Đồ án tốt nghiệp đại học: Tổng quan hệ thống quản lí tòa nhà BMS

Trong những năm gần đây, Hà nội có rất nhiều tòa nhà cao tầng được xây dựng với mục đích để kinh doanh, cho thuê văn phòng ….việc quản lí, vận hành tòa nhà với số lượng nhân viên lớn rất là khó khăn, vậy phải có 1 phương pháp nào để giải quyết những vấn đề đó, tạo môi trường làm việc tốt nhât cho con người, tiết kiệm năng lượng nhất và mang lại nhiều lợi ích cho chủ đầu tư nhất. Một xu hướng đang được áp dụng và ngày càng trở nên phổ biến trong hầu hết các tòa nhà (building) đó là đầu tư trang bị hệ thống BMS (Building Management System) một hệ thống tích hợp tất cả các hệ thống phụ trợ trong tòa nhà để phối hợp điều khiển, vận hành, giám sát một cách thống nhất mà bản chất của nó là áp dụng các lý thuyết về tự động hóa và điện điện tử.Trong quá trình học tập ở trường về kỹ thuật điện điện tử em đã được nghe nhiều về việc áp dụng kỹ thuật điện tử vào cuốc sống và thực tế cho thấy nghành học mà em đã lựa chọn thật hữu ích. Trong 1 chuyến đi thăm các tòa nhà nhà Office đang xây dựng thì em thấy tòa nhà VTC online là 1 nơi nghiên cưu thực tế lý tưởng cho đồ án của mình vì nó mới hoàn toàn, mới bắt tay vào nghiên cứu áp dụng BMS để khắc phục những yếu điểm của quá trình hoàn thiện. Bố cục đề tài như sau : Chương I : Tổng quan về hệ thống BMS.Chương II: Khảo sát thực tế tòa nhà.Chương III: Thiết kế, nâng cấp hệ thống BMS.

Đồ án tốt nghiệp đại học

Trong quá trình học tập ở trường về kỹ thuật điện điện tử em đã được nghe nhiều

về việc áp dụng kỹ thuật điện tử vào cuốc sống và thực tế cho thấy nghành học mà em

đã lựa chọn thật hữu ích Trong 1 chuyến đi thăm các tòa nhà nhà Office đang xây dựng thì em thấy tòa nhà VTC online là 1 nơi nghiên cưu thực tế lý tưởng cho đồ án của mình vì nó mới hoàn toàn, mới bắt tay vào nghiên cứu áp dụng BMS để khắc phục những yếu điểm của quá trình hoàn thiện

Bố cục đề tài như sau :

Chương I : Tổng quan về hệ thống BMS

Chương II: Khảo sát thực tế tòa nhà

Chương III: Thiết kế, nâng cấp hệ thống BMS

Sinh viên thực hiện

Lê Ánh Nguyệt

Đồ án tốt nghiệp đại học

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập tại Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông, em đã được các thầy cô cung cấp, truyền đạt và chỉ bảo nhiệt tình tất cả kiến thức nền tảng và chuyên môn quý giá Ngoài ra em còn được rèn luyện một tinh thần học tập và làm việc rất cao Đây là những yếu tố cơ bản giúp em nhanh chóng hoà nhập với môi trường làm việc sau khi ra trường

Đồ án tốt nghiệp là cơ hội để em có thể áp dụng, tổng kết những kiến thức mà mình đã học, đồng thời rút ra những kinh nghiệm thực tế quý giá trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Đề tài được hòa thành, đầu tiền em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Đặng Hoài Bắc - GVHD trực tiếp của em đã giúp em hoàn thành đồ án một cách thuận lợi Thầy đã hướng dẫn, đóng góp sửa chữa những thiếu sót em mắc phải

và đề ra hướng giải quyết tốt nhất từ khi em nhận đề tài đến khi hoàn thành

Em cũng xin chân thành gủi lời cảm ơn tới các anh trong dự án BMS tại tòa nhà VTC online đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong quá trình làm đồ án của mình

Với điều kiện và thời gian có hạn cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của em nên

đò án sẽ không tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được sự chỉ báo, đóng góp

ý kiến của các thầy cô và các bạn để báo cáo này được hoàn thiện và nâng cao hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội tháng 12/2011

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM

Đồ án tốt nghiệp đại học

( Của giáo viên hướng dẫn )

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Điểm: ……….………(bằng chữ: … ……… ….)

Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên bảo vệ trước hội đồng chấm đồ án tốt

nghiệp

…………, ngày tháng năm 20

CÁN BỘ- GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

(ký, họ tên)

Đồ án tốt nghiệp đại học

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ix

CHƯƠNG I x

TỔNG QUAN HỆ THỐNG QUẢN LÍ TÒA NHÀ BMS x

1.1.Hệ thống quản lí tòa nhà là gì x

1.2.Lợi ích của hệ thống BMS x

1.2.1 Giảm chi phí tiền điện tiêu thụ điện năng trong 1 tòa nhà office: x

1.2.2.Giảm chi phí nhân công xi

1.2.3.Đảm bảo tăng khả năng bảo vệ các thiết bị hoạt động trong tòa nhà .xii

1.2.4 An toàn cháy nổ, chống trộm cắp .xii

1.3 Thành phần hệ thống BMS xiii

1.4 Cấu hình của hệ thống xiii

1.4.1.Phân cấp và quản lí điều khiển xiii

1.4.2 Giao thức truyền thông xv

CHƯƠNG II 18

KHẢO SÁT THỰC TẾ TÒA NHÀ 18

2.1 Giới thiệu về tòa nhà VTC Online 18

2.2 Hiện trạng tòa nhà VTC online 19

2.2.1 Hệ thống điều khiển chiếu sáng 19

2.2.2 Hệ thống giảm sát điện năng 20

2.2.3 Hệ thống điều hòa thông gió HVAC 20

2.2.4 Hệ thống Access controls 28

2.2.5 Hệ thống camera 28

2.3 Kết luận về hiện trạng 28

CHƯƠNG III 29

THIẾT KẾ, NÂNG CẤP HỆ THỐNG BMS 29

3.1 Yêu cầu thiết kế 29

3.1.1 Thiết kế hệ thống 29

3.1.2 Vận hành 31

Đồ án tốt nghiệp đại học

3.1.3 UPS 31

3.1.4 Đầu nối vận hành 31

3.1.5 Ghi lại xu thế 31

3.1.6 Báo động bảo trì 32

3.1.7 Chương trình thời gian 32

3.1.8 Thuật toán phần mềm 32

3.1.9 Chức năng hệ thống 32

3.1.10 Kiến trúc của hệ thống điều khiển 33

3.1.11 Giao diện vận hành đầu – cuối 33

3.1.12 Điều khiển tự động bằng các chương trình tại chỗ 33

3.1.13 Thời gian phản hồi của hệ thống kiểm soát 34

3.1.14 Bảo vệ nguồn 34

3.1.15 Truy cập và mật mã của người sử dụng 34

3.1.16 Bảo vệ vi rút máy tính 35

3.2 Sử dụng BMS của hãng Johnson Controls cho tòa nhà VTC online 35

3.2.1 Giao Diện 36

3.2.2 Báo Động 36

3.2.3 Báo Cáo 37

3.2.4 Thời Gian Biểu 37

3.2.5 Mật Mã 39

3.2.6 Phần Mềm Đồ Hoạ, Hình ảnh Động 40

3.2.7 Xem Và Phân Tích Dữ Liệu Cũ 40

3.2.8 Một vào layout minh họa về màn hình giám sát BMS : 41

3.3 Điều khiển chiếu sáng 44

3.3.1 Chức năng 44

3.3.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển chiếu sáng 44

3.4 Hệ thống quản lí giảm sát điện năng 45

3.4.1 Chức năng của hệ thống giám sát điện năng 45

3.4.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển 48

3.5 Hệ thống điều hòa không khí 48

3.6 Hệ thống Access Controls 49

3.6.1 Mô tả hệ thống: 49

3.6.2 Sơ đồ nguyên lý thiết kế 50

3.7 Hệ thống camera 53

Đồ án tốt nghiệp đại học

3.7.1 Định nghĩa 53

3.7.2 Giải pháp hệ thống 53

3.7.3 sơ đồ thiết kế camera 56

3.8 Sơ đồ nguyên lí tổng quát 56

KẾT LUẬN 57

PHỤ LỤC 58

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

Đồ án tốt nghiệp đại học

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình hệ thống BMS x

Hình 1.2 Cấu hình hệ thống BMS xiii

Hình 1.3 Sơ đồ quản lí cấp mạng trong BMS xv

Hình 2.1 DCC –FX15 25

Hình 3.1 Kiến trúc của hệ thống điều khiển 33

Hình 3.2 Thiết lập, quản lí, User account 35

Hình 3.3 Cấu trúc hệ thống BMS 35

Hình 3.4 Của sổ trạng thái báo động ( hiển thị các trạng thái lỗi của hệ thống ) 37

Hình 3.5 Cửa sổ schedule 39

Hình 3.6 Của số graphics 40

Hình 3.7 Màn hình minh hoạ giám sát hệ thống điều hoà thông gió 41

Hình 3.8 Màn hình giám sát trạng thái hoạt động các bơm & thông số hệ HEX.42 Hình 3.9 Biểu đồ điều khiển dựa trên thời gian (điều khiển lập lịch) 42

Hình 3.10 Biểu đồ điều khiển dựa trên thời gian (điều khiển lập lịch) 43

Hình 3.11 Bảng các báo cáo hàng ngày 43

Hình 3.12 Bảng hiển thị các cảnh báo 44

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lí điều khiển FCU khu vực công cộng 49

Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lí access controls 51

Hình 3.15 Mạch giảm sát vào/ra .52

Hình 3.16 Mạch điều khiển cửa 52

Hình 3.17 Sơ đồ hệ thống camera tương tự 54

Hình 3.18 Sơ đồ camera số 54

Đồ án tốt nghiệp đại học

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng các lộ hệ thống chiếu sáng 19

Bảng 2.2: Bảng các thiết bị chính của hệ thống điện 20

Bảng 2.3: Tính Năng Kỹ thuật DDC-FX15 27

Bảng 2.4: Cấu Hình của DDC điều khiển FCU, Fan 28

Bảng 3.1 Bảng tổng hợp hệ thống điện và yêu cầu kết nối với BMS 47

Bảng 3.2 Bảng giám sát điều khiển hệ thống điều hòa không khí 49

Bàng 3.3 Bảng so sánh giài pháp tương tự và số 56

Đồ án tốt nghiệp đại học

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Thứ tự Từ viết tắt Định nghĩa

Đồ án tốt nghiệp đại học

CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG QUẢN LÍ TÒA NHÀ BMS

1.1.Hệ thống quản lí tòa nhà là gì

Hệ thống quản lí tòa nhà BMS (Builiding Management System ) là hệ thống điều khiển và quản lí cho các hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà như : hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, hệ thống điều hòa thông gió, hệ thống cảnh báo môi trường,

hệ thống an ninh, hệ thống báo cháy, chữa cháy, giúp cho việc vận hành tòa nhà trở nên hiệu quả, kịp thời

Hình 1.1 Mô hình hệ thống BMS

Với những yêu cầu trên BMS có những tính năng sau :

- Giảm sát và điều khiển toàn bộ tòa nhà

- Đặt lịch hoạt động cho thiết bị

- Quản lí dữ liệu gồm : soạn thỏa chương trình, quản lí cơ sở dữ liệu, chương trình soạn thảo đồ họa, lưu trữ và sao dữ liệu

- Báo cáo, tổng hợp thông tin

1.2.Lợi ích của hệ thống BMS

1.2.1 Giảm chi phí tiền điện tiêu thụ điện năng trong 1 tòa nhà office:

Tự động điều khiển liên tục công suất tải Đặt các thiết bị chấp hành hoạt động theo tiến trình định trước hoặc theo các tiêu chuẩn đặt ra ban đầu theo các thông tin nhận được từ hệ cảm biến chuyên dụng Điều khiển đóng ngắt hệ thống điện khi gặp

sự cố, khởi động hệ thống chiếu sáng khi có đột nhập trái phép Giám sát việc sử dụng

Đồ án tốt nghiệp đại học

năng lượng hàng ngày Tự động ngắt những thiết bị không sử dụng nên không gây ra lãng phí

Giám sát mức độ tiêu thụ năng lượng, in hoá đơn tiền điện cho từng khu vực chức năng, có thể xác định chính xác công suất điều hòa không khí tới từng phòng, từng khu vực Thuận lợi cho các cao ốc văn phòng cho thuê, khi trong một tầng có nhiều văn phòng được thuê bởi nhiều công ty khác nhau, tuy sử dụng một hệ thống điều hòa tập trung

Theo thống kê của ASRHAE điện năng tiêu thụ trong một toà nhà văn phòng khu vực ASEAN thường là: 264KWh/m2/năm Nếu trang bị hệ thống BMS, khả năng tiết kiệm năng lượng từ: 12%->30%

Một số ví dụ về lợi ích tiêt kiệm năng lượng của BMS:

- Toà nhà Sacombank sử dụng giải pháp của Johnson Control

Chi phí đầu tư ban đầu: 1.6 tỉ đồng

Diện tích mặt sàn: 14000 m2

Tiêu thụ điện năng (Chưa trang bị BMS):3.696.000 KWh/năm

Tiết kiệm năng lượng tương ứng 12%: 443.520KWh/năm

Tiền điện tiết kiệm: 887.040.000 đồng/năm so với trước khi có hệ thống BMS

=> Thời gian thu hồi vốn: 2 năm (Từ phí thuê văn phòng của các doanh nghiệp)

- Toà nhà Vietcombank, giải pháp Johnson Control:

Đầu tư: 2.8 tỉ đồng (năm 2000)

Thời gian hoàn vốn: 2 năm

- Toà nhà HSBC Headquarter Hồng Kông

Đầu tư: 10 triệu đô la Hồng Kông

Thời gian hoàn vốn: 3 năm

1.2.2.Giảm chi phí nhân công

Không phải quản lí theo phương pháp thủ công Một nhân viên và một hệ thống BMS có thể thay thế được khoảng vài chục nhân viên

Tiết kiệm được tiền thuê nhân viên cho công tác vận hành toà nhà Khi có BMS, người vận hành chỉ cần ngồi tại phòng điều khiển có thể điều khiển bật/tắt các thiết bị chấp hành, lập biểu vận hành tự động cho các thiết bị

Tất cả các thiết bị chấp hành được vận hành tự động và chính xác bằng hệ BMS

Có khả năng vận hành, cấu hình hệ điều khiển toà nhà qua mạng Internet Có thể kết nối nhiều toà nhà, nhiều xí nghiệp với nhau trong một hệ thống mạng Người vận hành

có thể giám sát và điều khiển toàn hệ thống từ trung tâm điều hành

Đồ án tốt nghiệp đại học

Vd: Khi yêu cầu một phòng họp cho 20 người Người điều khiển hệ thống BMS

sẽ tìm phòng họp đang trống trong số các phòng họp của tòa nhà, thời gian và địa điểm

cụ thể để cung cấp thông tin đặt chỗ người yêu cầu Sau khi được đặt lịch trước thời gian họp 30 phút (thời gian đặt có thể thay đổi), BMS sẽ tự động điều khiển bật điều hoà phòng họp, hệ thống thông gió, chiếu sáng, an ninh

Bằng giao diện trực quan tại trung tâm điều khiển, kỹ sư vận hành có thể cài đặt lại tham số cho các thiết bị chấp hành, các thiết bị điều khiển, cảm biến.Vị trí các thiết

bị và trạng thái hoạt động của nó được thể hiện trực quan trên màn hình vận hành và giám sát, người vận hành có thể giám sát các sự kiện đã xảy ra đối với các thiết bị và

cả hệ thống Các sự kiện này được biểu diễn dưới dạng đồ thị hoặc lưu trữ máy tính

1.2.3.Đảm bảo tăng khả năng bảo vệ các thiết bị hoạt động trong tòa nhà

BMS sẽ giám sát tình trạng hoạt động của tất cả hoặc các thiết bị có kết nối đến trong toà nhà Đưa ra các cảnh báo, đặt lịch bảo trì, bảo dưỡng cho các thiết bị đó Hạn chế được tối đa thời gian kiểm tra thiết bị Ghi lại dữ liệu cũ để hỗ trợ phân tích lỗi đã xảy ra và tránh những lỗi lặp lại Cho những cảnh báo hữu hiệu tới người vận hành Tự động cảnh báo, đưa ra các yêu cầu khi cần bảo trì, bảo dưỡng

1.2.4 An toàn cháy nổ, chống trộm cắp

Kết nối được hệ thống PCCC với hệ thống âm thanh công cộng, khi xảy ra sự cố

gì thì hệ thống âm thanh sẽ phát ra thông báo và hướng dẫn mọi người thoát hiểm

Ví dụ: Khi xảy ra cháy tại tầng 3 của toà nhà, các thiết bị bổ trợ cho chữa cháy và cứu nạn được kích hoạt, cụ thể như: Đầu dò khói gửi tín hiệu quy định báo cháy về thiết bị quản lý các đầu dò tại tủ tầng 3 Tủ tầng gửi tín hiệu về bộ điểu khiển trung tâm của hệ thống báo cháy thông tin về khu vực đang được cảnh báo Bộ điều khiển báo cháy trung tâm gửi thông tin sang hệ thống BMS Hệ thống báo cháy của BMS tự động kích hoạt, hệ thống thông gió ngừng cấp khí tươi và hút khí trong tầng ra khỏi tầng 3 Những thiết bị điện không cần thiết được ngắt khỏi hệ thống điện Hệ thống truy nhập vào ra được ngắt để các cửa ở chế độ mở, bài hướng dẫn thông báo thoát hiểm được bật trên hệ thống loa tầng 3, bơm áp lực cầu thang được khởi động, tất cả

để hỗ trợ di chuyển người ra khỏi tầng 3

Tối ưu hoá công tác an ninh và bảo mật : Hệ thống camera giám sát, điều khiển truy nhập khi được kết hợp với BMS sẽ có mối quan hệ chặt chẽ hơn với các thành phần khác của toà nhà, được hỗ trợ và bổ sung chức năng cho công tác an ninh bảo mật

Ví dụ: Khi hệ điều khiển truy nhập phát hiện có đột nhập trái phép tại tầng 3 Hệ thống BMS sẽ thực hiện cách ly khu vực thông qua điều khiển hệ thống cửa ra vào Hệ thống chiếu sáng tầng 3 tự động được khởi động Hệ thống Camera giám sát hoạt động, thông tin đột nhập trái phép được thông báo trên hệ audio và nhân viên an ninh

sẽ hoạt động đồng thời

Đồ án tốt nghiệp đại học

1.3 Thành phần hệ thống BMS

- Hệ thống cung cấp và phân phối điện

- Hệ thống điều hòa trung tâm ( chiller/VRV)

- Hệ thống chiếu sáng công cộng (Public Lighting)

- Thang máy(lift, elevator)

- Hệ thống phòng cháy chữa cháy ( PCCC)

1.4.1.Phân cấp và quản lí điều khiển

Hệ thống BMS tự động hóa tòa nhà cơ bản gồm 3 cấp:

- Cấp vận hành và quản lý

Đồ án tốt nghiệp đại học

- Cấp điều khiển hệ thống

- Cấp khu vực – cấp trường

Cấp điều khiển khu vực - cấp trường - FIELD

Các bộ điều khiển ở cấp độ khu vực là các bộ điều khiển sử dụng bộ vi xử lý, cung cấp các chức năng điều khiển số trực tiếp cho các thiết bị ở từng khu vực, bao gồm: các thiết bị cảm biến như các đầu đo áp suất, các đầu cảm biến nhiệt độ, độ ẩm…

Hệ thống phần mềm quản lý năng lượng cũng được tích hợp trong các bộ điều khiển cấp khu vực Ở cấp khu vực, các cảm biến và các cơ cấu chấp hành giao tiếp trực tiếp với thiết bị được điều khiển Các bộ điều khiển cấp khu vực sẽ được kết nối với nhau trên một đường bus, vì vậy có thể chia sẻ thông tin cho nhau và với các bộ điều khiển

ở cấp điều khiển hệ thống và cấp điều hành, quản lý

Cấp điều khiển hệ thống - OPERATOR

Các bộ điều khiển hệ thống có khả năng lớn hơn so với các bộ điều khiển cấp trường về số lượng điểm vào ra, các vòng điều chỉnh và các chương trình điều khiển Ngoài ra, các bộ điều khiển hệ thống được tích hợp sẵn các chức năng quản lý, lưu trữ

và thường được sử dụng cho các ứng dụng lớn hơn như hệ thống điều hòa trung tâm,

hệ thống máy lạnh trung tâm Các bộ điều khiển hệ thống có thể hoạt động độc lập trong trường hợp bị mất truyền thông với các trạm vận hành

Cấp vận hành, giám sát và quản lý - MASTER

Cấp vận hành, giám sát và quản lý là cấp cao nhất Người sử dụng có thể theo dõi và đưa lệnh điều khiển đến từng cấp con thông qua cấp này Các trạm vận hành ở cấp độ này chủ yếu là các máy tính PC Các máy tính điều khiển thu nhận và xử lý thông tin từ các hệ thống và thực hiện vận hành điều khiển các hệ thống được đặt tại phòng điều khiển trung tâm hệ thống BMS (đặt tại phòng điều khiển trung tâm của toà nhà)

Phần mềm điều khiển BMS là phần mềm chuyên dụng trong việc điều khiển, quản lý các toà nhà cao tầng Phần mềm này có khả năng thu nhận thông tin, giám sát trạng thái làm việc của thiết bị, thực hiện quản lý hệ thống và điều khiển hoạt động của thiết bị Phần mềm tương thích với các hệ thống tham gia tích hợp Tại các máy tính điều khiển, trạm vận hành trung tâm người vận hành được phân quyền có thể điều khiển từ xa, giám sát các đối tượng trong hệ thống, lập lịch vận hành cho thiết bị, theo dõi cảnh báo – báo động và hướng dẫn xử lý sự cố Giao diện giữa người vận hành và

hệ thống là giao diện đồ họa động thân thiện, tiện ích và thông minh

Tại trạm vận hành nhánh, người vận hành hoàn toàn có thể thực hiện được những chức năng đầy đủ như trạm vận hành trung tâm nếu người vận hành đó được phân quyền

Phần mềm có chức năng hỗ trợ truy cập qua web và có các chức năng chống tin tặc qua truy cập web

Đồ án tốt nghiệp đại học

1.4.2 Giao thức truyền thông

Hình 1.3 Sơ đồ quản lí cấp mạng trong BMS.

Giao thức kết nối truyền tín hiệu là một yếu tố quan trọng trong cấu hình của BMS vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến dữ liệu được truyền từ điểm này đến điểm khác và bởi vì các bộ điều khiển phân tán có thể phải lấy dữ liệu của nhau

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 th iết bị đơn lẻ nào – trạm chủ

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

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

Có 5 loại giao thức được sử dụng trong BMS là:

- Giao thức BACnet (Automation and Control Network ): Là mạng điều khiển

và tự động tòa nhà

BACnet là một chuẩn kết nối không độc quyền, có tính mở Nó có thể được áp dụng trong thực tế vào bất kỳ hệ thống nào của tòa nhà ngày nay, bao gồm HVAC, chiếu sáng (lighting), an toàn tính mạng (life safety), kiểm soát truy cập (access control), vận chuyển (transportation) và bảo trì (maintenance) Theo thiết kế, chuẩn này có thể sử dụng trong phạm vi rộng các công nghệ mạng và truyền thông Nó được viết ra bao gồm mọi thứ từ việc phải chọn kiểu cáp nào cho đến việc khởi gán lệnh hoặc yêu cầu thông tin đặc thù ra sao

- Giao thức Modbus : Được phát triển bởi Modicon trong những năm 1970 cho

việc sử dụng các hệ thống tự động hóa công nghiệp với các bộ điều khiển lập trình (Programable Controllers) Ngày nay nó là một trong những phương tiện được sử dụng rộng rãi nhất trong việc kết nối các thiết bị điện tử trong các ứng dụng công nghiệp

Đồ án tốt nghiệp đại học

(industrial) Tính đơn giản cũng khiến Modbus trở thành một công cụ hữu dụng để đem đến tính đổi lẫn trong các ứng dụng tự động hóa tòa nhà

Modbus bao gồm một cấu trúc thông điệp được thiết kế để thiết lập giao tiếp chính-phụ (master-slave), chủ-khách (client-master) giữa một phạm vi rộng các thiết

bị Nó hỗ trợ các giao thức tuần tự và mạng Ethernet Nó thực sự là một tiêu chuẩn mở

và là một trong những giao thức được sử dụng rộng rãi nhất trong môi trường sản xuất công nghiệp Sử dụng giao thức cũng như cấp chứng nhận (licensing) là hoàn toàn miễn phí Các công cụ và tài nguyên hỗ trợ cho việc triển khai lắp đặt và vận hành được cung cấp trực tuyến (online)

Phiên bản nguyên thủy của Modbus bao gồm hai chế độ truyền tin : ASCII và RTU Gần đây, Modbus/TCP được phát triển, cho phép giao thức Modbus có thể truyền dẫn qua các hệ thống mạng nền TCP/IP Điểm mạnh của Modbus là tính mở, đơn giản và yêu cầu phần cứng ít nhất Một lợi ích đáng kể khác đó là việc Modbus có

sử dụng giao thức truyền tin TCP/IP, giống giao thức sử dụng bởi Internet

- Giao thưc TCP/IP : Giao thức TCP/IP được phát triển từ mạng ARPANET và

Internet và được dùng như giao thức mạng và vận chuyển trên mạng Internet TCP (Transmission Control Protocol) là giao thức thuộc tầng vận chuyển và IP (Internet Protocol) là giao thức thuộc tầng mạng của mô hình OSI Họ giao thức TCP/IP hiện nay là giao thức được sử dụng rộng rãi nhất để liên kết các máy tính và các mạng Hiện nay các máy tính của hầu hết các mạng có thể sử dụng giao thức TCP/IP để liên kết với nhau thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật khác nhau Giao thức TCP/IP thực chất là một họ giao thức cho phép các hệ thống mạng cùng làm việc với nhau thông qua việc cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng

- Giao thức N2: Là chuẩn truyền thông, chuẩn riêng của Johnson Controls DCC

của Johnson Control hỗ trợ chuẩn này

- Giao thức LonWorks: là một giao thức điều khiển phân bổ vận hành trên nền

tảng ngang hàng (peer-to-peer), nghĩa là mọi thiết bị có thể giao tiếp với mọi thiết bị khác trên mạng hoặc là sử dụng cấu hình chính-phụ (master-slave) để trao đổi thông tin giữa các thiết bị thông minh Nền tảng LonWorks hỗ trợ một phạm vi rộng các phương tiện trao đổi thông tin

Các thiết bị tương thích với LonWorks giao tiếp với nhau qua một SNVT (Standard Network Variable Type) Mặc dù một SNVT định nghĩa một thiết bị cũng giống như một object của BACnet, cách giải quyết có hơi khác một chút Để một SNVT thực thi chức năng, cả hai thiết bị nhận và gửi phải có sự nhận biết chi tiết về cấu trúc SNVT là gì Vì thế mỗi SNVT được định danh bằng một mã số cho phép thiết

bị nhận hiểu được đúng dữ liệu truyền tải

Phương tiện truyền dẫn

Các phương tiện truyền dẫn chủ yếu bao gồm:

Đồ án tốt nghiệp đại học

- Cáp xoắn bằng đồng

- Cáp quang

- Đường điện thoạiViệc lựa chọn phương tiện truyền dẫn cho từng ứng dụng phụ thuộc vào tín hiệu, chi phí, phân bố địa lý và khả năng nhiểu tác động lên đường truyền

Cáp xoắn bằng đồng thường sử hỗ trợ cho các chuẩn : N2, BACnet, Modbus, TCP/IP, Lonworks

Các loại dây dẫn kiểu cáp xoắn bằng đồng có kích thước từ 1.307mm2 đến 0.2051mm2 thường được sử dụng và là giải pháp kinh tế nhất trong việc 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 kéo dài (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 : cái này ít sử dụng

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 : Các chuẩn trên cũng sử dụng phương tiện truyền dẫn này.Đường điện thoại cho phép kết nối giữa các tòa nhà với nhau Có thể sử dụng đường kết nối liên tục hoặc dùng kết nối qua modem

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

CHƯƠNG II KHẢO SÁT THỰC TẾ TÒA NHÀ.

2.1 Giới thiệu về tòa nhà VTC Online

Tòa nhà 21 tầng tại 310 Minh Khai, quận Hai Bà Trưng là tòa nhà có diện tích mặt bằng lớn, với mục đích sử dụng cho thuê văn phòng Vì vậy cần thiết phải xây dựng một hệ thống tích hợp toàn diện nhằm tập trung việc điều khiển giúp cho việc vận hành, quản lý và giám sát tòa nhà một cách hiệu quả nhất Giải pháp tự động hóa cho tòa nhà phải hướng tới tăng hiệu suất hoạt động của tòa nhà bằng cách giảm chi phí nhân công, giảm chi phí năng lượng, dễ dàng trong việc vận hành và xử lí kịp thời các trường hợp sự cố xảy ra, ngoài ra phải tạo được môi trường làm việc thoải mái, tiện nghi, an toàn cho nhân viên

Giải pháp được đề xuất là sử dụng hệ thống điều khiển và quản lý tòa nhà BMS

Hệ thống BMS có khả năng kết nối mọi nơi, mọi hệ thống, cung cấp khả năng quản lý với nhiều lựa chọn, nâng cao khả năng làm việc hiệu quả của nhận viên Đây là một

hệ thống mở có khả năng tích hợp với các hệ thống điều hoà thông gió, hệ thống báo cháy, hệ thống an toàn, hệ thống chiếu sáng

Đối với tòa nhà 21 tầng-310 Minh Khai, các hệ thống tích hợp, kết nối với hệ thống quản lý tòa nhà để quản lý và điều khiển bao gồm:

- Hệ thống điện (trạm biến áp, máy phát điện, tủ phân phối)

- Điều hòa Chiller

Như vậy việc ứng dụng giải pháp tích hợp cho tòa nhà cho phép tập trung hóa và đơn giản hóa việc giám sát, vận hành và quản lý tòa nhà, cho phép quản lý và giám sát thiết bị trong tòa nhà tốt hơn, tiết kiệm năng lượng hơn, tạo được môi trường làm việc tốt hơn

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

2.2 Hiện trạng tòa nhà VTC online.

2.2.1 Hệ thống điều khiển chiếu sáng

Theo kiến trúc của tòa nhà thì hệ thống điện chiếu sáng cũng được chia thành 3 khu A,B,C Ngoài ra còn có điện chiếu sáng cầu thang ( Bao gồm cầu thang bộ và 2 cầu thang thoát hiểm) và điện chiếu sáng ngoài nhà Trong đó khu A và khu B được sử dụng làm văn phòng, khu C bao gồm điện chiếu sáng sảnh thang máy và khu vệ sinh Theo thiết kế điện của tòa nhà thì điện chiếu sáng được chia thành các lộ Sau đây là bảng thống kê các lộ điện (Theo thiết kế)

Hệ thống chiếu sáng cho tòa nhà VTCOL được chia thành các lộ như sau:

Nhận xét: Hiện tại chưa có hệ thống điều khiển chiếu sáng Việc bật tắt được

trực tiếp tại hiện trường thông qua công tắc gắn trên tường Đây là sự bất cập thứ nhất của tòa nhà.

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

2.2.2 Hệ thống giảm sát điện năng.

Gồm các ACB 2500A( 4 cái)

ACB 2000A (1cái)

Hai tủ điện của các khu A, B: PM 710 của hãng Schneider

Bảng 2.2: Bảng các thiết bị chính của hệ thống điện

Nhận xét: Không có hệ thống điều khiển chung cho các tủ điện từng tầng đây là

bất cập thứ 2 của tòa nhà Tuy nhiên các thiết bị điện chính ở đây đều hỗ trợ chuẩn giao thức Modbus nên thuận tiện cho việc kết nối với BMS sau này

2.2.3 Hệ thống điều hòa thông gió HVAC

Hệ thống điều hòa không khí của tòa nhà VTC Online là hệ thống điều hòa trung tâm làm lạnh nước (Chiller)

2.2.3.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều hòa (chi tiết phụ lục 01 đính kèm)

Hệ thống máy lạnh trung tâm bao gồm các phần chính :

- Máy lạnh trung tâm (CHILLER): Là thiết bị sản xuất ra nước lạnh, sau đó

được các máy cung cấp cho các dàn trao đổi nhiệt (FCU)để làm lạnh không khí

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

- Các dàn trao đổi nhiệt (FAN COIL UNIT): Là các thiết bị đặt tại các khu vực

cần điều hoà tại đây nước lạnh từ máy bơm đi qua dàn lạnh để trao đổi nhiệt với không khí trong phòng và thực hiện chức năng làm lạnh

- Tháp giải nhiệt và bơm nước: thực hiện chức năng giải phóng năng lượng

nhiệt của bình ngưng (máy lạnh) sau khi máy lạnh thực hiện công việc làm lạnh nước trong bình bay hơi Tháp giải nhiệt bao gồm 3 tổ được đặt trên tầng kỹ thuật, bơm nước lạnh và bơm nước giải nhiệt được đặt ở phòng máy tầng hầm

- Hệ thống đường ống và bơm nước cấp lạnh: Là hệ thống phân phối nước lạnh

từ máy lạnh trung tâm đến các dàn trao đổi nhiệt FCU

- Hệ thống đường ống phân phối không khí lạnh: Là hệ thống phân phối

không khí lạnh từ các FCU qua hộp tiêu âm, tại hộp tiêu âm độ ồn của FCU do quạt gió tạo ra sẽ được trượt tiêu một phần nhằm đảm bảo độ ồn trong các phòng làm việc Hộp tiêu âm ngoài chức năng làm trượt tiêu âm thanh cho FCU còn có chức năng khác

là hộp góp gió, từ hộp góp gió không khí lạnh được đưa vào phòng thông qua nối mềm

có bảo ôn D 300 và các miệng thổi tới các khu vực cần điều hoà Để đảm bảo lưu lượng không khí lạnh ra các miệng thổi đồng đều nhau tại đầu ra của hộp tiêu âm có lắp đặt van điều chỉnh lưu lượng gió

- Hệ thống cấp gió tươi: Là hệ thống phân phối không khí qua bộ thu hồi nhiệt

- Hệ thống điện điều khiển: Là hệ thống điều khiển khống chế liên động các

thiết bị trong hệ thống (máy lạnh, FCU, Bơm nước và tháp giải nhiệt)

- Hệ thống thoát nước ngưng : Là hệ thống thoát nước thải cho các dàn lạnh

FCU

2.2.3.2 Sơ đồ nguyên lí điều khiển điều hòa không khí (chi tiết phụ lục 02 đính

kèm).

Nguyên lí điều khiển hệ thống điều hòa.

- Điều khiển FCU:

Phương thức hoạt

động

Các FCU này được thiết kế nhằm mục đích duy trì nhiệt độ cho khu vực văn phòng trong một khoảng thời gian cố định trong ngày Vì vậy, sẽ rất cần thiết cho việc kết nối các FCU này về máy tính trung tâm của hệ thống BMS, từ đó tiện cho việc giám sát và điều khiển nhiệt độ theo như mong muốn của người sử dụng Máy tính sẽ ấn định một thời gian biểu hoạt động phù hợp cho các FCU này nhằm tiết kiệm năng lượng

Giá trị đặt thời gian vận hành có thể thay đổi được từ máy tính trung tâm, tùy theo thời gian biểu của các FCU.

Một cảm biến nhiệt độ được lắp đặt trong đường ống gió hồi để

so sánh với giá trị đặt trong bộ điều khiển lập trình DDC, và nó sẽ điều khiển van nước lạnh thông qua khâu điều khiển PI, van nước lạnh

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

Điều khiển nhiệt

độ đặt và nhiệt độ của gió hồi

Giá trị đặt của nhiệt độ có thể thay đổi được từ máy tính trung tâm.

Khóa liên động

Độ mở của van nước được khoá liên động với trạng thái của quạt FCU Van nước sẽ đóng khi quạt FCU không hoạt động và chỉ được điều khiển khi quạt FCU hoạt động Điều này làm giảm sự ngưng đọng

và hao phí năng lượng

Máy tính trung tâm sẽ kết nối với hệ thống báo cháy Khi có tín hiệu cháy, các FCU sẽ ngừng hoạt động nhằm hạn chế sự phát tán của đám cháy

Các báo động

được giám sát từ

trung tâm điều

khiển

•Báo động sự cố quá tải của mô tơ quạt FCU

•Báo động nhiệt độ gió hồi giới hạn cao/thấp

•Báo động khi có báo cháy (nếu kết nối với hệ thống báo cháy)

- Điều khiển hệ Thống Máy Lạnh Chiller

Hệ thống chiller tạo ra và duy trì nước lạnh để cung cấp cho các hệ thống HVAC của tòa nhà văn phòng Hệ thống chiller bao gồm những thiết bị sau:

Máy bơm nước cung cấp cho chiller

(CHWP)

Hệ thống chiller được thiết kế hoạt động trong một hệ thống nối tiếp gồm:

Valve – CHWP1 - CDWP1 – Chiller1 - Cooling Tower 1Valve – CHWP2 – CDWP2 – Chiller2 - Cooling Tower 2Valve – CHWP3 – CDWP3 – Chiller3 - Cooling Tower 3Bất kỳ một sự cố nào xảy ra trong quá trình hoạt động của thiết bị này sẽ dẫn đến việc các thiết bị liên quan với nó cũng không hoạt động, và đó cũng là tín hiệu khởi động cho thiết bị tiếp theo trong hệ thống chiller

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

Số lượng chiller hoạt động trong một thời điểm tùy thuộc vào tải cần làm lạnh trong toà nhà Nó được giám sát bởi hệ thống tính toán tải lạnh BTU

Số lượng chiller hoạt động hoặc tối ưu hoá tại một thời điểm sẽ được quyết định bởi việc tính toán tải của toà nhà (BTU) bằng hệ thống điều khiển điều hòa trung tâm

Hệ thống điều khiển điều hòa trung tâm sẽ thực hiện việc tính toán tải lạnh BTU dựa trên Việc tính tổng các BTU meter của các tầng Dựa trên việc tính toán này, hệ thống BMS sẽ thực hiện việc tối ưu hoá hoạt động của chiller

Ví dụ: Hệ thống điều khiển điều hòa trung tâm sẽ khởi động/tắt chiller để đạt được nhiệt độ yêu cầu Trong quá trình khởi động, một hệ thống chiller sẽ bắt đầu trước

Hệ thống chiller đầu tiên sẽ được lựa chọn dựa trên tổng thời gian hoạt động của

hệ thống Hệ thống chiller hoạt động trong thời gian đầu được xem là hệ thống chính Khi hệ thống chiller này đạt được trạng thái ổn định, bộ điều khiển sẽ tính toán các thông số của BTU, từ đó quyết định có gọi hệ chiller tiếp theo hay không Việc gọi thêm một hệ chiller dựa vào giá trị BTU được thực hiện như sau:

- Hoạt động của chiller:

Chu kỳ hoạt động của chiller dựa trên cơ sở hằng ngày Nhiệm vụ thay đổi dựa trên tổng thời gian hoạt động của hệ thống chiller

Các chiller sẽ được chọn lựa chính và phụ Chiller chính sẽ khởi động trước tiên

và kết thúc sau cùng

Khi trạng thái của chiller là “ON”, hệ thống Điều khiển sẽ thực hiện việc tổng hợp thời gian hoạt động của chiller đó và ghi vào bộ nhớ trên hệ thống

- Chu trình khỏi động của chiller:

Quá trình khởi động chiller được thực hiện như sau :

Tất cả các công tắc của mỗi thiết bị nên đặt tại vị trí ‘BAS’ hoặc ‘AUTO’

Hệ thống điều khiển sẽ phát lệnh ‘START’ sau đó van động cơ đường nước lạnh, nước giải nhiệt và van tháp thực hiện mở, quá trình mở đến 100% sẽ gửi tín hiệu an toàn để khởi động máy bơm cho chiller, khởi động bơm giải nhiệt

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

Hệ thống Điều khiển sẽ kiểm tra trạng thái của công tắc dòng nước Khi công tắc này ở vị trí ‘ON’, hệ thống điều khiển điều hòa trung tâm sẽ phát lệnh khởi động chiller

Khi nhận được tín hiệu khởi động, chiller sẽ khởi động dựa trên chương trình có trong chiller

Các quạt tháp giải nhiệt sẽ được điều khiển Start khi tải lạnh cung cấp >= 30% tải của máy Chiller

Hệ thống Điều khiển sẽ giám sát trạng thái của tất cả các bơm, chiller và công tắc

dò lưu lượng nước, vị trí van động cơ, nhiệt độ đường ống nước lạnh và nước giải nhiệt, áp suất đường ống nước lạnh cấp và hồi

- Trong quá trình hoạt động của chiller:

1.Nếu bất kỳ máy bơm, công tắc dò lưu lượng nước hay chiller nào không thể khởi động được, Hệ thống điều khiển sẽ gởi tín hiệu cảnh báo và ngưng

hệ thống chiller tương ứng

2.Sau 15 phút kể từ lúc hệ thống chiller khởi động, hệ thống điều khiển sẽ kiểm tra trạng thái ‘RUN’ của chiller Nếu chiller đó không thể khởi động, hệ điều khiển sẽ gủi tín hiệu cảnh báo và dừng hệ thống chiller đó đồng thời gởi tín hiệu khởi động cho hệ thống chiller tiếp theo

3.Nếu không có nước trong đường ống cung cấp cho chiller, Hệ điều khiển sẽ gởi tín hiệu cảnh báo và phát lệnh ngưng đối với hệ thống tương ứng theo quá trình ngưng thông thường

4.Nếu bất kỳ máy bơm nào cho chiller bị lỗi hay cảnh báo, BMS sẽ gởi tín hiệu cảnh báo và phát lệnh ngưng đối với hệ thống tương ứng theo quá trình ngưng thông thường

5.Nếu bất kỳ chiller nào bị lỗi hay cảnh báo, Hệ điều khiển sẽ gởi tín hiệu cảnh báo và phát lệnh ngưng đối với hệ thống tương ứng theo quá trình ngưng thông thường.Quá trình dừng an toàn sẽ tuân theo quá trình ngưng thông thường

- Quá trình dừng của chiller:

1.BMS phát lệnh ngưng chiller

2 180 giây sau khi phát lệnh ngưng, khi BMS nhận tín hiệu ‘OFF’ từ chiller, nó sẽ điều khiển ngưng máy bơm, sau dó đóng van trên đường nước lạnh và nước giải nhiệt, đóng van cho tháp giải nhiệt tương ứng

- Chế độ báo động của chiller:

Bất kỳ chiller nào báo động sẽ bị ngưng lại và được thay thế bởi một chiller dự phòng

Chiller đó sẽ không được cho phép hoạt động cho tới khi chế độ báo động được ghi nhận và sửa chữa

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

Chiller được xem như ở chế độ báo động khi bất kỳ một bộ phận nào như báo động của máy bơm hay khi chiller không thể khởi động sau 15 phút nhận lệnh khởi động

- Điều khiển máy bơm của chiller:

Hệ thống điều khiển phát lệnh Start máy bơm Tốc độ của máy bơm được điều khiển thông qua biến tần để duy trì áp suất yêu cầu

Tốc độ tối thiểu sẽ được thiết lập trên biến tần để đảm bảo đủ lượng nước nhỏ nhất mà chiller cho phép Giá trị nhỏ nhất của tốc độ sẽ được quyết định trong quá trình thử và tùy nhiệm vụ của hệ thống

Giá trị đặt của độ chênh lệch áp suất có thể thay đổi được

- Điều khiển bypass valve:

Hệ thống điều khiển giám sát độ chênh lêch áp suất giữa đường ống nước cung cấp từ chiller và đường ống hồi về chiller và điều khiển van bypass đóng hoặc mở để duy trì áp suất yêu cầu

- Bộ Điều Khiển Trực Tiếp Kỹ Thuật Số DDC

Cấu Hình của DDC điều khiển Chiller như sau:

Hình 2.1 DCC –FX15

Các bộ DDC-FX15 có khả năng làm việc độc lập không phụ thuộc vào các DDC khác trong hệ thống Nó được trang bị những bộ vi xử lý đa chức năng, điều khiển theo thời gian thực Mỗi DDC-FX15 bao gồm đầy đủ các linh kiện phần cứng như bộ

vi xử lý, cỗng giao tiếp RS485, các môđun vào /ra

Những loại điểm – DDC-FX15 hổ trợ những điểm đầu vào và ra như sau:

- Những điểm đầu vào dạng tương tự sẽ chấp nhận các tín hiệu sau:

o 4-20 mA

o 0-10 VDC

o 1000ohm RTDs

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

- Những ngỏ vào dạng số sẽ giám sát các tiếp điểm không điện Ngõ vào này phải cung cấp bộ lọc để loại trừ những tín hiệu giả gây ra từ điện áp ngõ vào

- Ngõ vào dạng bộ đếm sẽ giám sát những xung tiếp điểm không điện áp với độ phân giải thấp nhất là 1 HZ

- Những ngõ ra dạng tương tự sẽ cung cấp những dạng sau:

o 4-20 mA

o 0-10 VDC

- Những ngõ ra dạng số sẽ cung cấp những tiếp điểm SPDT, 2 Amps ở 24VAC Bảo

vệ chống xung điệni được cung cấp cho mổi ngõ ra

Người vận hành phải được phép gởi lệnh điều khiển đến những điểm ngõ ra, chỉnh các thông số cài đặt trên DDC DDC phải cung cấp các đèn chỉ thị trạng thái làm việc cho mổi ngõ vào và ra dạng số

Tất cả các điểm cài đặt, các thông số trong vòng lặp PID cũng như nhiều thông số khác đều được lưu trữ trong bộ nhớ của DDC, vì thế khi bị mất điện không cần phải lập trình lại cho DDC

Tính Năng Kỹ thuật DDC-FX15:

AI ( analog input) Mỗi điểm AI hỗ trợ các tín hiệu 0 - 5VDC , 0–10 VDC,

0 – 20 mA, các loại Sensor Ni1000, A99, Pt1000, NTC

DI ( Digital input ) Tiếp điểm không điện

DO (Digital output) SPST 3A relay, Triac 0.5A/24VAC

AO (analog output) 0 – 10 VDC, 4 – 20 mA

Tính năng lập trình Có thể lập trình theo các giải thuật được đưa ra bởi

người sử dụng bằng phần mềm cấu hình dạng đồ thị (Graphic Configuration Software)

Tính hoán vị Có khả năng lập trình hoán vị các điểm AI với DI

2 Các module tính toán số học cho các hàm toán học

3 Các module điều khiển trình tự (Sequence)

4 Các module tính toán cộng dồn cho số giờ chạy thiết bị hoặc chỉ số điện năng tiêu thụ hàng tháng

Các module lập trình PLC có bộ các hàm logic như: AND, ANDNOT, OR, ORNOT, COS, OUT, OUTNOT, SET, RESET, AND BLOCK, OR BLOCK

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

Màn hình hiển thị Màn hình hiển thị LCD 4 x 20 ký tự với các phím vận

hành được gắn liền trên bề mặt DDC

Giao tiếp Kết nối với bộ quản lý cấp mạng qua giao tiếp RS485,

giao thức truyền thông N2 Bus

Nguồn cung cấp 24 VAC 50 / 60Hz

Môi trường -20 đến +50 , 10 – 95%RH

Vỏ bảo vệ Vỏ bằng nhựa ABS/Polycarbonate self extinguishing

Bảng 2.3: Tính Năng Kỹ thuật DDC-FX15

- Tự động báo cáo sự thay đổi trạng thái cũng như các báo động

- Có thể lắp trên bề mặt hoặc ray

- Các môđun mở rộng sẽ giao tiếp với DDC thông qua cổng RS485,

- Ngỏ vào kiểu tương tự – 0-10V, 4-20mA, 1000 ohm RTD

- Ngỏ ra kiểu tương tự – 0-10V, 4-20mA

- Ngỏ vào dạng số

- Ngỏ ra dạng số - Triac hay Rơ le

- Các điểm của mô đun mở rộng cũng được bao gồm trong giải thuật điều khiển của DDC

Cấu Hình của DDC điều khiển FCU, Fan:

DI ( Digital input ) 8 Tiếp điểm không điện

DO (Digital output) 8 SPST , Triac 0.5A/24VAC

Tính năng lập trình Có thể lập trình theo các giải thuật được đưa ra bởi

người sử dụng bằng phần mềm cấu hình dạng đồ thị (Graphic Configuration Software)

Module Các module tính năng lập trình, chọn lựa từ thư viện

bao gồm:

2 dual On/off control

3 Các module tính toán số học cho các hàm toán học

5 Các module điều khiển trình tự (Sequence)

6 Các module tính toán cộng dồn cho số giờ chạy thiết bị Các module lập trình PLC có bộ các hàm logic như: AND, ANDNOT, OR, ORNOT, COS, OUT, OUTNOT, SET, RESET, AND BLOCK, OR BLOCK

Giao tiếp Kết nối với bộ quản lý cấp mạng qua giao tiếp RS485,

giao thức truyền thông N2 Bus,

Nguồn cung cấp 24 VAC 50 / 60Hz,

Đồ án tốt nghiệp đại học Khảo sát thực tế tòa nhà

Môi trường -20 đến +50 , 10 – 95%RH

Bảng 2.4: Cấu Hình của DDC điều khiển FCU, Fan

Nhận Xét: Hệ thống điều khiển điều hòa trung tâm không hỗ trợ điều khiển nhiệt

độ tại từng FCU, đây là điều bât cập thứ 3 của tòa nhà Cần phải đầu tư hệ thống BMS để hỗ trợ điều khiển đầu ra nhiệt độ các FCU nhằm cho nhiệu độ cân bằng theo từng khu, tránh tình trạng mỗi FCU đặt 1 nhiệt độ khác nhau dẫn đến khu vực xung quanh chỗ nóng chỗ lạnh, tốn năng lượng

Đồ án tốt nghiệp đại học Thiết kế, nâng cấp hệ thống BMS

CHƯƠNG III THIẾT KẾ, NÂNG CẤP HỆ THỐNG BMS.

3.1 Yêu cầu thiết kế

3.1.1 Thiết kế hệ thống

Hệ thống điện: Để đảm bảo cho quá trình vận hành, giám sát và quản lý điện năng,

BMS sẽ thực hiện các nhiệm vụ sau:

− Lắp đặt các máy đo đếm điện năng (Power meter) theo dõi dòng điện, công suất, công suất phản kháng, công suất toàn phần, công suất tiêu thụ, tần số, hệ

số công suất cho tủ cung cấp điện chính

− Theo dõi trạng thái của trạm biến áp, máy phát điện

− Theo dõi trạng thái hoạt động, sự cố của các tủ bơm

Các thiết bị đo đếm này được quản lý bởi các bộ điều khiển cấp mạng Các thông

số đo đếm được cập nhật trên màn hình máy tính điều khiển trung tâm và lưu trữ trong máy tính điều khiển BMS xử lý, tính toán các giá trị thu thập, đưa ra các cảnh báo nếu cần thiết

Hệ thống chiếu sáng: Hệ thống điện chiếu sáng hiện tại không cho phép giám sát,

quản lý và tích hợp điều khiển Việc bật/tắt điện được thực hiện trực tiếp tại hiện trường thông qua công tắc gắn tường, do đó sẽ gây lãng phí năng lượng sau giờ làm việc nếu các đèn không được kiểm soát và bật tắt hợp lý Với BMS, hệ thống chiếu sáng thực hiện các nhiệm vụ sau:

− Các lộ đèn chiếu sáng được điều khiển theo yêu cầu của người quản lý tòa nhà theo các lịch trình hoạt động đặt trước Điều khiển tại chỗ và thực hiện được việc điều khiển từ xa tại máy tính điều khiển trung tâm

− Hệ thống chiếu sáng khu vực công cộng được điều khiển thông minh dựa trên các cảm biến phát hiện chuyển động

Nhà thầu BMS phải cung cấp các thiết bị điều khiển đèn chiếu sáng, lắp đặt các thiết bị điều khiển đèn, cung cấp bản vẽ đấu nối chi tiết của các tủ điều khiển đèn theo yêu cầu chiếu sáng của tòa nhà cho nhà thầu điện và phối hợp chặt chẽ với nhà thầu điện trong quá trình đấu nối

Hệ thống điều hòa thông gió: Do thiết kế nội thất, phát sinh một số phòng nhỏ (phòng

họp, phòng giám đốc…) nên thiết kế điều hòa như hiện tại là không hợp lý Hơn nữa,việc điều khiển điều hòa hiện nay rất thô sơ, chỉ là đóng cắt điện cho cả khu Với cách điều khiển này sẽ không đảm bảo được việc tối ưu hóa điện năng, vì không thể

Đồ án tốt nghiệp đại học Thiết kế, nâng cấp hệ thống BMS

điều khiển được đến từng FCU Trong những trường hợp nhu cầu sử dụng điều hòa thấp như ít nhân viên, chỉ có giám đốc ở lại làm việc thì điều hòa vẫn phải bật hết công suất gây lãng phí Hơn nữa, với cách điều khiển này ta không quản lý được giá trị nhiệt độ đặt nên có thể nhiều người đặt nhiệt độ quá thấp sẽ gây lãng phí Hệ thống điều hòa thông gió của tòa nhà cần như sau:

− Tối ưu hóa việc sử dụng, chạy luân phiên các Chiller

− Lắp thêm các cảm biến nhiệt độ, rơle, bộ điều khiển (DDC), để chia thành nhiều nhóm FCU, BMS sẽ thực hiện việc đóng cắt các FCU theo nhóm nhỏ, theo từng thời điểm phù hợp với mục đích và công năng sử dụng của tòa nhà Giải pháp này sẽ tiết kiệm được một lượng lớn điện năng tiêu thụ

− Liên động với hệ thống cấp khí tươi, ngừng cấp khí tươi khi xảy ra cháy

− Chạy quạt tăng áp cầu thang vào đầu tuần và khi xảy ra cháy

− Chạy quạt thông gió tầng hầm khi nồng độ khí CO và CO2 trong hầm cao.Với hệ thống điều khiển này sẽ tối ưu hóa được số lượng FCU hoạt động, tối ưu hóa giá trị nhiệt độ đặt cho khối văn phòng, tối ưu hóa các chế độ vận hành của hệ thống quạt thông gió, từ đó giúp giảm chi phí điện năng tiêu thụ

Hệ thống kiểm soát vào/ra: Thực trạng hệ thống Access Control do nhóm Smart card

hiện đang lắp đặt tại tòa nhà 310 Minh Khai:

− Hệ thống này hoạt động độc lập, thực hiện ghi log các lần quẹt thẻ rồi ghi vào database SQL server

− Không có khả năng kết nối liên động với hệ thống báo cháy, hông có tín hiệu điều khiển mở cửa khẩn cấp trong trường hợp xảy ra sự cố

− Phần mềm điều khiển hệ thống đầu đọc thẻ do đội Smart Card tự viết không

có khả năng đưa tín hiệu điều khiển cho BMS

Như vậy hệ thống access control hiện tại chưa đáp ứng được yêu cầu tích hợp điều khiển, liên kết thông tin điều khiển với hệ thống quan trọng khác như báo cháy,

nổ để ra các lệnh điều khiển tự động khi xảy ra các sự cố ngoài mong muốn Các yêu cầu chính của một hệ thống access control mới:

− Sử dụng thẻ nhân viên đang dùng

− Hệ thống BMS sẽ nhận các thông tin về tình ra/vào hoặc bị sự cố từ hệ thống kiểm soát lối vào

− Hệ thống BMS sẽ đưa tín hiệu tới hệ thống kiểm soát lối vào để mở toàn bộ các cửa đang bị khóa tại khu vực xảy ra trường hợp khẩn cấp

Nhà thầu BMS cung cấp thiết bị điều khiển và kết nối, thực hiện việc kết nối BMS với hệ thống Access Control Sau khi kết nối, thông qua màn hình của máy tính điều khiển trung tâm, hệ thống BMS thực hiện thu nhận toàn bộ các thông tin được gửi

về từ hệ thống kiểm soát vào/ra này

Đồ án tốt nghiệp đại học Thiết kế, nâng cấp hệ thống BMS

Hệ thống camera: Hệ thống camera tích hợp với hệ thống an ninh kiểm soát vào/ra,

cho phép người vận hành giám sát, tìm kiếm trực quan các hình ảnh theo khu vực, theo thời gian, ghi hình và giám sát mọi hoạt động ra vào, nhanh chóng giám sát mọi hoạt động Trong tình huống có sự đột nhập trái phép, hệ thống camera sẽ ghi hình liên tục mọi hoạt động của người đột nhập trong tầm kiểm soát của nó

3.1.2 Vận hành

Chế độ tự động: điều khiển theo chương trình được lập trình sẵn trong phần

Program Editor Chương trình này chạy ở cấp độ ưu tiên tự động (None Piority) khi không có sự can thiệp của người vận hành Thao tác lệnh của người vận hành chỉ là lệnh chạy/dừng cho cả một cụm thiết bị Chế độ tự động có khả năng nhận biết, các sự

cố và khởi động các thiết bị dự phòng

Chế độ điều khiển từ xa: Các thiết bị vận hành tự động đồng thời cũng có thể

vận hành ở chế điều khiển từ xa (Remote Control) khi làm việc ở chế độ bất thường hoặc theo ý muốn của người thao tác Chức năng này cũng hỗ trợ cho quá trình vận hành thử nghiệm, kiểm tra và bảo trì hệ thống

Chế độ vận hành tay: trong các tình huống cụ thể, thực hiện chế độ bảo trì, ngoài

việc vận hành điều khiển theo các chương trình điều khiển tự động, các thiết bị của các

hệ thống phải có khả năng vận hành điều khiển bằng tay tại các tủ điện điều khiển động lực

3.1.3 UPS

Bộ cấp nguồn liên tục này là loại True onlines, đảm bảo cấp nguồn điện liên tục cho các server của hệ thống lưu giữ các chương trình điều khiển, hệ thống hoạt động tiếp trong 10 phút sau khi mất nguồn điện lưới cung cấp

3.1.4 Đầu nối vận hành

Mạng điều khiển - quản lý đặt tại phòng điều khiển kỹ thuật trung tâm bao gồm

02 máy chủ (Server1/Server2) được kết nối với nhau theo cấu trúc của mạng Redundant, các thông tin của máy chủ được chia sẻ thông qua ổ Disk Array Khi một trong hai máy chủ có sự cố hay thực hiện chế độ nghỉ bảo dưỡng, ngay lập tức máy chủ còn lại sẽ tiếp tục vận hành thay thế chức năng của máy chủ đó để tiếp tục điều khiển hệ thống hoạt động mà không bị gián đoạn trong quá trình điều khiển

Các máy chủ, máy trạm đều được cài đặt các phần mềm bản quyền của hệ điều hành Microsoft Window cũng như phần mềm bản quyền của hệ thống điều khiển với các version được update mới nhất đảm bảo được sự thích ứng với tương lai trong thời gian dài vận hành hệ thống mà không bị lạc hậu so với sự phát triển của công nghệ

3.1.5 Ghi lại xu thế

Hệ thống BMCS cung cấp ứng dụng thu nhận các tham số biến đổi tương tự theo thời gian (Trending), các tham số này sẽ được lưu giữ tại các máy tính điều khiển

Đồ án tốt nghiệp đại học Thiết kế, nâng cấp hệ thống BMS

trung tâm, thiết lập báo cáo, là căn cứ để thay đổi các chương trình điều khiển cho phù hợp với công tác vận hành thực tế theo thời gian

3.1.6 Báo động bảo trì

Totalize: Lưu lại tất cả thời gian hoạt động của các thiết bị trong các hệ thống, người vận hành được hệ thống cảnh báo thực hiện lịch bảo trì thiết bị theo giá trị thời gian hoạt động của thiết bị mà hệ thống đã tổng hợp

3.1.7 Chương trình thời gian

Lịch tự động làm việc cho hệ thống được tạo bằng công cụ Schedule của phần mềm quản lý Lịch tạo theo từng ngày, theo tuần, theo tháng hoặc theo các ngày lễ, các ngày đặc biệt trong năm

Chức năng Override cho phép thay đổi lịch của một vài ngày nào đó trong năm

mà không cần thay đổi kế hoạch chung Lịch hoạt động có 03 phần chính:

Lịch vận hành đóng mở hệ thống (Event Schedule): cho phép chạy/ dừng một hoặc nhiều thiết bị Có thể đóng mở 1 hoặc nhiều lần trong ngày/tuần, tháng/năm… Các thiết bị thường hoạt động theo lịch này gồm:

- Hệ thống chiller

- Các AHU, FCU, quạt

- Hệ thống điện chiếu sáng

Ghi lại cho các điểm dữ liệu

Lịch thu thập dữ liệu (Trending Schedule): cho phép thu thập dữ liệu tại các thời điểm nào đó Các dữ liệu cần thu thập là nhiệt độ, độ ẩm ở các phòng quan sát đặt biệt, tải lạnh của toà nhà, điện áp, dòng điện , công suất của điện tiêu thụ cho các chiller…Lịch tạo báo cáo (Report Schedule): Tự động tạo báo cáo theo các thời điểm cố định trong ngày/ tuần/ tháng/ năm Báo cáo dược in trực tiếp ra máy in, xuất ra màn hình của trạm quản lý và lưu dưới dạng file trong máy tính điều khiển trung tâm

3.1.8 Thuật toán phần mềm

Các chương trình điều khiển của toàn bộ hệ thống được viết bằng ngôn ngữ bậc cao Các chương trình ứng dụng này được lưu giữ tại các tủ điều khiển kỹ thuật số MDDC và thường xuyên cập nhật về hệ thống máy tính điều khiển trung tâm và cũng được lưu giữ tại đây

3.1.9 Chức năng hệ thống

Đối với toà nhà VTC online hệ thống BMS có nhiệm vụ kết nối đến các phân hệ

kỹ thuật dưới đây: HVAC, Access control, Lighting control, Camera, Electric