Nghiên cứu ứng dụng giải pháp tự động hóa tòa nhà của hãng johnson

Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LỜI CAM ĐOAN LỜI NÓI ĐẦU Chương I TÌM HIỂU HỆ THỐNG BMS TRÊN THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM 1.1 Sự đời hệ thống quản lý tòa nhà 1.2 Một số giải pháp BMS thị trường 10 1.2.1 Siemens 10 1.2.2 Honeywell 13 1.2.3 Johnson Controls 15 Chương II 19 TÌM HIỂU HỆ THỐNG BMS CỦA HÃNG JOHNSON CONTROLS 19 2.1 Tổng quan hệ thống Metasys Johnson Controls 19 2.1.1 Cấp vận hành/giám sát hệ thống 29 2.1.2 Cấp điều khiển hệ thống 32 2.1.3 Cấp điều khiển trường 33 2.1.4 Thiết bị trường 35 2.2 Giải pháp quản lý truy nhập P2000 36 Chương III 39 ỨNG DỤNG HỆ THỐNG BMS CỦA HÃNG JOHNSON CONTROLS CHO TÒA NHÀ NEWTATCO 39 3.1 Phát biểu toán BMS cho tòa nhà NEWTATCO 39 3.1.1 Nhiệm vụ thiết kế chung 40 3.2 Giải toán tích hợp 42 3.2.1 Hệ thống điều hòa không khí 43 3.2.2 Hệ thống thông gió 48 3.2.3 Hệ thống điện 54 3.2.4 Hệ thống chữa cháy 62 3.2.5 Hệ thống cấp thoát nước 65 3.2.6 Hệ thống báo cháy địa 67 3.2.7 Hệ thống Access Control 69 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== 3.2.8 Hệ thống Camera 71 3.3 Lập trình giao diện ứng dụng điều khiển 72 3.3.1 Lập trình giao diện 72 3.3.2 Lập trình ứng dụng điều khiển 78 Chương IV: HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KẾT LUẬN 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống BMS Hình 1.2: Cấu trúc hệ thống APOGEE Siemens Hình 1.3: Cấu trúc hệ thống BMS Honeywell Hình 1.4: Cấu trúc hệ thống Metasys Hình 2.1: Cấu trúc chi tiết hệ thống BMS Johnson Controls Hình 2.2: Mô hình phân cấp BMS Hình 2.3: Thiết bị phòng điều khiển trung tâm Hình 2.4: Thiết bị điều khiển hệ thống mạng Hình 2.5: Bộ điều khiển hệ thống mạng NAE Hình 2.6: Bộ điều khiển hệ thống mạng NCE Hình 2.8: Bộ điều khiển FX15 Hình 2.9: Bộ điều khiển DX9100 Hình 2.10: Bộ điều khiển FECxxx Hình 2.11: Bộ điều khiển IOMxxx Hình 2.12: Bộ điều khiển LNxxx Hình 2.13: Phần mềm quản lý BMS ADS Hình 2.14: Cấp vận hành/Giám sát hệ thống Hình 2.15: Cấp điều khiển hệ thống Hình 2.16: Cấp điều khiển hệ trường Hình 2.17: Thiết bị cấp trường Hình 2.18: Hệ thống quản lý truy nhập P2000 Hình 3.1: Mô hình tích hợp hệ thống VRV Hình 3.2: Giao diện hệ thống điều hòa không khí Hình 3.3: Tích hợp hệ thống quạt thông gió tầng hầm với BMS Hình 3.4: Tích hợp hệ thống quạt thông gió tầng với BMS Hình 3.5: Giao diện Điều khiển/giám sát hệ thống thông gió Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== Hình 3.6: Tích hợp MCCB tủ điện phân phối tầng Hình 3.7: Giao diện Điều khiển/giám sát MCCB Hình 3.8: Sơ đồ tích hợp hệ thống đồng hồ N2 Hình 3.9: Giao diện giám sát đồng hồ N2 Hình 3.10: Biểu đồ điện tiêu thụ điện năm Hình 3.11: Tích hợp hệ thống chiếu sáng Hình 3.12: Giao diện Điều khiển/Giám sát hệ thống chiếu sáng Hình 3.13: Tích hợp hệ thống chữa cháy Hình 3.14: Giao diện giám sát hệ thống chữa cháy Hình 3.15: Tích hợp hệ thống cấp nước Hình 3.16: Giao diện giám sát hệ thống cấp nước Hình 3.17: Tích hợp hệ thống báo cháy địa Hình 3.18: Giao diện giám sát hệ thống chữa cháy Hình 3.19: Hệ thống Access Control Hình 3.20: Tích hợp hệ thống Access Control Hình 3.21: Tạo khung giao diện Hình 3.22: Tạo khung giao diện mặt BMS Hình 3.23: Tạo giao diện mặt BMS Hình 3.24: Tạo thuộc tính cho thiết bị hệ thống BMS Hình 3.25: Tạo file giao diện xxx*svgz Hình 3.26: Cài phần mềm lập trình ứng dụng Fx Builder Hình 3.27: Khởi động chương trình FX Builder Hình 3.28: Tạo dự án Hình 3.29: Tạo khối liệu Hình 3.30: Chương trình ứng dụng FX15 Hình 3.31: Download chương trình ứng dụng sử dụng FX N2 ComPro Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng điểm tích hợp BMS Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BMS: Building Managerment System HVAC: Heating Ventialtion and Air Condition PA: Public Address CCTV: Closed Circuit TeleVision MEC: Modular Equipment Controller MBC: Module Building Control PCX: Programable Controller BMS: Human Machine Interface EIB: Enterprise Buldings Integrator NAE: Network Automation Engine NCE: Network Control Engine NCM: Network Control Module FEC: Field Equipment Controller IOM: Input Output Module VRV: Variable Refrigerant Volume SCT: System Configuration Tools ADS: Application Data Server ADX: Application Data Server Extended AI: Analog Input AO: Analog Output DI: Digital Input DO: Digital Output IU: Indoor Unit OU: Outdoor Unit MCCB: Moulded Case Circuit Breaker LCP: Lighting Control Panel Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== LỜI CAM ĐOAN Tên là: Đặng Văn Trung Sinh ngày: 10/11/1987 Học viên lớp cao học khóa 2011- Ngành Điều khiển Tự Động Hóa - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu ứng dụng giải pháp tự động hóa tòa nhà hãng Johnson Controls” GS.TS.Phan Xuân Minh hướng dẫn công trình nghiên cứu riêng Ngoài tài liệu tham khảo dẫn cuối luận văn, đảm bảo không chép công trình kết người khác.Nếu phát có sai phạm với điều cam đoan trên, xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Học viên Đặng Văn Trung Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== LỜI NÓI ĐẦU  Trong năm gần đây, với phát triển mạnh mẽ lĩnh vực khoa học xã hội nhu cầu sử dụng điện tăng cao đời sống sinh hoạt sản xuất.Các nhà máy thủy điện, nhiệt điện đáp ứng đủ nhu cầu sư dụng xã hội.Việc tiết kiệm, sử dụng hiệu lượng điện trở thành chiến lược hành động quốc gia.Trong xã hội đại, điện tiêu thụ chủ yếu nhà máy công nghiệp, tòa nhà cao tầng với hệ thống điện phức tạp.Vấn đề tiết kiệm lượng điện tòa nhà cao tầng khiến nhà quản lý đau đầu để tìm cách giải  Với phát triển mạnh mẽ kinh tế với phát triển khoa học kỹ thuật.Các tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại trở thành xu xã hội.Việc quản lý tòa nhà, chi phí vận hành năm tiêu tốn hàng tỷ đồng  Từ vấn đề trên, việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống quản lý tòa nhà thông minh giải thành công toán hiệu sử dụng lượng điện tiết kiệm chi phí quản lý tòa nhà cao tầng  Với đề tài“Nghiên cứu ứng dụng giải pháp tự động hóa tòa nhà hãng Johnson Controls” giúp học viên người đọc có kiến thức sâu rộng hệ thống BMS ứng dụng công nghệ BMS tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== Chương I TÌM HIỂU HỆ THỐNG BMS TRÊN THỊ TRƯỜNG VIỆT NAM 1.1 Sự đời hệ thống quản lý tòa nhà  Thuật ngữ BMS (Building Management System) đời vào đầu năm 1950, nhiên phải đến cách mạng khoa học kỹ thuật giới diễn mạnh mẽ đạt bước tiến dài công nghệ BMS áp dụng rộng rãi tòa nhà cao tầng trung tâm thương mại lớn  Một số tòa nhà cao tầng đại Việt nam trang bị hệ thống quản lý tòa nhà BMS Khi trang bị hệ thống này, tất hệ thống điều hòa, thông gió, báo cháy, chiếu sáng, cấp thoát nước điều khiển tập trung, tương tác hệ BMS Đây loại nhà cao tầng thông minh Còn gọi tòa nhà hiệu cao, tòa nhà xanh, tòa nhà công nghệ cao Hình 1.1: Cấu trúc hệ thống BMS  BMS hệ thống điều khiển dựa tảng thiết bị điều khiển, nhằm mục đích điều khiển giám sát hệ thống điện hệ thống điều hòa Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== thông gió (HVAC), hệ thống điện, hệ thống chiếu sáng, hệ thống báo cháy, hệ thống an ninh… Một hệ BMS thường gồm hai phần phần mềm phần cứng:  Phần cứng: Bao gồm thiết bị điều khiển hệ thống: Bộ điều khiển mạng, điều khiển phân tán, thiết bị trường…và hệ thống máy tính giám sát  Phần mềm: Bao gồm phần mềm quản lý BMS, sở liệu phần mềm lập trình ứng dụng điều khiển  BMS cung cấp giải pháp quản lý tòa nhà toàn diện, hệ thống tích hợp vào hệ thống BMS  Hệ thống điện:Máy phát, thiết bị đóng cắt bảo vệ nguồn điện  Hệ thống điều hòa không khí  Hệ thống thông gió  Hệ thống phòng cháy, chữa cháy  Hệ thống cấp thoát nước  Hệ thống điện nhẹ:PA, LAN/TEL, Interphone  Hệ thống chiếu sáng  Hệ thống giám sát an ninh( Access Control, CCTV)  Hệ thống thang máy 1.2 Một số giải pháp BMS thị trường 1.2.1 Siemens  Siemens công ty hàng đầu giới việc cung cấp thiết bị điều khiển giải pháp tự động hóa  Siemens cung cấp giải pháp tự động hóa tòa nhà APOGEE 10 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== 3.3 Lập trình giao diện ứng dụng điều khiển 3.3.1 Lập trình giao diện  Có hai cách để lập trình giao diện cho hệ thống BMS Với hệ thống cần giao diện đơn giản, Giao diện lập trình thiết bị điều khiển trung tâm NAE Với dự án cần nhiều ứng dụng hay tính giao diện BMS, Giao diện phải lập trình phần mềm chuyên dụng Đối với hệ thống BMS ứng dụng cho tòa nhà NEWTATCO, Giao diện thiết kế, lập trình Microsoft Visio 2003 phần mềm Advanced Graphic  Các bước lập trình giao diện BMS  Bước 1: Tạo khung giao diện  Bước 2: Tạo khung giao diện hệ thống điện, mặt BMS  Bước 3: Thêm Icon thiết bị giao diện BMS  Bước 4: Tạo thuộc tính cho Icon giao diện BMS  Bước 5: Download file giao diện từ máy tính lập trình tới máy chủ ADS  Bước 1: Trên giao diện Visio, người sử dụng sử dụng khung mẫu tự tạo khung giao diện Việc tạo khung đơn giản linh hoạt phần mềm Visio 2003 Trong phần mềm Visio 2003 có chứa nhiều mẫu thiết kế khung giao diện BMS 72 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== Hình 3.21: Tạo khung giao diện 73 Đặng Văn Trung- CB110344 ===================================================================  Bước 2: Trên khung giao diện chính, người sử dụng thêm file ảnh mặt để tạo giao diện mặt BMS, tạo hệ thống điện Hình 3.22: Tạo khung giao diện mặt BMS  Bước 3: Trong phần mềm Visio 2003 tích hợp hình ảnh thiết bị hệ thống BMS Johnson Controls Người sử dụng cần thao tác kéo thả để chọn thiết bị đưa vào giao diện Tùy theo giao diện hệ thống điện sử dụng thiết bị khác Người sử dụng liên kết thiết bị giao diện lại với để tạo hệ thống điện hoàn chỉnh 74 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== Hình 3.23: Tạo giao diện mặt BMS  Bước 4: Phần mềm Advance Graphic giúp người sử dụng thêm thuộc tính giao diện cho thiết bị hệ thống BMS Người sử dụng cần chọn giao diện cần thêm thuộc tính, chạy ứng dụng AGAActionCodeAddOn, phần mềm cho phép thêm thuộc tính Các thuộc tính thường dùng:  Thuộc tính quay  Thuộc tính đổi màu  Thuộc tính nhấp nháy  Thuộc tính thay đổi kích thước  Thuộc tính di chuyển 75 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== Hình 3.24: Tạo thuộc tính cho thiết bị hệ thống BMS 76 Đặng Văn Trung- CB110344 ===================================================================  Bước 5: Sau hoàn thành việc tạo giao diện cho hệ thống BMS Lưu file giao diện thành file có đuôi svgz Đây file giao diện nạp vào máy chủ BMS Hình 3.25: Tạo file giao diện xxx*svgz Để download giao diện tới ADS  Khởi động phần mềm ADS máy chủ BMS  Tạo cấu trúc giao diện  Download giao diện hệ thống điện, mặt BMS  Với bước tạo giao diện trên, người sử dụng dễ dàng tạo giao diện với thuộc tính tùy theo hệ thống điện, theo thiết bị 77 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== 3.3.2 Lập trình ứng dụng điều khiển  Tòa nhà NEWTATCO sử dụng điều khiển FX15D61 giao thức N2 Bus Phần mềm lập trình ứng dụng cho FX15D61 gồm có:  Phần mềm lập trình FX Builder: Cho phép viết chương trình ứng dụng  Phần mềm mô FX Simulator: Cho phép mô điều khiển trường FX  Phần mềm quản lý, download/upload chương trình N2 ComPro  Các bước lập trình ứng dụng  Bước 1: Cài đặt phần mềm máy tính  Bước 2: Viết chương trình ứng dụng sử dụng phần mềm FX Builder Sử dụng chương trình mô FX Simulator để kiểm tra chương trình  Bước 3: Download chương trình ứng dụng từ PC tới điều khiển FX15  Bước 1: Lần lượt cài phần mềm máy tính theo hướng dẫn: Phần mềm FX Builder, FX Simulator, N2 ComPro 78 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== Hình 3.26: Cài phần mềm lập trình ứng dụng  Bước 2: Viết chương trình ứng dụng sử dụng phần mềm FX-Builder  Khởi động FX-Buider Hình 3.27: Khởi động chương trình FX Builder 79 Đặng Văn Trung- CB110344 ===================================================================  Tạo dự án Hình 3.28: Tạo dự án  Viết chương trình ứng dụng FX Builder bao gồm khối chức bao gồm: o Khối logic (AND, OR, XOR, NOT…) o Khối vào/ra o Khối tính toán (Max, Min, Average.) o Khối thời gian (Timer, Delay.) o Khối chuyển đổi: chuyển đổi loại liệu o Các khối chức khác  Người sử dụng cần kéo thả khối chức vào khung cửa sổ lập trình Với khối chức khác có thuộc tính khác Người sử dụng cấu hình, cài đặt thông số cho thuộc tính khối chức như: Dải đo, địa vật lý, loại tín hiệu vv 80 Đặng Văn Trung- CB110344 ===================================================================  Để thiết bị điều khiển hệ thống NAE quản lý tất điểm vào/ra điều khiển, người lập trình cần tạo trạng thái public cho tất điểm vào/ra cần quản lý Hình 3.29: Tạo khối liệu 81 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== Hình 3.30: Chương trình ứng dụng cho FX15  Bước 3: Download chương trình ứng dụng từ PC tới điều khiển Sử dụng phần mềm N2 ComPro để download chương trình tới điều khiển  Khởi động chương trình N2 ComPro  Kết nối PC với điều khiển FX15 qua chuyển đổi RS485/232  Download chương trình ứng dụng tới điều khiển 82 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== Hình 3.31: Download chương trình ứng dụng sử dụng FX N2 ComPro 83 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== Chương IV: HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KẾT LUẬN  Hướng phát triển đề tài  Johnson Controls nhà cung cấp giải pháp tự động hóa hàng đầu Việt Nam giới Tuy nhiên với phát triển mạnh mẽ công nghệ, hãng cung cấp thiết bị giải pháp ngày cải tiến công nghệ để cung cấp giải pháp tốt hơn, đơn giản hơn, hiệu bền vững Ứng dụng công nghệ BMS không dây  Công nghệ không dây: Tích hợp hệ thống BMS không dây tòa nhà cao tầng o Bộ điều khiển nhận tín hiệu qua sóng o Cảm biến không dây  Công nghệ không dây mang đến đơn giản kết nối, dễ dàng thi công, nhiên nhược điểm công nghệ không dây tính an toàn tín hiệu khoảng cách thiết bị Hệ thống BMS trở nên đơn giản hơn: Trong dự án tòa nhà NEWTATCO, hệ thống BMS phân chia theo cấp riêng biệt (Quản lý theo cấp mẹ-con) Trong tương lai, với dự án nhiều điểm điều khiển mà điểm giám sát ta áp dụng công nghệ vào dự án:  Kết nối trực tiếp IOM tới điều khiển hệ thống NAE, giải pháp tiết kiệm kinh phí đầu tư đơn giản hệ thống  Sử dụng thiết bị trường thông minh, tích hợp tác vụ điều khiển chỗ  Kết luận:  Việc nghiên cứu đề tài giúp học viên người đọc có cách nhìn sâu sắc, chi tiết hệ thống BMS, đặc biệt giải pháp tự động hóa tòa nhà hãng Johnson Controls 84 Đặng Văn Trung- CB110344 ===================================================================  Thông qua đề tài giúp người đọc hiểu cấu trúc, bước thiết kế hệ thống BMS cho tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại đại  Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thầy cô môn điều khiển tự động đặc biệt GS.TS Phan Xuân Minh, Th.S Nguyễn Tiến Hiếu hướng dẫn hoàn thành luận văn Trong luận văn cố gắng song với hiểu biết kiến thức hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận góp ý bảo tận tình quý thầy cô bạn để luận văn hoàn thiện 85 Đặng Văn Trung- CB110344 =================================================================== TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [2] Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển trình, Nhà xuất Bách khoa, Hà Nội, 2006 [3] H.Merz, T.Hansemann, C.Hubner, Building Automation, Berlin, Germany, 2009 [4] Jame Sintopoli, Smart Building System, Burlington, MA 01803, USA, 2010 [5] Richard A.Panke, Energy System Management and DDC, NewYork, USA, 2001 [6] “Hệ thống BMS”, Nguyễn Duy Minh [7] “Giải pháp tổng thể tối ưu hệ thống BMS, Tự động hóa tòa nhà Việt Á sử dụng BMS Siemens”, Hồ Anh Thắng [8] “Giải pháp tích hợp cho tòa nhà thông minh”, Johnson Controls 86 ... Học viên lớp cao học khóa 2011- Ngành Điều khiển Tự Động Hóa - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan đề tài Nghiên cứu ứng dụng giải pháp tự động hóa tòa nhà hãng Johnson Controls” GS.TS.Phan... tòa nhà thông minh giải thành công toán hiệu sử dụng lượng điện tiết kiệm chi phí quản lý tòa nhà cao tầng  Với đề tài Nghiên cứu ứng dụng giải pháp tự động hóa tòa nhà hãng Johnson Controls”... 1.2 Một số giải pháp BMS thị trường 1.2.1 Siemens  Siemens công ty hàng đầu giới việc cung cấp thiết bị điều khiển giải pháp tự động hóa  Siemens cung cấp giải pháp tự động hóa tòa nhà APOGEE