tòa nhà thông minh bms đồ án tốt nghiệp khoa công nghệ điện

Tuỳ vào mục đích sử dụng của toà nhà mà hệ thống BMS sẽ được trang bị mức độ phù hợp, ví dụ: Toa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot n

Trang 1

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÕA NH THÔNG MINH MS

SINH VIÊN : TẠ VIẾT MINH TIẾN

Toa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe Dien

106Monday, June 10, 20248:57:24 PM8:57:24 PM106Monday, June 10, 20248:57:24 PM8:57:24 PM106Monday, June 10, 20248:57:24 PM8:57:24 PM

Toa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe Dien

106Toa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienMonday, June 10, 2024

Trang 2

PHIẾU GIAO ĐỀ T I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

(1): Võ Mạnh Cường, MSSV: 14136991 (2): Bùi Trần Trung Thái, MSSV: 14074781 (3): Tạ Viết Minh Tiến, MSSV: 14039631

Trang 3

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 4

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ T I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 2

2.1 Khái Niệm Về Hệ Thống Quản Lý Tòa Nhà (BMS) 2

2.2 Tính Năng Chính, Cấu Trúc, Ưu Điểm Của Hệ Thống BMS 3

2.2.1 Tính năng chính của hệ thống BMS 3

2.2.2 Cấu trúc của hệ thống BMS 4

2.2.3 Khác biệt, ưu điểm của hệ thống BMS so với các hệ thống khác 5

2.3 Giới Thiệu Một Tòa Nhà BMS Thực Tế 7

CHƯƠNG 3: MẠNG TRUYỀN TH NG CHO BMS TRONG ĐỀ TÀI 9

3.1 Khái Niệm Truyền Thông, Mạng, Giao Thức Và Mạng Truyền Thông Công Nghiệp 9

3.2 Chuẩn Truyền Thông MODBUS 9

3.2.1 Tổng quan 9

3.2.2 Ứng dụng của giao thức modbus 10

3.2.3 So sánh giữa profibus và modbus 11

3.3 TCP-IP Trong Modbus 12

1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM

Trang 5

3.3.2 Các tầng giao thức của bộ giao thức TCP-IP 12

3.3.3 Những đặc tính quan trọng của TCP-IP 13

3.4 Chuẩn Truyền Thông I2C 14

CHƯƠNG 4: CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 17

4.1 TIA Portal V13-SP1 17

4.2 Desigo CC 18

4.2.1 Giới thiệu tổng quan về Desigo CC 18

4.2.2 Giao diện desigo 18

4.2.3 Các chức năng chính của Desigo CC 19

4.3 Arduino IDE 20

4.3.1 Những phần cơ bản của giao diện phần mềm Arduino IDE: 20

4.3.2 Các chức năng cơ bản của các biểu tượng trên phần mềm 21

CHƯƠNG 5: CÁC THIẾT BỊ TRONG M HÌNH T NHÀ 22

5.1 Các Thiết Bị Xây Dựng Mạng Truyền Thông 22

5.1.4.c Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 26

5.1.5 DRUINO UNO R3 và Arduino ETHERNET SHIELD 26

5.1.5.a ADRUINO UNO R3 26

5.1.5.b ADRUINO SHIELD- ETHERNET – HANRUN 27

5.2 Các Thiết Bị Trong Mô Hình Tòa Nhà BMS Thực Hiện 28

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM

Trang 6

5.2.1.a Tầng lầu 29

5.2.1.b Tầng hầm 30

5.2.2 Hành lang 31

5.2.3 Hệ thống lạnh 31

5.2.4 Nguồn, truyền thông và điều khiển 33

CHƯƠNG 6: THI C NG M HÌNH T NHÀ TH NG MINH BMS 35

6.1 Kết Nối Phần Cứng 35

6.2 Giao Tiếp Phần Mềm 36

6.2.1 Lập trình trên Tia Portal V11 36

6.2.1.a Tạo Project 36

6.2.1.b Định dạng T G cho các biến thiết bị trong mô hình 39

6.2.1.c Làm việc với trạm PLC 41

6.2.1.d Viết chương trình truyền nhận dữ liệu trên PLC 43

6.2.2 Lập trình trên druino 50

6.2.3 Thiết kế giao diện các hệ thống trên Desigo 51

6.3 Thi Công Các Hệ Thống Trong Mô Hình Tòa Nhà 51

6.3 Hướng Phát Triển Thêm Cho Đề Tài 61

123docz.net - File bi loi xin lienhe: lethikim34079@hotmail.com

1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM

Trang 7

KẾT LUẬN 75

TÀI LI U THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 78

Code PLC chương trình giao tiếp 78

Code Adruino Master 89

Code Adruino Slave 1 91

Code Adruino Slave 2 92

Code PLC chương trình hệ Chiller 93

Code PLC ứng dụng cảm biến khí ga cho hệ quạt tầng hầm 94

Code PLC lập trình giả lập sự cố hỏa hoạn 94

LỜI CẢM ƠN 95

1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM

Trang 8

Hình 2.4 Ví dụ một hệ thống điều khiển Nhà thông minh ( Smart Home ) 5

Hình 2.5 Hình ảnh tòa nhà điều hành viễn thông Mobifone Cần Thơ 7

Hình 3.1 Minh họa mạng Modbus 10

Hình 3.2 Minh họa Modbus TCP/IP 10

Hình 3.3 Minh họa các tầng giao thức của TCP-IP 12

Hình 3.4 Minh họa các giao thức tương ứng với các lớp trong mô hình TCP-IP 13

Hình 3.5 Minh họa giao tiếp I2C 14

Hình 4.1 Phần mềm TIA Portal 17

Hình 4.2 Ví dụ giao diện Desigo CC 18

Hình 4.3 Giao diện phần mềm Arduino IDE 20

Hình 5.1 Minh họa cấu trúc mạng truyền thông MODBUS TCP/IP của đồ án 22

Hình 5.9 DRUINO SHIELD- ETHERNET – HANRUN sử dụng 27

Hình 5.10 Mô hình tòa nhà BMS nhóm thực hiện 28

Trang 9

Hình 5.14 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ trong mô hình 30

Hình 5.15 Cảm biến MQ-2 trong mô hình 30

Hình 5.16 Tầng hầm trong mô hình 31

Hình 5.17 Hành lang trong mô hình 31

Hình 5.18 Bơm và sò lạnh trong mô hình 31

Hình 5.19 Bình đựng nước tản nhiệt trong mô hình 32

Hình 5.20 Quạt tản nhiệt 12V trong mô hình 32

Hình 5.21 Đường ống dẫn khí lạnh lên các tầng trong mô hình 32

Hình 5.22 Bộ nguồn và PLC trong mô hình 33

Hình 5.23 Các bộ relay trong mô hình 33

Hình 5.24 Các board DRUINO trong mô hình 34

Hình 5.25 Modem TP_LINK trong mô hình 34

Hình 6.1 Sơ đồ đi dây các thiết bị 35

Hình 6.2 Biểu tượng của phần mềm TIA PORTAL 36

Hình 6.3 Màn hình chính của phần mềm TIA PORTAL 37

Hình 6.4 Tạo dự án mới trên phần mềm TIA PORTAL 37

Hình 6.10 Biểu tượng download chương trình lên PLC 42

Hình 6.11 Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface 42

Hình 6.12 Chọn start all như hình vẽ và nhấn finish 42

Hình 6.13 Giám sát chương trình trên màn hình cách 1 43

Hình 6.14 Giám sát chương trình trên màn hình cách 2 43

Hình 6.15 Màn hình khi giám sát 43

Hình 6.16 Giao diện hệ Chiller 52

Hình 6.17 Giao diện hệ bơm chữa cháy 53

1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM

Trang 10

Hình 6.19 Giao diện hệ FCU 55

Hình 6.20 Giao diện hệ AHU 56

Hình 6.21 Giao diện hệ quạt tầng hầm 57

Hình 6.22 Giao diện hệ chiếu sáng các tầng 58

Hình 6.23 Giao diện báo khói các tầng 59

Hình 6.24 Giao diện quạt hút khói các tầng 59

Hình 6.25 Giao diện đồng hồ điện 60

Trang 11

DANH SÁCH CÁC ẢNG

Bảng 5.1 Một vài thông số của Arduino UNO R3 27Bảng 6.1 Ký hiệu thiết bị trong sơ đồ đi dây 35Bảng 6.2 Bảng T GN ME các đối tƣợng 39

1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM

Trang 12

CHƯƠNG 1: LÝ DO CHỌN ĐỀ T I 1.1 Đặt Vấn Đề

Tự động hóa - trong những năm gần đây cụm từ này đã tr nên quen thuộc chứ không còn là khái niệm chỉ được sử dụng trong những lĩnh vực chuyên môn kỹ thuật đặc thù Tự động hóa đã góp mặt trong mọi lĩnh vực từ sản xuất cho đến phục vụ cuộc sống hằng ngày, trên thế giới, các hệ thống thông minh, tự động điều khiển đã được áp dụng từ rất sớm và cho thấy những đóng góp quan trọng không thể phủ nhận Một trong những ứng dụng tiêu biểu đó là tòa nhà thông minh BMS với những đặc tính nổi bật như:

 Có tính thực dụng cao mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt

 Có tính hiện đại, hướng tới tương lai

 Đảm bảo các yêu cầu an toàn

 Nâng cao sự thuận tiện cho người sử dụng toà nhà

=> Chính vì vậy nhóm chúng em đã chọn đề tài nghiên cứu là

minh BMS

1.2 Mục Tiêu Đề Tài

Nội dung đồ án nhóm thực hiện là tạo ra một mô hình tòa nhà thông minh BMS Để có phương hướng rõ ràng khi thực hiện đề tài, nhóm đã đặt ra những mục tiêu cần giải quyết sau:

 Tìm hiểu một hệ thống tòa nhà thông minh BMS thực tế

 Xây dựng một mô hình mô phỏng tòa nhà

 Xây dựng một chuẩn truyền thông

 Giao tiếp các thành phần trong hệ

 Lập trình điều khiển hệ thống

 Xuất báo cáo, thông tin, lưu trữ dữ liệu

Dưới đây là báo cáo tổng hợp thành quả nhóm đạt được

Toa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe Dien1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM1062410068:57:24 PM8:57:24 PM

Toa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe DienToa nha thong minh BMS Do an tot nghiep Khoa Cong nghe Dien106Monday, June 10, 20248:57:26 PM8:57:26 PM106Monday, June 10, 20248:57:26 PM8:57:26 PM106Monday, June 10, 20248:57:26 PM8:57:26 PM

Trang 13

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TÕA NH THÔNG MINH MS

Hệ thống quản lý tòa nhà (hệ thống BMS) điều khiển và giám sát các hệ thống sau:

 Trạm phân phối điện

 Hệ thống âm thanh công cộng

 Hệ thống thẻ kiểm soát ra vào

Trang 14

Hình 2.1 Hình ảnh tổng quan một hệ thống BMS

2.2 Tính Năng Chính, Cấu Trúc, Ưu Điểm Của H Thống BMS 2.2.1 Tính năng chính của h thống MS

Hệ thống quản lý toà nhà cho phép:

 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 giao thức mạng

 Kết nối các hệ thống kỹ thuật như an ninh, báo cháy qua cổng giao diện m 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 s dữ liệu, chương trình soạn thảo đồ hoạ, lưu trữ và sao lưu dữ liệu

 Hệ thống BMS linh hoạt, có khả năng m rộng với các giải pháp sẵn sàng đáp ứng với mọi yêu cầu

Tuỳ vào mục đích sử dụng của toà nhà mà hệ thống BMS sẽ được trang bị mức độ phù hợp, ví dụ:

Trang 15

Hình 2.2 Ví dụ BMS điều khiển liên động các hệ thống cơ điện trong tòa nhà tùy theo từng trường hợp sự cố xảy ra

Trang 16

2.2.3 Khác bi t, ưu điểm của h thống MS so với các h thống khác

Những năm gần đây, không khó để nhận ra những đóng góp của các hệ thống tự động trong các công trình công nghiệp và dân dụng Những khái niệm về quản lý tòa nhà, tiết kiệm năng lượng công trình, bảo vệ môi trường, Smart Home không còn quá mới

mẻ Tuy nhiên, cần phân biệt rõ sự khác nhau giữa N mi ( Smart Home ) với

Hệ thố mi BMS ( Intelligent Building Management System)

 N mi ( Smart Home ):

 Tổng quan:

Về cơ bản, N là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có thể

được điều khiển tự động hóa hoặc bán tự động Các thành phần cơ bản của hệ thống N bao gồm: Các cảm biến (như cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng hoặc cử

chỉ); Các bộ điều khiển hoặc máy chủ và các thiết bị chấp hành khác

Nhờ hệ thống cảm biến, các bộ điều khiển và máy chủ có thể theo dõi các trạng thái bên trong ngôi nhà để đưa ra các quyết định điều khiển các thiết bị chấp hành một cách phù hợp nhằm đảm bảo môi trường sống tốt nhất cho con người

Một ví dụ cơ bản của nhà thông minh

Hình 2.4 Ví dụ một hệ thống điều khiển Nhà thông minh ( Smart Home )

Trang 17

Cùng với sự phát triển của các thiết bị điện tử cá nhân như máy tính bảng và điện thoại thông minh cùng hạ tầng thông tin ngày càng tiên tiến các hệ thống nhà thông minh cung cấp khả năng tương tác với người sử dụng thông qua các thiết bị điện tử cá nhân cho phép con người có thể giám sát và điều khiển ngôi nhà từ bất cứ đâu

Tuy nhiên, vì thực tế rất nhiều thương hiệu khác nhau cùng nghiên cứu phát triển giải pháp nhà thông minh, vậy nên dù đã có nhiều nỗ lực để tiêu chuẩn hóa các dạng phần cứng, phần mềm, điện tử và giao diện giao tiếp cần thiết để xây dựng hệ thống nhà thông minh, tuy vậy chưa có chuẩn công nghiệp nào được đặt ra cho nó và do vậy thị trường nhà thông minh rất phân mảnh Các gói nhà thông minh hiện nay sử dụng các giao thức riêng cho từng công ty và không tương thích với nhau

 Hệ thố mi ( i i i

Management System):

Đối tượng của BMS không phải một căn hộ riêng biệt mà là một hay nhiều tòa nhà,

thuộc cả các công trình xây dựng công nghiệp hay dân dụng

Nếu Smart Home có thế mạnh về việc có nhiều ứng dụng độc đáo, tạo ra lối sống tiện nghi, an toàn cho người dùng căn hộ, thì Hệ thố Q o BMS lại hướng

đến việc cung cấp những giải pháp vĩ mô nhằm điều khiển, quản lý điều kiện làm việc như: nhiệt độ, độ ẩm, lưu thông không khí, chiếu sáng, các hệ thống an ninh, báo cháy, quản lý hệ thống thiết bị kỹ thuật, tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho công trình, thân thiện hơn với môi trường, từ đó duy trì một điều kiện làm việc lý tư ng cho công trình, cho con người và các thiết bị hoạt động bên trong công trình, đạt tới việc giải phóng sức lao động con người, nâng cao hiệu quả sản xuất

Ngoài ra, BMS rất linh hoạt, có khả năng m rộng với các giải pháp, sẵn sàng đáp ứng với mọi yêu cầu

Trang 18

 Đáp ứng các nhu cầu của người cư ngụ và phản ứng với các điều kiện rắc rối nhanh hơn và hiệu quả hơn

 Giảm lượng điện năng tiêu thụ thông qua khả năng điều khiển quản lý tập trung và chương trình quản lý điện năng

 Quản lý cơ s /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

 Lập trình linh hoạt theo nhu cầu của từng tòa nhà, tổ chức và yêu cầu m rộng

 Nâng cao hoạt động nhờ tích hợp phần mềm và phần cứng của nhiều hệ thống phụ như điều khiển số trực tiếp (DDC – Direct Digital Control), hệ thống báo cháy, an ninh, điều khiển truy nhập hoặc điều khiển ánh sáng

2.3 Giới Thi u Một T a Nhà BMS Thực Tế

Dự án: Tòa nhà điều hành viễn thông Mobifone Cần Thơ Địa chỉ: Phường Hưng Thạnh, Quận Cái Răng, Tp Cần Thơ Chủ đầu tư: Công ty Viễn thông Mobifone

Thiết kế chính: Công ty Cổ phần Tư vấn Đầu tư & Xây dựng Sài Gòn Thiết kế kết cấu: Công ty TNHH Thiết kế Xây dựng Liên Việt

Quy mô: Nhà chính 01 tầng hầm, 14 tầng nổi và các hạng mục phụ trợ, tổng diện tích sàn xây dựng 14.000 m2

Nhóm dự án: Công trình dân dụng cấp 2 Tiến độ: 2013 – 2017

Hình 2.5 Hình ảnh tòa nhà điều hành viễn thông Mobifone Cần Thơ

Trang 19

 Các h thống trong t a nhà:

 Hệ cấp thoát nước

 Hệ quạt thông gió, hút khói và tạo áp buồng thang

 Hệ bơm chữa cháy

Trang 20

CHƯƠNG 3: MẠNG TRUYỀN THÔNG CHO MS TRONG ĐỀ T I

3.1 Khái Ni m Truyền Thông, Mạng, Giao Thức Và Mạng Truyền Thông Công Nghi p

- Truyề (communication): Là quá trình trao đổi thông tin giữa hai chủ thể

với nhau Ví dụ, hai PLC trao đổi thông tin với nhau trong một mạng truyền thông công nghiệp

- Mạng (network): Là một hệ thống bao gồm nhiều trạm (station) được nối với

nhau để có thể trao đổi thông tin Mỗi một mạng có thể bao gồm nhiều phân mạng (subnet)

- Giao thức (protocol): Là các qui tắc, thủ tục qui định cho việc giao tiếp Đối với

việc truyền thông qua mạng, giao thức qui định cấu trúc của gói dữ liệu được trao đổi, phương thức hoạt động, thủ tục thiết lập truyền thông, bảo toàn dữ liệu và tốc độ truyền dữ liệu

Mạng truyề r c iệp hay Mạ c iệp: là một khái niệm

chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty

3.2 Chuẩn Truyền Thông MODBUS 3.2.1 Tổng quan

Modbus là giao thức truyền thông theo kiểu nối tiếp được phát triển b i hãng Modicon (hiện nay là Schneider Electric) Nó hỗ trợ cả hai giao thức truyền thông bao gồm cả RS232, RS485

Modbus là giao thức phổ biến nhất hiện nay, sử dụng cho nhiều mục đích b i giao thức này đơn giản, dễ sử dụng

Trang 21

Modbus là một mạng với một chủ và nhiều tớ Chủ có thể là PLC, PC, DCS Còn tớ là các thiết bị được kết nối đến như biến tần, bộ điều khiển nhiệt độ, HMI Modbus trong một mạng sẽ quét các thiết bị, mỗi thiết bị có một địa chỉ và không trùng với các thiết bị còn lại, thiết bị chủ sẽ gửi dữ liệu yêu cầu tới tất cả các tớ nhưng chỉ có thiết bị được chỉnh định thông qua địa chỉ mới trả lời lại

Hình 3.1 Minh họa mạng Modbus

Hiện nay, có 03 chuẩn modbus đang được sử dụng phổ biến trong công nghiệp - tự động hóa là Mosdbus SCII, Modbus RTU, Modbus TCP/IP

Chuẩn Mosdbus đề tài sử dụng là Modbus TCP/IP

Hình 3.2 Minh họa Modbus TCP/IP

3.2.2 Ứng dụng của giao thức modbus

- Modbus là một giao thức truyền thông m , nó là phương pháp truyền thông phổ biến nhất được sử dụng để kết nối các thiết bị điện tử công nghiệp

Trang 22

- Modbus thường được dùng để truyền các tín hiệu từ các thiết bị đo, thiết bị điều khiển tr về bộ điều khiển chính hay hệ thống thu thập dữ liệu

- Mosbus thường dùng để kết nối máy tính giám sát với một thiết bị điều khiển (RTU : remote terminal unit ) trong hệ thống Scada (hệ thống điều khiển và thu thập dữ liệu

3.2.3 So sánh giữa profibus và modbus

- Modbus là giao thức đơn giản dễ sử dụng

- Khi kết nối điều khiển thiết bị thông minh cấu hình điểm-điểm hoặc chỉ 1 điểm từ xa, giao thức modbus là sự lựa chọn hợp lý

- Profibus là giao thức rất mạnh mẽ được thiết kế để tự động hóa trong các nhà máy

- Đối với điều khiển thiết bị thông minh có nhiều điểm hơn hoặc có các nhà cung cấp khác nhau profibus là lựa chọn tối ưu

Trang 23

 Kết luận :

Profibus điều khiển các thiết bị thông minh có nhiều nhà cung cấp làm cho nó tr thành 1 giao thức lí tư ng cho các ứng dụng trong công nghiệp Modbus được sử dụng trong các ứng dụng nhỏ cung cấp 1 liên kết tốt giữa hệ thống SC D và tập trung dữ liệu

3.3 TCP-IP Trong Modbus 3.3.1 Tổng quan

Bộ giao thức TCP/IP ( Internet protocol suite hoặc IP suite hoặc TCP/IP protocol

suite - bộ giao thức liên mạng), là một bộ các giao thức truyền thông cài đặt chồng giao

thức mà Internet và hầu hết các mạng máy tính thương mại đang chạy trên đó Bộ giao

thức này được đặt tên theo hai giao thức chính của nó là TCP (Giao thức Đ ều khiển Giao vận) và IP (Giao thức L ê ạng) Chúng cũng là hai giao thức đầu tiên được định nghĩa

MODBUS/TCP đơn giản là MODBUS qua Ethernet Thay vì sử dụng thiết bị này cho việc kết nối với các thiết bị tớ, các địa chỉ IP được sử dụng

Với MODBUS/TCP, dữ liệu MODBUS được tóm lược đơn giản trong một gói TCP/IP Do đó, bất cứ mạng Ethernet hỗ trợ MODBUS/ IP sẽ ngay lập tức hỗ trợ MODBUS/TCP

3.3.2 Các tầng giao thức của bộ giao thức TCP-IP  Bộ giao thức TCP/IP được phân làm 4 tầng:

- Tầng ứng dụng (Application Layer) - Tầng giao vận (Transport Layer) - Tầng Internet (Internet Layer)

- Tầng truy cập mạng (Network access Layer)

Hình 3.3 Minh họa các tầng giao thức của TCP-IP

Trang 24

 Chức năng của các tầng:

- Application layer: hỗ trợ các ứng dụng cho các giao thức tầng Host-to-Host

Cung cấp giao diện cho người sử dụng mô hình TCP/IP Các giao thức ứng dụng gồm

HTTP, TELNET, FTP, SMTP ,

- Transport layer: thực hiện những kết nối giữa hai máy chủ trên mạng bằng 2 giao

thức: TCP (Transmission Control Protocol) và UDP ( User Datagram Protocol)

- Internet Layer: Giao thức IP cùng với các giao thức định tuyến RIP, OSPF tầng

mạng cho phép kết nối một cách mềm dẻo và linh hoạt các loại mạng "vật lý" khác nhau như: Ethernet, Token Ring, X.25 ánh xạ địa chỉ MAC-IP bằng giao thức RP và

RARP

- Network Access Layer: cung cấp các phương tiện kết nối vật lý cáp, bộ chuyển

đổi, Card mạng, giao thức kết nối, giao thức truy nhập đường truyền CSMA/CD, Tolen Ring, Token Bus Cung cấp các dịch vụ cho tầng Internet

Hình 3.4 Minh họa các giao thức tương ứng với các lớp trong mô hình TCP-IP

3.3.3 Những đặc tính quan trọng của TCP-IP

- Bộ giao thức TCP-IP không bị ràng buộc vào một phần cứng hay hệ điều hành nào TCP/IP là cách lý tư ng để liên kết các phần cứng và phần mềm khác nhau, ngay cả khi sử dụng chúng để giao tiếp thông qua internet

Trang 25

- Bộ giao thức TCP/IP độc lập với các phần cứng của mạng máy tính Đặc tính này cho phép TCP/IP tích hợp các kiểu mạng máy tính khác nhau Bộ giao thức TCP/IP có thể sử dụng Ethernet, token ring và hầu như trên các mạng vật lý truyền tin khác nhau

- Bộ giao thức TCP-IP có chế độ đánh địa chỉ chung cho phép các máy tính sử dụng TCP-IP giao tiếp với máy có địa chỉ đúng trên toàn mạng, ngay cả đối với mạng máy tính rất lớn như mạng toàn cầu

- Bộ giao thức TCP-IP đã chuẩn hóa các bộ giao thức tầng trên hướng đến tính ổn định, dễ sử dụng cho các dịch vụ trên mạng

3.4 Chuẩn Truyền Thông I2C

Một giao tiếp I2C gồm có 2 dây: Serial Data (SD ) và Serial Clock (SCL) SD là đường truyền dữ liệu 2 hướng, còn SCL là đường truyền xung đồng hồ để đồng bộ và chỉ theo một hướng Khi một thiết bị ngoại vi kết nối vào đường bus I2C thì chân SD của nó sẽ nối với dây SD của bus, chân SCL sẽ nối với dây SCL Mỗi thiết bị sẽ được nhận ra b i một địa chỉ duy nhất với một quan hệ chủ/tớ tồn tại trong suốt thời gian kết nối Mỗi thiết bị có thể hoạt động như là thiết bị nhận hoặc truyền dữ liệu hay có thể vừa truyền vừa nhận Hoạt động truyền hay nhận còn tùy thuộc vào việc thiết bị đó là chủ (master) hay tớ (slave)

Hình 3.5 Minh họa giao tiếp I2

C

Các bus I2C có thể hoạt động ba chế độ, hay nói cách khác các dữ liệu trên bus I2C có thể được truyền trong ba chế độ khác nhau:

 Chế độ tiêu chuẩn (Standard mode)

 Chế độ nhanh (Fast mode)

 Chế độ cao tốc High-Speed (Hs) mode

Trang 26

 Chế độ tiêu chuẩn:

Đây là chế độ tiêu chuẩn ban đầu được phát hành vào đầu những năm 80: - Tốc độ dữ liệu tối đa 100 kbps

- Sử dụng 7-bit địa chỉ, và 112 địa chỉ tớ

 Chế độ tăng cường hay chế độ nhanh:

- Tốc độ dữ liệu tối đa được tăng lên đến 400 kbps

- Để ngăn chặn gai tiếng ồn, ngõ vào của thiết bị Fast-mode là Schmitt-triggered - Chân SCL và SD của một thiết bị tớ I2C trạng thái tr kháng cao khi không cấp nguồn

 Chế độ cao tốc (High-Speed):

Chế độ này đã được tạo ra chủ yếu để tăng tốc độ dữ liệu lên đến 36 lần nhanh hơn so với chế độ tiêu chuẩn Nó cung cấp 1,7 Mbps (với Cb = 400 pF), và 3.4Mbps (với C> b = 100pF)

Một bus I2C có thể hoạt động nhiều chế độ khác nhau:

 Một chủ một tớ (one master - one slave)

 Một chủ nhiều tớ (one master - multi slave)

 Nhiều chủ nhiều tớ (Multi master - Multi slave)

Dù chế độ nào, một giao tiếp I2C đều dựa vào quan hệ chủ/tớ Giả thiết một thiết bị A muốn gửi dữ liệu đến thiết bị B, quá trình được thực hiện như sau:

- Thiết bị A (Chủ) xác định đúng địa chỉ của thiết bị B (tớ), cùng với việc xác định địa chỉ, thiết bị A sẽ quyết định việc đọc hay ghi vào thiết bị tớ

- Thiết bị A gửi dữ liệu tới thiết bị B

- Thiết bị A kết thúc quá trình truyền dữ liệu

Khi A muốn nhận dữ liệu từ B, quá trình diễn ra như trên, chỉ khác là sẽ nhận dữ liệu từ B Trong giao tiếp này, là chủ còn B vẫn là tớ

Điều ki n START: một sự chuyển đồi trạng thái từ cao xuống thấp trên đường

SDA trong khi đường SCL đang mức cao (cao = 1; thấp = 0) báo hiệu một điều kiện START

Trang 27

Đỉều ki n STOP: Một sự chuyển đổi trạng thái từ mức thấp lên cao trên đường

SD trong khi đường SCL đang mức cao Cả hai điều kiện ST RT và STOP đều được tạo ra b i thiết bị chủ Sau tín hiệu START, bus I2C coi như đang trong trạng thái làm việc (busy) Bus I2C sẽ rỗi, sẳn sàng cho một giao tiếp mới sau tín hiệu STOP từ phía thiết bị chủ

Trang 28

CHƯƠNG 4: CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG TRONG ĐỀ T I

4.1 TIA Portal V13-SP1

Phần mềm dùng để điều khiển và lập trình cho Simatic S7-1200 là TIA Portal TIA Portal (The Totally Integrated utomation Portal) là phần mềm cơ s tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện Phần mềm tích hợp các sản phẩm SIMATIC khác nhau trong một phần mềm ứng dụng ví dụ Simatic Step 7 V11 để lập trình các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC V11 để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính, giúp tăng năng suất và hiệu quả làm việc

Hình 4.1 Phần mềm TIA Portal

Hai phần mềm quan trọng nhất trong TI Portal là Simatic Step 7 và Simatic WinCC (phiên bản mới nhất dành cho S7-1200 là TI Portal v13) Trong phạm vi đề tài, ta chỉ chú ý vào phần mềm Simatic Step 7

Để lập trình SIM TIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP

Để PC và SIM TIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau

Trang 29

4.2 Desigo CC

4.2.1 Giới thi u tổng quan về Desigo CC

Được thiết kế để đáp ứng nhu cầu về kiểm soát và an toàn nhà cửa, Desigo CC Building utomation System được phát triển để nâng cao trải nghiệm người dùng và giảm thời gian cần thiết để tạo ra các dữ liệu và báo cáo toàn diện và hữu ích

Một số chức năng xây dựng có thể tích hợp bao gồm: Tự động hóa tòa nhà, n Toàn, Camera ánh sáng-IP, Năng lượng

4.2.2 Giao di n desigo

Desigo CC cung cấp một giao diện trực quan cho hoạt động của cơ s Nó cung cấp hoạt động của một hoặc nhiều tòa nhà, phân tích hiệu suất của cơ s , và làm cho nó có thể giải quyết nhiều vấn đề mà không cần rời trạm quản lý

Một vài nhiệm vụ Desigo CC nổi bật:

- Theo dõi và kiểm soát một cơ s thông qua đồ họa

- Chẩn đoán và khắc phục sự cố thông qua xu hướng và báo cáo - Lịch trình và sửa đổi các hoạt động của thiết bị

- Phân tích hiệu suất năng lượng bằng cách giám sát hoạt động của thiết bị và thay đổi nhiệt độ

- Sử dụng báo động để xác định ngay một vấn đề trong cơ s của bạn

- Thu thập thông tin và phân tích hiệu quả của hệ thống thông qua các báo cáo - Xuất dữ liệu xu hướng sang bảng tính Microsoft Excel

Hình 4.2 Ví dụ giao diện Desigo CC

Trang 30

4.2.3 Các chức năng chính của Desigo CC  Xu hướng:

Xu hướng là các mẫu dữ liệu lặp lại Các mẫu có thể được lấy các khoảng thời gian định kỳ hoặc khi giá trị thay đổi theo số quy định trước Xu hướng giữ một bản ghi về giá trị của một điểm theo thời gian Sử dụng xu hướng để xem làm thế nào thiết bị đã hoạt động trong một khoảng thời gian hoặc để theo dõi giá trị khác nhau và thay đổi trạng thái

Một số ví dụ về khi xu hướng được sử dụng bao gồm: + Đọc độ nhạy của máy dò khói, lấy mẫu hàng tuần + Nhiệt độ phòng, lấy mẫu từng năm phút

+ Mỗi khi một cánh cửa m và đóng lại

 Đồ họa:

Các ứng dụng đồ họa trong Desigo CC cung cấp một giao diện đồ họa mà từ đó có thể theo dõi và kiểm soát Đồ họa có thể hiển thị các đại diện của toàn bộ hệ thống cơ s hoặc hiển thị hình ảnh của thiết bị thực tế với trạng thái hệ thống thời gian thực chồng lên nhau Một đồ hoạ được xây dựng tốt cung cấp càng nhiều hoặc ít thông tin theo yêu cầu

mà không gây áp đảo người dùng  áo cáo:

Desigo CC đi kèm với các báo cáo tiêu chuẩn được thiết kế để cung cấp thông tin về hoạt động của cơ s Các báo cáo này được thiết kế chung chung, có thể được sửa đổi để đáp ứng nhu cầu hoạt động Khi một báo cáo chuẩn đã được sửa đổi, nó sẽ được lưu vào hệ thống và sẽ có sẵn bất cứ lúc nào

Báo cáo có thể được chạy trực tiếp trong ứng dụng báo cáo hoặc dự kiến thực hiện trong nền các thời điểm cụ thể Ngoài việc hiển thị trên màn hình, báo cáo của Desigo CC có thể được chuyển đến máy in, lưu dưới dạng tài liệu PDF hoặc gửi qua email cho người nhận

 Xử l cảnh báo:

Nhiều điểm dữ liệu trong một hệ thống tự động hóa tòa nhà được cấu hình để có thể báo động Điều này có nghĩa là hệ thống thông báo cho trạm quản lý khi điểm vượt quá một phạm vi các giá trị được chỉ định Ví dụ:

Trang 31

+ Một bộ phận đông đá có thể bị báo động nếu nhiệt độ vượt quá 32ºF

+ Nhiệt độ của phòng có thể bị báo động nếu nhiệt độ dưới 65ºF hoặc vượt quá 80ºF

+ Một cánh cửa khẩn cấp có thể bị báo động nếu nó được m ra

 Lập kế hoạch:

Thiết lập lịch biểu cho các thiết lập thiết bị và các chức năng của hệ thống Lập kế hoạch trong Desigo CC cho phép tạo ra lịch trình hoạt động cho các khu vực khác nhau của cơ s Ví dụ, sử dụng ứng dụng Scheduler, ta có thể:

+ Thiết lập kế hoạch cho hoạt động thiết bị hàng ngày

+ Ghi đè lên lịch trình hoạt động thường lệ cho những thay đổi tạm thời + Thiết lập ngoại lệ cho các ngày lễ và các tình huống đặc biệt khác

+ Tạo lịch trình được cấu hình để bắt đầu và kết thúc vào những ngày cụ thể

4.3 Arduino IDE

4.3.1 Những phần cơ bản của giao di n phần mềm Arduino IDE:

Giao diện phần mềm Arduino IDE gồm 3 phần chính: + Menu lệnh

+ Các nút lệnh + Vùng lập trình

Hình 4.3 Giao diện phần mềm Arduino IDE

Trang 32

4.3.2 Các chức năng cơ bản của các biểu tượng trên phần mềm

1 NÚT KIỂM TRA CHƯƠNG TRÌNH: Dùng để kiểm tra xem chương trình được

viết có lỗi không Nếu chương trình bị lỗi thì phần mềm Arduino IDE sẽ hiển thị thông tin lỗi vùng thông báo thông tin

2 NÚT NẠP CHƯƠNG TRÌNH XUỐNG BO ARDUINO: Dùng để nạp chương

trình được viết xuống mạch rduino Trong quá trình nạp, chương trình sẽ được kiểm tra lỗi trước sau đó mới thực hiện nạp xuống mạch Arduino

3 HIỂN THỊ MÀN HÌNH GIAO TIẾP VỚI MÁY TÍNH: Khi nhấp vào biểu tượng

cái kính lúp thì phần giao tiếp với máy tính sẽ được m ra Phần này sẽ hiển thị các thông số mà người dùng muốn đưa lên màn hình Muốn đưa lên màn hình phải có lệnh Serial.print() mới có thể đưa thông số cần hiển thị lên màn hình

4 VÙNG LẬP TRÌNH: Vùng này để người lập trình thực hiện việc lập trình cho

chương trình của mình

5 VÙNG THÔNG ÁO THÔNG TIN: Có chức năng thông báo các thông tin lỗi

của chương trình hoặc các vấn đề liên quan đến chương trình được lập

6 MỘT SỐ MENU THÔNG DỤNG TRÊN PHẦN MỀM ARDUINO IDE: Có vài

menu trong phần mềm IDE, tuy nhiên thông dụng nhất vẫn là menu File, ngoài những tính năng như m một file mới hay lưu một file, phần menu này có một mục đáng chú ý là Example Phần Example (ví dụ) đưa ra các ví dụ sẵn để người lập trình có thể tham khảo, giảm bớt thời gian lập trình Một menu thường được sử dụng khác là menu Tools Khi

mới kết nối bo Arduino với máy tính ta click vào Tools->board để chọn loại board sử dụng Phần mềm chọn sẵn kiểu bo là bo Arduino Uno, nếu người dùng dùng kiểu bo

Trang 33

CHƯƠNG 5: CÁC THIẾT Ị TRONG MÔ HÌNH TÕA NH

5.1 Các Thiết ị Xây Dựng Mạng Truyền Thông 5.1.1 Cấu trúc chung

Cấu trúc mạng truyền thông đề tài xây dựng gồm các thành phần:

- 1 bộ nguồn 12VDC-30A cấp cho các đèn, sò, quạt tản nhiệt và máy bơm

Trang 34

- 1 bộ nguồn 5VDC-10A cấp cho quạt 5V các tầng, chuông, các thanh Relay điều khiển, cảm biến nhiệt DHT11, cảm biến khói MQ2 và 2 thanh đèn hành lang

- Không cần phải tinh chỉnh cấu hình

Trang 35

Hình 5.5 Hình ảnh Modem TP_LINK TL-SF1005D

5.1.4 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 5.1.4.a Tổng quan PLC S7-1200 SIEMENS

 Giới thi u và đặc trƣng

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 PLC S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn S7-200

Một vài đặc điểm của dòng sản phẩm S7-1200:

 S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa

 Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp và một tập lệnh mạnh cung cấp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

 S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp đƣợc tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

 S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra, có thể dùng các module truyền thông m rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232

 Vì sao lựa chọn S7-1200 ?

Qua các thông số kỹ thuật trên, việc sử dụng S7-1200 là xu thế tất yếu để thay thế dần dòng S7-200 Có thể trong thời gian tới Siemens sẽ cho khai tử dòng S7-200 vì vậy trong các dự án mới chúng ta nên thiết kế hệ thống sử dụng dòng S7-1200 cho các dự án vừa và nhỏ

Trang 36

 2 mạch tương tự và số m rộng điều khiển mô-đun trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm

 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau

 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP Bổ sung 4 cổng Ethernet

 Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 V C và điện áp 24 VDC

5.1.4.b CPU S7-1200

 Tổng quan và đặc tính module CPU S7-1200

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau

Hình 5.6 Các khối chức năng CPU S7-1200

 Giao tiếp của S7-1200

S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point) Giao tiếp PROFINET với:

Trang 37

- Các thiết bị lập trình - Thiết bị HMI

- Các bộ điều khiển SIM TIC khác Hỗ trợ các giao thức kết nối:

- TCP/IP - SIO-on-TCP - Giao tiếp với S7

5.1.4.c Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

- SIMATIC S7-1200, CPU 1214C, COMPACT CPU, DC/DC/DC - ONBOARD I/O: 14 DI 24V DC; 10 DO 24 V DC;

- 2 AI 0 – 10V DC

- POWER SUPPLY: DC20.4 – 28.8 V DC - PROGRAM/DATA MEMORY: 75 KB

Trang 38

Một vài thông số của Arduino UNO R3

Bảng 5.1 Một vài thông số của Arduino UNO R3 Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân nalog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

5.1.5.b ADRUINO SHIELD- ETHERNET – HANRUN

Arduino Ethernet shield cho phép một bo Arduino kết nối với internet bằng cách

sử dụng thư viện Ethernet và để đọc và viết một card SD bằng cách sử dụng thư viện SD Arduino Ethernet Shield sử dụng kết nối Arduino với internet Nền tảng dựa trên chip Wiznet W5100 Sử dụng thư viện Ethernet có sẵn để kết nối với internet thông qua một jack RJ45 Ngoài ra, còn tích hợp khe cắm thẻ micro SD, sử dụng để lưu trữ các tập tin phục vụ qua mạng

Hình 5.9 ADRUINO SHIELD- ETHERNET – HANRUN sử dụng

Trang 39

 Thông số kỹ thuật cơ bản:

 Tương thích rduino UNO R3

 Điện áp hoạt động: 5V (được cấp từ Arduino Board)

 Chip điều khiển Ethernet: W5100 (với 16KB buffer nội)

 Tốc độ ethernet: 10/100Mb

 Kết nối với rduino thông qua cổng SPI

 Tích hợp khe cắm thẻ nhớ micro-SD để m rộng bộ nhớ cho Arduino khi cần

5.2 Các Thiết ị Trong Mô Hình T a Nhà BMS Thực Hi n

Mô hình nhóm thực hiện mô phỏng điều khiển một tòa nhà, có thể chia thành các phần :

 Các tầng : 3 tầng lầu + 1 tầng hầm

 Hành lang

 Hệ thống lạnh

 Nguồn, truyền thông và điều khiển

Hình 5.10 Mô hình tòa nhà BMS nhóm thực hiện

Trang 40

5.2.1 Các tầng: 3 tầng lầu + 1 tầng hầm 5.2.1.a Tầng lầu

Mô hình bố trí tòa nhà có 3 tầng lầu, kết cấu mỗi tầng nhƣ nhau đều có:

Hình 5.12 Quạt tản nhiệt 12V trong mô hình

 LED dây: loại 12V mô phỏng đèn các tầng

Hình 5.13 LED trong mô hình