Báo cáo đề tài thiết kế hệ thống giám sát hệ thống điệnnăng cho 1 tòa nhà

DANH MỤC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNHHình 2.1 Hệ thống quản lý tòa nhà BMS Hình 2.2: Lợi ích của hệ thống BMS mang lại Hình 2.3: BMS quản lý những hệ thống trong tòa nhà Hình 2.4.1: Các loại cảm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

 

BÁO CÁO

Đề tài : Thiết kế hệ thống giám sát hệ thống điện

năng cho 1 tòa nhà

SVTH :

Lớp : 04_CLC

MỤC LỤC

DANH MỤC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH 3

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 4

1.1 Đặt vấn đề 4

1.2 Mục đích đề tài 4

1.3 Nội dung đề tài 4

1.4 Kế hoạch thực hiện đề tài 5

1.5 Bố cục đề tài 5

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BMS 7

2.1 BMS LÀ GÌ? 7

2.2 VÌ SAO NÊN SỬ DỤNG HỆ THỐNG BMS TRONG QUẢN LÝ TÒA NHÀ ? 7

2.3 HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ BMS ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG NÀO? 8

2.4 Cấu trúc về hệ thống BMS? 9

2.4.1 Cấp trường ( Field Level) 9

2.4.2 Cấp tự động ( Automation Level ) 10

2.4.3 Cấp quản lý ( Management Level ) 11

2.5 LỢI ÍCH CỦA HỆ THỐNG BMS 12

CHƯƠNG 3: GIAO THỨC MODBUS 13

3.1 GIAO THỨC MODBUS LÀ GÌ? 13

3.2 CÁC LOẠI TRUYỀN THÔNG MODBUS 13

3.2.1 Modbus RTU 13

3.2.2 Modbus TCP/IP 14

3.2.3 MODBUS ASCII 15

3.3 MODBUS HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO 15

DANH MỤC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Hệ thống quản lý tòa nhà BMS

Hình 2.2: Lợi ích của hệ thống BMS mang lại

Hình 2.3: BMS quản lý những hệ thống trong tòa nhà

Hình 2.4.1: Các loại cảm biến có trong dây chuyền sản xuất thực phẩm Hình 2.4.2: Điều khiển lưu lượng nước trong đường ống thông qua PID Hình 2.4.3 Thành phần hệ thống điển hình – Cấu trúc mạng

Hình 3.1: Mô hình kết nối các slave với master trong modbus

Hình 3.2.2 : Truyền thông Modbus-TCP/IP

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề

Trong thời đại công nghiệp hóa diễn ra toàn cầu, Việt Nam đã đạt được nhiều thành công và kết quả tốt trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau Cùng với sự  phát triển về kinh tế, quy mô đô thị hóa cũng tăng lên với hàng loạt các công trình kiến trúc quy mô lớn, trong đó có các tòa nhà cao tầng để phục vụ các mục đích kinh tế khác nhau Tuy nhiên, để quản lý và vận hành các tòa nhà này, yêu cầu trang bị các hệ thống kỹ thuật và quản lý chung ngày càng cao

Các tòa nhà thông thường phải được trang bị các hệ thống cung cấp điện, nước, thông gió và khi nhu cầu ngày càng tăng, các tòa nhà còn cần trang bị thêm các

hệ thống như HVAC, CCTV, hệ thống giám sát điện năng và thang máy Với việc trang bị hệ thống giám sát BMS, các hệ thống này sẽ được quản lý và điều khiển hiệu quả hơn

Trong đó, việc giám sát điện năng là một công việc cần thiết trong hoạt động quản lý tòa nhà Việc này giúp tiết kiệm và tối ưu hóa nguồn năng lượng, giảm chi phí vận hành và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên Ngoài ra, giám sát cũng giúp quản lý về kế hoạch tiêu thụ trong tương lai

1.2 Mục đích đề tài

Về kiến thức: Hoạt động thực tập sẽ giúp cho sinh viên cọ sát với thực tế và áp dụng kiến thức, kỹ năng đã học vào thực nghiệm Đặc biệt là tự rút ra được nhiều bài học kinh nghiệm quý giá cho mình Qua đó giúp sinh viên có cái nhìn toàn diện hơn về ngành nghề mà mình đang theo học và hướng đi đúng cho tương lai

Về kỹ năng: Khả năng phân tích, giải thích và lập luận, giải quyết các vấn đề liên quan đến hệ thống quản lý-tự động hóa công trình Kỹ năng làm việc nhóm, giao tiếp và khả năng đọc hiểu các tài liệu kỹ thuật bằng tiếng Anh

1.3 Nội dung đề tài

Hệ thống BMS sẽ tích hợp toàn bộ hệ thống cơ sở hạ tầng kỹ thuật của toà nhà,

có chức năng theo dõi, giám sát, điều khiển vận hành bằng máy tính, tự lựa chọn chế độ hoạt động thích hợp và thông báo khi sự cố xảy ra

Mục đích chính của hệ thống BMS là bảo đảm cho hoạt động của mọi trang thiết bị ở trong toà nhà được an toàn, liên tục và ổn định, tiết kiệm tối đa nguồn điện cũng như chi phí vận hành

Hệ thống giám sát điện năng của một toà nhà : đề phòng, phát hiện và điều chỉnh hiệu quả việc sử dụng năng lượng, từ đó giảm thiểu các sự cố và rủi ro có thể xảy ra

Mục đích chính của công tác giám sát hệ thống điện năng của toà nhà là: Ngăn ngừa sự cố và đảm bảo an toàn , Tối ưu hóa sử dụng năng lượng,Đảm bảo rằng các thiết bị và hệ thống điện hoạt động đúng cách thông qua giám sát liên tục

Mặc dù nhóm em đã nỗ lực hết mình nhưng vẫn không tránh được những thiếu sót Em cũng mong sẽ nhận được nhiều góp ý từ thầy để ngày càng hoàn thiện hơn trong tương lai Chúng em xin chân thành cảm ơn!

1.4 Kế hoạch thực hiện đề tài

hiện

Tự đánh giá

PHẦN MỞ ĐẦU Mục lục và các danh mục

PHẦN NỘI DUNG CHÍNH  Nội dung: Chương 1

 Nội dung: Chương 2

 Nội dung: Chương 3

 Nội dung: Chương kết luận

1.5 Bố cục đề tài

Chương 1: Mở Đầu

Chương 2: Hệ thống BMS

Chương 3: GIAO THỨC MODBUS

Chương 4: Quản lý và bảo trì hệ thống điện tòa nhà Chương 5: Kết luận

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BMS 2.1 BMS LÀ GÌ?

Hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building Management System) là công nghệ quản lý tòa nhà thông minh cho phép bạn điều khiển, giám sát thiết bị kỹ thuật, vận hành các hệ thống điện, nước, điều hòa, thông gió, an ninh, PCCC,… đồng bộ các hoạt động diễn ra trong tòa nhà

 Hình 2.1 Hệ thống quản lý tòa nhà BMS 

Với BMS, tình trạng quản lý tổng thể thông số kỹ thuật Trên cơ sở thông tin tiếp nhận được, BMS sẽ điều khiển để đảm bảo cho việc vận hành các thiết

 bị, hệ thống trong tòa nhà được diễn ra thông suốt, an toàn, hiệu quả, giảm thiểu tối đa các chi phí phát sinh

2.2 VÌ SAO NÊN SỬ DỤNG HỆ THỐNG BMS TRONG QUẢN LÝ TÒA NHÀ ?

Sử dụng hệ thống BMS trong quản lý tòa nhà đang trở nên phổ biến BMS đáp ứng đầy đủ các tính năng giúp ích:

● Đơn giản hóa các khâu vận hành giúp người dùng giảm thiểu các công việc phải lặp đi lặp lại

● Cảnh báo, giảm thiểu các sự cố có thể xảy ra

● Tổng hợp các vấn đề liên quan đến hoạt động của tòa nhà giúp quá trình quản lý, vận hành đơn giản hơn

● Kịp thời báo cáo cho chủ tòa nhà giúp nhanh chóng bảo trì hệ thống kỹ thuật, khắc phục và sửa chữa các sự cố xảy ra

● Hệ thống hóa các công việc, tiết kiệm chi phí quản lý và nhân sự

● Giảm tối đa các công việc thủ công, tiết kiệm thời gian, công sức

● Có khả năng phù hợp với nhiều dạng tòa nhà

 Hình 2.2: Lợi ích của hệ thống BMS mang lại

2.3 HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ BMS ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG NÀO?

● Hệ thống thang máy

● Hệ thống báo cháy, chữa cháy khẩn cấp

● Hệ thống phân phối điện, máy phát điện dự phòng

● Hệ thống ánh sáng

● Hệ thống máy lạnh, điều hòa thông gió

● Hệ thống âm thanh

● Hệ thống cấp nước sinh hoạt

● Hệ thống thẻ kiểm soát ra vào tòa nhà

● Hệ thống kiểm soát nhiệt độ

● Hệ thống server, lưu trữ dữ liệu

 Hình 2.3: BMS quản lý những hệ thống trong tòa nhà

2.4 Cấu trúc về hệ thống BMS?

2.4.1 Cấp trường ( Field Level)

  Cấp độ này sẽ bao gồm những thiết bị đầu vào là: nút nhấn, công tắc, cảm  biến,… có nhiệm vụ đo lường, thu thập thông tin để đưa vào PLC xử lý, và các thiết bị đầu ra như: động cơ, van, xy lanh,…để thực hiện nhiệm vụ truyền động cho máy sản xuất, cơ cấu chấp hành

nhiệm vụ cung cấp thông tin hệ thống và thực thi mệnh lệnh phục vụ cho quá trình sản xuất Nói cách khác, đây là nơi chứa phần cứng, nơi mà các thiết bị sẽ trực tiếp tham gia vào quá trình sản xuất

 Hình 2.4.1: Các loại cảm biến có trong dây chuyền sản xuất thực phẩm

2.4.2 Cấp tự động ( Automation Level )

Ở cấp độ này PLC, PID, BCU đóng vai trò chủ đạo Chúng có nhiệm vụ đọc thông tin được cung cấp bởi các thiết bị đo lường ở cấp độ hiện trường, sau

đó so sánh các điều kiện được lập trình sẵn để tác động đến các ngõ ra một cách chính xác Nói cách khác, ở cấp độ này ta sẽ tiến hành lập trình trên phần mềm

để điều khiển thiết bị phần cứng

Một số ứng dụng trong công nghiệp có đối tượng điều khiển như: nhiệt độ, lưu lượng, áp suất,… nên ta không thể điều khiển bằng phương pháp ON/OFF thông thường Thay vào đó, ta sẽ sử dụng bộ điều khiển PID để có thể đọc và xuất tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành Cụ thể, khi ta nhập giá trị lưu lượng mong muốn vào bộ điều khiển PID, nó sẽ xác định khi nào PLC cần điều khiển tăng hoặc giảm độ mở của van để giữ giá trị lưu lượng luôn ổn định bằng giá trị đặt

  Hình 2.4.2: Điều khiển lưu lượng nước trong đường ống thông qua PID

2.4.3 Cấp quản lý ( Management Level )

Đây là cấp cao nhất trong cấu trúc của hệ thống quản lý tòa nhà BMS Cấp này

có có thể theo dõi, giám sát, điều hành và ra lệnh cho bất cứ điểm nào trong toàn bộ hệ thống

Chức năng chính của cấp quản lý là thu thập, lưu trữ và xử lý các dữ liệu như lịch sử dụng năng lượng, chi phí vận hành, lịch sử các cảnh bảo và sự cố phát sinh… Sau đó, hệ thống tạo ra các báo cáo phục vụ cho quá trình quản lý và khai thác hệ thống cơ sở vật chất kỹ thuật một cách hiệu quả, bền vững

 Hình 2.4.3 Thành phần hệ thống điển hình – Cấu trúc mạng 

2.5 LỢI ÍCH CỦA HỆ THỐNG BMS

 Những lợi ích mà hệ thống này mang lại:

● Đảm bảo quá trình vận hành các hệ thống, thiết bị tòa nhà tối ưu, hiệu quả

● Đảm bảo hệ thống điện, đáp ứng tốt nhất nhu cầu sử dụng cho cư dân

● Vận hành tòa nhà tối ưu giúp các kỹ sư dễ dàng kiểm soát và theo dõi tình trạng của tòa nhà

● Giảm thiểu chi phí năng lượng

● Nhanh chóng sửa chữa, phát hiện sự cố, tránh các tai nạn không đáng có

● Đơn giản hóa công tác vận hành tòa nhà

● Giảm thiểu chi phí nhân công

● Nâng cao hiệu suất làm việc

CHƯƠNG 3: GIAO THỨC MODBUS

3.1 GIAO THỨC MODBUS LÀ GÌ?

Modbus là một giao thức truyền thông được phát triển bởi Modicon vào năm 1979 và hiện nay đã trở thành một sản phẩm của Schneider Electric Với việc sử dụng một cặp dây xoắn đơn, Modbus cho phép truyền thông giữa nhiều thiết bị một cách dễ dàng Trước đây, ngành công nghiệp đã sử dụng các chuẩn truyền thông RS232 và RS485 Tuy nhiên, khi sử dụng trên RS485, Modbus có thể đạt tốc độ truyền thông cao hơn và khoảng cách truyền xa hơn, do đó nó nhanh chóng trở thành một trong những giao thức được ưa chuộng trong ngành

tự động hóa Đáng chú ý là, Schneider Electric đã cho ra mắt Modbus hoàn toàn miễn phí

 Hình 3.1: Mô hình kết nối các slave với master trong modbus

3.2 CÁC LOẠI TRUYỀN THÔNG MODBUS

Hiện nay có 3 chuẩn truyền thông modbus trong công nghiệp: Modbus ASCII, Modbus RTU, Modbus TCP/IP

3.2.1 Modbus RTU

Modbus sử dụng hệ thống mã hóa nhị phân để truyền thông tin, trong đó mỗi byte thông tin được truyền dùng một byte truyền thông Giao thức này được thiết kế để hoạt động trên các thiết bị như RS232 hay mạng RS485 đa điểm, với tốc độ truyền dữ liệu từ 1200 đến 115 baud Tuy nhiên, tốc độ phổ biến nhất hiện nay là từ 9600 đến 19200 baud Vì những đặc tính của nó, Modbus RTU được xem là giao thức truyền thông phổ biến nhất trong ngành tự động hóa hiện nay

RS-232 :

RS232 là một chuẩn truyền thông được phát triển bởi “Electronic Industry Association” và “Telecommunications Industry Association” (EIA/TIA) RS232

là chuẩn truyền thông phổ biến nhất một thời, thường được gọi tắt là RS232 hoặc RS-232 thay vì EIA/TIA-232-E Chuẩn này chỉ đề cập đến việc truyền dữ liệu nối tiếp giữa một host (DTE-Data Terminal Equipment) và một ngoại vi (DCE-Data Circuit-Terminating Equipment)

RS-485 :

RS485 là một chuẩn truyền thông được xây dựng trên nền tảng chuẩn RS422 Điểm khác biệt chính là RS485 cho phép tối đa 32 cặp thu phát có mặt trên đường truyền cùng lúc Tương tự, RS485 cũng cần một trở kháng 120 Ohm

ở cuối đường truyền để ngăn chặn tín hiệu phản xạ và giao thua Nếu có nhiều hơn một thiết bị cần truyền dữ liệu, thì đường RTS được sử dụng như một đường điều khiển, cho phép truyền dữ liệu

3.2.2 Modbus TCP/IP

Đơn giản là Modbus RTU truyền thông qua Ethernet trên nền sử dụng IP cho mỗi thiết bị Slave Với Modbus TCP/IP, dữ liệu Modbus được đóng gói trong 1 gói tin TCP/IP  Do đó, bất cứ mạng Ethernet đều có thể hỗ trợ truyền thông Modbus TCP/IP Hiện tại, ngành công nghiệp tự động đã và đang ứng dụng giao thức này rất nhiều Bởi xu hướng Internet of Thing  đang phát triển rất mạnh và rất có lợi khi ứng dụng nó Nhất là trong ngành tự động có rất nhiều thiết bị đo lường

 Hình 3.2.2 Truyền thông Modbus-TCP/IP 

  3.2.3 MODBUS ASCII

Mọi thông điệp truyền thông trong mạng giữa Master và Slave được mã hóa bằng Hexadeci-mal Theo ASCII 4 bit Để truyền 1 byte thông tin có ích, nó cần đến 2 byte để truyền Ưu điểm có thể kể đến là thiết bị nhận sẽ hạn chế nhận thông tin sai lệch Nhược điểm là tốn tài nguyên truyền và chậm

3.3 MODBUS HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO

Modbus sử dụng mô hình Master-Slave, trong đó một thiết bị gửi yêu cầu và chờ  đợi phản hồi từ thiết bị kia Master thường là thiết bị khởi tạo truyền thông, trong khi các thiết bị Slave sẽ chờ để nhận thông tin và trả lời lại Master Giao thức Modbus được truyền qua các đường nối tiếp giữa các thiết bị, và thiết lập đơn giản nhất là sử dụng một cáp nối tiếp duy nhất để kết nối các cổng nối tiếp trên hai thiết bị Master và Slave

Trong quá trình truyền thông, Master sẽ gửi yêu cầu Request đến các Slave, và các Slave sẽ đợi và gửi phản hồi Response trở lại cho Master