã ra đời để giải quyết các yêu cầu về việc vận hành và giám sát hiệu quả các

hệ thống được vận hành trong các tòa nhà Trong khoảng 10 năm trở lại đây, tại Việt Nam ngày càng có nhiều những tòa nhà cao ốc được trang bị hệ thống quản lý tòa nhà BMS để mang lại mức độ tiện nghi, sự an toàn và hiệu quả sử dụng cao nhất cho tòa nhà Các nhà cung cấp giải pháp BMS ở Việt Nam hầu hết là các hãng nổi tiếng trên thế giới như hệ thống Apogee của Siemens, Honeywell, Johnson Control, Yamakate

Theo tính toán của các nhà đầu tư khi sử dụng hệ thống BMS tại Việt Nam thì mặc dù chi phí trang bị hệ thống BMS ban đầu cao hơn so với các tòa nhà có phân hệ điều khiển bình thường nhưng tiết kiệm chi phí vận hành và năng lượng khoảng 40% so với tòa nhà khác Do vậy giảm được giá thành cho thuê văn phòng khoảng 30% trên 1m2 Với diện tích sàn sử dụng với mỗi tòa cao ốc vào khoảng từ vài nghìn đến vài chục nghìn m2 thì hiệu quả đầu tư rất đáng kể, tạo ra lợi thế cạnh tranh và thời gian hoàn vốn đầu tư trang bị hệ thống BMS ban đầu ngắn Do vậy, xu hướng sử dụng BMS để quản lý vận hành các tòa nhà là tất yếu đối với các chủ đâu

tư như tòa nhà trụ sở của Tập đoàn Bảo Việt Tp HCM, Tòa nhà thương Mại Dầu khí

Hà Nội, tòa nhà Rubby Hà Nội, tòa nhà FPT, tòa nhà BIDV tower, tòa nhà Petrovietnam Tower

Một số tòa nhà tiêu biểu tích hợp hệ thống BMS :

• Tòa nhà Bảo Việt: Toà nhà Bảo Việt gồm 15 tầng chính, 02 tầng kỹ thuật và

01 tầng hầm trên diện tích đất 4.000m2, diện tích sử dụng là 20.000m2, được thiết

kế theo phong cách kiến trúc hiện đại, nhiều không gian văn phòng mở với hệ thống thang máy thông minh tốc độ cao, điều hoà trung tâm Tòa nhà sử dụng giải pháp điều khiển của Honeywell

• Tòa nhà Ruby Plaza Hà Nội: Ruby Plaza gồm 16 tầng được xây dựng trên diện tích 10.000m2 gồm khu thương mại, thư giãn, ẩm thực và văn phòng Với tòa nhà hiện đại, việc sử dụng hệ thống điều khiển và quản lý toà nhà BMS là không thể thiếu Tòa nhà tích hợp hệ thống BMS sử dụng phần mềm (PM) điều khiển chuyên dụng Apogee Insight (của Siemens)

• Tòa nhà PetroVietnam Tower: Petrovietnam Tower là cao ốc văn phòng

cho thuê cao cấp, nằm ở vị trí đắc địa ở Tp.HCM Diện tích sử dụng cho thuê văn phòng của Petrovietnam Tower là 16.000 m2 Tòa nhà gồm 2 khối, khối cao tầng và thấp tầng với chức năng đa dạng, có các phòng trưng bày, cafe và nhà hàng cao cấp tại tầng trệt Petrovietnam Tower được trang bị các thiết bị máy móc kỹ thuật hiện đại, hệ thống camera được trang bị khắp nơi bên trong tòa nhà Tòa nhà được bảo vệ giám sát chặt chẽ 24/24 tại phòng điều khiển trung tâm, đảm bảoan ninh cho khách hàng thuê văn phòng PetroVietnam Tower sử dụng giả pháp công nghệ Apogee của Siemens

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG

Hệ thống BMS có đầy đủ các chức năng cơ bản sau:

− Giám sát các thông số nồng độ chất lượng không khí

− Điều khiển đèn chiếu sáng tại các khu vực hành lang, các khu công cộng trong và ngoài tòa nhà

− Giám sát các thông số điện áp, của nguồn điện cung cấp

− Kết nối tích hợp với hệ thống điều khiển điều hoà thông gió, chuẩn giao thức BacNet, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong thiết kế để điều khiển hệ thống điều khiển điều hòa thông gió HVAC

− Kết nối các tín hiệu báo động với hệ thống báo cháy và chữa cháy, thu nhận các thông tin báo động cháy, chữa cháy để phối kết hợp điều khiển các thiết bị khác trong các hệ thống kỹ thuật khác

− Kết nối tín hiệu báo động với hệ thống an ninh theo đúng yêu cầu thiết

kế kỹ thuật

Hệ thống cho phép lưu trữ các tham số của hệ thống thu nhận được để sử dụng làm báo cáo, cho phép viết các chương trình điều khiển để thực hiện điều khiển hệ thống điều hoà thông gió khi nhận được các tín hiệu báo cháy, tín hiệu từ

hệ thống giám sát thông số môi trường

Hệ thống cũng cho phép viết các chương trình điều khiển ứng dụng tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu các thao tác vận hành tay, tiết kiệm thời gian, nhân công và chi phí vận hành cũng như kéo dài tuổi thọ của các thiết bị được điều khiển

Hướng tới tương lai, hệ thống BMS là một hệ thống mở, cho phép mở rộng nâng cấp cấu hình phần cứng, cho phép mở rộng hệ thống, các sản phẩm thế hệ mới cũng luôn tương thích với các thiết bị đã được lắp đặt trong hệ thống BMS của toà nhà và có thời gian thích ứng mà không bị lạc hậu so với công nghệ

2.2 Mô hình hệ thống tự động hoá của hệ thống BMS

Cấu trúc hệ thống điều khiển, giám sát tòa nhà

Cấu trúc của hệ thống điều khiển là hệ thống có cấu trúc mở và hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống BMS giám sát kỹ thuật – điều khiển của Tòa nhà cũng như đáp ứng được các yêu cầu về nâng cấp mở rộng trong tương lai Với cấu trúc mở, giao thức mở và được xây dựng trên cơ sở của khoa học công nghệ tiên tiến hiện đại nhất hiện nay, hệ thống điều khiển tự động hóa tòa nhà cho phép tích hợp các hệ thống kỹ thuật đơn lẻ khác có sử dụng các giao thức chuẩn như Bacnet, LONmark, ModBus, Profibus, EIB, M-Bus …, và giúp người quản lý dễ dàng trong quản lý và vận hành điều khiển các hệ thống kỹ thuật tòa nhà

Hệ thống BMS có cấu trúc của hệ điều khiển phân tán Distributed Control System, phần mềm điều khiển đóng vai trò giao diện người máy HMI giữa máy tính điều khiển với các bộ điều khiển kỹ thuật số Hệ thống sẽ hoạt động ổn định tại các thiết bị điều khiển số DDC (Direct Digital Controller) như MEC (Modular Equipment Controller), PXC (Programable Controller) Compact, PXC Modular…cho dù có các gián đoạn truyền thông trong mạng điều khiển hay có sự cố đối với các máy tính điều khiển của hệ thống mạng tại cấp quản lý điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm

Các bộ điều khiển này trao đổi với nhau trên mạng Ethernet LAN TCP/IP Trên mạng này các bộ điều khiển được kết nối ngang hàng với nhau và được nhận biết bởi 01 địa chỉ IP

2.3 Phòng điều khiển trung tâm

Máy tính điều khiển của hệ thống sẽ được đặt tại phòng điều khiển Máy tính này được cài đặt phần mềm chuyên dụng, chương trình điều khiển này hoạt động được trên nền của các hệ điều hành Window XP pro/ Window 2000/ W2003/ Window 2000 server/ Window 2003 server Máy tính lưu trữ toàn bộ các chương trình điều khiển dữ liệu cần thiết cho hoạt động của toàn bộ hệ thống BMS, đóng vai trò giao diện người máy trong vận hành điều khiển

Tại đây người vận hành thực hiện được đầy đủ các chức năng yêu cầu trong Quản lý – Giám sát - Điều khiển các hạng mục kỹ thuật kết nối vào hệ thống BMS

Máy tính hệ thống lưu giữ các thông tin dữ liệu liên quan đến tất quản lý giám sát - điều khiển, do đó cần có hiệu suất, độ tin cậy và sẵn sàng cao, đảm bảo luôn sẵn sàng cung cấp thông tin 24/24 cho toàn bộ hệ thống Máy tính hệ thống BMS được trang bị một bộ cấp nguồn không gián đoạn UPS đủ cung cấp nguồn nuôi cho toàn bộ hệ thống khi mất điện lưới là 25 phút

Máy in thông báo, báo lỗi, báo cáo của hệ thống cũng được đặt tại phòng điều khiển Máy in này có nhiệm vụ in ra tất cả các trạng thái sự cố của hệ thống BMS và các hệ thống có liên quan

Máy tính điều khiển trung tâm

Sử dụng các máy tính điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm sẽ có nhiều tiện ích Nhân viên vận hành sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức để vận hành hệ thống mà vẫn đảm bảo hiệu quả cao trong việc điều khiển giám sát hệ thống

Tại phòng điều khiển trung tâm, người vận hành sẽ truy cập vào máy tính hệ thống điều khiển quản lý tòa nhà tùy theo phân quyền của mình để điều khiển giám sát hệ thống điện hay điều khiển điều hòa

Tại phòng điều khiển, nhân viên kỹ thuật vận hành thực hiện được việc điều khiển – giám sát các thiết bị có liên quan trong phạm vi hệ thống BMS và các hệ thống được kết nối đến Trên máy tính này, người quản lý hệ thống cũng thực hiện được việc tạo mới các điểm điều khiển, điều chỉnh cấu hình, nâng cấp mở rộng hệ thống BMS…

Thao tác điều khiển được thực hiện trên màn hình đồ hoạ của hệ thống, màn hình đồ hoạ này được Việt hoá đối với các vị trí, tên của thiết bị được điều khiển, đồ hoạ được thiết kế mô phỏng theo cấu tạo của thiết bị, theo địa hình của khu vực lắp đặt các thiết bị để tăng sự thuận tiện cho nhân viên vận hành trong quá trình điều khiển

Người vận hành điều khiển được các máy điều hòa, các bơm cấp nước, giám sát được các thông số môi trường, điều khiển được đèn chiếu sáng hay giám sát các thông số nguồn điện được cung cấp… vị trí các thang máy trong hành lang thang máy, trạng thái làm việc, báo lỗi của các thiết bị truyền động điện tại các hạng mục trong tòa nhà được quản lý, giám sát bởi hệ thống BMS

Phần mềm điều khiển hệ thống cho phép thực hiện chức năng “Kéo - Thả” sử dụng chuột, là ứng dụng của hệ điều hành Microsoft Window, làm tăng hiệu quả vận hành, góp phần đảm bảo tăng tính chính xác, đáp ứng yêu cầu thời gian thực của quá trình điều khiển

Thao tác trên các máy tính điều khiển, người vận hành thay đổi được các giá trị, tham số cần điều khiển hay viết các chương trình điều khiển giám sát hệ thống

Thu nhận các thông tin sau điều khiển

Hệ thống sẽ lưu giữ tất cả các thông tin liên quan xảy ra trong phạm vi hệ thống BMS và các hệ thống liên quan, các thông tin trạng thái, sự cố, hay số giờ vận hành các bơm, quạt, nhiệt độ khu vực, vvv… được hệ thống xử lý, phân loại và lưu giữ Tín hiệu kết nối đến từ báo động đột nhập, tín hiệu báo cháy, bơm chữa cháy hoạt động…cũng được lưu giữ tại đây

In báo cáo

Máy in báo cáo được cài đặt để in tất cả các báo cáo về các sự kiện xảy ra theo thời gian Bất kể sự kiện gì xảy ra (trạng thái báo lỗi, xóa dữ liệu hệ thống, thay đổi cấu hình, chương trình điều khiển), máy tính điều khiển cũng sẽ ra lệnh cho máy

in này hoạt động in

Máy in còn thực hiện nhiệm vụ in các báo cáo vận hành hệ thống, các thông tin liên quan đến chỉ số tiêu thụ điện, nước, nhiệt độ, báo cáo vận hành vv… được

hệ thống lưu giữ theo thời gian

2.4 Mạng điều khiển hệ thống BMS

2.4.1 Mạng điều khiển quản lý EBLN

Mạng Quản lý – Giám sát - điều khiển Ethernet Building Level Network là đường truyền thông tin chính của hệ thống điều khiển – quản lý tòa nhà BMS Tại mạng điều khiển này, các bộ điều khiển số trực tiếp (DDC), các máy tính điều khiển trong khuôn khổ của hệ thống quản lý tòa nhà sẽ được đặt các địa chỉ IP cố định Các thiết bị này giao tiếp với nhau sử dụng giao thức TCP/IP

Các thiết bị dùng cho kết nối mạng LAN thuộc hệ thống điều khiển – quản lý

là các thiết bị chuyển mạch switch Tốc độ truyền thông trên mạng đạt 100 MBps

Hệ thống mạng LAN của hệ thống tự động hoá sử dụng cáp UTP Cat6

Mạng điều khiển được sử dụng kết nối theo chuẩn hình sao, cho phép kết nối các thiết bị trong mạng điều khiển mà vẫn đảm bảo không ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống khác hay các thiết bị trong cùng hệ thống

Mạng là nơi lắp đặt các tủ điều khiển kỹ thuật số DDC có tính năng kỹ thuật đáp ứng hoàn toàn các yêu cầu đề ra của thiết kế kỹ thuật:

- Thiết bị điều khiển là loại kết nối ngang hàng trên mạng truyền thông chuẩn Ethernet theo giao thức TCP/IP tốc độ 10/100Mb, đáp ứng các yêu cầu nâng cấp - mở rộng trong tương lai cho phép 1000 tủ điều khiển trong toàn hệ thống)

- CPU có tốc độ xử lý 133MHz;

- Có bộ nhớ RAM 72MB

- Độ phân giải A/D input 16 bits

- Độ phân giải D/A output 10 bits

- Các mô đun I/O là loại có khả năng lắp lẫn cao, để có thể thực hiện nâng cấp theo yêu cầu trong tương lai mà không cần nâng cấp toàn bộ phần cứng của thiết bị điều khiển

- Có khả năng tự lưu giữ các chương trình điều khiển khi có sự cố về nguồn nuôi trong thời gian 30 ngày, chức năng báo trạng thái đầy/cạn của pin nuôi

bộ nhớ để người vận hành có thể thay thế pin này khi cần, tránh tình trạng mất chương trình điều khiển không cần thiết

- Hỗ trợ các cổng 01 cổng kết nối chuẩn RS232C và 1 cổng USB2.0 để thực hiện kết nối tới các máy tính điều khiển xách tay, bộ lập trình cầm tay, các máy in tại chỗ

- Có khả năng thực hiện điều khiển bằng máy tính xách tay, các bộ lập trình cầm tay tại chỗ thông qua kết trực tiếp các bộ điều khiển DDC

- Có khả năng thiết lập mạng điều khiển quan hệ chủ tớ Master/ Slave, các thiết bị được thiết lập trên mạng điều khiển này cần đáp ứng được là 96 Slave

- Có khả năng để lắp đặt các bộ chuyển đổi giao thức để thực hiện kết nối các

bộ điều khiển chiller hay các thiết bị điều khiển khác có giao thức BacNet, LonWork, ModBus, EIB, P2, PROFIBUS… khi có yêu cầu

- Các bộ điều khiển DDC đã có đầy đủ nguồn nuôi, đảm bảo các yếu tố hoạt động được bình thường

- Các bộ điều khiển cần đáp ứng được yêu cầu về môi trường làm việc từ 0-

490C, độ ẩm từ 5-95% không đọng sương

- Có khả năng lập trình trực tuyến Online: thực hiện Upload chương trình điều khiển từ bộ điều khiển về máy tính điều khiển trung tâm – Download chương trình điều khiển từ máy tính điều khiển trung tâm về bộ điều khiển mà không ảnh hưởng đến các hoạt động của hệ thống, không tách bộ điều khiển ra khỏi

hệ thống Thực hiện nâng cấp cấu hình phần cứng, phần mềm của bộ điều khiển mà không gây nên bất kỳ một ảnh hưởng nào tới hoạt động của các thiết bị trong hệ thống

- Có khả năng tự lưu giữ các chương trình điều khiển, hoạt động được độc lập

để điều khiển các thiết bị hệ thống điều hoà khi mạng điều khiển có sự cố trong truyền thông giữa máy tính điều khiển trung tâm và bộ điều khiển DDC;

- Không đòi hỏi thêm phần mềm điều khiển khi thực hiện các thao tác thay đổi các cấu hình phần cứng, phần mềm của bộ điều khiển khi lập trình bằng máy

tính xách tay thông qua kết nối trực tiếp, cho phép thực hiện sử dụng máy tính xách tay bất kỳ khi thực hiện việc lập trình điều khiển, kiểm tra các hoạt động của hệ thống tại một tủ điều khiển PXC MODULAR bất kỳ

- DDC có sẵn tính năng hỗ trợ thiết lập chương trình điều khiển khi thực hiện kết nối DDC - Máy tính xách tay:

• Điều khiển vòng lặp kín PID

• Tự động tự dò tham số P, I, D

• Chuỗi logic

• Phát hiện lổi, báo cáo, lịch reset

- DDC sẵn tính các ứng dụng hỗ trợ việc quản lý năng lượng:

• Giới hạn xung yêu cầu

• Tối ưu hóa thời gian chạy-dừng

• Tạo lịch vận hành cho thiết bị, tối ưu hóa, luân phiên

• Xoay vòng hoạt động, điều khiển tối ưu

- DDC đáp ứng được các tiêu chuẩn:

• FCC, Part 15 Subpart B, Class A CISPR 22 Class A

• European EMC Directive (CE): Industrial Levels

• European Low Voltage Directive (LVD)

• Australian Compatibility Framework

2.4.2 Mạng điều khiển hiện trường cấp tầng FLN

Mỗi tủ điều khiển kỹ thuật số DDC cũng là một Master trong hệ thống mạng

có cơ chế giao tiếp master/slave, có 03 Mạng FLN được thiết lập trên 01 DDC

Trên mạng FLN, có thể có 32 thiết bị trao đổi thông tin đóng vai trò là Slave

Để thiết lập giao thức truyền thông, ta có thể sử dụng chuẩn truyền thông công nghiệp RS485, các giao thức được sử dụng trên mạng là P1, tốc độ truyền thông trong mạng này đạt 4,8 KBps Mạng điều khiển FLN quản lý các thiết bị điều khiển cấp trường là các bộ biến tần, điều khiển tốc độ các động cơ, thiết bị đo lường điện năng nối mạng DEM

2.5 Các ứng dụng điều khiển giám sát

2.5.1 Giám sát thông số môi trường

- Hệ thống BMS đảm bảo cung cấp những thông số chính xác, kịp thời, liên tục

về môi trường nhiệt độ tại các khu vực, nồng độ khí CO tại tầng hầm, cho phép giám sát chặt chẽ điều kiện làm việc an toàn của con người Nồng độ khí CO tại tầng hầm được quản lý bởi sensor carbon monoxide sensor, đây là loại sensor có thiết kế đặc biệt có tín hiệu đầu ra biến đổi theo nồng độ khí CO được kết nối vào các ngỏ vào chuẩn điểm AI của tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR 1 tại tầng hầm,

có chỉ tiêu dòng điện 4-20mA Các quạt hút khí thải tầng hầm sẽ được điều khiển tốc độ theo nồng độ khí CO, khi nồng độ cao quạt hút sẽ được điều khiển tăng tốc và ngược lại

- Hệ thống tự động hoá BMS đáp ứng được yêu cầu quản lý các thông số môi trường làm tăng hiệu quả quản lý của người quản lý đối với từng khu vực cụ thể của tòa nhà Tòa nhà mà không cần phải thường xuyên kiểm tra các khu vực, hay cũng với giá trị của từng khu vực mà người quản lý

- Các thông tin đo lường từ các thiết bị cảm biến sẽ được gửi về các máy tính điều khiển trung tâm thông qua tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR, các thông tin này sẽ được theo dõi trên các màn hình đồ họa của máy tính điều khiển

2.5.2 Điều khiển đèn chiếu sáng

- Để điều khiển các tuyến đèn chiếu sáng trong và ngoài tòa nhà, hệ thống tự động hoá BMS thực hiện được tất cả các yêu cầu do thiết kế kỹ thuật đặt ra Máy tính điều khiển có khả năng điều khiển được các tuyến đèn chiếu sáng tại các khu vực của Tòa nhà và có khả năng quan sát các thông tin, thu nhận phản hồi từ các khởi động từ để giám sát trạng thái bật hay tắt của các tuyến đèn đó

- Từ phòng điều khiển người vận hành cũng sẽ thực hiện được các thao tác điều khiển, viết các chương trình tự động cho các tuyến đèn chiếu sáng ngoài trời, trong nhà theo yêu cầu để thực hiện tiết kiệm điện năng

- Đồ họa điều khiển của tuyến đèn được thể hiện trên máy tính điều khiển Tại phòng điều khiển trung tâm người vận hành có thể dễ dàng nhận biết các khu vực cần bật hay tắt đèn, tiết kiệm thời gian, công sức của nhân viên vận hành trong vận hành hệ thống đèn chiếu sáng

- Đáp ứng yêu cầu thiết kế kỹ thuật, hệ thống điều khiển BMS cũng cho phép thiết lập song song với hệ thống tự động một chế độ vận hành bằng tay sử dụng các công tắc chuyển mạch gắn trên tủ điện để thuận lợi cho việc bảo trì, sửa chữa, bật tắt bằng tay hoặc giả thiết trong trường hợp có gián đoạn điều khiển, được yêu cầu vận hành khẩn cấp tại chỗ

- Tại các hành lang, các nút nhấn khởi động hoàn toàn độc lập được lắp đặt trên hành lang của các khu vực trong Tòa nhà, các nút nhấn này được kết nối với các

bộ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR của hệ thống điều khiển – giám sát – quản lý BMS Người sử dụng chỉ cần nhấn nút, đèn sẽ hoạt động, sau khoảng thời gian đủ để đi hết hành lang, đèn sẽ được hệ thống điều khiển tắt để tiết kiệm điện năng

2.5.3 Giám sát điều khiển quạt thông gió

- Các quạt thông gió tầng hầm được điều khiển tốc độ hoạt động theo nồng

độ khí CO tại bại đỗ xe Tốc độ quạt sẽ tăng hay giảm tỉ lệ thuận với chỉ số đo nồng

độ khí CO, quạt được điều khiển và giám sát bởi hệ thống BMS

- Quạt điều áp thang được hoạt động theo lệnh đưa tới từ hệ thống báo cháy

- chữa cháy để tạo hành lang an toàn cho người thoát hiểm hệ thống BMS không thực hiện điều khiển các quạt này Tuy nhiên, tín hiệu báo quạt đã hoạt động được

hệ thống BMS quản lý, dựa trên nguyên lý báo có áp suất luồng khí trong ống dẫn khí Khi không có tín hiệu phản hồi quạt đã hoạt động từ quạt điều áp, nhân viên vận hành sẽ thông báo cho người có trách nhiệm giải quyết sự cố

2.5.4 Giám sát nguồn điện và năng lượng điện

- Để quản lý hệ thống điện, hệ thống BMS kết nối đến các điểm tín hiệu báo trạng thái đầu ra của các thiết bị đóng cắt - bảo vệ MCCB hay PXC MODULAR của

hệ thống điện, “điểm có tín hiệu dạng chuẩn DO” là các điểm đầu ra dạng dry contact (công tắc khô) Các điểm tín hiệu này của các tủ điện sẽ được nối đến các ngõ vào chuẩn điểm DI của các tủ điều khiển PXC MODULAR Khi có thay đổi trạng thái của các điểm đầu ra tại các tủ điện, BMS sẽ nhận biết đây là sự thay đổi trạng thái, sự cố của các thiết bị điện tương ứng với các điểm đầu vào Các tín hiệu báo lỗi, báo trạng thái của hệ thống điện sẽ được thể hiện trên màn hình đồ hoạ, màn hình báo lỗi - trạng thái, máy in của hệ thống BMS

- BMS sử dụng các bộ đo lường kỹ thuật số Digital Energy Monitoring chuẩn (WM14-96) giám sát điện năng tiêu thụ của tòa nhà, WM14-96 hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu giám sát theo dõi được các thông số kỹ thuật chính của các nguồn điện được cấp đến từ trạm Biến thế hạ áp – Máy phát điện dự phòng, tủ điện phân phối nguồn chính theo yêu cầu của thiết kế kỹ thuật:

+ Công suất hữu công của tòa nhà P (kW)

+ Công suất biểu kiến S (kVA)

+ Công suất phản kháng Q (kVAr)

+ Công suất tiêu thụ của tòa nhà (kWh)

+ Hệ số Cosφ

+ Điện áp dây tại tủ cấp nguồn chính (V)

+ Điện áp các pha tại tủ cấp nguồn chính (V)

+ Dòng điện của các pha tại tủ cấp nguồn chính (A)

Đồ họa sau mô phỏng quản lý điện năng tại một tủ điện phân phối nguồn cấp chính cho một tòa nhà Trong đồ họa, các giá trị được thể hiện là số đo đếm được, các tham số được Việt hóa về tên và vị trí thiết bị để đơn giản hóa quá trình vận hành của người giám sát, quản lý hệ thống

ĐỒ HỌA ĐIỂN HÌNH QUẢN LÝ ĐIỆN NĂNG NHỜ THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN KỸ THUẬT SỐ WM14-96

2.6 Kết nối, tích hợp và điều khiển hệ thống

2.6.1 Tích hợp hệ thống điều hoà thông gió

1 Phương án kết nối hệ thống điều hòa VRV và Water Chiller

- Hệ thống BMS có thể kết nối với cả hai hệ thống điều hòa thông gió theo kiểu điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh VRV (Variable Refrigerant Volume) hoặc

hệ thống điều hòa theo kiểu điều hòa trung tâm với môi chất lạnh là nước Water Chiller Phần mềm BMS thực hiện việc tích hợp hai hệ thống này thông qua chuẩn truyền thông BACnet/LON đối với hệ điều hòa VRV và chuẩn ModBus đối với hệ điều hòa Water Chiller

- Sử dụng tín hiệu đầu ra của hệ thống điều hòa chuẩn giao thức BacNet/ModBus kết nối vào đầu vào module vi xử lý giao thức BacNet/ModBuss của tủ điều khiển PXC MODULAR đặt tại phòng điều khiển trung tâm, hệ thống BMS sẽ thực hiện các giao tiếp với hệ thống điều hòa

- Các thông tin của hệ thống điều hòa được thu nhận và thể hiện trên màn hình đồ họa của hệ thống BMS Hệ thống BMS cũng thực hiện việc điều khiển các thiết bị thuộc hệ điều hòa, quản lý các tham số của hệ thống điều hòa thông gió tại máy tính điều khiển hệ thống BMS

- Điều kiện quyết định để thực hiện tích hợp hai hệ thống hệ thống điều hoà

và BMS là: hệ thống điều hoà phải đưa đến đầu ra tín hiệu để thực hiện tích hợp, tín hiệu này có chuẩn BacNet/ModBus theo đúng yêu cầu kỹ thuật

- Việc kết nối giữa hai hệ thống điều hoà và hệ thống BMS đảm bảo sẽ không gây nên bất cứ xung đột nào giữa hai hệ thống

o Điều khiển hệ thống điều hòa:

 Chiller và bơm nước lạnh:

- Hệ thống BMS điều khiển các chiller hoạt động theo các chương trình vận hành tự động theo các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch của không khí dựa trên các chương trình điều khiển được lập theo các yêu cầu vận hành của tòa nhà Tại phòng điều khiển trung tâm, người vận hành theo dõi được tình trạng hoạt động của

hệ thống, nhiệt độ vào ra của từng các Chiller, chế độ hoạt động của các bơm theo yêu cầu vận hành của người quản lý thông qua giao diện đồ họa

- Hệ thống BMS sẽ tự động tính tải lạnh tiêu thụ thực tế của tòa nhà và tính

số bơm, phần trăm công suất bơm, số máy nén Chiller cần chạy Bộ điều khiển DDC (có thể là MBC hoặc PXC) có thể lập trình chu trình chạy và dừng của hệ thống hoàn toàn tự động, khởi động các thiết bị dự phòng khi cố sự cố quá tải Hệ thống BMS có thể cho phép cụm máy nén Chiller vận hành theo 3 chế độ:

• Chế độ vận hành hoàn toàn tự động theo thời gian biểu

• Chế độ vận hành từ trung tâm theo yêu cầu của người vận hành

• Chế độ vận hành bằng tay (Manual) từ mỗi thiết bị

- Hệ thống BMS cũng cho phép quản lý thông tin vận hành, trạng thái, các lỗi và sự cố của các cụm máy chiller Cơ sở dữ liệu cho phép lưu trữ và truy cập các thông tin này theo các thời điểm khác nhau Các thông số tải hệ thống, nhiệt độ,

áp suất, mức nước được thu thập và theo dõi trong từng thời điểm

- Các máy sản xuất nước lạnh Chiller đóng một vai trò hết sức quan trọng, toàn bộ hệ thống điều hòa đều phụ thuộc vào hệ thống các máy lạnh này Hệ thống điều khiển Chiller sẽ nhận các thông số phản hồi từ các thiết bị cảm biến của

hệ thống như sau:

• Tín hiệu báo dòng chảy của nước lạnh trong hệ thống đường ống

• Áp suất nước trong hệ thống ống dẫn

• Nhiệt độ của nước lạnh đầu vào và đầu ra các Chiller

• Nhiệt độ nước hồi về từ các máy điều hòa không khí sau quá trình trao đổi nhiệt

Các thông số này được thể hiện trên màn hình đồ họa tại máy tính điều khiển, người vận hành có thể dễ dàng quan sát trạng thái hoạt động của các chiller, nhận diện lỗi trong hệ thống và qua đó giải quyết các lỗi kỹ thuật một cách nhanh chóng

và chính xác Người vận hành có thể dễ dàng thực hiện thao tác On/Off hay thay đổi chế độ hoạt động dự phòng của hệ thống Chiller mà không cần phẩn đến tận nơi các thiết bị hay tủ điều khiển Các lỗi về hệ thống như nhiệt độ nước quá cao, bơm nước không hoạt động, quá tải…thì báo lỗi của hệ thống sẽ hiển thị trên màn hình

- Các chiller được giám sát chặt chẽ về thời gian chạy, nhiệt độ của nước lạnh cần đáp ứng để cung cấp cho các máy điều hòa, các trạng thái sự cố, làm việc quá tải… Lập chương trình điều khiển theo chu trình “nhu cầu tải”: khi tải lạnh thấp thì tự động cắt giảm số lượng các chiller tham gia hoạt động, khi tải lạnh cao thì tự động khởi động thêm các chiller để đưa vào vận hành Qua đó đáp ứng được yêu cầu tiết kiệm năng lượng, kéo dài tuổi thọ của các máy lạnh chiller cũng như giảm chi phí sữa chữa thay thế

 Điều khiển bơm nước lạnh:

- Các bơm nước lạnh có nhiệm vụ là tạo sự tuần hoàn nước lạnh trong chu trình làm lạnh khép kín

- Các bơm nước lạnh được điều khiển theo yêu cầu đáp ứng tải lạnh của các mạy lạnh trung tâm Chiller, nó cho phép hệ thống vận hành với lưu lượng nước cấp tối thiểu cần thiết và tiết kiệm tối đa điện năng

- Số lượng bơm nước lạnh tham gia hoạt động sẽ được quyết định bởi lưu lượng nước làm lạnh yêu cầu của hệ thống điều hòa, theo số lượng các chiller tham gia vận hành hoặc theo yêu cầu của tải lạnh

- Hệ thống BMS sẽ giám sát áp lực trong hệ thống ống dẫn nước nước lạnh, Van Bypass sẽ tự động được đóng, mở để điều hòa áp suất giữa đầu cung cấp và trở

về (Supply & Return) khi có sự chênh lệch áp suất giữa hai tuyến ống Cấp và Hồi

 Điều khiển FCU/AHU (Fan Coil Unit/Air Handling Unit):

- FCU sử dụng nước lạnh:

Từng các FCU/AHU có trang bị bộ điều khiển nhiệt độ riêng biệt, bộ điều khiển này được lắp đặt cụ thể của từng FCU và có nhiệm vụ điều chỉnh tố độ quạt, cái đặt nhiệt độ và điều chỉnh các Van nước lạnh của các FCU/AHU Việc điều chỉnh từ xa các FCU được thực hiện bởi bộ điều khiển DDC Người vận hành hệ thống BMS có thể thực hiện được việc On/Off đối với từng nhóm FCU/AHU và cũng có thể lập trình vận hành cho từng nhóm FCU/AHU theo yêu cầu vận hành cụ thể

- FCU hệ thống VRV:

• Các FCU/AHU này được điều khiển nhờ bộ điều khiển trung tâm VRV, được điều tiết lưu lượng môi chất lạnh Refrigerant qua dàn trao đổi nhiệt và điều chỉnh tốc độ của các máy nén hệ thống điều hòa trên nguyên tắc nhiệt độ, tải lạnh yêu cầu của môi trường

• Hệ thống điều hòa VRV được kết nối tới tủ điều khiển kỹ thuật số DDC

và được điều khiển thông qua màn hình máy tính tại phòng điều khiển trung tâm

2 Kết nối hệ thống báo cháy & chữa cháy

- Phương án kết nối hệ thống báo cháy được đặt ra như sau: Kết nối “Điểm

- Điểm” giữa các điểm đầu ra báo động cháy dạng biến đổi trạng thái “0 – 1” là tín hiệu không điện dry contact Tín hiệu báo động cháy sẽ được đưa đến điểm đầu vào chuẩn DI của tủ điều khiển PXC MODULAR tại phòng điều khiển trung tâm

- Các tín hiệu báo cháy sẽ được thực hiện để điều khiển các thiết bị thông gió trong hệ thống, đáp ứng được các yêu cầu chữa cháy bằng việc cắt nguồn cấp không khí tới đám cháy, hay hệ thống báo cháy đã cấp tín hiệu điều khiển cho các quạt điều áp thang hoạt động tạo hành lang thoát hiểm

- Khi kết nối vào hệ thống BMS, các tín hiệu báo có nguồn nuôi sẵn sàng đáp ứng yêu cầu chữa cháy, mức nước bể chứa chữa cháy, áp lực nước sẵn sàng đáp ứng yêu cầu chữa cháy hay trạng thái bơm làm việc, sẽ được kết nối vào tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR của hệ thống BMS Các tín hiệu này được giám sát trên màn hình đồ họa của hệ thống BMS

3 Kết nối hệ thống giám sát an ninh

- Phương án kết nối hệ thống an ninh của Tòa nhà được thực hiện như sau:

- Kết nối “điểm - điểm” theo yêu cầu đặt ra của thiết kế kỹ thuật, các thông tin báo động từ đầu ra hệ thống an ninh sẽ được kết nối đến các tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR của hệ thống BMS, các thông tin này được hiển thị trên màn hình tín hiệu cảnh báo alarm của hệ thống BMS và được in ra trên máy in của

hệ thống

- Việc kết nối được thực hiện theo phương án “thông tin một chiều”, hệ thống tự động hóa BMS không có các điều khiển tương tác ngược lại hệ thống an ninh, nó chỉ thu nhận tín hiệu cảnh báo, giúp nhân viên vận hành nhanh chóng có các hành động hợp lý ứng phó với các tình huống xảy ra

- Hệ thống an ninh đưa ra các đầu nối “điểm có tín hiệu dạng chuẩn DO” là các điểm đầu ra dạng dry contact (công tắc khô) không mang điện để thực hiện việc kết nối đến điểm đầu vào chuẩn DI tại tủ điều khiển kỹ thuật số của hệ thống BMS

4 Giám sát hệ thống thang máy

- Khi kết nối hệ thống thang máy, hệ thống BMS cho phép hệ thống thang máy kết nối ở giao diện mức cao BacNet hoặc ModBus tuỳ theo đầu ra để thực hiện kết nối tích hợp của hệ thống thang máy Để thực hiện được việc kết nối mức cao,

hệ thống thang máy cần phải đưa được đến đầu ra các giao diện kết nối có chuẩn giao thức như trên Hệ thống BMS sẽ thực hiện việc kết nối tại đầu vào module tích hợp của tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR đặt tại phòng kỹ thuật thang máy tầng mái

- Khi không thực hiện được kết nối ở mức cao, hệ thống BMS cho phép hệ thống thang máy kết nối đến tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR ở giao diện mức thấp, chuẩn kết nối “điểm - điểm”

- Khi hệ thống thang máy được kết nối vào hệ thống BMS, trên đồ hoạ máy tính điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm, hệ thống BMS sẽ thể hiện được vị trí các thang tại các tầng và chế độ hoạt động, tình trạng các thiết bị truyền động điện khi hoạt động đúng như yêu cầu thiết kế kỹ thuật

- Nhờ các bộ cảm biến nhiệt độ được lắp đặt tại phòng máy hệ thống thang máy, hệ thống BMS cũng quản lý nhiệt độ tại khu vực đặt thang máy

- Trong tình huống sự cố có thoát hiểm, hệ thống BMS khi kết nối sẽ cho phép kiểm soát tình trạng, vị trí các thang máy trong hành lang thang, người vận hành hệ thống BMS chắc chắn rằng thang máy đã ở tầng thông ra mặt đất, không có người bị kẹt trong thang máy