Ứng dụng scada giám sát hệ thống thiết bị tòa nhà cao tầng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG SCADA GIÁM SÁT HỆ THỐNG THIẾT BỊ TÒA NHÀ CAO TẦNG NGÀNH KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PGS TS NGUYỄN HOÀI NHÂN Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Đặng Thanh Hồng Đức 1711020272 17DCTA2 Nguyễn Văn Hoàng 1711030212 17DCTA2 Trần Trung Hiếu 1711030380 17DCTA3 Tp Hồ Chí Minh, tháng 092021 (ghi ngày tháng bảo vệ) Free Hand ii Lời cảm ơn Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG SCADA GIÁM SÁT HỆ THỐNG THIẾT BỊ TÒA NHÀ CAO TẦNG NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ, ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN HOÀI NHÂN Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Đặng Thanh Hồng Đức 1711020272 17DCTA2 Nguyễn Văn Hoàng 1711030212 17DCTA2 Trần Trung Hiếu 1711030380 17DCTA3 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2021 (ghi ngày tháng bảo vệ) Lời cảm ơn Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s Nguyễn Hoài Nhân bảo em suốt q trình làm khố luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường ĐH Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh nói chung, thầy Viện Kỹ thuật Hutech nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hồn thành khố luận tốt nghiệp TP HCM, ngày 04 tháng 09 năm 2021 Sinh viên thực ii Mục lục PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ii PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ iii PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ iv PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ v Lời cam đoan i Lời cảm ơn i Mục lục iii Danh sách chữ viết tắt iv Danh sách hình ảnh v Danh sách bảng vii Lời mở đầu CHƯƠNG Giới thiệu 14 CHƯƠNG Tổng quan giải pháp 40 CHƯƠNG Phương pháp giải 75 CHƯƠNG Quy trình thiết kế thiết kế mô 80 CHƯƠNG Chạy thử 95 CHƯƠNG Đánh giá kết luận 96 Tài liệu tham khảo 98 iii Danh sách chữ viết tắt SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition): Hệ thống giám sát lưu trữ liệu PLC (Programmable Logic Controller): thiết bị điều khiển cho phép người dùng lập trình BMS (Building Management System ): hệ thống Điều khiển & Quản lý nhà DDC( Direct Digital Control): điều khiển số trực tiếp HMI (Human – Machine Interface): thiết bị giao diện người dùng MTU(Central Host Computer Server): máy chủ trung tâm RTU (Remote Terminal Units): thiết bị vào đầu cuối FCU (Fan-Coil Unit) : thiết bị xủ lý khơng khí IEC 870-5-101 : Giao thức truyền tin ICCP (Impressed Current Cathodic Protection) NLMT ( inverter) : Bộ biến tần CCTV(Closed Circuit Television): camera quan sát ODBC ( Open Database Connectivity): kết nối liệu mở EBI (Enterprise Buldings Integrator): giải pháp quản lý tịa nhà tồn diện HONEYWELL OPC (Open Platform Communications ): chuẩn giao tiếp liệu phần mềm HVAC (Heating, Ventilating, and Air Conditioning): hệ thống điều hịa khơng khí PCCC : phịng cháy chữa cháy iv Danh sách hình ảnh Hình 1.1 Hệ thống BMS điều khiển liên động hệ thống điện 17 Hình 1.2 Sơ đồ cấp vận hành hệ thống BMS 20 Hình 1.3 Các ứng dụng hệ thống BMS tòa nhà 22 Hình 1.4 Sơ đồ kết nối hệ thống VRV BMS 28 Hình 1.5 Sơ đồ kết nối hệ thống thơng gió 29 Hình 1.6 hệ thống quản lý phịng, chống cháy nổ 31 Hình 1.7 hệ thống cấp , nước 33 Hình 2.1 cấu trúc hệ thống BMS 42 Hình 2.2 main menu BMS chức 44 Hình 2.3 Chọn chức làm việc 45 Hình 2.4 Thiết lập User acount 46 Hình 2.5 Phân quyền theo chức 46 Hình 2.6 Cửa sổ graphic 47 Hình 2.7 Cửa sổ commander 47 Hình 2.8 Cửa sổ System Profile 48 Hình 2.9 Cửa sổ System activity log 48 Hình 2.10 Cửa sổ Alarm Status 49 Hình 2.11 Cửa sổ Schedule 50 Hình 2.12 Cửa sổ report builder 50 Hình 2.13 Cửa sổ report viewer 51 Hình 2.14 Cửa sổ Dynamic ploter 51 Hình 3.1 Biểu đồ thị phần tự động hóa tịa nhà khu vực Bắc Mỹ 75 Hình 3.2 Biểu đồ thị phần tự động hóa tịa nhà khu vực Bắc Mỹ 76 Hình 3.3 Biểu đồ thị phần tự động hóa tịa nhà Châu Á 77 Hình 3.4 Biểu đồ thị phần tự động hóa tịa nhà Nhật Bản 77 Hình 3.5 Biểu đồ thị phần tự động hóa tịa nhà Nhật Bản 78 Hình 4.1 Đèn báo phòng 80 v Hình 4.2 cơng suất phòng 81 Hình 4.3 Sơ đồ khối hệ thống chiếu sáng 81 Hình 4.4 Code đèn hành lang 82 Hình 4.5 đèn hành lang 83 Hình 4.6 sơ đồ khối hệ thống PCCC 84 Hình 4.7 sơ đồ khối hệ thống cấp nước 86 Hình 4.8 hệ thống cấp nước 87 Hình 4.9 sơ đồ khối hệ thống thang máy 88 Hình 4.10 thang máy 89 Hình 4.11 giám sát lượng mặt trời 91 Hình 4.12 hệ thống hòa lưới 91 Hình 4.13 sơ đồ khối hệ thống điều hòa 92 Hình 4.14 code hoạt động máy lạnh 93 Hình 4.15 máy lạnh 94 vi Danh sách bảng Bảng 1.1 Phạm vi cung cấp trang thiết bị kỹ thuật hệ thống chiếu sáng 25 Bảng 1.2 Tích hơp với hệ thống chiếu sáng 26 Bảng 1.3 Tích hợp hệ thống thơng gió 31 Bảng 1.4 Tích hợp hệ thống phịng, chống cháy nổ 33 Bảng 1.5 Tích hợp hệ thống cấp/thoát nước 35 Bảng 1.6 Tích hợp hệ thống quản lý mặt trời với BMS 37 vii Lời mở đầu Tính cấp thiết đề tài Trong thời đại cơng nghiệp hóa, đại hóa phát triển vũ bão khơng khí hội nhập kinh tế quốc tế Việt Nam nay, tiến nhừng bước dài đạt thành công kết tương đối khích lệ nhiều lĩnh vực kinh tế khác Một thành cơng qui mơ thị hóa với hàng lọat cơng trình kiến trúc đồ sộ mọc lên đế tô đẹp thêm cho thành công phát triến kinh tế Việt Nam Trong năm gần tòa nhà cao tầng mọc lên nhanh thể cho thành công mặt kinh tế đời sống nước Trước phát triển nhanh chóng đó, việc tự động hóa sinh hoạt sản xuất sử dụng rộng rãi qua thuật ngữ giảm sát dần hình thành Việc giám sát hoạt động hệ thống thực phương tiện máy móc mới, giảm bớt lại cơng việc người Tạo công cụ giám sát, điều khiển hệ thống tòa nhà cao tầng dễ sử dụng đem lại hiệu cao thiết yếu cảu Hệ thống tự động hóa quản lý tà nhà cao tầng hệ thống SCADA hệ thống BMS (Building Management System), ứng dụng SCADA.Vậy nên thay ta ln phải có người túc để kiểm tra hệ thống điện, bơm , cảnh báo, cho tịa nhà hay cơng trình hệ thống lượng mặt trời Chúng ta ứng dụng hệ thống BMS vào công việc này, vừa giúp tiếp kiệm thời gian, tiền bạc nhân lực lâu dài Hệ thống BMS sử dụng PLC để kiểm sốt hệ thống tịa nhà hệ thống bật hay tắt như: camera,thang máy, điện hành lang, máy lạnh, hệ thống có bị lỗi hay khơng, báo lỗi bị lỗi, có thẻ chuyển qua hệ thống điều khiển tay Một công cụ giúp hỗ trợ người dùng, dễ dàng điều khiển, hiệu cao, chi phí lắp đặt vận dụng hợp lý theo mục đích sử dụng tịa nhà mà tiêu chí đặt Qua đó, em thực đề tài ứng dụng SCADA giám sát tòa nhà cao tầng Tình hình nghiên cứu Qua phân tích thực trạng hệ thống quản lý nhà cao tầng trên, thấy tính cấp thiết phải trang bị hệ BMS cho nhà cao tầng Ngày nay, tịa nhà cao tầng khơng đạt tiêu chí diện tích sử dụng mà cịn phải đạt tiêu chí tiết kiệm điện năng, đạt tiêu chí mơi trường, tiêu chí tiện nghi, tiêu chí hệ thống thơng tin, tiêu chí an ninh, Tùy thuộc vào loại nhà cao tầng mà hệ thống BMS phải trang bị cho phù hợp với mục đích sử dụng mơi trường tịa nhà khai thác Các hệ thống BMS chuấn hóa sử dụng rộng rãi toàn giới Các hãng cung cấp sản phẩm xâm nhập vào thị trường Việt Nam như: Siemens, Honeywell, Johnson Controls, Các nhà cao tầng Việt Nam sử dụng hệ thống BMS Siemens thông qua công ty đại lý Việt sáng tạo, NTC đế thực lắp đặt cho tòa nhà: Saigon Center HCM đưa vào sử dụng 1996, Red riverbuilding Hanoi­ 1999, Opera Hilton Hotel Hanoi­2000, Trung tâm thương mại Ruby plaza, Trung tâm thương mại dầu khí Sau trang bị hệ BMS này, tòa nhà khai thác hiệu khả quản lý giám sát báo hiệu cố hệ thống HVAC (Hệ thống thơng gió điều hịa khơng khí) tiết kiệm 50% lượng điện tiêu thụ cho hệ thống so với trước lắp đặt hệ thống BMS Với kết khiêm tốn qua tịa nhà nói trên, thấy cần thiết hệ thống BMS tòa nhà cao tầng Do vậy, đòi hỏi tòa nhà cao tầng cần phải trang bị hệ thong BMS đế giúp cho việc quản lý, giám sát hiệu khai thác tiện lợi, đảm bảo cho môi trường sống xanh, đẹp Do vậy, đổi tượng nghiên cứu đề tài hệ thống quản lý nhà (BMS) hãng nối tiếng giới Từ thiết kế hệ thong quản lý tồ nhà BMS Mục đích, nhiệm vụ phạm vi nghiên cún: Thực trạng nay: Khoảng 90% số nhà cao tầng Việt Nam có hệ thống sở hạ tầng, hệ thống cung cấp thải nước, hệ thống cung cấp điện, hệ thống quạt trần điều hòa hệ thống báo cháy Đây tịa nhà loại thơng thường Khoảng 50% số tịa nhà có trang bị hệ thống điều hịa tập trung, hệ thống bảo vệ báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập giám sát camera chưa có hệ thong BMS Tất thiết bị hệ thống điều hòa, báo cháy,., điều khiển riêng biệt, điều khiển không trao đổi thơng tin với nhau, khơng có quản lý giám sát chung phần quản lý điện Khoảng 30% số tịa nhà có trang bị hệ thống điều hòa tập trung, hệ thống bảo vệ báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập giám sát camera có trang bị hệ thống BMS Tất thiết bị hệ thống điều hòa, báo cháy, điều khiển riêng biệt tích hợp phần Hệ BMS cho phép trao đổi thông tin, giám sát hệ thống, cho phép quản lý tập trung Hệ BMS cho phép quản lý điện mức cao Đây loại tòa nhà cao tầng trang bị hệ thống tự động hóa BMS Tất tòa nhà cao tầng Việt Nam trước khơng trang bị hệ thống quản lý tịa nhà thông minh Khi trang bị hệ thống này, tất hệ thống điều hòa, báo cháy, điều khiến tập trung, tương tác hệ BMS Các hệ thống tích hợp đầy đủ hệ thống thơng tin, truyền thơng tự động hóa văn phịng Đây loại nhà cao tầng thơng minh Cịn gọi tòa nhà hiệu cao, tòa nhà xanh, tòa nhà cơng nghệ cao, tịa nhà có chức đặc biệt bệnh viện, quan trung ương, nhà quốc hội, Với số trên, thấy thực trạng hệ thống nhà cao tầng phần lớn chưa trang bị hệ thống BMS Neu xét mặt chất lượng hiệu sử dụng tịa nhà chưa đạt so với yêu cầu đặt cho tòa nhà Chúng ta nêu ví dụ mặt chất lượng hiệu sử dụng tòa nhà sau: Các tịa nhà tối thiếu phải có hệ thống cung cấp nước, hệ thống 10 Hệ thống PCCC hoạt động: • Khi cảm biến khói tự động bật báo động, chuông kêu vào báo có khói máy chủ • Khi cảm biến khói cảm biến nhiệt hoạt động, khích hoạt toàn hệ thống bơm tầng báo cháy tầng khu vực cháy, ngắt điện , tự động gọi điện thoại tin nhắn đến đội chữa cháy lập trình sẵn • Khi nhấn nút báo động thiết bị chuông kêu khoảng phút, khơng tắt khích hoạt tồn hệ thống chữa cháy 85 4.4 Hệ thống cấp nước Hình 4.7 sơ đồ khối hệ thống cấp nước 86 Hệ thống hoạt động: - Khi cảm biến khơng nhận tín hiệu ( hết nước) bơm hoạt động bơm đến cảm biến nhận ( đầy nước) sau bơm đầy thi bơm dừng, phải sử dụng nước đến cảm biến mực nước khơng nhận tiết tục bơm - Hệ thống cung cấp nước cho hệ thống PCCC hệ thống PCCC hoạt động Hình 4.8 hệ thống cấp nước 87 4.5 Hệ thống thang máy Hình 4.9 sơ đồ khối hệ thống thang máy 88 Hệ thống thang máy hoạt động: • Nếu hệ thống nhận tín hiệu từ tầng cao khích hoạt chế độ nâng đến tầng tín hiệu cơng tắc trình nâng khích hoạt thang máy di chuyển chậm dần dừng lại, mở cửa thang máy • Nếu hệ thống nhận tín hiệu từ tầng thấp khích hoạt chế độ nâng đến tầng tín hiệu cơng tắc trình hạ khích hoạt thang máy di chuyển chậm dần dừng lại, mở cửa thang máy • Nếu khơng nhận tín hiệu thang máy đóng cửa thang máy dừng chỗ • Nếu thang máy trình nâng ưu tiên tín hiệu tầng • Nếu thang máy trình hạ ưu tiên tín hiệu tầng • Thang máy bị cố báo lỗi hệ thống máy chủ Hình 4.10 thang máy Thang máy tầng hoạt động Thang máy không tầng Thang máy bị cố 89 90 4.6 Hệ thống điện lượng mặt trời Hệ thống điện lượng mặt trời báo lượng điện sản xuất ra, lượng điện tiêu thụ, lượng điện cịn lại, số dịng điện tồn hệ thống báo lỗi số cường độ dịng điện, cơng suất sai với định mức định sẵn Hình 4.11 giám sát lượng mặt trời Hình 4.12 hệ thống hòa lưới 91 4.7 Hệ thống điều hịa máy lạnh Hình 4.13 sơ đồ khối hệ thống điều hịa 92 Hình 4.14 code hoạt động máy lạnh Hệ thống điều hịa máy lạnh: • Nhà dân: khơng đặt chế độ giờ, điều chỉnh nhiệt độ ( điều khiển tay) • Cơng ty : đặt sẵn nhiệt độ , có khoảng thời gian sử dụng ngày(7h – 11h 1h – 5h) 93 Hình 4.15 máy lạnh máy lạnh hoạt động máy lạnh không hoạt động Máy lạnh bị cố 94 CHƯƠNG Chạy thử 5.1.1 Kết Qua nhiều lần chạy thử mô phỏng, hệ thống mô chạy ổn định cịn nhiều thiếu sót chúng em Thiếu hệ thống dự phòng Thiếu cảm biến Hệ thống nâng cấp 5.1.2 Một số giải pháp sữa chữa • Giải pháp: - Tìm hiểu kĩ hệ thống - Tham khảo nhiều hệ thống nước giới - Học thêm phần mềm khác - Không nên dung phần mền TIA thay APOGEE ( khơng tải phần mềm APOGEE) 95 CHƯƠNG Đánh giá kết luận 6.1 Đánh giá Qua trình nghiên cứu, tìm hiểu mạng Internet, tài liệu kỹ thuật hãng em hoàn thành đồ án Về bản, đề tài giới thiệu khái niệm hệ thống tự động hoá quản lý tồ nhà, sản phẩm cơng ty chun tự động hố tồ nhà…từ thấy việc áp dụng tự động hoá cho việc giám sát, theo dõi bảo vệ nhà cần thiết cơng trình lớn Hệ thống tự động hố tồ nhà đem lại thuận tiện cho việc vận hành tồ nhà, khơng cịn đem lại tiết kiệm tiêu thụ lượng, giúp tồ nhà thân thiện với mơi trường Kết mà nhận thấy qua đề tài phát triển khơng ngừng hãng lớn lĩnh vực tự động hoá áp dụng cho nhà Giờ việc điều khiển thiết bị tự động hố tồ nhà có phần mềm chuyên dụng, giao diện đồ hoạ giúp người vận hành thao tác dễ dàng Hướng phát triển: Các hệ thống quản gia hay hệ thống AI đơn giản xuất nhiều nước giới để chúng báo cáo, thơng báo thông số quản lý dơn giản hệ thống, lệnh giọng nói giúp thao tác nhanh 96 6.2 Kết luận Sau thời gian làm đồ án với hướng dẫn tận tình thầy giáo thạc sĩ Nguyễn Hoài Nhân Em hoàn thành đề tài giao “Ứng dụng SCADA giám sát hệ thống điện tịa nhà cao tầng”.Thơng qua đề tài thiết kế hệ thống cung cấp điện thực giúp em hiểu biết rõ ràng em học suốt thời gian qua Như việc nghiên cứu đề tài thiết thực thực tế Việc trang bị hệ thống tự động hố tồ nhà giúp tiết kiệm lượng, giúp cho tồ nhà thân thiện với mơi trường xu hướng tất yếu xã hội đại Tuy vậy, thời gian nghiên cứu trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót, nhầm lẫn Em mong nhận góp ý Thầy Cô bạn để đề tài em hoàn thiện Trước kết thúc đề tài, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Hoài NHân, người tận tình hướng dẫn suốt trình em làm đề tài Em xin cảm ơn đến thầy cô, bạn giúp đỡ em nhiều thời gian qua 97 Tài liệu tham khảo 1) Công ty DSEATECH GROUP BMS gì? Đơi nét Hệ thống BMS Wed: http://dseatech.vn/chi-tiet-tin/bms-la-gi-doi-net-ve-he-thong-bms-he- thong-quan-ly-toan-nha/ 2) Công ty DAT TECH Xu hướng ứng dụng SCADA sản xuất công nghiệp Việt Nam Wed: https://dattech.com.vn/xu-huong-ung-dung-scada-trong-san-xuat-cong- nghiep-o-viet-nam-hien-nay/ 3) Công ty CP Công Nghệ Tự Động Đăng Khoa Những điều hệ thống BMS Wed: https://sites.google.com/site/hagervn/siemens-viet-nam/nhung-dieu-coban-ve-he-thong-bms -siemens-viet-nam -dka-vietnam?tmpl=%2Fsystem%2Fapp%2Ftemplates%2Fprint%2F&showPrintDialo g=1 4) Công ty TACOPUMP Nguyên lý hoạt động hệ thống bơm chữa cháy Wed: http://bomchuachay.net/bom-chua-chaykirloskar/nguyen-ly-hoat-dong- cua-he-thong-bom-chua-chay/ 5) Minhtuan1412 (2008) BMS (building management system) Wed: http://webdien.com/d/showthread.php?t=68&page=2 6) Kỹ thuật lý thú ( 2016) Giải pháp hệ thống quản lý tòa nhà HONEYWELL Wed: https://kythuatlythu.blogspot.com/2020/05/giai-phap-he-thong-quan- ly-toa-nha-cua.html 7) T&T automation (2021) Mô chuyển động tịnh tiến quay tròn Wed: https://www.youtube.com/watch?v=5eKO6mk9ESM 98 8) PLC sinh viên (2021) Cách tạo mực nước lên xuống Wincc dùng điều khiển s71200 Wed: https://www.youtube.com/watch?v=hO-HSl3eYe4 9) Hoàng Minh Sơn (2006), Mạng truyền thông công nghiệp, nhà Xuất khoa học- kỹ thuật Hà Nội 10) Hồ Anh Thắng Giải pháp tổng thể tối ưu hệ thống BMS tự động hóa nhà việt sử dụng BMS Siemens 99 ... Đây loại tòa nhà cao tầng trang bị hệ thống tự động hóa BMS Tất tòa nhà cao tầng Việt Nam trước khơng trang bị hệ thống quản lý tịa nhà thông minh Khi trang bị hệ thống này, tất hệ thống điều... • Hệ thống giám sát báo động, • Hệ thống quản lý lượng, • Hệ thống thơng tin Ba nhóm đặc trưng cho hệ thống BMS cho tòa nhà cao tầng Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà ba nhóm hệ thống trang bị. .. Việc giám sát hoạt động hệ thống thực phương tiện máy móc mới, giảm bớt lại cơng việc người Tạo công cụ giám sát, điều khiển hệ thống tòa nhà cao tầng dễ sử dụng đem lại hiệu cao thiết yếu cảu Hệ