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.
Đồ án tốt nghiệp đại học Thiết kế, nâng cấp hệ thống BMS
3.1.10 Kiến trúc của hệ thống điều khiển
Hình 3.1 Kiến trúc của hệ thống điều khiển 3.1.11 Giao diện vận hành đầu – cuối
Các máy tính điều khiển trung tâm và các tủ điều khiển kỹ thuật số được kết nối với nhau qua mạng Ethenet TCP/IP, tốc độ đường truyền 100Mb/s. Toàn bộ việc vận hành điều khiển được thực hiện thông qua màn hỡnh giao diện đồ họa của máy tính điều khiển trung tâm.
3.1.12 Điều khiển tự động bằng các chương trình tại chỗ
Trong tất cả mọi thời điểm, các tủ DDC lưu giữ các chương trình điều khiển tự động các thiết bị khác nhau. Cho dù khi hệ thống mạng có sự cố, các tủ điều khiển kỹ thuật số này vẫn có thể hoàn toàn độc lập điều khiển các thiết bị mà nó quản lý giám sát cho tới khi hệ thống BMS được phục hồi.
Hệ thống điều khiển đầu cuối BMS : Trạng thái - Báo động, Cảnh báo & Giám sát
Alarm status: Hiển thị liên tục các trạng thái báo lỗi của hệ thống. Nó cho phép xem và bỏ qua các sự cố đã được kiểm tra. Trạng thái alarm còn có thể chọn lọc theo các point , theo chủng loại hoặc thời gian báo lỗi. Người vận hành cũng có thể sử dụng các ghi chú (note) đính kèm với các điểm báo lỗi để thuận tiện cho việc theo dõi, xử lý sự cố khi thực hiện bàn giao giữa các ca trực của các nhân viên vận hành khác nhau, người vận hành còn có thể sử dụng ứng dụng kéo thả các tín hiệu alarm để thực hiện tìm nhanh trên màn hình đồ họa…
Đồ án tốt nghiệp đại học Thiết kế, nâng cấp hệ thống BMS
System Activity Log: Lưu lại tất cả các hoạt động thao tác trên hệ thống, hình thức tác động , cấp độ và người vận hành ( user) thực hiện. Nó cho phép kiểm tra lại các sự việc đã xảy ra dùng chức năng kiểm tra theo các báo cáo thời gian (history).
3.1.13 Thời gian phản hồi của hệ thống kiểm soát
Các tín hiệu báo động nhận về từ hệ thống có tính chất thời gian thực.
3.1.14 Bảo vệ nguồn
Nguồn điện cung cấp cho tất cả các tủ điều khiển kỹ thuật số được cung cấp nguồn nuôi không gián đoạn UPS, nguồn điện này sẽ liên tục duy trì chế độ hoạt động của các thiết bị điều khiển số này là loại 230V có khả năng tự duy trì hoạt động của hệ thống trong 10 phút và được càI đặt để hệ thống tự động shutdown sau 8 phút mất nguồn điện lưới.
3.1.15 Truy cập và mật mã của người sử dụng
User account : cho phép thiết lập quyền sử dụng hệ thống của từng user tạo nên tính bảo mật của hệ thống, hệ thống chấp nhận tới 250 user sử dụng. có thể phân quyền theo phạm vi và phân quyền theo chức năng. Tuỳ theo đối tượng sử dụng (User) mà hệ thống cho phép xem, sử dụng và quản lý từng chức năng phù hợp. Những user có quyền sử dụng cao nhất có thể phân chia các tính năng cho từng User khác từ hộp thoại chọn lọc. Phân quyền theo phạm vi có 3 mức:
Edit/Command : là cấp ưu tiên cao nhất, người sử dụng pass word có cấp độ ưu tiên này thực hiện được các thao tác sửa đổi bổ xung các điểm điều khiển và chương trình điều khiển, thay đổi cấu trúc của hệ thống điều khiển, thực hiện điều khiển các thiết bị.
Command: ở cấp độ này người vận hành thực hiện được thao tác điều khiển các thiết bị nhưng không có các quyền để thay đổi các chương trình, cấu trúc của hệ thống điều khiển.
Read only: ở cấp độ ưu tiên này người vận hành chỉ có thể xem, theo dõi hoạt động của các điểm được cấp quyền theo dõi mà không được thực hiện các lệnh điều khiển đối với các ứng dụng điều khiển.
Đồ án tốt nghiệp đại học Thiết kế, nâng cấp hệ thống BMS
Hình 3.2 Thiết lập, quản lí, User account 3.1.16 Bảo vệ vi rút máy tính
Các máy tính điều khiển được cài đặt các phần mềm diệt Vi rút chuyên dụng để chống lại sự xâm nhập của Vi rút máy tính.
Nhận xét: Sau khi tham khảo các giải pháp BMS của các hãng như Simen,Honeywell, Johnson controls, KT (KT telecom)…tôi và nhóm xây dựng dự án của VTC online phân tích như sau :hiện tại hệ thống điều khiển cho điều hòa đang sử dụng của Johnson controls (phần mềm điều khiển, bộ điều khiển DDC) vì vậy phương án thiết kế BMS cho tòa nhà VTC Online là tiếp tục sử dụng giải pháp của Johnson controls để thiết kế hệ thống BMS vì có thể sử dụng lại được phần mềm, các bộ điều khiển DDC hiện có, giảm chi phí đầu tư cho chủ đầu tư.
3.2 Sử dụng BMS của hãng Johnson Controls cho tòa nhà VTC online.
Về cấu trúc hệ thống BMS của Johnson controls
Đồ án tốt nghiệp đại học Thiết kế, nâng cấp hệ thống BMS
3.2.1 Giao Diện
Một phần mềm trọn gói được sử dụng cho việc giao tiếp giữa người và máy tính. Tất cả các ngõ vào, ngõ ra, điểm đặt và các thông số khác …, như trình bày trong các bản vẽ thiết kế, bảng điểm hoặc được yêu cầu trong phần mềm hệ thống phải hiển thị cho người vận hành xem và sửa đổi
Phần mềm giao diện với người sử dụng phải có phần hướng dẫn trợ giúp cho từng thao tác và ứng dụng.
Tất cả các thông số hoạt động của hệ thống phải được hiển thị cho người vận