BTL_ tự động hóa tòa nhà

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN  BÀI TẬP LỚN MƠN TỰ ĐỘNG HĨA TÒA NHÀ Tên đề tài: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TÒA NHÀ KEANGNAM HÀ NỘI GVHD: Th.S Hoàng Quốc Xuyên Danh sách sinh viên thực nhóm: Nguyễn Tiến Anh Hoàng Thị Hảo Đặng Văn Điệp 1141040360 1141040336 1141040369 Hà Nội – 2018 Bộ môn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập – Tự – Hạnh phúc BÀI TẬP LỚN MƠN HỌC: CHUN ĐỀ TỰ ĐỘNG HĨA TRONG TỊA NHÀ Họ tên SV: Nhóm Nguyễn Tiến Anh Hoàng Thị Hảo Đặng Văn Điệp Lớp: ĐH Khóa: 11 Khoa: Điện Giáo viên hướng dẫn: Hoàng Quốc Xuyên NỘI DUNG Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho hệ thống điện chiếu sáng tòa nhà Keangnam Hà Nội PHẦN THUYẾT MINH Chương – Tìm hiếu hệ thống tự động hóa tòa nhà Chương – Giới thiệu hệ thống điện chiếu sáng tòa nhà Chương – Lập trình điều khiển thiết kế giao diện giám sát cho hệ thống Chương – Kết mô GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Th.S Hồng Quốc Xun Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà MỤC LỤC Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày việc xây dựng tồn nhà cao tầng làm cơng sở, trung tâm thương mại, khách sạn,….ngày trở nên phổ biến Chúng ngày trở nên đại tiện nghi để phục vụ yêu cầu ngày cao người Giải pháp kết hợp hệ thống thiết bị điện tử sử dụng tồn nhà với cơng nghệ tự động hóa nhằm đem lại khả tự hoạt động (hệ thống thơng gió, hệ thống chiếu sáng …) khơng điều mẻ Tuy nhiên vấn đề sống giải pháp lại nằm chỗ quản lý chúng hệ thống thống Các hệ thống tự động hóa tòa nhà (Building Managerment System – BMS) đời để giải toán Hệ thống chiếu sáng tòa nhà phần khơng thể thiếu việc cung cấp nguồn sáng giúp cho người làm việc hiệu nhìn tòa nhà đẹp Hệ thống luôn cải tiến, nghiên cứu, đại hóa để đáp ứng nhu cầu ngày cao người Nhưng việc điều khiển lại phụ thuộc vào hệ BMS Nhiệm vụ hệ thống BMS điều khiển, giám sát, quản lý thiết bị cơ/điện tòa nhà cao tầng, giúp cho việc vận hành, bảo dưỡng quản lý tòa nhà cách thuận tiện, an toàn tiết kiệm Nhờ bảo tận tình thầy giáo mơn, đặc biệt hướng dẫn thầy giáo Th.S Hoàng Quốc Xuyên chúng em hoàn thành tập lớn Chúng em mong nhận góp ý, bổ sung để tập lớn chúng em hồn thiện nữa! Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà CHƯƠNG TÌM HIẾU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA TRONG TỊA NHÀ 1.1 Giới thiệu chung hệ thống điều khiển chiếu sáng 1.1.1 Khái niệm Hệ thống điều khiển chiếu sáng mạng lưới thơng minh tích hợp thiết bị điều khiển chiếu sáng Các thiết bị bao gồm rơ le, cảm biến chỗ, công tắc điều khiển đèn hình cảm ứng tín hiệu khác Việc điều chỉnh hệ thống diễn vị trí lắp đặt thiết bị lẫn máy tính trung tâm thơng qua chương trình phần mềm giao diện khác Hệ thống điều khiển chiếu sáng sử dụng nhà trời, cho cơng trình dân cư, thương mại cơng nghiệp 1.1.2 Phân loại Hiện có ba loại hệ thống điều khiển chiếu sáng phổ biến giới là: • Hệ thống điều khiển chiếu sáng tập trung • Hệ thống điều khiển chiếu sáng khơng dây • Hệ thống điều khiển chiếu sáng lai a Hệ thống điều khiển chiếu sáng tập trung Một hệ thống điều khiển ánh sáng tập trung có tất mạch điện chạy đến vị trí trung tâm thay chuyển mạch khắp khơng gian Những bàn phím đơn giản mạnh mẽ cung cấp cho bạn khả kiểm soát ánh sáng theo cách khác Bộ xử lý trung tâm não hệ thống, cho phép kiểm sốt cài đặt tính lập trình khác Các hệ thống lập trình cho phép bạn lưu lại phối cảnh ánh sáng giảm cường độ nhóm đèn khác với nút bấm Ví dụ như, nút bấm lập trình để thiết lập đèn phòng ăn phòng khách bạn sáng đến 50% Các đèn đặt ngồi trời đặt thời gian để tự động bật lúc hồng tắt lúc mặt trời mọc Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Hình 0.1: Hệ thống chiếu sáng tập trung Một số hệ thống điều khiển ánh sáng phức tạp chí cho phép bạn điều khiển đèn chiếu sáng từ iPhone, iPad, thiết bị Android Một lợi ích hệ thống điều khiển ánh sáng tập trung giúp xóa bỏ cảnh hệ thống công tắc chằng chịt tường nhà- điều gây mỹ quan cho nhà đại b Hệ thống điều khiển chiếu sáng không dây Một hệ thống điều khiển chiếu sáng không dây loại hệ thống bao gồm điều chỉnh ánh sáng (dimmer) cơng tắc điều khiển từ xa Hình 0.2 Hệ thống chiếu sáng không dây Loại hệ thống dễ dàng cài đặt, giá thành hợp lý, lựa chọn phổ biến phù hợp cho dự án cải tạo hệ thống chiếu sáng Một hệ thống điều khiển chiếu sáng khơng dây có khả kết hợp bàn phím điều khiển tùy chọn chương trình hệ thống tập trung Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Tất điều chỉnh ánh sáng công tắc giao tiếp không dây với xử lý, hệ thống khơng đòi hỏi cài đặt nhiều thiết bị, nhờ chi phí khơng đắt đỏ c Hệ thống điều khiển chiếu sáng lai Một hệ thống điều khiển ánh sáng lai (hybrid) kết hợp hệ thống tập trung khơng dây Các thiết bị khơng dây có dây tích hợp vào hệ thống giao tiếp với Hình 0.3 Hệ thống chiếu sáng lai Đây lựa chọn tuyệt vời cho không gian nâng cấp phần, nơi số mạch điện chiếu sáng cài đặt đến vị trí trung tâm qua tường trần nhà mở 1.1.3 Lợi ích Hệ thống điều khiển chiếu sáng phát minh nhằm khắc phục hạn chế phương pháp kiểm soát chiếu sáng thủ công Với cách thủ công, phải bật tắt hay chỉnh thiết bị chiếu sáng cơng tắc hay cầu giao Một cơng trình nhỏ khơng gặp vấn đề với cách thức Tuy nhiên, với cơng trình lớn, có nhiều thiết bị đèn, việc điều khiển tay nhiều thời gian Bên cạnh đó, chi phi lắp đặt số lượng lớn công tắc cao Thế nên, ưu điểm hệ thống điều khiển chiếu sáng so với điều khiển tay thơng thường khả kiểm sốt đèn riêng lẻ nhóm đèn từ thiết bị giao diện Điều cho phép kiểm soát nhiều nguồn ánh sáng lúc hay giúp tạo nên bối cảnh chiếu sáng phức tạp Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Một phòng có nhiều nguồn chiếu sáng đặt chế độ khác tùy vào hoạt động phòng Vì vậy, lợi ích hệ thống điều khiển ánh sáng giảm mức tiêu thụ lượng, nhờ kiểm soát mức độ thời gian chiếu sáng thiết bị Ngoài ra, hệ thống điều khiển chiếu sáng không dây giúp giảm chi phí lắp đặt tăng tính linh hoạt cài đặt thêm thiết bị công tắc 1.1.4 Xu hướng phát triển tương lai Người sử dụng ngày muốn hệ thống điều khiển chiếu sáng trở nên dễ dàng vận hành, hiệu quả, chất lượng tốt thích ứng với nhiều thiết bị Hình 0.4: Cầu nhật tân sử dụng hệ thống chiếu sáng đại Vậy nên, xu hướng lớn điều khiển ánh sáng phát triển hệ thống không dây Hệ thống không dây cho phép việc lắp đặt thêm thiết bị chiếu sáng linh hoạt cung cấp cho người dùng tiện lợi việc kiểm soát thiết bị chiếu sáng từ nơi Một xu hướng đáng đề cập tích hợp tồn giải pháp chiếu sáng cho tòa nhà Hệ thống điều khiển ánh sáng tích hợp giao tiếp với hệ thống khác tòa nhà, chẳng hạn hệ thống sưởi ấm, thơng gió hay hệ thống báo cháy, hệ thống an ninh Một hệ thống tích hợp đầy đủ cung cấp sống thuận tiện, an toàn bảo mật cho người sử dụng Ngoài hai xu hướng trên, khái niệm kiểm soát daylighting, thu hoạch ánh sáng ban ngày, dần phổ biến ứng dụng vào công nghệ điều khiển chiếu sáng Thu hoạch ánh sáng ban ngày sử dụng ánh sáng ban ngày hệ thống đèn nhà để liên tục điều chỉnh ánh sáng phù hợp với nhu cầu sử dụng Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà 1.2 Giới thiệu chung hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) 1.2.1 Khái niệm BMS hệ thống tự động hóa điều khiển giám sát kỹ thuật Hệ thống mang tính tổng thể cao điều khiển giám sát hệ thống kỹ thuật toàn nhà BMS thực tốt nhiệm vụ điều khiển vận hành hệ thống, môi trường thu nhận, quản lý tồn thơng số kỹ thuật thiết bị hệ thống kết nối tới Hình 0.5: Cấu tạo hệ thống BMS (Building Management System) Thông qua trao đổi thông tin, BMS điều khiển vận hành thiết bị chấp hành hệ thống kỹ thuật khác hoạt động theo yêu cầu người quản lý, đảm bảo yếu tố kỹ thuật yếu tố an toàn, an ninh,… Một hệ thống quản lý tòa nhà kết nới để điều khiển giám sát hệ thống kỹ thuật tòa nhà như: • Hệ thống thiết bị mơi trường ( điều hòa, thơng khí, giám sát mơi trường,…) • Hệ thống quản lý điện ( cung cấp điện, máy phát điện, đo đếm lượng,…) • Thang máy, thang cuốn, • Các hệ thống thiết bị lắp đặt máy chủ Hệ thống an ninh ( CCTV, hệ thống kiểm sốt vào ra, phòng cháy chữa cháy,….) Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà 1.3 Lợi ích hệ BMS Hình 0.6: Sơ đồ hệ thống BMS Tiết kiệm nhân công : Hệ thống BMS cho phép quản lý cách toàn diện số lượng lớn liệu trợ giúp thực thi việc quản lý tinh vi với đội ngũ nhân viên Hệ thống máy móc tự động làm thay trợ giúp người nhiều việc Duy trì tối ưu hóa mơi trường làm việc : Nhiệt độ, độ ẩm, khí CO2, độ sạch, ánh sáng,… Sẽ hệ thống kiểm soát giá trị tốt cho người hoạt động Tiết kiệm nguồn tài nguyên lượng : Dễ thấy nhất, hệ thống BMS giúp kiểm sốt xác tải nhiệt yêu cầu, đồng thời đáp ứng tối ưu cho nhu cầu sử dụng Điều giúp kiểm soát thất thoát lượng, đem lại hiệu kinh tết cao Tăng cường độ an tồn : Khả tích hợp chung với hệ thống security camera giám sát (CCTV), kiểm sốt vào giúp đảm bảo tòa nhà theo dõi phản ứng tự động với mối nguy Tính tiện nghi cho người dùng : thị điều chỉnh nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh, kiểm soát vùng thực dễ dàng Thậm chí khơng cần nhiều người để tác động hệ thống máy tính tập trung kết nối internet giúp lệnh đâu 1.4 Giao thức kết nối hệ thống tòa nhà 1.4.1 Giao thức Protocol Giúp cho máy tính cá nhân giao tiếp với máy tính khác Hệ điều hành DOS xuất hiện, chấp nhận IBM, nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn cho nhiều ngành cơng nghiệp máy tính Người sử dụng khơng phải lo lắng việc có hay khơng hệ thống giao tiếp với hệ thống khác 10 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Hình 3.8: Giao diện download chương trình Chọn Start all ấn Finish Hình 3.9: Giao diện kết thúc download chương trình 3.2.3 Giám sát thực chương trình Để tạo hệ thống chiếu sáng cho tầng tòa nhà, ta làm hệ thống riêng khu: Phòng họp, wc, phòng giải trí, hành lang Sau làm hệ thống tổng để đóng/mở tồn hệ thống Đóng mở gồm nút ấn Start Stop 27 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Hình 3.10: Gán thuộc tính cho nút ấn đối tượng Hình 3.11: Sơ đồ hệ thống điều khiển tổng 28 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Hình 3.12: Sơ đồ đóng/mở hệ thống chiếu sáng phòng họp Hình 3.13: Sơ đồ đóng/mở hệ thống chiếu sáng hành lang 29 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Hình 3.14: Sơ đồ đóng/mở hệ thống chiếu sáng phòng giải trí Hình 3.15: Sơ đồ đóng/mở hệ thống chiếu sáng Wc 30 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Hình 3.16: Sơ đồ đóng/mở hệ thống chiếu sáng cho tồn hệ thống 31 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà 3.3 Cách tạo dự án Sau hồn tất chương trình PLC, để thiết kế giao diện mô hệ thống WinCC, ta thực sau: Bước 1: Từ Project tree ta chọn Add new device Hình 3.17: Thêm lựa chọn thiết bị TIA Portal Bước 2: Khi hình Add new device hiển thị ta chọn PC systems → SIMATIC HMI application → WinCC RT Professional để tạo trạm SIMATIC PC Hình 3.18: Tạo module mơ WinCC RT Professional 32 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Bước 3: Khi tạo trạm SIMATIC PC ta tạo giao thức truyền thông WinCC PLC cách chon Communication modules → PROFINET / Ethernet → kích chuột chọn IE genaral thả vào SIMATIC PC station Hình 3.19: Tạo module giao tiếp WinCC PLC Bước 4: Sau tạo giao thức truyền thông WinCC PLC, ta thực kết nối PLC WinCC, ta chọn Network view → Netwwork devices Từ Network devices trỏ chuột vào cổng Ethernet PLC, sau kéo thả vào cổng Ethernet, tạo nên kết nối phần cứng phần mềm Hình 3.20: Tạo kết nối phần cứng WinCC PLC (Network) Tiếp theo chọn Connections, tương tự Network devices, ta trỏ chuột vào cổng Ethernet PLC, sau kéo thả vào cổng Ethernet, tạo nên kết nối logic WinCC PLC Sau việc kết nối hồn tất, PLC WinCC có kênh giao tiếp sau: 33 Bộ môn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Hình 3.21: WinCC PLC kết nối với Để chắn PLC WinCC kết nối với nhau, ta kiểm tra lại cách chọn Compile, hệ thống báo khơng có lỗi kết nối hồn tất Hình 3.22: Chọn Compile để kiểm tra lỗi 3.4 Thiết kế giao diện Sau WinCC PLC kết nối, chuyển sang thiết kế giao diên cho dự án Đầu tiêm khởi tạo hình Screen: Chọn PC-System_1 [SIMATIC PC station] → HMI_RT_1 [WinCC RT Professional] → Screens → Add new screen Hình 3.23: Tạo Screen 34 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Màn hình HMI tạo sau: Hình 3.24: Giao diện ban đầu Screens Khi tạo hình, ta thực thiết kế giao diện cho dự án cách sử dụng hình ảnh hộp cơng cụ (Toolbox) tích hợp sẵn WinCC Những hình ảnh WinCC đa dạng từ hình tới Smart Object Hình 3.25: Các tùy chọn Objects 35 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Hình 3.26: Smart Objects Sau lựa chọn thiết bị cần thiết cho dự án, ta tiến hành cấu hình cụ thể cho đối tượng cho chạy chương trình ta giám sát hệ thống cách dễ dàng hiệu Khi cấu hình cho đối tượng dự án, ta gán Tags khai báo cho chúng vào công cụ: - Properties: chỉnh sửa phông nền, phông chữ… - Animations: tạo nên hiệu ứng hiển thị, chuyển động… - Events: tạo kiện trình hệ thống hoạt động tác động nút ấn… 36 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Từ yêu cầu trên, nhóm thiết kế giao diện hệ thống chiếu sáng tầng tòa nhà Keangnam Hà Nội hình dưới: Hình 3.27: Mơ hệ thống chiếu sáng tòa Keangnam Hà Nội 37 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà CHƯƠNG MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 4.1 Khởi động WinCC runtime, mô thực tế Hình 3.28: Chọn Start Simulation khởi động WinCC Hình 3.29: Hệ thống sau mơ Đèn vàng báo hiệu đèn sáng đèn xám báo hiệu đèn tắt ( có video mơ phỏng) 38 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Hình 3.30: Chiếu sáng phòng họp Hình 3.31: Chiếu sáng hành lang 39 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Hình 3.32: Chiếu sáng wc Hình 3.33: Chiếu sáng phòng giải trí 40 Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà CHƯƠNG KẾT LUẬN 5.1 Kết yêu cầu đạt - Hiểu biết thêm hệ thống tự động hóa tòa nhà Thơng qua BTL nhóm hiểu biết hệ thống chiếu sáng tòa nhà, từ xây dựng mơ hệ thống 5.2 Những vấn đề tồn cần khắc phục - 41 Chưa nắm bắt hết phần mềm mô phỏng, thao tác mô Bản mơ sơ sài, cần khắc phục ... khác 10 Bộ môn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà Với hệ thống tự động hóa tòa nhà Mỗi nhà sản xuất phát triển hệ thống riêng họ Khơng có tiêu chuẩn ngành để làm theo Kết hệ thống đến từ nhà sản xuất... xuất, ứng dụng tự động hóa q trình cơng nghiệp tự động hóa tòa nhà, mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) hoạt động hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin hệ thống tự động hóa thiết bị trường... HƯỚNG DẪN Th.S Hồng Quốc Xun Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà MỤC LỤC Bộ mơn Tự Động Hóa Mơn TĐH Tòa Nhà LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày việc xây dựng toàn nhà cao tầng làm công sở, trung tâm