nghiên cứu ứng dụng hệ thống quản lý tòa nhà thông minh (ibms)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN THỊ DUNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ
TÒA NHÀ THÔNG MINH (IBMS)

Chuyên ngành:

Kỹ thuật điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN VĂN KHANG

Hà Nội – Năm 2010


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tòa nhà thông mình là một trong những xu hướng phát triển đầy triển vọng
nơi hội tụ của tất cả các công nghệ, nó giúp cho cuộc sống và sinh hoạt của
mọi người trong tòa nhà trở nên tiện lợi và hiệu quả hơn. Luận văn này hướng
tới việc nghiên cứu ứng dụng của hệ thống quản lý tòa nhà thông minh và đi
sâu vào nghiên cứu hệ thống giám sát an ninh cho tòa nhà thông minh dựa
trên hệ thống giám sát an ninh đã được triển khai trong thực tế. Qua đó ta có
thể rút ra được những kinh nghiệm, công nghệ để quản lý các tòa nhà hiện đại
và có thể đưa ứng dụng hệ thống quản lý giám sát an ninh vào giúp ích cho

việc quản lý toàn nhà.
Nội dung của luận văn bao gồm 3 chương với cách tiếp cận từ các khái niệm
cơ bản về nhà thông minh ở chương 1, 2 tới việc nghiên cứu thực tiễn của hệ
thống quản lý hệ thống giám sát an ninh cho toàn nhà thông minh ở chương 3.

ii


MỤC LỤC
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................ ii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt..................................................................... vi
Danh mục các bảng .................................................................................................. vii
Danh mục các hình vẽ, đồ thị.................................................................................. viii
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................x
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS ..................................................1
1.1.

Giới thiệu chung ...........................................................................................1

1.2.

Cấu hình hệ thống.........................................................................................2

1.2.1. Cấu trúc...................................................................................................3
1.2.2. Nền tảng của hệ BMS .............................................................................5
1.2.3. Phân loại .................................................................................................6
1.3.

Ưu điểm nhược điểm..................................................................................10

1.3.1. Đối với chủ đầu tư ................................................................................10
1.3.2. Đối với người sử dụng ..........................................................................11
1.4.

Ứng dụng ....................................................................................................11

CHƯƠNG II: CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG..........................................13
2.1.

Hệ thống quản lý toà nhà............................................................................13

2.2.

Hệ thống điều hoà không khí (HVAC) ......................................................14

2.2.1. Hệ thống điều hòa trung tâm ................................................................14
2.2.2. Hệ thống điều hòa khu vực ...................................................................15
2.3.

Hệ thống chiếu sáng thông minh................................................................15

2.3.1. Khu vực công cộng ...............................................................................16
2.3.2. Khu vực nhà xe .....................................................................................16
2.4.

Hệ thống quản lý bãi đỗ xe.........................................................................17

2.5.

Hệ thống báo cháy......................................................................................18

2.5.1. Cấu trúc hệ thống..................................................................................19
2.5.2. Các thiết bị báo cháy dùng cho nhà cao tầng........................................21
2.5.3. Các thiết bị máy móc hoạt động liên quan tới hệ thống báo cháy:.......25

iii


2.6.

Hệ thống giám sát an ninh..........................................................................26

2.6.1. Hệ thống quản lí truy nhập ...................................................................27
2.6.2. Hệ thống canh gác, bảo vệ. ...................................................................30
2.6.3. Hệ thống thông tin ................................................................................31
2.7.

Hệ thống truyền hình CATV......................................................................32

2.8.

Hệ thống quản lý thang máy ......................................................................32

2.9.

Hệ thống quản lí điện năng ........................................................................33

CHƯƠNG III: Giải pháp hệ thống giám sát an ninh ................................................34
3.1.

Giới thiệu về giải pháp ...............................................................................34

3.1.1. Tổng quan .............................................................................................34
3.1.2. Giải pháp cho các tòa nhà thông minh..................................................36
3.1.3. Chi tiết các chức năng của hệ thống .....................................................38
3.1.4. Lợi ích sử dụng .....................................................................................43
3.2.

Mô hình hệ thống .......................................................................................45

3.2.1. Database................................................................................................47
3.2.2. NVR (Network Video Record).............................................................47
3.2.3. IO server ...............................................................................................47
3.2.4. Storage Area Network (SAN)...............................................................47
3.2.5. System Status Monitoring Server .........................................................48
3.2.6. SMSserver.............................................................................................48
3.2.7. Mailserver .............................................................................................48
3.2.8. Webserver .............................................................................................48
3.2.9. Client.....................................................................................................50
3.3.

Hệ thống quản lý tài nguyên hệ thống........................................................52

3.3.1. Mô hình hệ thống quản lý tài nguyên hệ thống ....................................52
3.3.2. Các chức năng.......................................................................................52
3.3.3. Các thành phần hệ thống.......................................................................55
3.3.4. Tài khoản trong hệ thống ......................................................................58
3.4.

Hệ thống giám sát cảnh báo .......................................................................62

iv


3.4.1. Mô hình.................................................................................................62
3.4.2. Các chức năng.......................................................................................63
3.4.3. Các thành phần trong hệ thống .............................................................69
3.5.

Mô hình hệ thống quản lý IO .....................................................................74

3.5.1. Mô hinh.................................................................................................74
3.5.2. Các thành phần hệ thống.......................................................................75
3.5.3. Phương thức giao tiếp giữa IO-Server và IO-BOX ..............................79
3.5.4. Các hoạt động chính của hệ thống........................................................93
KẾT LUẬN ...............................................................................................................97
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................98

v


Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Cụm từ

Tiếng anh

Tiếng việt

Admin

Administrator

Người quản trị

ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line

CSDL

Đường dây thuê bao số bất đối
xứng

Cơ sở dữ liệu

BMS

Building Management System

Hệ thống quản lý tòa nhà

DDC

Direct Digital Control

Điều khiển số trực tiếp

AHU

Air Handing Unit

FCU

Fan-Coil Uni

PID

process identification number

Thiết bị quạt - giàn lạnh trung
tâm
Thiết bị quạt - giàn lạnh cục bộ

Intelligent Building Management

Hệ thống quản lý tòa nhà

System

thông minh

EDS

Electronic Data Systems

Hệ thống dữ liệu năng lượng

NVR

Network Video Recorder

CMS

Central Monitoring System

PTZ

Pan Tilt Zoom

ISP

Internet service provider

VCB

Vacumm Circuit breaker

Máy cắt chân không

ELD

Earth Leakage Detector

Cảm biến chạm đất

ATS

Automatic Transfer Switch

Cầu dao đảo chiều tự động

SI

System Integration

Tích hợp hệ thống

UPS

uninterruptible power supply,

Bộ lưu điện

PIN

personal identification number

Mã số cái nhân

IBMS

HVAC

Heating, Ventilating, and Air
Conditioning

vi

Nhà cung cấp dịch vụ
internet

Hệ thống điều hòa không khí


Danh mục các bảng
Bảng 1: Chức năng của tài khoản với tài khoản .......................................................59
Bảng 2: Chức năng của tài khoản với NVR..............................................................60
Bảng 3: Chức năng của tài khoản với camera...........................................................61
Bảng 4: Chi tiết các object trong hệ thống IO...........................................................81
Bảng 5: Các bản tin của giao thức IOMP .................................................................88

vii


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1: Hệ thống quản lý toà nhà thông minh............................................................2
Hình 1: Cấu trúc hệ thống quản lý toà nhà thông minh ..............................................3
Hình 2: Mô hình hệ thống quản lý toà nhà thông minh ..............................................6
Hình 3: Hệ thống điều khiển máy điều hoà nhiệt độ của savic-net FX ......................8
Hình 4: Hệ thống tự động hoá toà nhà tích hợp điển hình của Savic-net FX .............9
Hình 5: Hệ thống điều hoà không khí .......................................................................14
Hình 6: Hệ thống chiếu sáng thông minh .................................................................16
Hình 7: Hệ thống quản lý bãi đỗ xe ..........................................................................18
Hình 8: Hệ thống báo cháy........................................................................................19
Hình 9: Hệ thống giám sát an ninh ...........................................................................28
Hình 10: Hệ thống camera giám sát..........................................................................30
Hình 11: Hệ thống thông tin......................................................................................31
Hình 12: Hệ thống truyền hình CATV......................................................................32
Hình 13: Hệ thống quản lý thang máy ......................................................................33
Hình 14: Hệ thống quản lý điện năng .......................................................................33

Hình 15: Hệ thống giám sát Video surveillance .......................................................34
Hình 16: Mô hình hệ thống Video surveillance........................................................46
Hình 17: Mô hình hệ thống quản lý tài nguyên hệ thống .........................................52
Hình 18: Giao diện đăng nhập người dùng ...............................................................52
Hình 19: Giao diện quản lý tài khoản người dùng....................................................53
Hình 20: Quản lý tài khoản admin ............................................................................53
Hình 21: Thông tin người quản trị ............................................................................54
Hình 22: Thông tin khách hàng.................................................................................54
Hình 23: Cơ sở dữ liệu của hệ thống.........................................................................55
Hình 24: Hệ thống WebServer..................................................................................56
Hình 25: Chưc năng của hệ thống Server trung tâm.................................................57

viii


Hình 26: Các loại tài khoản chính trong hệ thống ....................................................58
Hình 27: Chức năng của các tài khoản trong hệ thống .............................................59
Hình 28: Hệ thống giám sát cảnh báo .......................................................................62
Hình 29: Các chức năng của hệ thống giám sát và cảnh báo....................................63
Hình 30: Giao diện giám sát Camera qua Web.........................................................65
Hình 31: Giao diện giám sát nhiều Camera đồng thời..............................................66
Hình 32: Trung tâm giám sát ....................................................................................67
Hình 33: Giao diện tìm kiếm và xem lại ...................................................................68
Hình 34: Cấu tạo camera...........................................................................................70
Hình 35: Hệ thống Server trung tâm .........................................................................71
Hình 36: Chức năng của hệ thống Server trung tâm.................................................73
Hình 37: Hệ thống quản lý IO...................................................................................74
Hình 38: Giới thiệu về IO-Box .................................................................................75
Hình 39: Cấu tạo mạch IO-Box ................................................................................76
Hình 40: Hệ thống Server trung tâm .........................................................................77

Hình 41: Giao diện người sử dụng............................................................................79
Hình 42: Hệ thống Server trung tâm .........................................................................80
Hình 43: Cấu trúc bản tin IOMP ...............................................................................90
Hình 44: Lưu đồ giao tiếp giữa IO server .................................................................91
Hình 45: Lưu đồ của IO BOX...................................................................................92
Hình 46: Phân quyền hệ thống cho các User ............................................................93
Hình 47: Xác nhận quyền sử dụng hệ thống .............................................................94
Hình 48: Hoạt động theo dõi thông số trong nhà......................................................95
Hình 49: Hoạt động điều khiển các thiết bị trong nhà ..............................................95
Hình 50: Hoạt động cảnh báo....................................................................................96

ix


MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển cao của khoa học kỹ thuật, xu hướng hội tụ công nghệ trong
ngôi nhà ngày càng trở nên rõ rệt. Những tòa nhà cao tầng đầy đủ tiện nghi cũng
như phục vụ tốt cho đời sống mọc lên ngày càng nhiều nó được tích hợp nhiều công
nghệ cũng như các hệ thống tự động hóa cao để giải phóng sức lao động của con
người cũng như tiết kiệm điện năng, giúp quản lý thông minh mềm dẻo, an toàn và
đồng bộ. Những tòa nhà đó đã dần được hoàn thiện những chức năng thông minh.
Trên thế giới đã có rất nhiều tòa nhà thông minh được xây dựng và sử dụng, nó cho
thấy ưu điểm cho người sử dụng cũng như lợi ích cho nhà quản lý.
Nhà thông minh là một hệ thống gồm có rất nhiều hệ thống nhỏ được liên kết với
nhau.
Luận văn này mong muốn đem đến các khái niệm cơ bản về nhà thông minh và
muốn nhấn mạnh tới tính ứng dụng tương lai của hệ thống quản lý giám sát anh
ninh cho tòa nhà thông minh vào thực tiễn cuộc sống.
Hệ thống giám sát an ninh đã phổ biến trên thế giới và cũng đang được ứng dụng
nhiều ở việt nam, giúp ích nhiều cho cuộc sống. Qua luận văn này em muốn đưa

đến những ưu điểm nổi bật của hệ thống đó là chức năng thông minh, chất lượng,
khả năng mở rộng cũng như giá thành tốt đó là những yếu tố quan trọng quyết định
việc ứng dụng rộng rãi của hệ thống vào cuộc sống cũng như để quản lý tòa nhà
thông minh.
Trong quá trình thực hiện, em đã được sự trợ giúp và động viên rất nhiệt tình của
thầy cô, bạn bè, và người thân. Xin gửi lời cảm ơn chân thành tới:
•

Bố mẹ, anh chị và các bạn

•

Thầy giáo (Ts) Nguyễn Văn Khang

•

Khoa Điện tử Viễn thông, Trường ĐH Bách Khoa HN

Hà Nội, ngày 1 tháng 9 năm 2010
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Dung (CHĐT1.2008-2010.ĐHBKHN)

x


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS
1.1.

Giới thiệu chung

BMS (Building Management System) là hệ thống quản lý tòa nhà bao gồm các cụm

thiết bị phần cứng như cụm cảm biến, cụm thiết bị chấp hành, cụm thiết bị điều
khiển, cụm thiết bị chuyển đổi và xử lý tín hiệu, và hệ thống phần mềm. Các cụm
thiết bị hay nhiều phương tiện truyền thông trong một mạng công nghiệp sử dụng
những giao thức chuẩn Bacnet(*) hoặc Lonwork(*) …được cung cấp sẵn để thực
hiện các nhiệm vụ quan sát, điều khiển và giám sát. Giao tiếp giữa các thiết bị đó có
thể thực hiện theo kiến trúc peer-to-peer hoặc Master-Slave.
Mục tiêu của hệ BMS là tập trung hóa và đơn giản hóa giám sát, hoạt động và quản
lý một hay nhiều tòa nhà để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của tòa nhà bằng cách
giảm chi phí nhân công và lượng tiêu thụ điện năng, và cung cấp môi trường làm
việc an toàn, thoải mái hơn cho người ngụ cư. Trong quá trình đáp ứng các mục tiêu
này, BMS đã phát triển từ hệ điều khiển giám sát đơn giản trở thành hệ điều khiển
vi tính hóa tích hợp toàn diện.
Trên thế giới hầu hết các toà nhà, các đô thị hiện đại như: tổ hợp văn phòng, chung
cư cao cấp, nhà băng, nhà chính phủ… đều được trang bị hệ thống BMS. Điều này
góp phần quan trọng trong việc khai thác hiệu quả và kinh tế các toà nhà, bên cạnh
đó giúp cho việc sử dụng các toà nhà đáp ứng được các yêu cầu về an toàn, an ninh.
Hiện nay trên đất nước ta, những tòa nhà cao tầng mọc lên ngày càng nhiều, đặc biệt
như các sân bay, trung tâm thương mại, ngân hàng, khách sạn, chung cư… Để tạo
nên môi trường làm việc, sinh hoạt an toàn và tiện nghi thì áp dụng hệ thống quản lý
tòa nhà là một yêu cầu không thể thiếu được trong mỗi công trình xây dựng.
(*)BACnet (Building Automation and Control network Protocol): Giao thức truyền
thông của hệ thống điều khiển và tự động hoá toà nhà. BACnet là lớp mạng cấp cao,
cấp giao tiếp giữa máy tính server vả các bộ quản lý chung của tòa nhà.

1


(*)Lonwork (Local Operating Network Tech) là chuẩn chung dùng cho điều khiển
mạng. Gồm một nhóm các thiết bị làm việc cùng nhau để giám sát các cảm biến,
điểu khiển các cơ cấu chấp hành, truyền thông tin cậy với protocol mở rộng, quản lí

hoạt động của mạng, cung cấp việc truy cập dữ liệu mạng từ xa hoặc tại chỗ.
1.2.

Cấu hình hệ thống

Hình 1: Hệ thống quản lý toà nhà thông minh

2


1.2.1. Cấu trúc
Hệ thống điều khiển tự động tòa nhà BMS được thiết kế theo mô hình điều khiển
phân lớp. Một hệ thống BMS thường được thiết kế theo mô hình 4 lớp:

Hình 2: Cấu trúc hệ thống quản lý toà nhà thông minh
¾ Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành: Đặt tại các hiện trường như:
Các thiết bị như cảm biến (sensor), Sensor nhiệt, ánh sáng, chuyển động,
hồng ngoại… bộ chấp hành (actuator), Điều hoà không khí, máy sản xuất
nước lạnh (Chillers), bơm (Pump), quạt (Fan), thang máy… các bộ field
controller để giao tiếp trục tiếp với các khu vực có các ứng dụng cần điều
khiển. Làm nhiệm vụ thu thập các thông số: trạng thái hoạt động, nhiệt độ,
áp suất, mức, lưu lượng, công suất, dòng, áp... Và thực thi các lệnh điều
khiển: đóng/cắt, quay, xoay các cơ cấu cơ khí, điều khiển các biến tần, ...
Các thiết bị hiện trường có khả năng tự giao tiếp với nhau, hoặc qua bộ điều
khiển (Local controler). Sensor sẽ gửi thông số của hệ thống, của môi trường
tới bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ xử lý thông điệp đó và gửi tới thiết bị
chấp hành. Thiết bị chấp hành có thể nhận ngay yêu cầu từ các thiết bị cảm
biến, hoặc từ hệ thống BMS.

3

¾ Khối điều khiển: Kết nối từ trung tâm điều khiển tới mức điều khiển các
ứng dụng trong tòa nhà thông qua cácp điều khiển BAS với giao diện
BACnet TCP/IP, bao gồm các bộ DDC(*) (Digital Direct Controller - điều
khiển số trực tiếp), Các bộ điều khiển địa phương, khu vực, các giao diện tới
các hệ thống phụ trợ như: điều hòa không khí, báo cháy, chữa cháy, hệ thống
điện… Khối này
9 Nhận lệnh điều khiển từ khối vận hành giám sát gửi tới thiết bị chấp
hành.
Xử lý thông điệp khi có yêu cầu tại địa phương.
9 Gửi thông điệp, kết quả tới khối vận hành giám sát.
(*)DDC (Direct Digital Control) các bộ điều khiển số trực tiếp: Có thể nằm
tại nhiều phân lớp mạng khác nhau trong hệ thống: mạng tầng tòa nhà, mạng
tổng tòa nhà. Có thể giao tiếp qua các chuẩn TCP/IP, Bacnet/IP, Bacnet
MS/TP, ... làm nhiệm vụ điều khiển cho các hệ thống (các chương trình điều
khiển nằm ở đây), thu thập và lưu trữ dữ liệu hoạt động. Có khả năng điều
khiển chính xác các thông số môi trường như thiết lập chế độ hoạt động các
thiết bị, máy móc để giảm năng lượng tiêu thụ lãng phí.
¾ Khối vận hành giám sát (SCADA): Trung tâm điều khiển, mức quản lý bao
gồm các hệ thống máy chủ dữ liệu, trạm làm việc được cài đặt các phần mềm
quản lý bảo dưỡng, máy in và máy tính dành cho việc lập trình và cấu hình
hệ thống. Nó có chức năng chính:
9 Quản lý toàn bộ toà nhà
9 Giám sát vận hành của các thiết bị, giám sát sự cố xảy ra.
9 Gửi yêu cầu đến bộ điều khiển hiện trường.BMS quản lý các thành phần
hệ thống toà nhà theo cơ chế đánh địa chỉ. Mỗi thiết bị, bộ điều khiển địa
phương được gắn một địa chỉ. Các thiết bị hiện trường có thể trực tiếp
giao tiếp với nhau hoặc qua bộ điều khiển địa phương. Giao tiếp thường
được sử dụng ở bus trường là ARCnet và ở Bus điều khiển là BACnet

TCP/IP. Một điều thuận lợi khi tích hợp hệ thống đó là các thiết bị hiện

4


trường như thang máy, điều hoà, quạt thống gió… đều hỗ trợ chuyển
truyền thông TCP/IP. Rất thuận lợi cho nhà tích hợp hệ thống.
¾ Khối quản lý và thu thập dữ liệu: Hệ thống máy chủ, phần mềm: làm
nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các DDC lên hệ thống BMS. Tạo ra giao diện đồ
họa người sử dụng, tạo ra công cụ lập trình từ xa, tạo ra công cụ giám sát, thu
thập và xử lý dữ liệu, các tính năng diều khiển nâng cao: PID số (process
identification number), tối ưu, bền vững, điều khiển, ...
Khối này thực ra được cài dặt ngay ở khối vận hành giám sát. Chức năng
chính của nó là cài đặt kế hoạch làm việc. Kết nối vận hành từ xa qua mạng
viễn thông, internet… Với mục đích đem lại sự thoải mái cho người sử dụng,
tiết kiệm năng lượng, giảm sự vận hành của con người đối với các thiết bị
trong toà nhà. Hiện nay, các phần mềm điều khiển BMS được tích hợp hoàn
hảo với các thiết bị hỗ trợ khác như: Hệ thống truyền hình hội nghị, điều
khiển và giám sát qua mạng, các thiết bị cầm tay PDA…
1.2.2. Nền tảng của hệ BMS
Để ứng dụng được BMS, Các thiết bị lắp đặt trong tòa nhà phải hỗ trợ kêt nối BMS,
tức là hỗ trợ các chuẩn truyền thông chuẩn như: BACnet, LonWork, Profibus,
Modbus… Hoặc hỗ trợ chuẩn tín hiệu công nghiệp 4-20mA. BMS có thể điều khiển
các thiết bị này qua chuẩn truyền thông.
Thiết kế BMS đi kèm với thiết kế xây dựng và các trang thiết bị của tòa nhà. Khi
xây dựng tòa nhà trang bị BMS, người thiết kế xây dựng và người thiết kế hệ BMS
phải phối hợp với nhau để đưa ra bản thiết kế thống nhất. Trong bản thiết kế tòa nhà
có trang bị BMS, yêu cầu một không gian để lắp đặt các thiết bị điều khiển, thiết bị
cảm biến, chấp hành và đi dây cable mạng.
Khi xây dựng tòa nhà hỗ trợ BMS, người thiết kế phải sử dụng các thiết bị hỗ trợ kết

nối BMS. Hoặc kết hợp với nhà cung cấp giải pháp BMS để bổ sung và trang bị
thêm các thiết bị hổ trợ.

5


1.2.3. Phân loại

Hình 3: Mô hình hệ thống quản lý toà nhà thông minh

Các BMS được chia thành bốn loại sau.
(1) Hệ thống quản lý toà nhà thông minh Hệ thống quản lý toà nhà thông minh
lựa chọn, lưu giữ và xử lý thông tin đối với nhiều loại thiết bị trong toà nhà và giúp
người điều hành thực hiện kiểm tra, bảo dưỡng, tính hoá đơn tiết kiệm năng lượng
và giúp người sử dụng quản lý giá cả.
Ví dụ, phần mềm đi kèm sẽ hỗ trợ lập sổ quản lý thiết bị, quản lý vận hành, quản lý
lịch biểu, ghi đo và kết toán hoá đơn.
(2) Hệ thống quản lý toà nhà
Hệ thống quản lý toà nhà theo dõi tình trạng hoạt động, phát hiện sai hỏng các thiết
bị trong toà nhà, hiển thị các chức năng, ghi nhật trình và vận hành hệ thống. Nó
cũng điều khiển các thiết bị mở rộng như hệ thống điện hoặc hệ thống điều hòa

6


không khí. Ví dụ, thông qua lịch hoạt động để vận hành thiết bị, điều chỉnh nguồn
điện để đảm bảo phù hợp với mọi thiết bị trong khoảng nhà sản xuất yêu cầu.
Hệ thống có chức năng cập nhật thông tin quản lý của BMS và hiển thị trên các màn
hình người dùng từ đó vận hành thiết bị.
(3) Hệ thống điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển tự động đảm bảo điều khiển liên tục, thường xuyên và tiết
kiệm năng lượng đối với các thông số làm việc của máy điều hòa không khí, máy
làm lạnh và các thiết bị hỗ trợ v.v.
Trong các máy điều hòa không khí, việc điều khiển nhiệt độ và độ ẩm được thực
hiện bằng cách làm mát/sưởi ấm hoặc thông gió. Các máy làm lạnh thực hiện điều
khiển khối vận hành và điều khiển áp suất các máy bơm nhiệt, máy làm mát và hệ
thống bơm.
Việc điều khiển mực nước trong bể chứa để cấp nước sạch hoặc xử lý nước thải
cũng được thực hiện tự động.
(4) Hệ thống báo cháy, an ninh
Hệ thống an ninh giám sát quá trình ra vào toà nhà và các phòng cá nhân thông qua
hệ thống thiết bị, cung cấp khả năng theo dõi và truy tìm người xâm nhập, phát tín
hiệu chuông báo động và ghi lại hình ảnh. Có hai loại hệ thống này : sử dụng hộp
quản lý khoá hoặc sử dụng đầu đọc thẻ. Những hệ thống này không những đảm bảo
an ninh mà còn vận hành 24 giờ mỗi ngày.
Hệ thống báo cháy đề phòng và phát hiện đám cháy trong toà nhà, ngăn chặn sự lan
rộng của đám cháy, đưa ra báo động hoặc dừng các máy điều hòa không khí.

7


Hình 4: Hệ thống điều khiển máy điều hoà nhiệt độ của savic-net FX

8


Hình 5: Hệ thống tự động hoá toà nhà tích hợp điển hình của Savic-net FX

9

1.3.

Ưu điểm nhược điểm

¾ Là hệ thống mở, cho phép linh hoạt trong việc thay đổi, mở rộng và kết nối
với các hệ thống khác.
¾ Tất cả các thiết bị được quản lý, theo dõi và điều khiển từ các máy tính đặt
tại phòng điều khiển trung tâm.
¾ Ứng dụng công nghệ thông tin cho việc quản lí, chia sẻ thông tin của hệ
thống.
1.3.1. Đối với chủ đầu tư
¾ Tiết kiệm năng lượng. Khi không cần thiết ta có thể ngắt bớt những thiết bị
như:
9 Thiết bị đèn chiếu sáng
9 Thiết bị điều hòa không khí
9 Thiết bị trao đổi nhiệt
9 Các thang máy, thang cuốn
Tất cả các thiết bị ở trên đều sử dụng rất nhiều năng lượng. Vì thế tại trung
tâm điều khiển ta có thể mở hoặc đóng khi cần thiết.
¾ Giảm chi phí vận hành. Chỉ cần một vài cán bộ kỹ thuật để quản lí, điều
khiển, theo dõi các thiết bị, và điều hành toà nhà. Điều khiển các thiết bị ở xa,
khu vực nguy hiểm như: trong phòng thiết bị điện cao thế, phòng hóa chất,
phòng biến áp…
¾ Giảm chi phí bảo dưỡng, tăng tuổi thọ của thiết bị, dễ dàng thống kê các
thông số hoạt động và lập kế hoạch bảo trì. Vận hành viên không cần đi lại
nhiều, có thể điều khiển được các thiết bị ở xa, nơi nguy hiểm con người
không thể vào được.
¾ Hoạt động đơn giản hơn với những chức năng lập trình lặp đi lặp lại để thiết
lập chế độ vận hành tự động

¾ Giảm thời gian huấn luyện vận hành viên nhờ các hướng dẫn và hỗ trợ trực
quan trên màn hình đồ họa

10


¾ Phát hiện sự cố nhanh nên thiết bị có thể sửa chữa kịp thời, vì thế thiết bị có
thời gian làm việc được dài hơn. Độ ngừng để sửa chữa thấp, hoạt động có
độ chính xác cao. Đáp ứng các nhu cầu của người cư ngụ và phản ứng với
các điều kiện rắc rối nhanh hơn và hiệu quả hơn
¾ Quản lý cơ sở/tài sản hiệu quả hơn nhờ các báo cáo ghi lại quá trình hoạt
động, bảo trì, và chức năng tự động gửi cảnh báo
¾ Lập trình linh hoạt theo nhu cầu của từng tòa nhà, tổ chức và dễ dàng mở
rộng trong tương lai.
¾ Nâng cao hoạt động nhờ tích hợp phần mềm và phần cứng của nhiều hệ
thống phụ như điều khiển số trực tiếp (DDC), hệ thống báo cháy, an ninh,
điều khiển truy nhập hoặc điều khiển ánh sáng.
1.3.2. Đối với người sử dụng
¾ Tiện nghi hơn, chất lượng cuộc sống cao hơn, cảm thấy thoải mái hơn, sức
khoẻ tốt hơn.
¾ Đáp ứng được gần như là ngay lập tức các yêu cầu phát sinh của người sử
dụng.
¾ An toàn hơn.
1.4.

Ứng dụng

Khoảng 30% số nhà cao tầng ở Việt Nam có trang bị hệ thống điều hòa tập trung,
hệ thống bảo vệ và báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập và giám sát bằng camera
có trang bị hệ thống BMS. Hệ BMS cho phép trao đổi thông tin, giám sát giữa các

hệ thống, cho phép quản lý tập trung. Hệ BMS cho phép quản lý điện năng ở mức
cao.
Khi được trang bị hệ thống quản lý tòa nhà thông minh, tất cả các hệ thống điều
hòa, báo cháy ... được điều khiển tập trung, tương tác bởi hệ BMS. Các hệ thống
được tích hợp đầy đủ hệ thống thông tin, truyền thông và tự động hóa văn phòng.
Đây là loại nhà cao tầng thông minh. Còn gọi là các tòa nhà hiệu năng cao, tòa nhà

11


xanh, tòa nhà công nghệ cao, tòa nhà có những chức năng đặc biệt như bệnh viện,
cơ quan trung ương, nhà quốc hội...
Tùy thuộc vào loại nhà cao tầng mà các hệ thống BMS phải trang bị cho phù hợp
với các mục đích sử dụng và môi trường các tòa nhà đó được khai thác. Các hệ
thống BMS này đã được chuẩn hóa và được sử dụng rộng rãi trên tòan thế giới. Các
chức năng, phạm vi hoạt động của các hệ thống BMS là rất rộng lớn vì nó quản lí,
điều khiển mọi hoạt động của các thiết bị toà nhà. Do vậy, tuỳ theo yêu cầu, chức
năng hoạt động của từng toà nhà mà các hệ thống BMS cần phải được trang bị sao
cho phù hợp.
Trên thế giới hiện nay có rất nhiều các hãng, các tập đoàn công nghệ trên thế giới
đang tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và phát triển các hệ thống quản lí toà
nhà như: Siemens - Đức, Honeywell - Mỹ, Yamatake - Nhật, Advantech – Đài loan,
Point Sys – Pháp.
Các nhà cao tầng ở Việt Nam đã sử dụng hệ thống BMS của Siemens như các tòa
nhà: Saigon Center HCM được đưa vào sử dụng 1996, Red riverbuilding Hanoi1999, Opera Hilton Hotel Hanoi-2000, Hanoi Nation Stadium-2003. Sau khi trang
bị hệ BMS này, các tòa nhà đã khai thác rất hiệu quả khả năng quản lý giám sát và
báo hiệu các sự cố của hệ thống thông gió và điều hòa không (HVAC - Heating,
Ventilating, and Air Conditioning) và tiết kiệm được 50% năng lượng điện tiêu thụ
cho hệ thống so với trươc khi lắp đặt hệ thống BMS.
Các tòa nhà cao tầng được trang bị hệ thống BMS-Apogee 600 của Siemens trên

mới ứng dụng cho hệ thống thông gió và điều hòa không khí (HVAC) còn các hệ
thống an ninh và giám sát khác vẫn chưa được khai thác một cách hiệu quả.
Ta thấy rằng các tòa nhà cao tầng cần phải được trang bị hệ thống BMS để giúp cho
việc quản lý, giám sát hiệu quả và khai thác tiện lợi, đảm bảo cho nôi trường sống
xanh, sạch đẹp.

12


CHƯƠNG II: CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG
2.1.

Hệ thống quản lý toà nhà

Hệ thống quản lý toà nhà BMS (Building Management System) là hệ thống điều
khiển và quản lý cho các hệ thống kỹ thuật trong toà nhà như hệ thống điện, hệ
thống cung cấp nước sinh hoạt, hệ thống điều hoà thông gió, hệ thống cảnh báo môi
trường, hệ thống an ninh, hệ thống báo cháy - chữa cháy, giúp cho việc vận hành
một toà nhà trở nên hiệu quả, kịp thời. Với các yêu cầu như vậy hệ thống BMS có
các tính năng chính như:
¾ Quản lý tín hiệu cảnh báo.
¾ Giám sát & điều khiển toàn bộ toà nhà.
¾ Đặt lịch hoạt động cho thiết bị.
¾ Quản lý dữ liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý cơ sở dữ liệu, chương
trình soạn thảo đồ hoạ, lưu trữ và sao lưu dữ liệu.
¾ Báo cáo, tổng hợp thông tin.
¾ Điều khiển thiết bị: thiết bị được điều khiển để tiết kiệm năng lượng và
cung cấp một phản ứng tự động của tòa nhà đến môi trường.
¾ Giám sát thiết bị: thiết bị được giám sát để cải thiện hiệu quả nhân viên
điều hành bằng cách:

9 Cung cấp thông tin tập trung về trung tâm những trạng thái thiết bị
hiện tại.
9 Cung cấp sự kiện thông tin về những trạng thái thiết bị.
¾ Tích hợp những hệ thống phụ thiết bị: chọn lựa các thiết bị có tính hợp
nhất về công nghệ và kết nối dễ dàng. Có độ an toàn cao, độ chính xác cao,
dễ vận hành. Giao tiếp được với máy tính cá nhân, mở rộng kết nối thêm
được.

13


2.2.

Hệ thống điều hoà không khí (HVAC)

Hệ thống điều hòa không khí sử dụng nhiều năng lượng nhất trong các phụ tải của
tòa nhà, chiếm khoảng 60%. Hệ thống này cũng được quan tâm nhiều vì rất cần thiết
cho sinh hoạt con người và thiết bị có hệ thống nhỏ:
¾ Hệ thống điều hòa trung tâm.
¾ Hệ thống điều hòa khu vực.

Hình 6: Hệ thống điều hoà không khí

2.2.1. Hệ thống điều hòa trung tâm
Là một hệ thống điều hòa nhiệm vụ của hệ thống này là điều hòa nhiệt độ, độ ẩm,
nồng độ các chất trong không khí và sự lưu thông không khí. Được hệ thống tự
động của tòa nhà điều khiển mở/tắt được sử dụng từ một bảng điều khiển. Mở/tắt sẽ
dựa vào các chương trình thời gian cho phù hợp, theo những điều kiện chọn lọc để
đạt hiệu quả cao mà có chi phí thấp. Tất cả các thông tin đều được theo dõi điều
khiển bởi hệ thống tự động của tòa nhà nhờ vào các giao diện mức cao.

¾ Tải của toàn hệ thống.
¾ Điện áp nguồn cung cấp.
¾ Áp lực đầu vào.
¾ Báo nhiệt độ nước vào, nhiệt độ nước ra của các máy bơm.

14


¾ Tình trạng báo động, tình trạng các bơm, liều lượng nước.
¾ Điều khiển các van (cực đại hoặc cực tiểu), để nhiệt độ luôn ổn định.
2.2.2. Hệ thống điều hòa khu vực
¾ Từ hệ thống điều hòa trung tâm phân phối ra, được hệ thống tự động của tòa
nhà cho mở/tắt không khí sẽ dựa vào thời gian đã hoạch định sẳn, để giảm
bớt năng lượng. Hệ thống tự động điều khiển của tòa nhà sẽ điều chỉnh van
để cho hơi lạnh luồng nước tới van cuộn dây và làm mát. Nhiệt độ sẽ được
cài đặt tăng hoặc giảm tại hệ thống tự động, tùy thuộc vào yêu cầu.
¾ Hệ thống không khí cung cấp và trở lại tại đây sẽ được theo dõi và được điều
khiển tốc độ cho phù hợp. Sự chuyễn đổi sẽ được lọc làm sạch các không khí
sạch sẽ làm lợi cho sức khỏe và thiết bị.
Hệ thống tự động của tòa nhà cũng theo dõi nhiệt độ không gian bên trong và nhiệt
độ bên ngoài để điều chỉnh cho phù hợp.
HVAC có khả năng giao tiếp với trạm điều khiển trung tâm để thực hiện giám sát và
thay đổi tham số của hệ thống cho phù hợp với thời gian trong ngày, với các mùa,
và các khoảng trống,… Hệ thống có thể giám sát từ xa chất lượng không khí lưu
thông trong các tòa nhà và cho phép quan sát từ bất kì nút nào trong mạng thông tin.
2.3.

Hệ thống chiếu sáng thông minh

Hệ thống đèn được bố trí nhiều nơi khác nhau vì thế được thiết kế khác nhau, như

khu vực công cộng, khu vực nhà xe, khu vực văn phòng…
¾ Khu vực văn phòng ta cần thiết kế đảm bảo kỹ thuật về độ sáng, thẩm mỹ,
tiết kiệm điện năng. Điều khiển đèn này ta có thể dùng tín hiệu từ thẻ truy
nhập vào ra theo sự truy nhập của khách văn phòng.
Có 3 chế độ vận hành như sau:
¾ Chế độ tiện nghi (khách hàng có thể mở đèn theo yêu cầu)
¾ chế độ sáng tất cả.
¾ Chế độ tắt khi không có truy nhập

15