Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quản lý tòa nhà thông minh IBMS

LỜI CAM ĐOAN

Ngoài sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của PGS.TS. Nguyễn Văn Khang, cuốn
luận văn này là sản phẩm của quá trình tìm tòi, nghiên cứu và trình bày của tác giả
về đề tài trong luận văn. Mọi số liệu quan điểm, quan niệm, phân tích, kết luận của
các tài liệu và các nhà nghiên cứu khác đều được trích dẫn theo đúng qui định. Vì
vậy, tác giả xin cam đồ án là công trình nghiên cứu của riêng mình.

Hà Nội, ngày 19 tháng 3 năm 2012
Tác giả

Vương Thị Dung

1


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

1

AC

AHU Controller

Bộ điều khiển AHU

2

AHU

Air Handing Unit

Máy điều hòa không khí

3

AI

Analog Input

Đầu vào tương tự

4

AO

Analog Output

Đầu ra tương tự

Data communication Protocol for
5

Bacnet

Building Automation and Control
Networks

Giao thức truyền thông
dữ liệu cho mạng điều
khiển tự động hóa tòa
nhà

Building Management System

Hệ thống quản lý tòa nhà

Intelligent Building Management

Hệ thống quản lý tòa nhà

System

thông minh

CCTV

Closed- Circuit Television

Hệ thống truyền hình

9

DDC

Direct Digital Controller

10

VAV

Variable Air Volume

11

UPS

Uninterrptible Power System

6

BMS

7

IBMS

8

12

OPC

Object linking and Embedding for

Process Control

Bộ điều khiển số trực
tiếp
Bộ điều khiển lưu lượng
gió biến đổi
Bộ lưu điện
Điều khiển quá trình cho
các đối tượng liên kết và
nhúng
Giao thức truyền thông

13

MODBUS

Modbus

14

MCCB

Molded Case Circuit Breaker

Máy cắt cục bộ

15

LAN

Local Area Network

Mạng máy tính cục bộ

16

IP

Internet Protocol

Giao thức mạng

2

công nghiệp Modbus


Input/Output

Đầu vào/đầu ra

Heating, Ventilation and

Điều hòa lưu thông

Air- Conditioning

không khí

HDD

Hard Disk Driver

Ổ cứng máy tính

20

FCU

Fan Coil Driver

Dàn quạt lạnh

21

EBI

Enterprise Building Intergrator

22

DO

Digital Output

23

DI

Digital Input

24

DVM

Digital Video Manager

25

ALN

Application Level Network

26

BEMS

Building energy management system

17

I/O

18

HVAC

19

3

Tích hợp hệ thống tòa
hòa
Đầu ra số

Đầu vào số
Bộ điều khiển số trực
tiếp
Mạng tầng ứng dụng
Hệ thống quản lý năng
lượng tòa nhà


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Bảng quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn
Bảng 3.1. Bảng ma trận điều khiển khối khách sạn
Bảng 3.2. Bảng ma trận điều khiển khối văn phòng
Bảng 3.3. Bảng đặt lịch

4


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Mô hình hệ thống quản lý tòa nhà IBMS ................................................ 12
Hình 1.2. Mô hình điều khiển quản lý tòa nhà IBMS .............................................. 13
Hình 1.3. Nguyên tắc hoạt động của BMS điều khiển Chiller ................................ 14
Hình 1.4. Mô hình điều khiển phân lớp của IBMS ................................................. 14
Hình 1.5. Mô hình thiết bị hiện trường .................................................................. 15
Hình1.6. Mô hình khối điều khiển .......................................................................... 15
Hình 1.7. Mô hình khối quản lý của hệ thống IBMS .............................................. 16

Hình 1.8. Thành phần của hệ thống IBMS ............................................................. 17
Hình 1.9. Mô hình liên kết các hệ thống trong tòa nhà IBMS ................................. 20
Hình 1.10. Lợi ích của hệ thống BMS đem lại cho tòa nhà .................................... 21
Hình 1.11. BMS giúp quản lý tòa nhà tiện lợi ........................................................ 22
Hình 2.1. Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống IBMS .................................. 25
Hình 2.2 Sơ đồ thu thập dữ liệu ............................................................................. 27
Hình 2.3. Nối dây truyền thống (a) và nối dây mạng công nghiệp (b) .................... 28
Hình 2.4. Hạ tầng mạng quản lý tòa nhà IBMS ..................................................... 29
Hình 2.5. Điều khiển giám sát tập trung ................................................................ 31
Hình 2.6. Giao thức BACnet .................................................................................. 33
Hình 2.7. Giao thức LonTalk ................................................................................. 33
Hình 2.8. Kiến trúc giao thức Profibus .................................................................. 34
Bảng 2.1. Bảng quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn .......................... 35
Hình 2.9. Cấu trúc khung truyền của Ethernet ....................................................... 37
Hình 2.10. Dạng địa chỉ 16 bit .............................................................................. 38
Hình 2.11. Dạng địa chỉ 46 bit .............................................................................. 38
Hình2.12. Mô hình AHU........................................................................................ 41
Hình 2.13. Mô hình điều hòa không khí trung tâm giải nhiệt nước(Chiller) ........... 42
Hình 2.14. Mô hình giải pháp quản lý tòa nhà của hãng HoneyWell ..................... 45
Hình 2.15. Tích hợp các hệ thống trong tòa nhà sử dụng IBMS ............................ 46
Hình 2.16. Hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV........................................ 47
Hình 3.1. Dự án khách sạn Dầu khí Thái Bình....................................................... 52
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển chiếu sáng ............................................... 71
Hình 3.3. Sơ đồ các tủ điện tầng điều khiển chiếu sáng ......................................... 72
Hình 3.4.Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển hệ thống quạt thông gió ................. 73
Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển hệ thống quạt hút khói bếp, hút mùi
cho khu vực toilet. ................................................................................................. 74
Hình 3.6. Bộ điều khiển kỹ thuật số ....................................................................... 75
Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quạt tăng áp .................................. 77
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý giám sát hệ thống bơm nước sinh hoạt ......................... 78

Hình 3.9. Sơ đồ nguyên lý giám sát hệ thống bơm nước thải.................................. 79
Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý giám sát hệ thống bơm nước cứu hỏa ......................... 80
Hình 3.11. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống quản lý tòa nhà IBMS ............................ 83
Hình 3.12. Sơ đồ một sợi hệ thống quản lý tòa nhà IBMS ...................................... 84
5


Hình 3.13. Màn hình quản lý hệ thống tòa nhà IBMS ............................................ 86
Hình 3.14. Quạt chạy ở chế độ tự động ................................................................. 87
Hình 3.15. Quạt dừng ở chế độ bằng tay ............................................................... 87
Hình 3.16. Quạt báo trip ....................................................................................... 87
Hình 3.17. Màn hình giám sát tủ DB-T4 ................................................................ 88
Hình 3.18. Truy cập phần đặt lịch ......................................................................... 89
Bảng 3.3. Bảng đặt lịch ......................................................................................... 90
Hình 3.19. Truy cập phần quản lý User ................................................................. 91
Hình 3.20. Khai báo User ...................................................................................... 91
Hình 3.21. Các cấp độ User .................................................................................. 92
Hình 3.22.. Ví dụ kiểm tra gateway điều hòa ......................................................... 93

6


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Khi dòng người từ các tỉnh đổ xô tới thủ đô Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh
để làm việc, học tập, lập gia đình, sinh sống đã làm tăng nhu cầu nhà ở tại các thành
phố lớn. Đồng thời, đất nước ta đang trong giai đoạn phát triển, những tòa nhà cao
tầng mọc lên ngày càng nhiều, đặc biệt là các sân bay, trung tâm thương mại, ngân
hàng, khách sạn, chung cư, trường học hay bệnh viện. Những tòa nhà này không chỉ
được thiết kế hiện đại mà còn được trang bị nhiều thiết bị công nghệ cao. Chi phí

xây dựng các tòa nhà là rất lớn nhưng so với chi phí để quản trị hiệu quả tòa nhà
như chi phí cho duy trì hoạt động, chi phí cho năng lượng tiêu thụ, thời gian, con
người, an toàn, thông tin liên lạc, và bảo trì vận hành tòa nhà này thì nhỏ hơn rất
nhiều. Để tạo nên môi trường làm việc, sinh hoạt an toàn và tiện nghi, và giảm chi
phí quản lý và vận hành tòa nhà thì Tự động hóa quản lý tòa nhà là một yêu cầu
không thể thiếu trong mỗi công trình xây dựng.
Từ những năm 1970 các quốc gia tiên tiến trên thế giới đã bắt đầu đưa vào sử
dụng các hệ thống như hệ thống quản lý tòa nhà “Building Management System”
(IBMS), hệ thống tự động hóa tòa nhà “Building Automation System” (BAS), hệ
thống thành phố thông minh “Intelligent City System” (ICS), hệ thống xí nghiệp
thông minh “Intelligent Factory System” (IFS), và những năm gần đây là hệ thống
quản lý tòa nhà thông minh “ Intelligent Building Management System ” (IBMS)
được đặc biệt quan tâm… Đây là những thành phố, tòa nhà hay nhà máy có trang bị
hệ thống tự động và “thông minh”, có khả năng “suy luận” để tự động thực hiện
công việc quản trị hiệu quả môi trường và mọi hoạt động của một tòa nhà.
Nhiệm vụ chính của hệ thống IBMS là điều khiển, giám sát, quản lý các thiết
bị cơ/điện trong một tòa nhà cao tầng, giúp cho việc vận hành, bảo dưỡng và quản
lý tòa nhà một cách thuận tiện, an toàn và tiết kiệm. Hệ thống IBMS được phát triển
dựa trên nền kiến trúc của một hệ điều khiển phân tán với các bộ điều khiển số trực
tiếp (Direct Digital Controler – DDC) được kết nối với hệ thống mạng tầng (Floor
7


Networks), các bộ điều khiển, định tuyến cấp cao hơn liên kết các DDC với hệ
thống mạng ”Backbone” của tòa nhà.
Thêm vào đó khi các tòa nhà sau khi được đầu tư xây dựng với chi phí lớn
nhưng sau khi đi vào hoạt động một thời gian bắt đầu xuất hiện nhiều phát sinh để
quản lý hoạt động tòa nhà như chi phí cho tiêu thụ năng lượng cao, an ninh giám sát
không tốt, hệ thống vệ sinh xuống cấp.…Dẫn tới các tòa nhà này phải nâng cấp chất
lượng quản lý hoạt động của tòa nhà và giải pháp khắc phục hiệu quả là nâng cấp

thêm hệ thống quản lý tòa nhà thông minh.
Trên nhu cầu cấp thiết mỗi tòa nhà hiện đại cần có hệ thống IBMS để quản lý
hiệu quả năng lượng, tiết kiệm chi phí, tác giả đã nhận đề tài mang tên: “Nghiên cứu
ứng dụng hệ thống quản lý tòa nhà thông minh IBMS”.
2. Lịch sử nghiên cứu
Ngay sau khi bắt đầu nhận đề tài, tác giả bắt đầu nghiên cứu hệ thống quản lý
tòa nhà IBMS, trước đó tác giả đã có thời gian ngắn tìm hiểu về hệ thống IBMS.
Sau một thời gian tác giả tìm hiểu tổng quan nguyên lý hoạt động chung các hệ
thống quản lý tòa nhà IBMS. Tác giả dần nghiên cứu sâu thêm về các giao thức,
kiến trúc, tính năng của từng thiết bị của hệ thống IBMS.
3. Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Trong quá trình thực tế tiếp cận tác giả thấy hệ thống IBMS thích hợp với các
công trình trong ngành xây dựng. Vì vậy tác giả muốn nghiên cứu về hệ thống
IBMS để dần áp dụng hệ thống IBMS vào thực tiễn. Sau này có thể áp dụng các hệ
thống này trong các tòa nhà của trường Đại học Xây dựng.
4. Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả
Sau khi tìm hiểu một thời gian tác giả viết cuốn luận văn có bố cục gồm 3
chương sẽ cung cấp những kiến thức cơ bản về hệ thống quản lý tòa nhà thông
minh, cơ sSở lý thuyết về hệ thống quản lý tòa nhà thông minh, và giải pháp áp
dụng hệ thống quản lý tòa nhà thông minh vào một tòa nhà cụ thể là “Công trình tổ
hợp khách sạn dầu khí Thái Bình “
Chương 1 cho chúng ta cái nhìn tổng quan về hệ thống quản lý tòa nhà thông
minh IBMS. Nội dung của chương xoay quanh việc đưa ra mô tả về hệ thống quản
8


lý tòa nhà thông minh, tập trung mô tả cấu trúc hệ thống IBMS, các thành phần
chính cấu thành hệ thống IBMS như hệ thống điều khiển vào ra tòa nhà, hệ thống
quản lý điện năng, hệ thống điều khiển ánh sáng, hệ thống điều hòa, hệ thống thông
gió, hệ thống thang máy, hệ thống camera an ninh … cũng như chức năng, nhiệm

vụ và các lợi ích của hệ thống IBMS đem lại.
Để làm rõ nội dung trình bày trong chương 1 về cơ chế hoạt động của hệ thống
IBMS, chương 2 của cuốn luận văn trình bày về cơ sở lý thuyết của hệ thống IBMS.
Tác giả phân tích thành phần của một hệ thống thông tin công nghiệp, cấu trúc
mạng của hệ thống IBMS và hệ thống thu thập dữ liệu, mạng truyền thông công
nghiệp đề cập tới các phương thức truyền thông như các giao thức BACnet,
MODbus, LONworks, OPC, TCP/IP, Profibus...

để ghép nối các thiết bị cấp

trường, các bộ điều khiển số DDC với cấp quản lý để điều khiển và giám sát hệ
thống, các yêu cầu về thiết bị, bộ điều khiển và các phần mềm, sử dụng trong hệ
thống quản lý tòa nhà.
Chương 3 từ kết quả nghiên cứu lý thuyết ở 2 chương trên tác giả ứng dụng giải
pháp cụ thể để quản lý tòa nhà “Công trình tổ hợp khách sạn dầu khí Thái Bình “.
Trong chương này, tác giả đi từ khảo sát hệ thống thực, nhu cầu sử dụng của tòa nhà
từ đó đưa ra yêu cầu thiết kế hệ thống IBMS dành cho tòa nhà, tiếp sau đó là các
quá trình lựa chọn thiết bị như lựa chọn máy chủ, bộ điều khiển số, các thiết bị đầu
cuối như cảm biến nhiệt, cảm biến độ ẩm, cảm biến chênh áp, công tắc dòng chảy,
công tắc lưu lượng gió,van điều khiển,...và việc triển khai tích hợp các hệ thống
riêng lẻ thành một hệ thống quản lý tòa nhà IBMS.
5. Phương pháp nghiên cứu
Tác giả sử dụng nguồn tài liệu chủ yếu từ Internet và các hãng cung cấp thiết
bị cho hệ thống quản lý tòa nhà IBMS ở Việt Nam. Tìm kiếm sự hỗ trợ kỹ thuật từ
các nhà cung cấp giải pháp quản lý hệ thống tòa nhà như HoneyWell, ALC…
Qua đây, tác giả xin gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè và các thầy cô trong
khoa Điện tử - Viễn Thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Đặc biệt, tôi xin
chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn là PGS.TS.Nguyễn Văn Khang đã nhiệt

9

tình chỉ bảo để tác giả hoàn thành cuốn luận văn này. Hệ thống quản lý tòa nhà
thông minh (IBMS) đang là một lĩnh vực mới ở Việt Nam, do vậy mặc dù đã rất cố
gắng nhưng cũng không tránh khỏi thiếu sót trong quá trình tìm hiểu. Tác giả rất
mong nhận được sự góp ý và bổ sung của các thầy cô giáo.

10


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ
TÒA NHÀ THÔNG MINH
Ai cũng muốn được sống và làm việc trong một môi trường đầy đủ tiện nghi,
không khí trong lành, và đầy đủ ánh sáng, nơi mà không có cháy nổ, đột nhập, ăn
cắp. Hệ thống quản lý tòa nhà IBMS giúp ta đạt được nhu cầu đó. Trên thế giới có
nhiều hãng như Honeywell,Siemen,ALC, Johnson Control… nghiên cứu công nghệ,
và cung cấp các thiết bị phục vụ hệ thống IBMS. Đồng thời nhờ có mạng Internet
bao phủ toàn cầu đã hỗ trợ hệ thống quản lý tòa nhà thông minh quản lý tập trung
hơn, hiệu quả hơn, và tiết kiệm chi phí và năng lượng hơn. Triển khai IBMS trong
các tòa nhà là những gì chúng ta đang hướng tới trong hiện thực cuộc sống, đáp ứng
nhu cầu của từng con người trong xã hội hiện đại.

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống IBMS
Trước kia hệ thống IBMS chủ yếu chỉ quản lý hệ thống HVAC (điều khiển
sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí- Heating, Ventilation, Air conditioning
Control), đó là một hệ thống điều khiển vi khí hậu tự động được lắp đặt tại các khu
vực công cộng của tòa nhà như sảnh lớn, các hành lang, tầng hầm, thang máy, nhà
kho. Trong hệ thống này, chức năng sưởi ấm, thông gió là một xử lý nhằm điều
khiển nhiệt độ hoặc độ ẩm trong vùng bằng các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến

đo lưu lượng không khí và cảm biến đo nồng độ khí CO2 cùng với bộ điều khiển
điện tử qua các thiết bị chấp hành như quạt, các van gió, van nước. Một hệ thống
điều hòa nhiệt độ đảm bảo việc làm mát, thông khí và làm khô cho một vùng xác
định. Sau đó hệ thống BMS thêm thành phần i (intelligent- thông minh) trở thành
IBMS nó quản lý thêm nhiều hệ thống khác như hệ thống truy nhập, hệ thống an
ninh giám sát, hệ thống CCTV, hệ thống thang máy….

11


Hệ thống IBMS là hệ thống thời gian thực, trực tuyến, đa phương tiện, nhiều
người dùng, hệ thống xử lý bao gồm các bộ vi xử lý trung tâm với tất cả các phần
mềm và phần cứng máy tính, các thiết bị vào và ra, các bộ vi xử lý khu vực, các bộ
cảm biến và điều khiển qua các ma trận điểm.
Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh lựa chọn, lưu giữ và xử lý thông tin đối
với nhiều loại thiết bị trong tòa nhà và giúp người điều hành thực hiện kiểm tra, bảo
dưỡng, tính hóa đơn tiệm năng lượng và giúp người sử dụng quản lý giá cả như có
thêm các phần mềm hỗ trợ lập sổ quản lý thiết bị, quản lý vận hành , quản lý lịch
biểu, ghi đo và kết toán hóa đơn

Hình 1.1. Mô hình hệ thống quản lý tòa nhà IBMS

Mục đích của việc sử dụng hệ thống IBMS
Hệ thống IBMS quản lý hệ thống điện tổng thể cho tòa nhà và liên kết giữa
các tòa nhà, tiết kiệm năng lượng điện, tiết kiệm chi phí vận hành. Vận hành hệ
thống tối ưu nhất, hỗ trợ cho bảo hành, bảo trì hệ thống, giám sát, cảnh bảo, lưu trữ
và chia sẻ các dữ liệu như tình trạng hoạt động, số giờ chạy của từng thiết bị, cân
đối việc điều khiển luân phiên đảm bảo tuổi thọ cho các thiết bị, lập lịch cho quá
trình bảo trì, bảo dưỡng kịp thời.

12


Hình 1.2. Mô hình điều khiển quản lý tòa nhà IBMS

1.2. Nguyên tắc hoạt động của IBMS
Hệ thống IBMS thu thập các dữ liệu đầu vào từ các cảm biến, bộ thực thi tại
mức trường sau đó sử dụng các thông tin đầu vào để ra quyết định điều khiển tại các
máy trạm, các bộ vi xử lý khu vực, các máy trạm được kết nối với nhau trong một
mạng tổng hợp để truyền và trao đổi thông tin. Sau đó dữ liệu được xử lý và phân
tích tại mức quản lý là thiết bị trung tâm và đưa đầu ra tại các bộ vi xử lý khu vực
như là tín hiệu bật hay tắt được kết nối tới các máy trạm trong tòa nhà.
Ví dụ điển hình về nguyên tắc hoạt động của IBMS điều khiển Chiller.
Kết nối cấp cao
IBMS cho phép kết nối trực tiếp từ bảng điều khiển tới Router để đặt thông số cho
Chiller.
Kết nối cấp thấp
DDC thu thập dữ liệu từ các cảm biến đặt tại các đường ống.
DDC phân tích các tín hiệu rồi đặt lại các thông số điều khiển cho Chiller

13


Hình 1.3. Nguyên tắc hoạt động của BMS điều khiển Chiller

1.3. Sơ đồ kiến trúc của hệ thống IBMS
Hệ thống điều khiển tự động tòa nhà thông minh IBMS được thiết kế theo mô
hình điều khiển phân lớp, thường là 4 lớp:
- Lớp hiện trường
- Lớp điều khiển

- Lớp vận hành giám sát
- Lớp quản lý.

Hình 1.4. Mô hình điều khiển phân lớp của IBMS
Để phân tích một hệ thống IBMS chúng ta đi phân tích từ phần vật lý (thiết bị
hiện trường) ngược lên đến phần quản lý (phần mềm điều khiển và tương tác người
dùng) để thấy được quy trình xây dựng một hệ thống IBMS.
14


1.3.1. Thiết bị hiện trường:
Các thiết bị hiện trường bao gồm các thành phần chính như sau:
Các thiết bị như cảm biến (sensor): cảm biến nhiệt, ánh sáng, chuyển động,
hồng ngoại…
Bộ chấp hành (actuator): thiết bị điều hoà không khí, quạt thông gió, thang
máy…
Các bộ điều khiển trường (field controller): được dùng để giao tiếp trưc tiếp
với các khu vực có các ứng dụng cần điều khiển.

Hình 1.5. Mô hình thiết bị hiện trường
Các thiết bị hiện trường có khả năng tự giao tiếp với nhau, hoặc qua bộ điều
khiển (local controler). Cảm biến (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 IBMS.
1.3.2. Khối điều khiển
Kết nối từ trung tâm điều khiển tới mức điều khiển các ứng dụng trong tòa nhà
thông qua các bộ điều khiển IBMS 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…

Hình1.6. Mô hình khối điều khiển
15


Khối điều khiển có chức năng:
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. Gửi thông điệp, kết quả tới khối vận
hành giám sát.
1.3.3. 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:
 Quản lý toàn bộ toà nhà.
 Giám sát vận hành của các thiết bị, giám sát sự cố xảy ra
 Gửi yêu cầu đến bộ điều khiển hiện trường.
IBMS 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 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.
1.3.4. Khối quản lý

Hình 1.7. Mô hình khối quản lý của hệ thống IBMS
Khối này được cài đặt ngay ở khối vận hành giám sát.

16

Chức năng: là cài đặt kế hoạch làm việc. Kết nối vận hành từ xa qua mạng
viễn thông, internet…
Ví dụ: Khi ta cần một phòng họp cho 100 người vào X giờ, ngày Y tháng Z.
Người quản trị có thể tự tìm và án định nó hoặc gõ lệnh để máy tự tìm. Khi đó Hệ
thống vận hành giám sát sẽ tự động gửi lệnh điều khiển bao gồm: Thời gian mở
phòng họp, bật đèn, điều hoà, thông gió… trước thời gian ấn định nào đó.

1.4. Các hệ thống chức năng trong IBMS
Hệ thống quản trị tòa nhà IBMS “thông minh” ở chỗ ngoài các tính chất của
một hệ BMS nó còn các mối liên hệ tương tác với các quy trình nghiệp vụ “định
hướng người dùng”, các luật, quy định, chính sách để quản lý và vận hành hệ thống
một cách tối ưu. Một hệ thống IBMS tổng thể bao gồm nhiểu thành phần và chức
năng khác nhau, có thể bao gồm (hoặc không hoàn toàn) các hệ thống sau:

Hình 1.8. Thành phần của hệ thống IBMS
1.4.1. Hệ thống điều khiển thiết bị
IBMS điều khiển các thiết bị để tiết kiệm năng lượng và phản ứng tự động của
tòa nhà đến môi trường ví dụ như Hệ thống IBMS tắt máy điều hòa vào ban đêm để
tiết kiệm năng lượng hoặc mở máy điều hòa nếu có người vào khu vực bằng thẻ
truy suất vào để làm việc.
1.4.2. Hệ thống giám sát thiết bị
17


Thiết bị được giám sát để cải thiện hiệu quả nhân viên điều hành bằng cách:
Cung cấp thông tin tập trung về trung tâm những trạng thái thiết bị hiện tại.
Tất cả thông tin thiết yếu máy móc và năng lượng đặt trên đồ thị động. Cung cấp sự
kiện thông tin về trạng thái thiết bị và báo tình trạng các cửa ( mở, đóng, đóng

không kín), mức nước ở các bể chứa nước, tình trạng các máy bơm, các lọc gió bị
bẩn được hiện lên màn hình máy tính, hoặc là chuông.
1.4.3. Hệ thống điều hòa trung tâm
Là một hệ thống điều hòa chính cung cấp tất cả không khí lạnh cho tòa nhà.
Được hệ thống tự động của tòa nhà điều khiển mở hoặc tắt được sử dụng từ một
bảng điều khiển. Mở hoặc tắt sẽ dựa vào các chương trình thời gian cho phù hợp,
theo những điều khiển chọn lọc để đạt được hiệu quả cao mà chi phí thấp.
Tất cả thông tin đều được theo dõi điều khiển bởi hệ thống tự động của tòa nhà
nhờ vào các giao diện mức cao như tải của toàn hệ thống, điện áp nguồn cung cấp,
áp lực đầu vào, báo nhiệt độ nước vào, nhiệt độ nước ra của các máy bơm, tình
trạng báo động, tình trạng các bơm, liều lượng nước, điều khiển các van (cực đại
hoặc cực tiểu) để nhiệt độ luôn ổn định.
1.4.4. Hệ thống điều hòa khu vực
Từ hệ thống điều hòa trung tâm sẽ phân phối ra, được hệ thống tự động của
tòa nhà cho tắt/ mở không khí sẽ dựa vào thời gian đã hoạch định sẵn, 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 đây và làm mát. Nhiệt độ sẽ được cài đặt tăng hoặc
giảm tại hệ thống tự động, tùy thuộc vào yêu cầu
1.4.5. Hệ thống chiếu sáng
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…
Có 3 chế độ vận hành như sau:
-

Chế độ tiện nghi( Khách hàng có thể mở đèn theo yêu cầu)

-

Chế độ sáng tất cả

-

Chế độ tắt khi không có truy nhập
18


1.4.6. Hệ thống thang máy, thang cuốn.
Hệ thống thang máy, thang cuốn là hệ thống điều khiển độc lập mà bao gồm
những đặc tính quản lý năng lượng. Nhưng hệ thống tự động cũng có thể báo lỗi
tình trạng của thiết bị như mở/tắt, có báo động hiện trên bảng điều khiển.
1.4.7. Hệ thống báo cháy.
Hệ thống báo cháy cho phép phát hiện tín hiệu báo cháy từ các cảm biến nhạy
khói và tự động phát tín hiệu cảnh báo cũng như gửi các thông báo khẩn cấp tới
trung tâm tòa nhà hoặc trạm cứu hỏa.
1.4.8. Hệ thống điều khiển đóng ngắt các thiết bị điện dân dụng
Cho phép đóng ngắt các thiết bị nhất định không chỉ từ bên trong tòa nhà mà
còn từ mọi nơi bên ngoài tòa nhà. Hầu hết các thiết bị điện dân dụng như đèn chiếu
sáng, tủ lành, máy điều hòa, lò vi sóng, máy giặt và các thiết bị nghe- nhìn đều tiêu
thụ nhiều điện năng và lãng phí công suất tiêu tán.
1.4.9. Hệ thống quản lý năng lượng điện
Có nhiệm vụ thu thập mức tiêu thụ điện trong các hệ thống công cộng của tòa
nhà, như hệ thống HVAC, hệ thống chiếu sáng công cộng, hệ bơm nước. Một số bộ
đo điện tử số đặc biệt được thiết kế mắc song song với các công to điện trong các hệ
thống tiêu thụ nhất định sẽ thường xuyên truyền số liệu tiêu thụ điện về máy tính
trung tâm của tòa nhà. Tại đó, một chương tình quản lý sẽ tính và phát ra các báo
cáo về dữ liệu quá khứ về lượng điện đã tiêu thụ nhằm lưu ý người sử dụng hoạch
định các chính sách sử dụng sao cho tối ưu.
1.4.10.Các đặc điểm thông tin trong mỗi hệ thống và mối quan hệ giữa
chúng.
Thông tin trong mỗi hệ thống trong IBMS có những đặc điểm riêng đòi hỏi

phải được truyền qua môi trường thích hợp.
- Theo mức độ ưu tiên: Như thông tin từ hệ thống báo cháy phải được ưu tiên
luôn bền vững, xử lý thời gian thực, và tốc độ cao vì tính nguy hiển, và khẩn cấp
của nó.
19


- Theo tần suất yêu cầu của hệ thống : Nếu sự kiện đo đếm mức tiêu thụ điện
truyền qua mạng tới trung tâm thường xuyên thì báo cháy ít xảy ra.
- Theo lượng và tốc độ truyền thông tin: Khi sự cố xảy ra thì phải điều khiển
chính xác và tốc độ phải nhanh với hệ thống giám sát, hay báo cháy: Từ đó để ta
xây dựng hệ thống mạng cho phù hợp
Trong một tòa nhà, các hệ thống kỹ thuật hoạt động luôn cần sự liên kết với
nhau. Thí dụ hệ thống báo cháy luôn cần sự tương tác từ hệ thống âm thanh, chiếu
sáng, điều hòa thông gió... bởi vì khi có cháy, không chỉ còi báo cháy hoạt động mà
hệ thống âm thanh phải hướng dẫn người thoát ra như thế nào, hệ thống chiếu sáng
phải bật đèn dẫn hướng cho người ra, các quạt thông gió điều hòa phải thay đổi chế
độ để không đưa thêm Ôxi vào khu vực cháy mà phải hút khói ra ngoài....

Hình 1.9. Mô hình liên kết các hệ thống trong tòa nhà IBMS
Hệ thống BMS khi được áp dụng sẽ tạo ra mối liên kết các hệ thống kỹ thuật
trong tòa nhà và phối hợp các hệ thống một cách linh hoạt để có thể phản ứng một
cách nhanh nhất với các sự việc bất thường xảy ra

1.5. Những lợi ích mang lại cho tòa nhà khi sử dụng hệ
thống IBMS
Lợi ích lớn nhất của hệ thống quản lý tòa nhà thông minh là cung cấp cho người
dùng một môi trường thoái mái, an toàn và thuận tiện, tiết kiệm chi phí quản lý và
20

duy trì tòa nhà. Đảm bảo các thiết bị luôn hoạt động tốt, và giảm thiểu nhân lực lao
động. Những lợi ích thiết thực phải kể đến như:

Hình 1.10. Lợi ích của hệ thống BMS đem lại cho tòa nhà
1.5.1. Lợi ích về năng lượng.
Tự động điều khiển liên tục công suất tải. Đặt các thiết bị chấp hành hoạt động
theo tiến trình định trước hoặc theo các tiêu chuẩn đặt ra ban đầu theo các thông tin
nhận được từ hệ cảm biến chuyên dụng. Điều khiển đóng ngắt hệ thống điện khi gặp
sự cố, khởi động hệ thống chiếu sáng khi có đột nhập trái phép. Giám sát việc sử
dụng năng lượng hàng ngày. Tự động báo hiệu cảnh báo nếu năng lượng tiêu thụ
hàng ngày quá cao. Giám sát mức độ tiêu thụ năng lượng, in hoá đơn tiền điện cho
từng khu vực chức năng, khu vực địa lý. Có thể xác định chính xác công suất điều
hòa không khí tới từng phòng, từng khu vực.
1.5.2. Hỗ trợ vận hành
Bằng giao diện trực quan tại trung tâm điều khiển, kỹ sư vận hành có thể cài
đặt lại tham số cho các thiết bị chấp hành, các thiết bị điều khiển, cảm biến. Vị trí
các thiết bị và trạng thái hoạt động của nó được thể hiện trực quan trên màn hình
vận hành và giám sát, người vận hành có thể nhận biết được trạng thái hoạt động,
các sự cố xảy ra đối với thiết bị và toàn hệ thống.

21


Hình 1.11. BMS giúp quản lý tòa nhà tiện lợi
Ví dụ:
Khi xảy ra cháy tại tầng 3 của toà nhà, các thiết bị bổ trợ cho chữa cháy và cứu
nạn được kích hoạt, cụ thể như: Hệ thống chữa cháy tự động kích hoạt, hệ thống
thông gió ngừng cấp khí tươi và hút khí trong tầng ra khỏi tầng 3. Những thiết bị
điện không cần thiết được ngắt khỏi hệ thống điện. Hệ thống truy nhập vào ra được

ngắt, hệ thống thang máy sẽ đưa các thang đến tầng 3, bơm áp lực cầu thang được
khởi động, để hỗ trợ di chuyển người ra khỏi tầng 3.
1.5.3. Hỗ trợ bảo dưỡng
IBMS sẽ giám sát tình trạng hoạt động của tất cả hoặc các thiết bị quan trọng
trong toà nhà. Đưa ra các cảnh báo, đặt lịch bảo trì, bảo dưỡng cho các thiết bị đó.
Hạn chế được tối đa thời gian kiểm tra thiết bị. IBMS giám sát tình trạng hoạt động
của các thiết bị dự phòng, đảm bảo tính sẵn sàng hoạt động của thiết bị. Ghi lại dữ
liệu cũ để hỗ trợ phân tích lỗi đã xảy ra và tránh những lỗi lặp lại. Cho những cảnh
báo hữu hiệu tới người vận hành.
1.5.4. Tối ưu hoá công tác an ninh và bảo mật
Hệ thống camera giám sát, điều khiển truy nhập khi được kết hợp với IBMS sẽ
có mối quan hệ chặt chẽ hơn với các thành phần khác của toà nhà, được hỗ trợ và
bổ sung chức năng cho công tác an ninh bảo mật.
Ví dụ:
Khi hệ điều khiển truy nhập phát hiện có đột nhập trái phép tại tầng 3. Hệ
thống IBMS sẽ thực hiện cách ly khu vực thông qua điều khiển hệ thống cửa ra vào.
22


Hệ thống chiếu sáng tầng 3 tự động được khởi động. Hệ thống Camera giám sát
hoạt động. Và thông tin đột nhập trái phép được thông báo trên hệ audio và nhân
viên an ninh sẽ hoạt động đồng thời.

23


CHƯƠNG II
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG QUẢN LÝ
TÒA NHÀ THÔNG MINH IBMS
Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh là một ứng dụng tiêu biểu của việc sử

dụng kiến thức cơ bản của hệ thống thông tin công nghiệp dựa trên cơ sở ứng dụng
công nghệ truyền thông và xử lý thông tin hiện đại. Có khả năng phân tích, tích hợp
các hệ thống thông tin trong các hệ điều khiển công nghiệp và điều khiển quá trình.

2.1. Tổ chức và kiến trúc của hệ thống thông tin công nghiệp
Tổ chức và kiến trúc hệ thống IBMS chính là tổ chức và kiến trúc của hệ
thống thông tin công nghiệp được thiết kế gồm ba mức, từ mức thấp đến mức cao
lần lượt là: mức hiện trường( field level), mức quản lý( management level), mức
dịch vụ (service level).
- Mức hiện trường: Bao gồm một mạng phân tán các nút điều khiển được nối
với bus thông tin. Mỗi nút có một bộ điều khiển có khả năng điều khiển một số thiết
bị được định địa chỉ cùng với các cảm biến và các bộ chấp hành.
- Mức quản lý: cung cấp một cái nhìn thống nhất tới tất cả các hệ thống thông
qua IBMS. Tất cả các hệ thống được tích hợp bằng EBI bằng các trình quản lý thiết
bị. Ngoài các lệnh chung truyền tới các hệ thống, hệ điều hành tòa nhà trong mức
này còn có sẵn ít nhất một vài dịch vụ như báo động, lưu trữ xu hướng lịch sử của
một hệ thống, đăng nhập và quản lý các tiểu sử người dùng.
-Mức dịch vụ cho phép hệ thống được nối tới các trung tâm dịch vụ bên ngoài
tòa nhà nhằm để cung cấp các khả năng giám sát và điều hiển từ xa, khả năng báo
động và phát hiện hỏng hóc.

24


Hình 2.1. Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống IBMS
2.1.1. Mục đích phân cấp
Định nghĩa các cấp theo chức năng, không phụ thuộc lĩnh vực công nghiệp cụ
thể. Mỗi cấp có chức năng và đặc thù khác nhau.Với mỗi ngành công nghiệp, lĩnh
vực ứng dụng có thể có các mô hình tương tự với số cấp nhiều hoặc ít hơn. Ranh
giới giữa các cấp không phải bao giờ cũng rõ ràng. Càng ở những cấp dưới thì các

chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh
nhạy, thời gian phản ứng. Càng ở cấp trên quyết định càng quan trọng hơn, lượng
thông tin cần trao đổi và xử lý càng lớn hơn. Phân cấp tiện lợi cho công việc thiết kế
hệ thống
2.1.2 Phân loại thông tin
Thông tin điều khiển, thông tin về các đại lượng điều khiển, thông tin quản lý
giám sát, thông tin về trạng thái thiết bị và quá trình, thông tin về lệnh vận hành hệ
thống.
Phương thức truyền thông tin
 Các hệ thống cũ :
Tín hiệu tương tự (điện áp, dòng điện), dây dẫn từng tín hiệu riêng biệt giữa
các thành phần của hệ thống.
Ưu điểm: đơn giản

25