BÁO CÁO THỰC TẬP TÌM HIỂU HỆ THỐNG GIÁM SÁT TÒA NHÀ THÔNG MINH

Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa và không khí hội nhập kinh tế diễn ra
trên phạm vi toàn cầu, Việt Nam đã tiến được những bước dài và đã đạt được những
thành công và kết quả tốt trong nhiều lĩnh vực kinh tế khác nhau. Đi cùng với sự phát
triển về kinh tế thì quy mô đô thị hóa với hàng loạt các công trình kiến trúc quy mô lớn
trong đó có các nhà cao tầng đã được xây dựng để phục vụ các mục đích kinh tế khác
nhau. Các tòa nhà này có thể được sử dụng với rất nhiều mục đích như văn phòng làm
việc, trung tâm thương mại, nhà ở và trong tương lai có thể được áp dụng cho trường
học, bệnh viện…Cùng với sự phát triển của các nhà cao tầng, vấn đề trang bị các hệ
thống kỹ thuật và quản lý chúng cũng được đặt ra và yêu cầu ngày một cao hơn.
Một tòa nhà thông thường phải có các hệ thống kỹ thuật tối thiểu như:
 Hệ thống cung cấp điện, chiếu sáng
 Hệ thống cung cấp nước
 Hệ thống thông gió
Và khi nhu cầu ngày một tăng thì các tòa nhà còn có thêm các hệ thống khác như:
 Hệ thống điều hòa không khí (kết hợp thông gió)
 Hệ thống kiểm soát vào ra kết hợp camera giám sát (An ninh)
 Hệ thống báo động, báo cháy, báo khói……
 Hệ thống thông tin nội bộ
 Hệ thống thang máy
 Hệ thống giám sát, quản lý, tự động hóa tòa nhà
Và với một tòa nhà thông minh thì được trang bị hệ thống giám sát BMS (Building
Management System) thì các hệ thống được thống kê trên, ngoài việc được điều khiển
tại chỗ còn được điều khiển và giám sát tập trung, tương tác bởi hệ BMS, để từ đó tòa
nhà được vận hành và quản lý một cách có hiệu quả và tiết kiệm nhất.

1

Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

LỜI CẢM ƠN
Với một khoảng thời gian thực tập ngắn và do kiến thức còn hạn chế của em, bản
báo cáo này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được các thầy giáo cô giáo
nhận xét và góp ý để em hoàn thiện tốt hơn báo cáo thực tập.
Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đặc biệt hai anh: Vũ Hoài Nam và Nguyễn Văn Thảo
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực tập tại công trình tòa nhà EVN11 Cửa Bắc, Ba Đình, Hà Nội. Em đã hiểu biết và đúc rút ra được rất nhiều điều thứ bổ
ích và quan trọng cho bản đồ án tốt nghiệp sắp tới và có những kinh nghiệm, kiến thức
nhất định. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của ban tổ chức, lãnh đạo Quý công ty
TNHH Niềm Tin – tòa nhà số 142 Đội Cấn, Ba Đình, Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện
để em hoàn thành tốt nội dung thực tập.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Thông

2


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP VÀ BỘ MÔN

1. Đánh giá mức hài lòng của Quý công ty TNHH Niềm Tin với sinh viên.
Đầu tiên bộ môn Kỹ thuật điện, khoa Năng Lương, trường đại học Thủy Lợi xin chân
thành cảm ơn sự giúp đỡ của Quý công ty Niềm Tin đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho
sinh viên Nguyễn Văn Thông hoàn thành đợt thực tập tốt nghiệp trong thời gian qua. Để
đánh giá được sinh viên, bộ môn kính đề nghị Quý công ty Niềm Tin dành thời gian

nhận xét sinh viên của trường đang thực tập – làm việc tại Quý công ty bằng cách đánh
giá độ hài lòng ở các vấn đề sau đây:
Tên sinh viên : Nguyễn Văn Thông
MSSV : 09511201535 Lớp : 51KTD
Thời gian thực tập từ ngày 27/7 – 10/10/2013
Tại phòng ban : công trình EVN – Số 11 Cửa Bắc, Ba Đình, Hà Nội
-

Đánh giá tính kỷ luật, chuyên cần, tác phong công việc và trình độ chuyên môn.

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
2. Nhận xét và đánh giá của bộ môn Kỹ Thuật Điện
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
3


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Phụ trách bộ phận thực tập
(ký, ghi rõ họ tên)

Xác nhận quý công ty Niềm Tin
(ký, đóng dấu)

Xác nhận bộ môn
(ký,đóng dấu)

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................2
NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP VÀ BỘ MÔN...............................3
1. Đánh giá mức hài lòng của Quý công ty TNHH Niềm Tin với sinh viên..........3
2. Nhận xét và đánh giá của bộ môn Kỹ Thuật Điện..............................................3
B. NỘI DUNG THỰC TẬP..............................................................................................5
I. Giới thiệu chung về tòa nhà EVN..............................................................................5
II. Giới thiệu về hệ thông giám sát BMS.......................................................................5
1. Hệ thống BMS là gì?..............................................................................................5
2. Chức năng của BMS............................................................................................6
3. Các lợi ích mà việc áp dụng BMS mang lại:.......................................................7
III. Cấu trúc hệ thống BMS........................................................................................7
1. Phần cứng BMS...................................................................................................7
2. Phần mềm BMS.................................................................................................10
3. Truyền thông trong BMS....................................................................................10
4. Nguyên lí hoạt động bằng sơ đồ........................................................................12
5. Sơ đồ cấu trúc hệ thống quản lí.........................................................................13
IV.

Tích hợp nút bấm và điều khiển vào BMS....................................................14

4

Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

1. Tích hợp hệ thống điều hòa thông gió HVAC vào BMS.....................................14
2. Tích hợp hệ thống chiếu sáng vào BMS.............................................................15
3. Tích hợp hệ thống quản lý điện năng (PMS) vào BMS......................................16
4. Tích hợp hệ thống báo cháy vào BMS...............................................................17
5. Tích hợp hệ thống an ninh (Sercurity) và BMS..................................................18
6. Tích hợp hệ thống thang máy vào BMS.............................................................19
7. Tích hợp một số hệ thống khác vào BMS...........................................................20

B. NỘI DUNG THỰC TẬP

I. Giới thiệu chung về tòa nhà EVN.
Tòa nhà Trung tâm điều hành và thông tin viễn thông ngành Điện lực Việt Nam
(Tòa nhà EVN). Với vị trí nằm ở khu vực trung tâm, tòa nhà EVN gồm 3 tầng hầm, khối
đế 5 tầng, 2 tòa tháp một tháp 33 tầng (Tháp A), Tháp B 29 tầng tọa lạc tại số 11 Cửa
Bắc, Quận Ba Đình, Hà Nội.
Tòa nhà được trang bị 16 thang máy Mitsubishi tốc độ cao 4m/s trong đó có 12
thang máy chở khách từ tầng hầm thứ 3 lên tới tầng 33 và tầng 29 của 2 tòa tháp, 2 thang
máy chở khách hoạt động cho khu vực khối đế từ tầng 1 lên tới tầng 4, 2 thang vận
chuyên chở thiết bị máy nặng lên các tầng trên của tòa nhà.
Hệ thống hạ tầng kỹ thuật như:
 Hệ thống điều hoà không khí, thông gió.
 Hệ thống phòng chữa cháy tự động.
5


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

 Hệ thống điện sử dụng và chiếu sáng.
 Hệ thống mạng LAN có thể kết nối chung hoặc độc lập cho các văn phòng, hệ
thống điện thoại qua tổng đài nội bộ, điện thoại công nghệ IP và kết nối độc lập cho điện
thoại riêng của các văn phòng.
 Hệ thống camera quan sát tại khu vực công cộng và ghi hình kỹ thuật số
 Hệ thống thẻ từ (card reader) giúp bảo mật và anh ninh tối đa cho các văn phòng
làm việc.
 Hệ thống quản lí bãi đỗ xe.
 Hệ thống phát thanh công cộng.
Tất cả đều là các hệ thống tự động kết nối với hệ thống quản lý toà nhà (BMS).

II. Giới thiệu về hệ thông giám sát BMS.
1. Hệ thống BMS là gì?
BMS_Building Management System là hệ thống quản lý tòa nhà. BMS là hệ
thống tích hợp quản lý và điều khiển các hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà nhằm phối hợp
vận hành các hệ thống con một cách thống nhất và linh hoạt. Hệ thống BMS ra đời trợ
giúp cho việc quản lý các tòa nhà một cách hiệu quả và kinh tế. Tuy vốn ban đầu đầu tư
cho thiết bị và các phần mềm quản lý là không nhỏ, nhưng so với chi phí khai thác lâu
dài thì rất hiệu quả và kinh tế. Theo thống kê thì với một tòa nhà sử dụng trong 50 năm
thì chi phí đầu tư xây dựng chỉ chiếm 10% ; 90% lượng chi phí còn lại là chi phí vận
hành tòa nhà bao gồm chi phí điện năng, chi phí nhân công vận hành, chi phí bảo trì bảo
dưỡng định kỳ các hệ thống…Việc sử dụng BMS ngay từ đầu có thể giảm được 25% các
chi phí sau này trong quá trình vận hành tòa nhà. Vì thế đối với các nước phát triển trên
thế giới việc sử dụng BMS được coi như là một tiêu chuẩn khi xây dựng các tòa nhà cao
tầng.
2.

Chức năng của BMS.

6


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

Đối với các hệ thống con, BMS có thực hiện hai nhiệm vụ là điều khiển và giám
sát. Tùy từng hệ thống mà BMS có thể thực hiện một hoặc cả hai nhiệm vụ này. Với
chức năng điều khiển, BMS có thể thực hiện được các công việc sau:
 Điều khiển bật tắt ON/OFF các đối tượng trong tòa nhà như bơm, van, đèn chiếu
sáng…
 Điều khiển hoạt động theo chu kỳ : các hoạt động lặp đi lặp lại sẽ được lập lịch
trình vận hành để làm việc tự động theo chu kỳ
 Điều khiển theo sự kiện : người vận hành có thể lập dự đoán trước các sự kiện
bất thường có thể xảy ra và lập trình trước cho BMS để có thể phản ứng một cách nhanh
nhất khi sự kiện đó xảy ra.
 Điều khiển liên động hoạt động của các hệ thống con ví dụ như liên động giữa hệ
thống báo cháy với hệ thống điều hòa thông gió, với hệ thống âm thanh, hệ thống điều
khiển truy nhập…
 Phân quyền trong điều khiển : phần mềm BMS sẽ phân ra các cấp khác nhau
phù hợp với từng đối tượng trong tòa nhà. Việc phân quyền trong điều khiển có vai trò
hết sức quan trong trong việc đảm bảo vấn đề an ninh an toàn của tòa nhà
Với chức năng giám sát, BMS thực hiện các công việc sau:
 Giám sát các thông số về môi trường của tòa nhà như nhiệt độ, độ ẩm, khói, khí
CO để phục vụ việc điều khiển hoặc đưa ra cảnh báo khi cần
 Giám sát trạng thái các thiết bị như bơm ,van, quạt gió, điều hòa, thang máy...để
đưa ra cảnh báo và lên lịch trình bảo dưỡng cho thiết bị
 Giám sát an ninh cho tòa nhà
 Giám sát năng lượng tiêu tốn trong tòa nhà, đưa ra báo cáo và cảnh báo khi cần
Trên phương diện tích hợp hệ thống, BMS làm nhiệm vụ tích hợp hệ thống,
thống kê thu thập, phân tích dữ liệu và in báo cáo.Các dữ liệu về thông số của tòa nhà từ

tất cả các hệ thống con được lưu trữ trên máy chủ BMS. Các số liệu được thống kê và
phân tích theo các tiêu chí cụ thể khác nhau (giá trị max, giá trị min, trung bình, xác
xuất,…) và từ đó đưa ra được các thông số tối ưu hóa hệ thống, mặt khác hỗ trợ người
vận hành trong công việc bảo trì chuẩn đoán sự cố. Kiểm tra lên bảng thời gian làm việc
các thiết bị để biết được thời gian cần thay thế khi hết tuổi thọ của từng thiết bị.
3.

Các lợi ích mà việc áp dụng BMS mang lại:
 Giảm chi phí lắp đặt ban đầu từ việc phối hợp lắp đặt các thành phần có liên

quan đến nhau thay vì lắp đặt các hệ thống riêng lẻ.
7


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

 Đơn gián hóa vận hành và giám sát nhờ hệ thống các bộ điều khiển và hệ thống
đo lường tự động được kết nối thống nhất, có khả năng thay đổi việc vận hành tòa nhà
một cách linh hoạt mà chỉ cần tác động rất ít hoặc không cần tác động đến phần cứng.
 Giảm thời gian đào tạo cho nhân viên vận hành nhờ các chỉ dẫn trực tiếp trên
màn hình cũng như giao diện trực quan của tòa nhà.
 Giảm chi phí năng lượng thông qua việc phối hợp linh hoạt các hệ thống trong
tòa nhà, việc theo dõi mức tiêu thụ điện năng và khả năng phát hiện cũng như cảnh báo
các hiện tượng thất thoát điện năng.
Quản lý cơ sở và 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
III. Cấu trúc hệ thống BMS.
1. Phần cứng BMS
Hệ thống BMS có cấu trúc một hệ thống điều khiển phân tán DCS. Hệ thống được phân
cấp thành 3 cấp :

 Cấp quản lý ( Management Level)
 Cấp điều khiển ( Control Level)
 Cấp trường (Field Level)
1.1.

Cấp quản lý

Cấp quản lý hệ thống là cấp giao tiếp trực tiếp với người vận hành. Thành phần của
cấp quản lý là các máy tính làm nhiệm vụ vận hành và giám sát các hệ thống của tòa
nhà. Trên các máy tính này cài các phần mềm ứng dụng cho việc quản lý, vận hành,
giám sát và các công cụ hỗ trợ giao tiếp người máy HMI. Cấp quản lý phải thực hiện các
chức năng như sau:
 An toàn hệ thống: Giới hạn quyền truy cập và vận hành đối với từng cá nhân
 Xâm nhập hệ thống: Cho phép những người có quyền được truy cập và lấy dữ
liệu hệ thống thông qua máy tính các nhân hoặc các thiết bị lưu trữ khác.
 Định dạng dữ liệu: Lắp ghép các điểm dữ liệu rời rạc vào trong các nhóm định
dạng có quy tắc phục vụ cho việc in ấn và hiện thị.
 Tùy biến các chương trình: người sử dụng có thể tự thiết kế, lập trình các chương
trình riêng tùy theo yêu cầu sử dụng của mình.
8


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

 Giao diện: Xây dựng giao diện dựa trên ứng dụng của khách hàng, có sử dụng các
công cụ vẽ đồ thị và bảng biểu
 Lập báo cáo: Có khả năng lập báo cáo tự động, định kỳ hoặc theo yêu cầu về các
cảnh báo và các sự kiện, hoạt động vận hành. Đồng thời cung cấp các khả năng tóm tắt
báo cáo.
 Quản lý việc bảo trì bảo dưỡng: Tự động lập kế hoặch và tạo ra các thứ tự công

việc cho các thiết bị cần bảo trì dựa trên lịch sử thời gian làm việc hoặc kế hoặch theo
niên lịch.
 Tích hợp hệ thống: Cung cấp giao diện và điều khiển chung cho các hệ thống con
(HVAC, báo cháy, an toàn, giám sát truy nhập,...) và cung cấp khả năng tổng hợp thông
tin từ các hệ thống con để từ đó đưa ra các tác động có tính toàn cục trong hệ thống.
1.2.

Cấp điều khiển.

Thành phần của cấp điều khiển là các bộ điều khiển số trực tiếp DDC ( Direct
Digital Controller) và các bộ giám sát mạng NC ( Network Controller) làm nhiệm vụ
điều khiển các thiết bị của các hệ thống trong tòa nhà. Các bộ NC sẽ giám sát hoạt động
của các bộ DDC nối vào nó và chia sẻ dữ liệu giữa các DDC này. Các NC trong mạng
sẽ được kết nối theo kiểu điểm_điểm và hoạt động trên cơ sở ngang hàng. Các bộ DDC
là các thiết bị giữ vai trò điều khiển chính. Các DDC sẽ gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp
đến các thiết bị chấp hành thuộc các hệ thống con ( điều hòa, chiếu sáng, truy nhập…).
Các DDC này phải cung cấp được các thuật toán điều khiển khác nhau ( điều khiển
ON/OFF , điều khiển tỷ lệ PID, điều khiển tối ưu..) để thích ứng với các đối tượng khác
nhau.
1.3.

Cấp trường

Các thiết bị chính của cấp trường gồm:
 Bộ điều khiển thiết bị cấp trường (Terminal Equiment Controller) riêng cho mỗi
hệ thống cơ khí như, AHU, FCU, VAV….
 Van điều khiển điều khiển lưu lượng gió, nước
 Bộ đóng cắt động cơ: động cơ cho các van được điều khiển nhịp nhàng nhờ có
giao tiếp với các bộ điều khiển số

9


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

 Thiết bị cảm biến: cảm biến chênh áp, cảm biến nhiệt độ (gió, trong phòng, ngoài
trời), cảm biến báo cháy, cảm biến độ ẩm
 Các rơle đóng cắt, các bộ chuyển đổi đo đếm điện năng.
 Các thiết bị chấp hành
Các thiết bị cấp trường cung cấp khả năng điều khiển trực tiếp tới các thiết nằm trong
phạm vi cấp vùng, như bơm nhiệt, hộp điều lượng gió (VAV – Variable Air Volume),
thiết bị cấp gió đơn vùng. Bộ điều khiển cấp này cũng có thể sử dụng phần mềm quản lý
năng lượng. Tại cấp xử lý vùng, cảm biến và thiết bị chấp hành liên lạc trực tiếp với thiết
bị được điều khiển. Một bus liên lạc làm phương tiện kết nối các bộ điều khiển, do vậy
các điểm thông tin giữa các bộ điều khiển có thể chia sẽ cho nhau và chia sẽ với các bộ
xử lý tại hệ thống và ở cấp xử lý hoạt động. Các bộ điều khiển cấp vùng tiêu biểu có một
cổng hoặc kênh giao tiếp để hỗ trợ sử dụng thiết bị đầu cuối di động trong quá trình thiết
lập ban đầu và cả những lần điều chỉnh sau đó.
2.

Phần mềm BMS

Phần mềm BMS bao gồm 3 loại :
 Phần mềm lập trình cho các bộ điều khiển số : đây là phần mềm các nhà sản xuất
cung cấp cùng các bộ điều khiển số DDC. Phần mềm này sẽ lập trình cho các DDC để
thực hiện các chức năng điều khiển cụ thể.
 Phần mềm vận hành và giám sát các hệ thống con : phần mềm này sẽ cài trên các
máy tính vận hành giám sát các hệ thống con ( máy tính HVAC, máy tính Access
Control …) giúp quản lý các hệ thống con
 Phần mềm quản lý BMS cài trên máy chủ BMS: phần mềm này giúp thu thập,

quản lý, phân tích dữ liệu,in các báo cáo và đưa ra các cảnh báo phù hợp.
3. Truyền thông trong BMS
Một hệ thống BMS đầy đủ thường có 3 lớp mạng tương ứng với 3 cấp trong hệ thống
phân cấp:


Lớp mạng mức trường (Field level Network)



Lớp mạng mức điều khiển (Control Level Network)



Lớp mạng mức quản lý (Management Level Network)

10


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

Tùy theo mức độ ứng dụng, độ lớn tích hợp mà có thể sử dụng cả 3 lớp mạng riêng hoặc
chung 2 trong 3 lớp mạng với nhau.
3.1. Lớp mạng mức quản lý
Mạng này kết nối các thiết bị ở cấp quản lý, mạng thường dùng là mạng Ethenet LAN
sử dụng giao thức TCP/IP, sử dụng chuẩn này không những tạo được tốc độ truyền cao
mà còn đáp ứng được nhu cầu về khoảng cách truyền mà không cần bộ lặp, hoàn toàn
đáp ứng được yêu cầu thời gian thực của hệ thống BMS. Tốc độ truyền trên mạng đạt
100Mbps
Tại các máy tính điều khiển, việc quản lý và cấp quyền sử dụng cho người vận hành

hệ thống trên các trạm điều khiển sử dụng User Account. Tùy theo quyền sử dụng được
cấp, chức vụ của người vận hành mà có các mức độ can thiệp khác nhau vào hệ thống.
Ngoài ra cũng có thể sử dụng mạng BAC Net/IP hoặc LON Talk/IP
3.2.

Lớp mạng mức điều khiển

Đây là lớp mạng sơ cấp (Primary Network) dùng để kết nối các bộ điều khiển DDC sơ
cấp (Primary Control Unit) với nhau, thường sử dụng mạng Ethernet IP hoặc BAC
Net/IP sử dụng đường truyền RS485 và giao thức ngang hàng “peer to peer”
Lớp mạng này có thể có thêm các bộ Gateway để kết nối với các hệ thống phụ khác ..,
các hệ thống phụ thường sử dụng giao thức BACnet hoặc LONwork
Trong nhiều ứng dụng cụ thể lớp mạng này có thể nối chung với mạng Lớp mạng mức
quản lý tạo thành mạng chính tòa nhà, khi đó các bộ DDC được nối với nhau và nối với
với máy tính điều khiển (server) của hệ thống BMS.
3.3.

Lớp mạng mức trường

Đây là mạng thứ cấp (Secondary Network) dùng để kết nối tất cả các bộ điều khiển
ứng dụng (secondary control unit), các thiết bị đo lường có khả năng nối mạng. Mạng
này sử thường sử dụng các giao thức như BACnet MS/TP, LONwork.

11


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

Mạng này sử dụng đường truyền RS485 dạng Master/Slaver, các bộ DDC đóng vai trò là
các Master điều khiển các bộ điều khiển thứ cấp (Secondary Control Unit).

12


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

4. Nguyên lí hoạt động bằng sơ đồ.

13


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

5. Sơ đồ cấu trúc hệ thống quản lí

Hệ thống
điều hòa
thông gió

Hệ thống
camera

Hệ thống
thang máy

Hệ thống
chiếu sáng
& quản lý
điện

BMS
Hệ thống
phát thanh

14

Hệ thống
quản lý
bãi đỗ xe

Hệ thống
báo cháy

Hệ thống
kiểm soát
vào ra


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

IV.

Tích hợp nút bấm và điều khiển vào BMS.

1. Tích hợp hệ thống điều hòa thông gió HVAC vào BMS
Trong tòa nhà, hệ thống điều hòa không khí và thông gió là hệ thống phức tạp nhất và
tiêu thụ lượng điện năng lớn nhất nên được ưu tiên hàng đầu trong việc tích hợp BMS.
Đối với một tòa nhà, hệ thống điều hòa đòi hỏi công suất tương đối lớn và không gian
làm việc rộng. Hiện nay có hai hệ thống điều hòa đang được sử dụng trong các nhà cao
tầng là hệ điều hòa VRV và hệ điều hòa Chiller

 Điều hòa Chiller : Chiller là hệ thống điều hòa kiểu trung tâm sử dụng nước làm
chất trung gian tải lạnh. Một hệ thống điều khiển điều hòa chiller có cấu trúc đầy đủ gồm
3 cấp : cấp quản lý là máy tính trạm vận hành BMS Work Station sẽ đóng vai trò máy
chủ của hệ thống điều hòa ; cấp điều khiển là các bộ giám sát mạng NC và các bộ điều
khiển số DDC ; cấp trường bao gồm hệ thống bơm, van, các máy chiller, FCU, AHU,
VAV, các bộ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất để lấy thông số về hệ thống điều khiển
giám sát. Hệ thống điều khiển chiller được kết nối với nhau thông qua các đường bus
theo các chuẩn BAC net, LON work hoặc MOD bus cho phép việc điều khiển hệ thống
điều hòa chiller theo 3 hình thức : điều khiển tự động (AUTO), điều khiển bằng tay
( MANUAL) và điều khiển từ BMS.


Điều hòa VRV : VRV là kiểu điều hòa phân tán trong đó không khí trao đổi

nhiệt trực tiếp với môi chất lạnh tại hiện trường. Việc điều khiển VRV được giao trực
tiếp người sử dụng tại hiện trường. Hệ thông BMS chỉ làm nhiện vụ chuyển đổi tín hiệu
từ hệ thông VRV sang một trong các chuẩn BAC net, LON work hoặc MOD bus để đưa
về máy tính vận hành nhằm nhiệm vụ giám sát, quản lý hệ thống VRV
Sau khi tích hợp, BMS cho phép chạy / dừng đối với từng máy điều hòa theo khu vực ,
căn chỉnh tần suất hoạt động theo nhiệt độ, công suất hệ thống điều hòa sẽ tự động giảm
theo nhiệt độ thực tế đạt được so với nhiệt độ đặt, nhằm tiết kiệm năng lượng và tăng
tuổi thọ của hệ thống điều hòa, quản lý và theo dõi lưu lượng thông gió, áp suất, liên
động với hệ thống báo cháy để giảm sự cố; lập lịch và điều khiển hoạt động của hệ
thông điều hòa theo thời gian cụ thể ( theo ngày, theo tuần, theo mùa, theo sự kiện…);
giám sát trạng thái thiết bị và lên lịch bảo trì bảo dưỡng…

15


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

( Đồ hoạ mô phỏng hoạt động của máy điều hoà không khí AHU)
2. Tích hợp hệ thống chiếu sáng vào BMS
Điện năng dùng cho điều khiển chiếu sáng trong một toà nhà chiếm một tỷ trọng khá
lớn so với điện năng tiêu thụ tổng. Việc quản lý tốt vấn đề chiếu sáng không chỉ đem lại
môi trường làm việc đủ ánh sáng mà còn nâng cao hiệu quả đầu tư do việc tiết kiệm điện
và chi phí vận hành..
Với quy mô và tính chất như vậy, hệ thống điều khiển chiếu sáng cho toà nhà cần phải
đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:
 Quản lý điều khiển chiếu sáng tập trung
 Có khả năng điều khiển chiếu sáng theo chương trình, theo lịch đặt trước
 Có khả năng kết hợp điều khiển chiếu sáng tự động theo chương trình và chiếu
sáng tại chỗ
 Có khả năng lựa chọn chế độ chiếu sáng phù hợp
 Có khả năng kết nối với hệ thống quản lý toà nhà để tối ưu hoá vận hành
16


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

 Có khả năng mở rộng hệ thống không chỉ về số lượng thiết bị điều khiển chiếu
sáng mà cả các thiết bị hỗ trợ điều khiển chiếu sáng như các cảm biến cường độ sáng,
các thiết bị an ninh…
Hệ thống đèn chiếu sáng công cộng trong và ngoài tòa nhà sẽ được thiết kế dựa trên
những tiện ích cho người sử dụng và quản lý hệ thống.
Hiện nay có hai hệ thống điều khiển chiếu sáng đang được sử dụng là:
 Chiếu sáng kiểu thông thường với 3 cấp : cấp quản lý là máy trạm BMS đóng vai
trò máy chủ của hệ thống chiếu sáng, cấp điều khiển là các bộ DDC, cấp trường là các
rơle đóng cắt các lộ đèn.
 Chiếu sáng kiểu Bus EIB: các đối tượng của hệ thống chiếu sáng đều có hai

đường tín hiệu : đường cấp nguồn và đường cấp tín hiệu điều khiển. Nhờ cách nối dây
này có thể giảm được 60% lượng dây dẫn của hệ thống chiếu sáng, ngoài ra việc điều
khiển hệ thống chiếu sáng trở nên linh hoạt và tin cậy hơn.
3. Tích hợp hệ thống quản lý điện năng (PMS) vào BMS
Hệ thống BMS quản lý các thiết bị bảo vệ nguồn điện nằm trong các tủ điện phân
phối nguồn điện chính và các tủ điện phân phối nguồn phụ cho các tầng, các thiết bị
bằng việc thu nhận các thông tin về trạng thái làm việc cũng như quá tải của các thiết bị
này thông qua các đấu nối từ đầu ra báo lỗi, báo trạng thái hoạt động của các thiết bị
điện tới các tủ điều khiển DDC của hệ thống BMS.
Để quản lý tốt hệ thống điện, hệ thống BMS giám sát điện năng tiêu thụ của tòa
nhà, thiết bị giám sát theo dõi được các thông số kỹ thuật chính của các nguồn điện
được cấp đến từ trạm biến thế hạ áp (cũng như máy phát dự phòng- nếu có):
 Công suất hữu ích của tòa nhà P
 Công suất biểu kiến S
 Công suất phản kháng Q
 Công suất tiêu thụ của tòa nhà kWh

17


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

 Hệ số Cosφ
 Điện áp dây tại tủ cấp nguồn chính (V)
 Điện áp các pha tại tủ cấp nguồn chính (V)
 Dòng điện của các pha tại tủ cấp nguồn chính (A)
Các thông số này được giám sát chặt vì nó sẽ ảnh hưởng rất lớn tới việc vận hành của
tất cả các thiết bị sử dụng điện của tòa nhà, quản lý tốt các tham số này cũng chính là
việc giảm chi phí vận hành của tòa nhà, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị.
Thường thì các tòa nhà có thêm máy phát dự phòng, khi đó hệ thống BMS sẽ phải có

thêm giám sát sự hoạt động, ngừng, sẳn sàng khởi động đáp ứng yêu cầu phát điện dự
phòng khi mất điện lưới. đưa ra màn hình các thông số như dòng điện ba pha, điện áp ba
pha, hệ số công suất, công suất phản kháng, công suất tổng tiêu thụ Kwh. Theo dõi tình
trạng các quạt cấp, hút làm máy mát phát .Thông báo các lỗi của máy phát như quá tải,
hệ thống cấp, hút gió làm mát máy, báo mức bể dầu, tình trạng bơm dầu, nguồn điện ắc
quy.
Hệ thống UPS là hệ thống quan trọng cấp điện trong trường hợp khẩn cấp khi mất
điện lưới của thành phố. BMS giám sát chế độ hoạt động của tủ cho người vận hành biết
các công tắc chuyển mạch đang ở vị trí tự động hay vị trí điều khiển bằng tay, gửi các
cảnh báo cho người vận hành biết như bình ắc qui bị yếu, lập bảng thời gian hoạt động
gửi báo cáo cho người vận hành biết thời gian cần thiết thay thế và bảo hành bảo trì.

18


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

Ener g y manag ement
Main dis t r ibut r io n bo ar d 1
po w er c o n s u mt io n

1205225670 KWH

Vo l t ag e phas e

227 v

r eal t ime po w er

305 KW

Vo l t ag e l ine

388.5 v

r eac t ive po w er

120 Kvar

c ur r ent l 1

285 a

po w er f ac t o r

0.92

c ur r ent l 2

215 a

Vo l t ag e l 1

387 v

c ur r ent l 3

320 a

Vo l t ag e l 2

390 v

neut r al c ur r ent

Vo l t ag e l 3

389 v

Vo l t ag e l 1-n

227 v

Vo l t ag e l 2-n

228 v

Vo l t ag e l 3-n

226 v

main
c hil l er s
ahus
pumps
vent .f ans
l ig ht ing
fi r e
ac c es s

40 a

Đồ hoạ mô phỏng màn hình quản lý năng lượng của hệ thống BMS
4.

Tích hợp hệ thống báo cháy vào BMS
Việc tích hợp của hệ thống báo cháy-chữa cháy trong tòa nhà với BMS là thật sự cần

thiết vì hệ thống này liên quan trực tiếp đến sự an toàn của con người và các trang thiết
bị trong tòa nhà.
Hệ thống kiểm soát cháy được tích hợp với hệ thống khóa cửa và với hệ thống quạt
của HVAC cùng các cửa gió để quản lý, xử lý khói trong các tòa nhà từ nhiều năm nay,
tuy nhiên, các hệ thống này đều dựa trên cơ sở của điều khiển rơ le qua lệnh từ hệ thống
chữa cháy, can thiệp trực tiếp vào chế độ điều khiển bình thường của các hệ thống khác.
Việc tích hợp này cơ bản sẽ dựa trên các hệ thống HVAC có lưu lượng không đổi (không
điều khiển) và chỉ đòi hỏi các quạt/cửa gió có hai chế độ bật/tắt hoặc mở/đóng. Trong
các hệ thống HVAC ngày nay, hệ thống này sẽ trở nên phức tạp hơn nhiều khi mà việc
tạo ra môi trường làm việc tiện nghi cho người sử dụng dựa trên các hệ thống VAV (bộ
cấp gió điều chỉnh mềm), là thành phần chủ yếu trong việc tiết giảm năng lượng của tòa
nhà. Những hệ thống này khi đó, đòi hỏi các thuật toán điều khiển riêng biệt để vận hành

19


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

hệ thống khi có nguy hiểm xảy ra, để vận hành các quạt điều tốc hay độ mở của các van
gió để tạo nên một áp suất mong muốn trong ống cung cấp gió. Các hộp VAV sẽ điều
khiển lượng gió từ ống cung cấp gió chính đến từng phòng riêng biệt qua các cửa gió, và
được điều khiển theo một thuật toán khá phức tạp, liên động với nhau và thật an toàn

nhằm tránh các xung động mạnh trong hệ thống gió, ví dụ trong trường hợp các cửa gió
không mở khi quạt đã bật lên.
Quản lý khói trong tòa nhà còn phức tạp hơn thế nữa và gần như nằm ngoài tầm điều
khiển của các hệ thống báo cháy-chữa cháy hiện đại nhất. Đó cũng chính là lý do cần
phải có sự kết hợp chặt chẽ giữa hệ thống báo cháy-chữa cháy và BAS, trong trường hợp
có khói, hệ thống báo cháy-chữa cháy sẽ ra lệnh đến hệ thống điều khiển HVAC để
chuyển sang chế độ xử lý khói, và các thiết bị HVAC lúc đó sẽ tuân theo một thuật toán
riêng biệt xử lý sự cố đang xảy ra.
Các cảm biến đang được phát triển ngày nay có thể nhận biết được nhiều thành phần
độc hại trong không khí, từ đó phát ra tín hiệu cảnh báo nguy cơ cháy hay môi trường
độc hại để người vận hành cảnh giác. Trong hệ thống được tích hợp, các cảm biến này
có thể được sử dụng bởi hệ thống điều khiển HVAC để điều chỉnh tốc độ thông gió, đảm
bảo một môi trường làm việc tiện nghi và an toàn.
Hơn thế nữa, thế hệ mới của các hệ thống điều khiển báo cháy-chữa cháy có thể sử
dụng ngược lại thông tin từ hệ thống tích hợp BAS, ví dụ để tính toán nhiệt độ của vụ
cháy, tốc độ lây lan của đám cháy, từ đó có những phản ứng điều khiển phù hợp. Điều
này có thể giúp hạn chế tối thiểu thiệt hại do sự cố gây ra, giảm được tốc độ ảnh hưởng
của sự cố trong khi chờ lực lượng chuyên nghiệp đến ứng cứu.

20


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

Smoke

FM200 System

detector

Dry Extinguishing

Gas detection
Alarm management & routine

Centre Monitoring

Alarm signaling

Thiết bị hệ thống báo cháy - chữa cháy

21


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

5.

Tích hợp hệ thống an ninh (Sercurity) và BMS
Các hệ thống an ninh ngày nay có thể yêu cầu nhiều loại thiết bị tích hợp khác nhau

bao gồm các thiết bị giám sát truy cập (Access control), hệ thống nhận dạng, hệ thống
camera quan sát (CCTV) và các hệ thống chống xâm nhập. Mặc dù các nhà cung cấp
hệ thống an ninh có thể cung cấp một phần hoặc toàn bộ hệ thống an ninh, tuy nhiên
các hợp đồng về tích hợp hệ thống an ninh này không đảm bảo cho từng thành phần
của hệ thống cũng như của cả tòa nhà có thể hoạt động hài hòa với nhau và cung cấp
giám sát an ninh nghiêm ngặt nhất cho người quản lý. Trên thực tế đôi khi còn xảy ra
các tình huống xung đột giữa hệ thống an ninh với các hoạt động vận hành tòa nhà, với
hoạt động bảo vệ và qui định an ninh của người quản lý.
Tích hợp thông tin giữa hệ thống an ninh tự động và các hệ thống khác qua BMS sẽ

đem lại một điểm nối chung cho tất cả các hệ thống con trong tòa nhà, thông qua một
hoặc nhiều giao diện tại phòng điều khiển trung tâm. Với việc tích hợp thông tin này,
kết nối thông tin-liên lạc giữa các hệ thống với nhau sẽ cơ bản chỉ cần thực hiện trên
một cách: các hệ thống con gửi thông tin chọn lọc đến BMS hay thông qua BMS đến
các thiết bị khác để thực hiện việc giám sát, báo cáo hay cảnh báo. Với việc tích hợp
thông tin, hệ thống khi đó có thể phản ứng lại với các thay đổi của tín hiệu theo những
cách khác nhau hoặc đơn giản chỉ là cung cấp những cửa sổ giao diện đến người vận
hành trên cùng một hệ thống BMS.
Các kỹ thuật tích hợp giữa hệ thống an ninh và BMS đều dựa trên sự phát triển của
kỹ thuật phần cứng và phần mềm trong BMS nhằm cho phép tất cả các hệ thống con,
những thành phần riêng biệt trong hệ thống vận hành với nhau như là một hệ thống
nhất dưới sự giám sát, quản lý của BMS. Về lâu dài, các kỹ thuật tích hợp này hứa hẹn
sẽ đem lại sự linh động rất lớn trong hệ thống khi mà mục tiêu của người quản lý tòa
nhà là đảm bảo tất cả các hệ thống kỹ thuật phải được phối hợp hoạt động đồng bộ với
nhau làm cho hoạt động của tòa nhà trở nên hiệu quả và năng suất hơn.

22


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

Một ví dụ thực tế của hệ thống điều khiển truy cập (Access control) khi được tích
hợp với BMS sẽ hoạt động hiệu quả hơn, tạo ra một môi trường làm việc an toàn nhất
trong khi vẫn giảm được chi phí năng lượng: khi nhân viên cần phải truy cập vào một
khu vực an ninh để tiến hành công việc, cùng với động tác chấp nhận truy cập của hệ
thống Access control, hệ thống BMS khi đó sẽ điều khiển bật hệ thống chiếu sáng, điều
chỉnh nhiệt độ phòng, tạm thời tắt hệ thống chống xâm nhập, khởi động ghi hình khu
vực truy cập...Khi người sử dụng đã rời khỏi khu vực này (theo ghi nhận của hệ thống
Access control), BMS khi đó sẽ điều khiển tắt ánh sáng, điều chỉnh HVAC ở chế độ tối
thiểu, bật hệ thống chống xâm nhập,… những hoạt động như thế không những sẽ tăng

tính tiện nghi của người sử dụng, an toàn của khu vực được bảo vệ mà còn giảm được
rất nhiều chi phí vận hành hệ thống.

Vị trí các CCTV
Camera hiển thị trên
cùng 1 màn hình đồ hoạ
với kiểm soát cửa

Nhấp chuột vào các CCTV Camera là xem
ngay được hình thực đang quay

Tích hợp hệ thống Camera CCTV và hệ thống anh ninh vào hệ thống BMS
6. Tích hợp hệ thống thang máy vào BMS
Các hệ thống trong tòa nhà thông minh có thể tạo ra những dịch vụ tốt hơn tiện nghi
hơn của thang máy cho người sử dụng. Điều khiển thang máy sẽ trở nên đa dạng và
phức tạp hơn khi tòa nhà sử dụng nhiều hệ thống thang máy, kết hợp với hệ thống giám

23
Tích hợp hệ thống Camera CCTV và hệ thống anh ninh vào hệ thống BMS


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

sát, tối ưu vận chuyển trong tòa nhà. Các thang máy thậm chí có thể được luân phiên
ngưng sử dụng trong một thời điểm nào đấy trong ngày để tiết giảm năng lượng và
tăng được thời hạn sử dụng. Các thiết kế hiện tại thông thường cho phép kết nối hệ
thống thang máy với hệ thống thông tin, thông báo, hệ thống camera quan sát, hệ thống
kiểm soát thẻ và cả hệ thống HVAC, chiếu sáng của tòa nhà. Khi người sử dụng thang
máy để truy cập một khu vực làm việc, các điều kiện vi khí hậu trong khu vực đó sẽ
được tự động điều chỉnh, tạo tiện nghi nhất cho người sử dụng.

7.

Tích hợp một số hệ thống khác vào BMS
 Hệ thống âm thanh PA : BMS thực hiện việc giám sát các thiết bị của hệ thống

âm thanh và điều khiển các loa của hệ thống âm thanh đưa ra các thông báo hướng dẫn
cần thiết khi có các sự kiện bất thường xảy ra

 Hệ thống thông tin liên lạc CATV : Hệ thống thông tin liên lạc bao gồm hệ
thống điện thoại và máy tính nội bộ của tòa nhà. Các thiết bị của hệ thống được nối
mạng LAN nội bộ để có thể chia sẻ thông tin giữa các máy với nhau. Đối với hệ thống

24


Báo cáo thực tập tốt nghiệpTìm hiểu hệ thống giám sát tòa nhà thông minh

CATV, BMS sẽ thực hiện việc quản lý đường truyền, quản lý địa chỉ các máy, quản lý
trạng thái online/offline, phân quyền cho các máy trong việc sử dụng cơ sở dữ liệu
chung của tòa nhà.
8. Hệ thống mạng máy tính LAN
 Tổng quan
Theo xu thế hội nhập của công nghệ, mạng máy tính sẽ trở thành nền tảng truyền thông
cho mọi hệ thống quản lý, điều khiển và thông tin liên lạc trong tòa nhà, Mạng máy
tính không chỉ đơn thuần được hiểu là sự kết nối các máy tính đơn lẻ thành một mạng
các máy tính nhằm chia sẻ tài nguyên và dịch vụ trên mạng mà còn là sự kết nối các hệ
thống khác như BMS, PA, CCTV, PABX,... tạo thành một hệ thống đồng nhất về mặt
quản lý và mở rộng chức năng cho mỗi hệ thống. Chinh vì lẽ đó, việc xây dựng một hệ
thống mạng máy tính trong toa nhà là rất cần thiết.
Trong pham vi một tóa nhà, kiến trúc mạng hình sao phân tán thường được đề xuất, với

kiến trúc này các thiết bị chuyển mạch (Access Switch) được bố trí phần tán tại nhiều
điểm và được kết nối thiết bị chuyển mạch trung tâm (Core Switch) thông qua các
đường cáp quang.

 Sơ đồ nguyên lý kết nối

25