Nghiên cứu, triển khai hệ thống nhà thông minh theo tiêu chuẩn knx

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Phan Minh Trí MSSV: 15064391 (2): Nguyễn Văn Thật MSSV: 15067801 Tên đề tài NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI NHÀ THÔNG MINH THEO TIÊU CHUẨN KNX Nhiệm vụ (Nội dung số liệu ban đầu) -Tìm hiểu, nghiên cứu thiết bị thơng minh dùng -Tìm hiểu số tiêu chuẩn dùng lĩnh vực -Tìm hiểu số hãng tiếng lĩnh vực -Cách sử dụng phần mềm ETS dùng lập trình -Thiết lập chương trình ETS mô dự án nhỏ Kết dự kiến Tạo dựng dự án nhỏ sở vẽ mặt bằng, tiến hành mô chạy Ngoài hiểu cấu hoạt động số thiết bị cách bố trí chúng, thiết lập cấu hình cho thiết bị tùy vào nhu cầu người sử dụng Tp HCM, ngày 31 tháng năm 2019 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên Võ Trung Kiên Trưởng mơn i KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN iii KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Lời nói đầu TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH VÀ TIÊU CHUẨN KNX - 1.1 Tổng quan nhà thông minh - 1.2 Khái niệm tiêu chuẩn KNX 1.3 Sự đời tiêu chuẩn KNX 1.4 Hệ thống KNX 1.5 Những thành phần hệ thống điều kiển tòa nhà KNX - 1.5.1 Thiết bị hệ thống - 10 1.5.2 Nhận phát lệnh (sensors: nút bấm, ) 10 1.5.3 Cơ cấu chấp hành, thực thi lệnh (actuators: relay mở đèn, ) - 10 1.5.4 Phần mềm Engineering Tool Software (ETS) - 11 1.6 Các giải pháp KNX - 12 1.7 Lắp đặt hệ thống KNX 13 1.8 Ứng dụng lợi ích hệ thống KNX 14 1.8.1 Ứng dụng 14 1.8.2 Lợi ích 15 1.8.3 Lý bạn nên chọn nhà thông minh tiêu chuẩn KNX 16 CHƯƠNG GIỚI THIỆU MỘT VÀI THIẾT BỊ CỦA ABB VÀ LEGRAND 17 2.1 Các thiết bị hệ thống nhà thông minh ABB - 17 2.1.1 Bộ cấp nguồn SV/S 30.640.3.1 17 2.1.2 Bộ ghép tuyến LK/S 4.2 17 2.1.3 Bộ định tuyến (IP Router) - 19 2.1.4 Đồng hồ chuyển đổi thời gian FW / S 8.2.1 19 2.1.5 Thiết bị truyền động làm mờ Dimmer UD/S 4.315.2 20 2.1.6 Thiết bị truyền động chuyển đổi Switch Actuator - 21 2.1.7 Thiết bị DALI-GATEWAY (DG/S 1.1) - 22 2.1.8 Thiết bị truyền động rèm cửa Blind Shutter JRA 23 iv KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT 2.1.9 Thiết bị truyền động quạt, van khí 24 2.1.10 Thiết bị ghi nhận thông số thời tiết WZ/S 1.3.1.2 25 2.1.11 Màn hình cảm ứng KNX - 26 2.2 Hệ thống lạc nội Welcome ABB liên 28 2.3 Hệ thống cảnh báo đột nhập báo cháy L240 ABB - 29 2.3.1 Trung tâm báo động chống đột nhập - 29 2.3.2 Các sensor - đầu báo 30 2.4 Các thiết bị hãng LEGRAND 33 2.4.1 KNX Multi-application controller 16 outputs - 33 2.4.2 KNX channels universal dimmer 36 2.4.3 KNX/IP gateway withrouter (Bộ định tuyến) - 38 CHƯƠNG ỨNG DỤNG LẬP TRÌNH ETS 43 3.1 Bản vẽ autocad phân bố thiết bị - 43 3.2 Lập trình điều khiển thơng qua smartphone - 56 3.2.1 Lập trình ETS - 56 3.2.2 Lập trình AYCONTROL 60 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - 63 4.1 Kết đạt - 63 4.2 Kết chưa đạt 63 4.3 Một số khó khăn thực đề tài 64 4.4 Phương hướng phát triển đề tài 64 Tài liệu tham khảo - 65 PHỤ LỤC 66 v KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Hinh 1 Home Automation Hinh Điều khiển nhà thông smartphone Hinh Remote Home Control Hinh Quản lí thông số thông qua smartphone Hinh Hệ thống dây dẫn liên lạc điều khiển Hinh KNX Standard Hinh Bộ nối 10 Hinh Nhận phát lệnh hệ thống KNX 10 Hinh Cơ cấu chấp hành lệnh Actuator 11 Hinh 10 Phần mềm ETS 12 Hinh 11 Các giải pháp hệ thống KNX 12 Hình Bộ cấp nguồn SV/S 30.640.3.1 17 Hình 2 Cấu trúc liên kết ghép tuyến 18 Hình Vị trí Bộ định tuyến IP hệ thống KNX 19 Hình Đồng hồ chuyển đổi thời gian FW / S 8.2.1 19 Hình Thiết bị truyền động làm mờ Dimmer UD/S 4.315.2 20 Hình Thiết bị truyền động chuyển đổi Switch Actuator 21 Hình Sơ đồ kết nối SA/S với thiết bị hệ thống 22 Hình Sơ đồ kết nối DALI-GATEWAY hệ thống 22 Hình Thiết bị truyền động rèm cửa Blind Shutter JRA 23 Hình 10 Thiết bị truyền động quạt, van khí 24 Hình 11 Thiết bị ghi nhận thông số thời tiết WZ/S 1.3.1.2 25 Hình 12 Màn hình cảm ứng KNX 26 Hình 13 Hệ thống liên lạc nội Welcome ABB 28 Hình 14 Hệ thống cảnh báo đột nhập báo cháy L240 ABB 29 Hình 15 KNX Multi-application controller 16 outputs 33 Hình 16 Bảng thơng số kĩ thuật thiết bị 34 Hình 17 Các thơng số kích thước thiết bị 34 Hình 18 Các loại tải đáp ứng phù hợp cho loại 35 Hình 19 Sơ đồ kết nối ba pha thiết bị 36 Hình 20 KNX channels universal dimmer and KNX universal dimmer extension 36 Hình 21 Các loại tải công suất loại 37 vi KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Hình 22 Sơ đồ kết nối thiết bị 38 Hình 23 Sơ đồ kết nối đơn thiết bị 38 Hình 24 KNX/IP gateway with router 38 Hình 25 Sơ đồ kết nối thiết bị 41 Hình Bản vẽ mặt thiết bị tầng hầm 43 Hình Sơ đồ tủ ADB tầng hầm 44 Hình 3 Bản vẽ mặt thiết bị tầng 45 Hình Sơ đồ tủ ADB tầng 46 Hình Bản vẽ mặt thiết bị tầng 47 Hình Sơ đồ tủ ADB tầng 48 Hình Bản vẽ mặt tầng 49 Hình Sơ đồ tủ ADB tầng 50 Hình Bản vẽ mặt thiết bị tầng thượng 51 Hình 10 Sơ đồ tủ ADB tầng thượng 52 Hình 11 Sơ đồ nguyên lí 6197/14-101-500 53 Hình 12 Sơ đồ nguyên lí SA/S 12.16.2.1 54 Hình 13 Sơ đồ ngun lí JRA/S 8.230.2.1 55 Hình 14 Tổng chi phí thiết bị dự án (khơng tính đèn) 55 Hình 15 Tạo cấu trúc thêm thiết bị 57 Hình 16 Cài đặt thông số cho JRA/S 4.24.5.1 58 Hình 17 On/Off cho line A 58 Hình 18 On/Off line B 58 Hình 19 On line C 59 Hình 20 Điều chỉnh làm mờ line C 59 Hình 21 Chạy động rèm 59 Hình 22 Dừng động rèm 59 Hình 23 Các chức ngăn nút nhấn 6127 60 Hình 24 Tạo file thêm dự án 61 Hình 25 Điều khiển chức dự án 61 Hình 26 Cấu trúc mô dự án 62 Hình 27 Tải liệu qua điện thoại 62 vii KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Lời nói đầu Ngày nay, với phát triển kinh tế chung với nghành khác phát triển theo.Đặc biệt nhóm nghành phục vụ khách hàng (dịch vụ) Người dùng ngày có mức sống tốt hơn, mà nhu cầu chỗ ăn, chỗ ngủ nâng cao lên Bây người dùng đòi hỏi nhà họ sống phải nâng cao, theo khía cạnh cần phải nâng cấp thêm chức đặc biệt tự động kêu chủ nhân thức dậy sáng, nhận biết có nguy hiểm xung quanh, cảnh báo thời tiết thay ngơi nhà theo nghĩa đen ngơi nhà theo cách nhìn khác thơng minh với chức tốt Từ điều lĩnh vực “Smart home” đời ngày phát triển Do em định chọn đề tài tốt nghiệp em, với mong muốn đáp ứng nhu cầu khách hàng để đất nước ngày văn minh đại Trong trình thực đề tài chúng em gặp nhiều khó khăn, nhiên nhờ có thầy khoa Điện, đặc biệt chúng em xin cảm ơn thầy Võ Trung Kiênlà giảng viên hướng dẫn đồ án, anh Tuấn,anh Hảo anh phận kĩ thuật công ty TNHH tích hợp hệ thống Liên Minh tận tình dạy cho chúng em nhiều kinh nghiệm để tháo gỡ khó khăn hồn thành báo cáo cách tốt Em xin chân thành cảm ơn KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Trong năm gần khái niệm Tự động hóa trở nên quen thuộc khơng cịn khái niệm sử dụng lĩnh vực chuyên môn kỹ thuật đặc thù Tự động hóa góp mặt lĩnh vực từ sản xuất phục vụ sống ngày Mục tiêu công nghệ tự động hóa xây dựng hệ thống mà trung tâm người, người thực việc đặt yêu cầu thao tác thực yêu cầu đó, tùy theo lĩnh vực, trình, đảm nhận hệ thống kỹ thuật đặc trưng Mục đích giải phóng sức lao động người, nâng cao hiệu sản xuất Hiện giới, hệ thống thông minh, tự động điều khiển áp dụng rộng rãi cho thấy đóng góp quan trọng khơng thể phủ nhận Việc xây dựng cơng trình ngày gần thiếu việc triển khai, áp dụng hệ thống tự động Với cơng trình xây dựng cơng nghiệp dân dụng, hệ thống kỹ thuật tự động gọi chung hệ thống tự động hóa tịa nhà đóng vai trị quan trọng việc trì điều kiện làm việc lý tưởng cho cơng trình, cho người thiết bị hoạt động bên cơng trình Một hệ thống tự động hồn chỉnh cung cấp cho cơng trình giải pháp điều khiển, quản lý điều kiện làm việc nhiệt độ, độ ẩm, lưu thơng khơng khí, chiếu sáng, hệ thống an ninh, báo cháy, quản lý hệ thống thiết bị kỹ thuật, tiết kiệm lượng tiêu thụ cho cơng trình, thân thiện với mơi trường Ở Việt Nam, năm gần khơng khó để nhận đóng góp hệ thống tự động cơng trình cơng nghiệp dân dụng Những khái niệm quản lý tòa nhà, tiết kiệm lượng cơng trình, thân thiện với mơi trường… khơng mẻ Tuy nhiên, mức độ áp dụng hệ thống nói chung có giới hạn, chưa thực sâu rộng Điều thay đổi nhanh chóng năm tới đây, nhịp độ xây dựng cơng trình đại ngày cao, hệ thống tự động hóa tịa nhà ngày có lực độ tin cậy lớn hơn, lợi ích việc áp dụng hệ thống ngày rõ nét Cuốn báo cáo cung cấp kiến thức việc thiết kế hệ thống tự động hóa tịa nhà, từ hệ thống chiếu sáng, rèm cửa, an ninh, báo cháy, liên lạc nội bộ…Cho nhìn tổng quan hệ thống tịa nhà thơng minh KNX Nội KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT dung chương xoay quanh việc tập trung mô tả tính năng, lợi ích hệ thống cần tích hợp hệ thống nhà thơng minh Và áp dụng số ứng dụng vào phòng học V5.3, khoa Công nghệ Điện nhằm tạo trực quan sinh động mơ hình sinh viên tham quan, học tập Một yêu cầu cốt yếu hệ thống tịa nhà thơng minh phải tích hợp hệ thống riêng lẻ lại với để vận hành, quản lý điều khiển phương thức khác Điều tác giả trình bày phạm vi báo cáo PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Thêm phịng cho dự án Bước Thêm thiết bị vào dự án Thêm thiết bị cần thiết Bước Tiến hành cài đặt thông số cho thiết bị Tùy thuộc vào yêu cầu thiết kế ta tiến hành cài đặt thông số cho phù hợp cách chỉnh phần Parametter 68 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Cài đặt thông số cho thiết bị Bước Tiến hành tạo group address nhằm tạo danh mục điều khiển cụ thể Tạo group address 69 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Tạo phần điều khiển Tạo chức điều khiển 70 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Tạo chức điều khiển Tạo đối tượng điều khiển “đèn” 71 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Tạo đối tượng điều khiển “ chạy động cơ” Tạo đối tượng điều khiển “ dừng động cơ” Sau tạo xong ta tiến hành link thiết bị lại với 72 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Điều khiển cho đèn a Điều khiển chạy động 73 PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Điều khiển dừng động Sau làm xong ta tiến hành tải cấu hình lên hệ thống chạy thử B.Lập trình ayControl Dưới phần lập trình thơng qua điện thoại ứng dụng Ay Control, tìm hiểu chút phần mềm để từ có nhìn tổng quan Nội dung phần không đề cập nhiều đến lập trình ETS 5, phần giới thiệu mục 4.1 vừa rồi, kết hợp với chương tạo dự án nhỏ đầu chương đề cập Giới thiệu phần mềm ayControl ayControl Editor phần mềm dựa ứng dụng phục vụ chức thành phần sử dụng để kiểm tra thời gian vô hạn Ứng dụng 74 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT cải tiến, nâng cấp với Aycontrol Upgrade Packages cách dễ dàng, mà không cần cài đặt Với Aycontrol, bạn dễ dàng tắt mở điều chỉnh độ sáng đèn, bạn có thể: + Dim tắt/mở cá nhân đèn nhóm đèn + Bật/ tắt tất đèn + Tích hợp mơ ngữ cảnh Aycontrol hành Iphone, Ipad, Ipod touch thiết bị Android hỗ trợ, hệ thống EIB/KNX, mà DMX Khả dễ dàng sử dụng điều khiển đèn Aycontrol hỗ trợ thị trạng thái ánh sáng, điều khiển trượt cơng tắc đèn có báo - Aycontrol KNX, kết hợp với ứng dụng EcoButter KNX, giúp bạn giảm tiền điện Ngơi nhà thông minh bạn tuân thủ mệnh lệnh bạn Các chức như: “30 phút sau mặt trời mọc, hạ rèm xuống” tạo cách dễ dàng mà khơng cần có kiến - Thơng qua giao thức hồng ngoại Aycontrol, điều khiển từ xa thiết bị đa phương tiện (TV, stereo…) vài phút Sau cài đặt, nhiều thiết bi điều khiển từ xa hữu bị thay toàn đối tượng điều khiển thoải mái qua thiết bị đa phương tiện thông qua ayControl thiết bị iOS / Android bạn - Dễ dàng lập trình ngữ cảnh Nội dung thực hành Trong phần tiến hành dùng phần mềm để điều khiển thiết bị bao gồm JRA/S 4.24.5.1,SA/S 4.6.1.1 Chúng ta có phần, phần đầu cấu hình cho thiết bị ( thực mục 4.1) phần thực lập trình phần mềm ayControl Các bước tiến hành sau: B1: Tạo tập tin với tên “tịa nhà thơng minh” cách chọn vào biểu tượng tờ giấy màu trắng công cụ 75 PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tạo tập tin B2 Tạo kết nối điền địa IP Ip router vào, trường hợp chưa biết địa dùng đến phần mềm Advance IP để tìm Ở bước này, ta nên ưu tiên tìm địa IP router cho xác, làm bước khơng cẩn thận sau kết nối xảy lỗi thiết bị dùng chung mạng địa nhập bước sai Tạo kết nối Bước Tải liệu ETS vào phần mềm ayControl Đầu tiên, để ý phía bên trái phần mềm chọn ETS import >next > chọn dự án mà ta vừa lập trình > Open 76 PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tải liệu từ ETS Sau làm xong bước thấy xuất cửa sổ, ta kích chọn next để qua hình sau “ Thêm chức cho dự án Tiến hành thêm cách chọn vào “den a” >Add/Join, tương tự hết Sau làm xong ta có hình bên 77 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Các chức sau thêm vào Bước Tiến hành tạo nhãn, nút nhấn điều khiển cho chương trình Đầu tiên, kích vào biểu tượng “control” sát bên cạnh biểu tượng connection ban nãy, xuất bảng chọn giúp lựa chọn nút nhấn phù hợp Ở chọn switch blind đối tượng điều khiển phần đèn rèm Có thể nói thiết bị chiếm số lượng chủ yếu can nhà Kích chuột chọn New > next > den a Tương tự cho rèm cần thay đổi thành blind Sau làm xong ta có hình bên Tạo nhãn, nút nhấn biểu tượng cho chức 78 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Bước Tạo cấu trúc cho đối tượng điều khiển: Hầu hết ngơi nhà/căn hộ có thành nhiều tầng tầng chia làm nhiều phịng Ví dụ: ngơi nhà chia làm nhiều phần (“lầu 1”, “lầu 2”…) lầu chia làm nhiều phòng là: phòng khách, phòng ngủ, phòng ăn,…Cấu trúc ứng dụng Aycontrol xây dựng theo hướng tương tự Trong Structure tab cửa sổ làm việc tạo thành phần, phịng Mỗi phịng tạo nhiều layout phụ thuộc vào loại thiết bị di động mà bạn có Thiết lập loại hình đứng ngang Bước Tiến hành thiết lập đối tượng điều khiển Tiến hành chọn Control > chọn đối tượng điều khiển, kết ta hình 79 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Thiết lập đối tượng điều khiển Bước Chuyển liệu cấu hình sang thiết bị di động Tìm kiếm tải ứng dụng với tên Aycontrol KNX +IoT…trên Appstore (Hệ điều hành IOS) CH play (Hệ điều hành Android) Tạo tài khoản trang web aycontrol.com để đăng nhập vào phần mềm điện thoại Mở chức tải liệu điện thoại từ phần mềm aycontrol máy tính Lưu ý: máy tính điện thoại kết nối chung mạng Ngoài ra, số phiên CH play cho phép lưu tối đa dự án, tiến hành truyền liệu vào điện thoại ta phải ý đến vấn đề kẻo tránh trường hợp máy tính thơng báo lỗi 80 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT Sau tải xong tiến hành điều khiển qua điện thoại để quan sát kết 81 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT 82 ... nhân nhà 1.8.3 Lý bạn nên chọn nhà thông minh tiêu chuẩn KNX  Công nghệ Nhà thông minh theo chuẩn KNX hiệp hội KNX hệ thống điều khiển tiên tiến, không cần xử lý trung tâm Hệ thống thông minh. .. NGHIỆP PHAN MINH TRÍ- NGUYỄN VĂN THẬT CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ THÔNG MINH VÀ TIÊU CHUẨN KNX 1.1 Tổng quan nhà thông minh Nhà thông minh (tiếng Anh "Smart Home") hệ thống nhà thông minh nhà/ căn hộ... KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP 1.2 Khái niệm tiêu chuẩn KNX KNX (Konnex) tiêu chuẩn toàn cầu cho hệ thống quản lý, điều khiển tịa nhà thơng minh, phát triển ba tiêu chuẩn trước đó: European Home Systems