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

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 cho tòa nhà SVTH : Nguyễn Ngô Hữu Tùng 20142150 Nguyễn Văn Quân 20142396 Bùi Việt Hoàng 20142333 Lớp : 04_CLC MỤC LỤC DANH MỤC BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH ẢNH .3 CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nội dung đề tài 1.4 Kế hoạch thực đề tài .5 1.5 Bố cục đề tài CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG BMS 2.1 BMS LÀ GÌ? 2.2 VÌ SAO NÊN SỬ DỤNG HỆ THỐNG BMS TRONG QUẢN LÝ TÒA NHÀ ? 2.3 HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ BMS ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG NÀO? 2.4 Cấu trúc hệ thống BMS? 2.4.1 Cấp trường ( Field Level) 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 tịa nhà BMS Hình 2.2: Lợi ích hệ thống BMS mang lại Hình 2.3: BMS quản lý hệ thống tịa nhà Hình 2.4.1: Các loại cảm biến có dây chuyền sản xuất thực phẩm Hình 2.4.2: Điều khiển lưu lượng nước đường ống thơng qua PID Hình 2.4.3 Thành phần hệ thống điển hình – Cấu trúc mạng Hình 3.1: Mơ hình kết nối slave với master modbus Hình 3.2.2 : Truyền thông Modbus-TCP/IP CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Trong thời đại cơng nghiệp hóa diễn toàn cầu, Việt Nam đạt nhiều thành công kết tốt nhiều lĩnh vực kinh tế khác Cùng với  phát triển kinh tế, quy mơ thị hóa tăng lên với hàng loạt cơng trình kiến trúc quy mơ lớn, có tịa nhà cao tầng để phục vụ mục đích kinh tế khác Tuy nhiên, để quản lý vận hành tòa nhà này, yêu cầu trang bị hệ thống kỹ thuật quản lý chung ngày cao Các tịa nhà thơng thường phải trang bị hệ thống cung cấp điện, nước, thơng gió nhu cầu ngày tăng, tòa nhà cần trang bị thêm hệ thống HVAC, CCTV, hệ thống giám sát điện thang máy Với việc trang bị hệ thống giám sát BMS, hệ thống quản lý điều khiển hiệu Trong đó, việc giám sát điện công việc cần thiết hoạt động quản lý tòa nhà Việc giúp tiết kiệm tối ưu hóa nguồn lượng, giảm chi phí vận hành bảo vệ tài nguyên thiên nhiên Ngoài ra, giám sát giúp quản lý kế hoạch tiêu thụ tương lai 1.2 Mục đích đề tài Về kiến thức: Hoạt động thực tập giúp cho sinh viên cọ sát với thực tế áp dụng kiến thức, kỹ học vào thực nghiệm Đặc biệt tự rút nhiều học kinh nghiệm q giá cho Qua giúp sinh viên có nhìn tồn diện ngành nghề mà theo học hướng cho tương lai Về kỹ năng: Khả phân tích, giải thích lập luận, giải vấn đề liên quan đến hệ thống quản lý-tự động hóa cơng trình Kỹ làm việc nhóm, giao tiếp khả đọc hiểu tài liệu kỹ thuật tiếng Anh 1.3 Nội dung đề tài Hệ thống BMS tích hợp tồn hệ thống sở hạ tầng kỹ thuật tồ nhà, có chức theo dõi, giám sát, điều khiển vận hành máy tính, tự lựa chọn chế độ hoạt động thích hợp thơng báo cố xảy Mục đích hệ thống BMS bảo đảm cho hoạt động trang thiết bị nhà an toàn, liên tục ổn định, tiết kiệm tối đa nguồn điện chi phí vận hành Hệ thống giám sát điện nhà : đề phòng, phát điều chỉnh hiệu việc sử dụng lượng, từ giảm thiểu cố rủi ro xảy Mục đích công tác giám sát hệ thống điện nhà là: Ngăn ngừa cố đảm bảo an tồn , Tối ưu hóa sử dụng lượng,Đảm bảo thiết bị hệ thống điện hoạt động cách thông qua giám sát liên tục Mặc dù nhóm em nỗ lực khơng tránh thiếu sót Em mong nhận nhiều góp ý từ thầy để ngày hoàn thiện tương lai Chúng em xin chân thành cảm ơn! 1.4 Kế hoạch thực đề tài Nội dung thực Sinh viên thực PHẦN MỞ ĐẦU Mục lục danh mục PHẦN NỘI DUNG CHÍNH  Nội dung: Chương  Nội dung: Chương  Nội dung: Chương  Nội dung: Chương kết luận Tự đánh giá 1.5 Bố cục đề tài Chương 1: Mở Đầu Chương 2: Hệ thống BMS Chương 3: GIAO THỨC MODBUS Chương 4: Quản lý 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 tịa nhà BMS (Building Management System) công nghệ quản lý tịa nhà thơng minh cho phép bạn điều khiển, giám sát thiết bị kỹ thuật, vận hành hệ thống điện, nước, điều hịa, thơng gió, an ninh, PCCC,… đồng hoạt động diễn tịa nhà  Hình 2.1 Hệ thống quản lý tòa nhà BMS  Với BMS, tình trạng quản lý tổng thể thơng số kỹ thuật Trên sở thông tin tiếp nhận được, BMS điều khiển để đảm bảo cho việc vận hành thiết  bị, hệ thống tòa nhà diễn thơng suốt, an tồn, hiệu quả, giảm thiểu tối đa chi phí phát sinh 2.2 VÌ SAO NÊN SỬ DỤNG HỆ THỐNG BMS TRONG QUẢN LÝ TÒA NHÀ ? Sử dụng hệ thống BMS quản lý tòa nhà trở nên phổ biến BMS đáp ứng đầy đủ tính giúp ích: ● Đơn giản hóa khâu vận hành giúp người dùng giảm thiểu công việc phải lặp lặp lại ● Cảnh báo, giảm thiểu cố xảy ● Tổng hợp vấn đề liên quan đến hoạt động tịa nhà giúp q trình quản lý, vận hành đơn giản ● Kịp thời báo cáo cho chủ tòa nhà giúp nhanh chóng bảo trì hệ thống kỹ thuật, khắc phục sửa chữa cố xảy ● Hệ thống hóa cơng việc, tiết kiệm chi phí quản lý nhân ● Giảm tối đa công việc thủ công, tiết kiệm thời gian, công sức ● Có khả phù hợp với nhiều dạng tịa nhà  Hình 2.2: Lợi ích 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 hịa thơng gió Hệ thống âm Hệ thống cấp nước sinh hoạt ● Hệ thống thẻ kiểm sốt vào tịa nhà ● Hệ thống kiểm soát nhiệt độ ● Hệ thống server, lưu trữ liệu  Hình 2.3: BMS quản lý hệ thống tòa nhà 2.4 Cấu trúc hệ thống BMS? 2.4.1 Cấp trường ( Field Level)   Cấp độ bao gồm thiết bị đầu vào là: nút nhấn, cơng tắc, cảm  biến,… có nhiệm vụ đo lường, thu thập thông tin để đưa vào PLC xử lý, thiết bị đầu như: động cơ, van, xy lanh,…để thực nhiệm vụ truyền động cho máy sản xuất, cấu chấp hành   Có thể thấy, cấp độ trường chứa liệu đầu vào đầu ra, có nhiệm vụ cung cấp thông tin hệ thống thực thi mệnh lệnh phục vụ cho q trình sản xuất Nói cách khác, nơi chứa phần cứng, nơi mà thiết bị trực tiếp tham gia vào trình sản xuất  Hình 2.4.1: Các loại cảm biến có dây chuyền sản xuất thực phẩm 2.4.2 Cấp tự động ( Automation Level ) Ở cấp độ PLC, PID, BCU đóng vai trị chủ đạo Chúng có nhiệm vụ đọc thơng tin cung cấp thiết bị đo lường cấp độ trường, sau so sánh điều kiện lập trình sẵn để tác động đến ngõ cách xác Nói cách khác, cấp độ ta tiến hành lập trình phần mềm để điều khiển thiết bị phần cứng Một số ứng dụng cơng nghiệp có đối tượng điều khiển như: nhiệt độ, lưu lượng, áp suất,… nên ta điều khiển phương pháp ON/OFF thông thường Thay vào đó, ta sử dụng điều khiển PID để đọc xuất tín hiệu điều khiển đến cấu chấp hành Cụ thể, ta nhập giá trị lưu lượng mong muốn vào điều khiển PID, xác định PLC cần điều khiển tăng giảm độ mở van để giữ giá trị lưu lượng ổn định giá trị đặt   Hình 2.4.2: Điều khiển lưu lượng nước đường ống thông qua PID 2.4.3 Cấp quản lý ( Management Level ) Đây cấp cao cấu trúc hệ thống quản lý tòa nhà BMS Cấp có theo dõi, giám sát, điều hành lệnh cho điểm tồn hệ thống Chức cấp quản lý thu thập, lưu trữ xử lý liệu lịch sử dụng lượng, chi phí vận hành, lịch sử cảnh bảo cố phát sinh… Sau đó, hệ thống tạo báo cáo phục vụ cho trình quản lý khai thác hệ thống sở vật chất kỹ thuật 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 mang lại: ● Đảm bảo trình vận hành hệ thống, thiết bị tòa nhà tối ưu, hiệu ● Đảm bảo hệ thống điện, đáp ứng tốt nhu cầu sử dụng cho cư dân ● Vận hành tòa nhà tối ưu giúp kỹ sư dễ dàng kiểm sốt theo dõi tình trạng tịa nhà ● Giảm thiểu chi phí lượng ● Nhanh chóng sửa chữa, phát cố, tránh tai nạn khơng đáng có ● Đơn giản hóa cơng tác vận hành tịa 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 giao thức truyền thông phát triển Modicon vào năm 1979 trở thành sản phẩm Schneider Electric Với việc sử dụng cặp dây xoắn đơn, Modbus cho phép truyền thông nhiều thiết bị cách dễ dàng Trước đây, ngành công nghiệp sử dụng chuẩn truyền thông RS232 RS485 Tuy nhiên, sử dụng RS485, Modbus đạt tốc độ truyền thơng cao khoảng cách truyền xa hơn, nhanh chóng trở thành giao thức ưa chuộng ngành tự động hóa Đáng ý là, Schneider Electric cho mắt Modbus hoàn toàn miễn phí  Hình 3.1: Mơ hình kết nối slave với master modbus 3.2 CÁC LOẠI TRUYỀN THÔNG MODBUS Hiện có chuẩn truyền thơng modbus cơng nghiệp: Modbus ASCII, Modbus RTU, Modbus TCP/IP 3.2.1 Modbus RTU Modbus sử dụng hệ thống mã hóa nhị phân để truyền thơng tin, byte thơng tin truyền dùng byte truyền thông Giao thức thiết kế để hoạt động thiết bị RS232 hay mạng RS485 đa điểm, với tốc độ truyền liệu từ 1200 đến 115 baud Tuy nhiên, tốc độ phổ biến từ 9600 đến 19200 baud Vì đặc tính nó, Modbus RTU xem giao thức truyền thông phổ biến ngành tự động hóa RS-232 : RS232 chuẩn truyền thông phát triển “Electronic Industry Association” “Telecommunications Industry Association” (EIA/TIA) RS232 chuẩn truyền thông phổ biến thời, thường gọi tắt RS232 RS-232 thay EIA/TIA-232-E Chuẩn đề cập đến việc truyền liệu nối tiếp host (DTE-Data Terminal Equipment) ngoại vi (DCE-Data Circuit-Terminating Equipment) RS-485 : RS485 chuẩn truyền thông xây dựng tảng chuẩn RS422 Điểm khác biệt RS485 cho phép tối đa 32 cặp thu phát có mặt đường truyền lúc Tương tự, RS485 cần trở kháng 120 Ohm cuối đường truyền để ngăn chặn tín hiệu phản xạ giao thua Nếu có nhiều thiết bị cần truyền liệu, đường RTS sử dụng đường điều khiển, cho phép truyền liệu 3.2.2 Modbus TCP/IP Đơn giản Modbus RTU truyền thông qua Ethernet sử dụng IP cho thiết bị Slave Với Modbus TCP/IP, liệu Modbus đóng gói gói tin TCP/IP  Do đó, mạng Ethernet hỗ trợ truyền thơng Modbus TCP/IP Hiện tại, ngành công nghiệp tự động ứng dụng giao thức nhiều Bởi xu hướng Internet of Thing  đang phát triển mạnh có lợi ứng dụng Nhất ngành tự động có nhiều thiết bị đo lường  Hình 3.2.2 Truyền thông Modbus-TCP/IP    3.2.3 MODBUS ASCII Mọi thông điệp truyền thông mạng Master Slave mã hóa Hexadeci-mal Theo ASCII bit Để truyền byte thơng tin có ích, cần đến byte để truyền Ưu điểm kể đến thiết bị nhận hạn chế nhận thông tin sai lệch Nhược điểm tốn tài nguyên truyền chậm 3.3 MODBUS HOẠT ĐỘNG NHƯ THẾ NÀO Modbus sử dụng mơ hình Master-Slave, thiết bị gửi u cầu chờ  đợi phản hồi từ thiết bị Master thường thiết bị khởi tạo truyền thông, thiết bị Slave chờ để nhận thông tin trả lời lại Master Giao thức Modbus truyền qua đường nối tiếp thiết bị, thiết lập đơn giản sử dụng cáp nối tiếp để kết nối cổng nối tiếp hai thiết bị Master Slave Trong q trình truyền thơng, Master gửi u cầu Request đến Slave, Slave đợi gửi phản hồi Response trở lại cho Master