TÒA NHÀ THÔNG MINH

I.TÒA NHÀ THÔNG MINH1.Định nghĩa Tòa nhà thông minh là tòa nhà có các điều kiện kỹ thuật đảm bảo cuộc sóng tốt nhất cho con người, được tự động bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật theo mong muốn của người sử dụng. Tòa nhà thông minh khác với các tòa nhà bình thường ở chỗ, nó là một quá trình tích hợp của các hệ thống như hệ thống điều khiển va giám sát môi trường: hệ thống điều khiển đảm bảo nhiệt độ, hệ thống đảm bảo lượng gió trong nhà, hệ thống đảm bảo ánh sáng..., mạch đóng ngắt, điều khiển cổng ra vào, giám sát cảnh báo cháy... thành một hệ thống mạng thống nhất.2.Những chỉ tiêu kỹ thuật của tòa nhà thông minh2.1 Chỉ tiêu về ánh sáng-Đảm bảo ánh sáng theo yêu cầu sử dụng như chất lượng ánh sáng và tiết kiệm điện, ánh sáng tại mỗi nơi đều như nhau, không được để chỗ quá sáng, chỗ quá tối.- Ánh sáng có thể được tắt mở thông qua hệ thống tự động điều khiển hoặc điều khiển từ xa. Ngoài ra thiết bị ánh sáng cần được kết nối với một số thiết bị trong nhà như: thiết bị báo trộm, báo cháy.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

- -ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TRONG TÒA NHÀ THÔNG MINH

SINH VIÊN THỰC HIỆN: ĐÀO VĂN CƯỜNG NGUYỄN DUY CƯỜNG DƯƠNG QUANG ĐẠI DƯƠNG VĂN ĐẠT NGUYỄN MẠNH ĐẠT LỚP: Đ7-CNTĐ1

GIÁO VIÊN GIẢNG DẠY: BÙI ANH TUẤN

Hà Nội, Tháng 3 – 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

- -ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU CÁC HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TRONG TÒA NHÀ THÔNG MINH

MỤC LỤC BUILDING MANAGEMENT SYSTEM (BMS)

PHẦN 2: HỆ THỐNG AN NINH VÀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG

LỜI NÓI ĐẦU

Cổ nhân có câu “biết địch biết ta trăm trận trăm thắng” muốn cho thế hệ sau biết rằng,

để tiến hành bất kỳ công việc gì, việc tìm hiểu kỹ lưỡng công việc đó phải được tiến hànhthường xuyên, ngay từ khi hình thành ý tưởng Do vậy, thông tin có vai trò vô cùng quantrọng đối với bất kỳ hoạt động nào của con người Tuy nhiên, chúng ta tìm kiếm tài liệu ởđâu, bằng cách nào luôn là vấn đề khó khăn nhất, đặc biệt là đối với sinh viên Nắm bắtđược vấn đề này, bộ môn kỹ năng tìm kiếm và tổng hợp tài liệu được đưa vào chương trìnhgiảng dạy trong các trường đại học với nội dung trình bày các phương pháp tìm kiếm vàtổng hợp tài liệu nhằm mục đích cung cấp, rèn luyện cho sinh viên những kỹ năng tìmkiếm tài liệu phục vụ cho quá trình học tập, nghiên cứu một cách chính xác, nhanh chóngsau đó tổng hợp chúng một cách có hệ thống và hiệu quả nhất để rút ngắn thời gian vànâng cao chất lượng học tập Ngày nay khi mạng internet ngày càng phát triển, ngoàinhững nguồn thông tin từ sách, báo lại có thêm rất nhiều những nguồn thông tin khác từbáo mạng cũng như các trang tài liệu mạng Đứng trước những nguồn tài liệu đa dạng vàphong phú, việc được trang bị những kiến thức từ bộ môn càng thể hiện được tầm quantrọng của mình

Ngày nay với nền khoa học kĩ thuật phát triển Nếu công nghệ tự động hoá mang lạinhững thiết bị hiện đại thì kết nối mạng giúp cho các thiết bị này hoạt động đồng bộ, thôngminh hơn và làm thay đổi căn bản môi trường sống của con người Không chỉ còn xuấthiện trên phim ảnh, nhà thông minh đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong đời sốngthực tiễn khi con người đạt được nhiều bước tiến đáng kể trong khoa học công nghệ Hìnhảnh về một ngôi nhà với những thiết bị điện tử có thể hoạt động hoàn toàn tự động, thaythế con người trong mọi thao tác luôn khiến người dùng thích thú Hầu hết các thiết bịtrong nhà thông minh đều có khả năng tự động, kết nối mạng, tương tác lẫn nhau và chophép chủ nhân điều khiển từ xa hoặc lập trình cho thiết bị hoạt động theo lịch điều nàymang lại cho ngôi nhà và chủ nhân của nó rất nhiều rất nhiều lợi ích – tương tự như nhữnglợi ích mà công nghệ và máy tính cá nhân đã đem lại cho chúng ta 30 năm qua - bao gồm:

sự tiện nghi, tiết kiệm thời gian, tiền bạc và năng lượng Là sinh viên chuyên ngành tựđộng hóa chúng em tự hỏi: “vậy trong tòa nhà thông minh có những hệ thống điều khiển

cơ bản trong tòa nhà thông minh được tích hợp trong hệ thống quản lý BMS

Phần 2: Hệ thống an ninh và hệ thống báo cháy tự động, phần này trình bày việc tìm hiểusâu hơn về hệ thống tự đông trong tòa nhà thông minh

Với mong muốn hoàn thành tốt nhất mục tiêu đã đề ra nhóm chúng em đã hoàn thànhbáo cáo này Do thời gian và kiến thức còn hạn chế chúng em tin chắc rằng báo cáo cònnhiều thiếu sót, chúng em rất mong có được nhưng lời góp ý của thầy cô và đó sẽ là nhữngkinh nghiệm quý báu cho chúng em trong những báo cáo sau này Chúng em xin chân

PHẦN 1: TÒA NHÀ THÔNG MINH VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

QUẢN LÝ TÒA NHÀ BUILDING MANAGEMENT SYSTEM (BMS)

1 Định nghĩa

Tòa nhà thông minh là tòa nhà có các điều kiện kỹ thuật đảm bảo cuộc sóng tốt nhất chocon người, được tự động bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật theo mong muốn của người sửdụng

Tòa nhà thông minh khác với các tòa nhà bình thường ở chỗ, nó là một quá trình tíchhợp của các hệ thống như hệ thống điều khiển va giám sát môi trường: hệ thống điều khiểnđảm bảo nhiệt độ, hệ thống đảm bảo lượng gió trong nhà, hệ thống đảm bảo ánh sáng ,mạch đóng ngắt, điều khiển cổng ra vào, giám sát cảnh báo cháy thành một hệ thốngmạng thống nhất

2 Những chỉ tiêu kỹ thuật của tòa nhà thông minh

2.2 Chỉ tiêu về thông gió

- Đảm bảo lượng gió vừa đủ, tốc độ gió phù hợp với yêu cầu chung

- Lượng gió và tốc độ gió có thể được thay đổi tùy theo yêu cầu của người sử dụng

- Hệ thống có thể tự động nhận biết được khi nào sử dụng gió tự nhiên và khi nàodùng gió nhân tạo bằng cách sử dụng quạt máy thông gió

II HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA QUẢN LÝ TÒA NHÀ - BUILDING

MANAGEMENT SYSTEM (BMS)

1 Giới thiệu chung

nhiều kể cả trên phương diện phạm vi và cấu hình hệ thống Cách thức liên lạc của hệthống phát triển từ đi dây cứng tới đi dây hỗn hợp (multiplex) và giờ đây là hệ thống haidây liên lạc số hoàn toàn EMS và BMCS phát triển từ giao thức poll-response với bộ xử lýđiều khiển trung tâm tới giao thức peer-to-peer với hệ thống điền khiển phân tán

Hệ thống quản lý tòa nhà BMS là một giải pháp sử dụng kỹ thuật và công nghệ hiện đại đểquản lý và điều khiển các thiết bị của toà nhà cho phép đáp ứng tối đa các yêu cầu củangười sử dụng

BMS là một hệ thống đồng bộ cho phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trongtoà nhà như hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hoà thông gió, cảnh báomôi trường, an ninh, báo cháy - chữa cháy v.v…, đảm bảo cho việc vận hành các thiết bịtrong tòa nhà được chính xác, kịp thời

Mục tiêu của hệ BMS là tập trung hóa và đơn giản hóa giám sát, hoạt động và quản lý mộthay nhiều tòa nhà để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của tòa nhà bằng cách giảm chi phínhân công và lượng tiêu thụ điện năng, và cung cấp môi trường làm việc an toàn, thoải máihơn cho người cư ngụ

Hình 1.1 - Sơ đồ thu gọn một hệ thống BMS

2 Đối tượng quản lý trong BMS

- Hệ thống quản lý điện năng

- Hệ thống chiếu sáng

- Hệ thống điều hoà và thông gió

- Hệ thống cấp nước sinh hoạt

Hình 1.2 - Đối tượng quản lý trong BMS

được tích hợp để quản lý nhiều hay ít hơn so với hệ thống cơ bản

5 Cấp điều khiển khu vực – cấp trường

Các bộ điều khiển ở cấp độ khu vực là các bộ điều khiển sử dụng bộ vi xử lý, cung cấpchức năng điều khiển số trực tiếp cho các thiết bị ở từng khu vực, bao gồm các hệ thốngnhư: các bộ VAV, bơm nhiệt, các bộ điều hòa không khí cục bộ, … Hệ thống phần mềmquản lý năng lượng cũng được tích hợp trong các bộ điều khiển cấp khu vực Ở cấp khuvực, các cảm biến và cơ cấu chấp hành giao diện trực tiếp với các thiết bị được điều khiển.Các bộ điều khiển cấp khu vực sẽ được nối với nhau trên một đường bus, do vậy có thểchia sẻ thông tin cho nhau và với các bộ điều khiển ở cấp điều khiển hệ thống và cấp điềuhành

6 Cấp điều khiển hệ thống

Các bộ điều khiển hệ thống có khả năng lớn hơn so với các bộ điều khiển ở cấp khu vực

về số lượng các điểm vào ra, các vòng điều chỉnh và cả các chương trình điều khiển Các

bộ điều khiển hệ thống thường được áp dụng cho các ứng dụng lớn hơn như hệ thống điềuhòa trung tâm, hệ thống máy lạnh trung tâm,… các bộ điều khiển này cũng có thể thựchiện chức năng điều khiển chiếu sáng Các bộ điều khiển này trực tiếp giao tiếp với thiết bịđiều khiển thông qua các cảm biến và cơ cấu chấp hành hoặc gián tiếp thông qua việc kếtnối với các bộ điều khiển cấp khu vực Các bộ điều khiển hệ thống có thể hoạt động độclập trong trường hợp bị mất truyền thông với các trạm vận hành

7 Cấp vận hành và giám sát

Các trạm vận hành và giám sát chủ yếu giao tiếp với các nhân viên vận hành Các trạmvận hành ở cấp độ này chủ yếu là các máy tính PC có màn hình hiển thị mầu Một trạm vậnhành 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 chươngtrình 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 cáccông 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 cáccảnh báo và các sự kiện, hoạt động vận hành Đồng thời cung cấp các khả năng tómtắt báo cáo

- Quản lý việc bảo trì bảo dưỡng: Tự động lập kế hoặch và tạo ra các thứ tự công việccho các thiết bị cần bảo trì dựa trên lịch sử thời gian làm việc hoặc kế hoặch theoniên 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

8 Cấp quản lý

Cấp quản lý là cấp trên cùng của cấu trúc hệ thống BMS Một người vận hành ở cấp độnày có thể lấy dữ liệu và ra lệnh cho bất cứ điểm nào trong hệ thống Toàn bộ chức năngcủa cấp điều hành trong một số trường hơp khẩn cấp có thể chuyển về cấp quản lý Chứcnăng chính của cấp quản lý là thu thập, lưu trữ và xử lý dữ liệu lịch sử như năng lượng sửdụng, chi phí vận hành và các cảnh báo và tạo ra các báo cáo để cung cấp các công cụ choquá trình quản lý và việc sử dụng thiết bị lâu dài.

9 Giao thức truyền thông

hưởng trực tiếp đến dữ liệu được truyền từ điểm này đến điểm khác và bởi vì các bộ điềukhiển phân tán có thể phải lấy dữ liệu của nhau

10 Giao thức truyền thông ngang hàng (Peer Communication Protocol)

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

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

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

- Các thông điệp hệ thống được truyền trực tiếp đến tất cả các trạm trên mạng

11 Phương tiện truyền dẫn

Các phương tiện truyền dẫn chủ yếu bao gồm:

- Cáp xoắn bằng đồng: Các loại dây dẫn kiểu cáp xoắn bằng đồng có kích thước từ1.307mm² đến 0.2051mm² thường được sử dụng và là giải pháp kinh tế nhất trongviệc truyền thông trong tòa nhà Chiều dài của đường truyền có thể lên đến 1200m

mà không cần sử dụng đến bất kỳ thiết bị kéo dài nào Khi sử dụng các thiết bị kéodài (repeater), có kéo dài đường truyền lên 3 đến 4 lần như thế Hai sơ đồ hay được

sử dụng là kiểu bố trí hình sao và bố trí theo đường thẳng

- Cáp quang: Cáp quang phù hợp cho các ứng dụng trong môi trường có nhiễu lớn.Điểm bất lợi lớn nhất đối với cáp quang là chi phí cao

- Đường điện thoại: Đường điện thoại cho phép kết nối giữa các tòa nhà với nhau Cóthể sử dụng đường kết nối liên tục hoặc dùng kết nối qua Modem

Việc lựa chọn phương tiện truyền dẫn cho từng ứng dụng phụ thuộc vào tín hiệu, chiphí, phân bố địa lý và khả năng nhiểu tác động lên đường truyền

12 Tính năng của BMS

- Cho phép các tiện ích (thiết bị thông minh) trong tòa nhà hoạt động một cách đồng

bộ, chính xác theo đúng yêu cầu của người điều hành

- Cho phép điều khiển các ứng dụng trong tòa nhà thông qua cáp điều khiển và giaothức mạng

- Kết nối các hệ thống kỹ thuật như an ninh, báo cháy… qua cổng giao diện mở của

hệ thống với các ngôn ngữ giao diện theo tiêu chuẩn quốc tế

- Giám sát được môi trường không khí, môi trường làm việc của con người

- Tổng hợp, báo cáo thông tin

- Cảnh báo sự cố, đưa ra những tín hiệu cảnh báo kịp thời trước khi có những sự cố

- Quản lý dữ liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý cơ sở dữ liệu, chương trìnhsoạn thảo đồ hoạ, lưu trữ và sao lưu dữ liệu

- Hệ thống BMS linh hoạt, có khả năng mở rộng với các giải pháp sẵn sàng đáp ứngvới mọi yêu cầu.

Hình 1.3 – Minh họa một số tính năng của BMS

13 Lợi ích mang lại từ BMS

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

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

- Giảm sự cố và phản ứng nhanh đối với các yêu cầu của khách hàng hay khi xảy ra

- Dễ dàng nâng cấp, linh hoạt trong việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổ chức vàcác yêu cầu mở rộng khác nhau

14 Hình ảnh một số hệ thống tự động trong hệ thống BMS

Hình 1.4 – Hệ thống điều hòa và thông gió HVAC

Hình 1.5 - Hệ thống quản lý điện năng

Hình 1.6 – Hệ thống báo cháy

Hình 1.7 – Hệ thống chiếu sáng thông minh

Hình 1.9 - Hệ thống camera giám sát CCTV

Hình 1.10 - Hệ thống quản lý thang máy

Hình 1.11 - Hệ thống quản lý bãi đỗ xe

PHẦN 2: HỆ THỐNG AN NINH VÀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY TỰ

ĐỘNG

I THIẾT KẾ HỆ THỐNG AN NINH TÒA THÁP SEABANK

Hệ thống an ninh của tòa nhà được thiết kế thực hiện việc theo dõi, giám sát, lưu trữhình ảnh, phần phối luồng lưu thông trong tòa nhà, báo động khi có đột nhập không chophép vào tòa nhà Hệ thống này tích hợp hai hệ thống kiểm soát ra vào và hệ thống cameraquan sát

1 Cấu trúc mạng hệ thống an ninh

Các trạm vận hành trung tâm, trạm vận hành nhánh, các bộ điều khiển ra vào trung tâm

và các bộ DVR đều nối trực tiếp vào mạng LAN – EBLN

Hình 2.1.1 – cấu trúc mạng hệ thống an ninh

2 Trạm vận hành

Tại trạm vận hành trung tâm người vận hành có thể:

- Theo dõi giám sát bằng đồ họa trạng thái của các cửa được điều khiển

- Theo dõi và nắm thông tin được tất cả các sự kiện lưu thông xảy ra như là: ai đangvào cửa, ra khỏi phòng, ai đang sử dụng thang máy

- Theo dõi và nắm các thông tin cảnh báo: cửa bị giữ, cửa bị lực đẩy bất hợp pháp,người quẹt thẻ không hợp lệ, lỗi về nguồn điện trong hệ thống, trạng thái truyềnthông…

- Theo dõi và nắm bắt thông tin có sự chuyển động trong khu vực cụ thể

- Nhận biết báo động tại khu vực có sự đột nhập

- Quan sát bằng hình ảnh sự lưu thông, điều khiển quay quét zoom các camera

- Điều khiển đóng mở cửa hoặc lập lịch họat động cho các cửa

- Phân quyền và phát hành thẻ, lập lịch họat động cho các thẻ ra vào cửa, cũng nhưphân quyền theo cấp tầng cho thẻ khi sử dụng thang máy

- Lập trình cho sự kiện trong thời gian nghỉ như là ban đêm hoặc các ngày nghỉ khi có

sự chuyển động trong khu vực thì còi báo động và các tuyến đèn khẩn cấp bật sáng

Mỗi ACC điều khiển 64

cửa qua 4 đường truyền

thông RS485 riêng biệt

đồng thời camera tự động quay sang khu vực báo động ghi hình và trên màn hìnhtrạm vận hành phát hình ảnh và tín hiệu báo động.

- Hệ thống chống đột nhập được lập trình hoạt động ở các khoảng thời gian khác nhau(time zone) theo sự hoat động của công trình hoặc khu vực, trong giờ hành chính khi

có nhiều người qua lại, hệ thống sẽ dừng việc phát ra tín hiệu báo động hoặc khidùng thẻ ra/vào trong thời gian cho phép thì hệ thống báo động tạm dừng làm việc.Trong các khoảng thời gian được lập trình hoạt động, khi có kẻ đột nhập, đầu báohồng ngoại và công tắc từ sẽ nhận biết và gửi tín hiệu về bộ điều khiển báo độngtrung tâm và về máy tính trung tâm Tiếp đó, tín hiệu sẽ được gửi ra các thiết bị đầu

ra như đèn báo động, chuông báo động và thay đổi màu ký hiệu trên màn hình đồhoạ Đồng thời hệ thống camera vùng đó sẽ ghi lại hình ảnh khu vực đang phát tínhiệu báo động

- Toàn bộ vị trí thiết bị bố trí của hệ thống được ký hiệu và thể hiện trên một giao diện

đồ hoạ (Graphics) mô phỏng mặt bằng của các tầng Từ màn hình đồ hoạ của máytính chủ hoặc máy tính nhánh được kết nối có thể giám sát một cách trực quan, rõràng các khu vực được đặt chế độ hoạt động theo quy trình đã được lập trình hoặcdùng chuột điều khiển từng khoá cửa, mở từng cửa sổ camera quan sát trên mànhình và thực hiện động tác zoom quay quét, cài đặt trạng thái cho các vùng bảo vệ.Tại trạm vận hành nhánh người vận hành có thể thực hiện được đầy đủ hoặc từngphần các chức năng của trạm vận hành trung tâm tùy thuộc vào user account củangười đó

3 Các chức năng của phần mềm tích hợp

- Phần mềm phải gồm nhiều mô đun chức năng để đáp ứng nhu cầu hiện tại và dễdàng mở rộng cho tương lai, các mô đun chức năng tối thiểu cần có là:

+ Mô đun quản lý vận hành hệ thống bằng đồ hoạ

+ Mô đun cảnh báo và báo động qua mạng điện thoại

+ Mô đun lưu trữ và in ảnh kỹ thuật số

+ Mô đun tích hợp trao đổi dữ liệu với hệ thống quản lý toà nhà

+ Mô đun tích hợp với hệ thống camera

+ Mô đun xử lý chống đột nhập

+ Mô đun tích hợp với hệ thống thang máy

- Mọi trạng thái hoạt động, báo động trong tòa nhà đều bằng đồ họa động

- Thực hiện lệnh tức thời bằng đồ họa: đóng/ mở cửa, đèn, chuông…

- Cập nhật liên tục thông tin về sự hiện diện của người sử dụng thẻ: địa điểm, thờigian, thông tin cá nhân và hiển thị màu sắc theo tính chất sự kiện

- Phát hành thẻ, xóa thẻ, quy định thời gian hiệu lực của thẻ, quy định khu vực hiệulực của thẻ

- Hỗ trợ tạo mẫu để in thẻ: Hình ảnh, chữ ký, thông tin cá nhân, thông tin công ty,đồng thời quản lý lưu trữ thông tin, hình ảnh này

- Lập trình thời gian biểu hoạt động cho khóa, đầu đọc, thẻ, …

- Lập các loại báo cáo theo yêu cầu: ngày, tháng, năm, cá nhân, nhóm người, thẻ hoặcnhóm thẻ…

- Cập nhật liên tục các báo động và hoạt động bất thường trong hệ thống và hiển thịchi tiết vị trí, thời gian, hiện trạng… có thể quy định phân cấp báo động theo âm