Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh giải pháp tối hóa hệ thống điện trong nhà hi tech

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

--------------------------

LÊ MINH LN

HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỒ NHÀ THƠNG MINH
GIẢI PHÁP TỐI ƯU HỐ HỆ THỐNG ĐIỆN
TRONG TỒ NHÀ HI-TECH
Chun ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT
( Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1: ..............................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: ...............................................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày…..tháng……. năm……
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ...............................................................................

2. ...............................................................................
3. ...............................................................................
4. ...............................................................................
5. ...............................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau
khi luận văn đã được sữa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Bộ mơn quản lý chuyên ngành


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

----------------

---oOo--Tp. HCM, ngày

tháng

năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÊ MINH LUÂN

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20-07-1986

Nơi sinh: Bình Định

Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN.
MSHV: 10180088
TÊN ĐỀ TÀI: “GIẢI PHÁP TỐI ƯU HĨA HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG TỊA
NHÀ HI-TECH”
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN :
Nắm vững cấu trúc, nguyên lý giám sát điều khiển của một hệ thống BMS
đối với các hệ thống cơ điện trong tịa nhà. Trình tự thiết kế một hệ thống
BMS, tính tốn được hiệu quả kinh tế của tịa nhà khi được tích hợp hệ thống
BMS. Mơ phỏng điều khiển và giám sát tòa nhà bằng phần mềm Niagara
workbench.
NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày tháng năm 2011
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày tháng

năm 2011

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS NGUYỄN HOÀNG VIỆT
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thơng
qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
QUẢN LÝ CHUN
NGÀNH

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được sự
hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của q thầy cơ trường Đại học Bách Khoa
Thành phố Hồ Chí Minh.
Tơi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy Phó giáo sư – Tiến sĩ NGUYỄN
HOÀNG VIỆT đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và
giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
Nhân đây, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ và
tạo rất nhiều điều kiện để tơi học tập.
Mặc dù tơi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và
năng lực của mình, tuy nhiên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận
được những đóng góp q báu của q thầy cơ và các bạn để tiếp tục hoàn thành tốt
nhất, đầy đủ nhất luận văn tốt nghiệp cao học.
TP. Hồ Chí Minh, ngày

tháng

năm 2011

Học viên

Lê Minh Luân


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế xã hội Việt Nam. Ngày nay, nhiều
tòa nhà cao tầng mọc lên với kiến trúc đẹp mắt và đầy đủ tiện nghi. Một ngôi nhà
hiện đại cần một giải pháp điều khiển, giám sát,và thu thập dữ liệu từ các thiết bị
như điều hòa nhiệt độ,chống cháy ,chống trộm, camera. Hệ thống quản lý tòa nhà

BMS (Building Managerment System) là một giải pháp hợp lí cho nó.
Hệ thống BMS trên thế giới đã được nghiên cứu và phát triển từ nhiều năm
qua ở các nước tiên tiến trên thế giới, nhưng tại Việt Nam thì việc tích hợp BMS
trong các tòa nhà còn chưa phổ biến, do kinh phí ban đầu cho hệ thống BMS
thường khá cao, thị trường BMS còn khá hạn chế nên các chủ đầu tư hạn chế về
thơng tin và có ít sự lựa chọn các nhà cung cấp.
Trong tương lai thì việc tối ưu hoá hệ thống điện phải được được ưu tiên
hàng đầu, việc nâng cao tiêu chuẩn về an toàn và tiêu chuẩn hiệu suất sử dụng
năng lượng trong các tịa nhà là điều tất yếu. Khi đó, các tồ nhà phải trang bị hệ
thống quản lý tòa nhà BMS. Do đó, việc nghiên cứu đề tài này sẽ giúp những
người quan tâm có nhiều thơng tin hơn trong việc lựa chọn các giải pháp đầu tư
cho hệ thống BMS.
Nội dung đề tài bao gồm: Đưa ra cấu trúc, nguyên lý giám sát điều khiển của
một hệ thống BMS đối với các hệ thống cơ điện trong tịa nhà. Trình tự thiết kế
một hệ thống BMS, tính tốn được hiệu quả kinh tế của tịa nhà khi được tích
hợp hệ thống BMS. Mơ phỏng quản lý tịa nhà bằng phần mềm niagara
workbench.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS
1.1. Khái niệm về BMS ............................................................................................... 1
1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống quản lý tòa nhà BMS trên thế
giới và tại Việt Nam ......................................................................................... 1
1.1.2. Khái niệm và các lợi ích của hệ thống quản lý tịa nhà BMS ................ 1
1.1.3. Các chức năng cơ bản của hệ thống BMS ............................................. 3
1.2. Một số hãng cung cấp giải pháp hệ thống quản lý tòa nhà BMS trên thế giới .... 5
1.2.1. Thị phần của thị trường BMS ................................................................ 5
1.2.2. Giải pháp công nghệ của một số hãng cung cấp giải pháp BMS........... 8

1.3. Thị trường BMS tại Việt Nam ............................................................................. 9
CHƯƠNG 2
ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ BMS
2.1 . Tổng quan .......................................................................................................... 12
2.2 . Mơ hình hệ thống tự động hố của hệ thống BMS............................................ 14
2.3 . Phòng điều khiển trung tâm……………………………………......…............. 17
2.4 . Mạng điều khiển hệ thống BMS……..…………………………….................. 19
2.5 . Các ứng dụng điều khiển giám sát…………………………………............... . 23
2.6 . Kết nối, tích hợp và điều khiển hệ thống …………………………….............. 27
2.7 . Phần mềm điều khiển

……………………………………............…........... . 33


2.8 . Thiết bị điều khiển trực tiếp kỹ thuật số DDC (Direct Digital Controller) và các
thiết bị giám sát……………….....…….......... .................................................... 35
CHƯƠNG 3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ LOGIC ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG BMS
3.1 Mạng truyền thông trong hệ thống BMS ............................................................ 51
3.1.1. Khái niệm về mạng truyền thông ......................................................... 51
3.1.2. Cơ sở truyền dẫn .................................................................................. 51
3.1.3. Cấu trúc mạng ...................................................................................... 53
3.1.4. Chuẩn giao thức Modbus ..................................................................... 55
3.2. Logic điều khiển trong hệ thống BMS ............................................................... 56
3.2.1. Điều khiển tỷ lệ P ................................................................................. 56
3.2.2. Điều khiển tích phân PI ........................................................................ 58
3.2.3. Điều khiển PID..................................................................................... 59
CHƯƠNG 4
TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KHI ĐẦU TƯ HỆ THỐNG BMS
4.1 Tổng quan về hiệu quả tiêu thụ năng lượng trong tịa nhà.................................. 61

4.2 Tính tốn hiệu quả khi đầu tư hệ thống BMS cho tòa nhà HI-TECH ................ 64
4.2.1 Chi phí đầu tư hệ thống BMS cho tịa nhà HI-TECH ........................... 64
4.2.2 Tính tốn cơng suất tiêu thụ của hệ thống HVAC và hiệu quả đầu tư
BMS .......................................................................................................................... 68


CHƯƠNG 5
MƠ PHỎNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN TỊA NHÀ BẰNG
CHƯƠNG TRÌNH NIAGARA WORKBENCH
5.1 Tổng quan phần mềm Niagara Workbench ........................................................ 73
5.1.1 Giới thiệu .............................................................................................. 73
5.1.2 Tính năng phần mềm............................................................................. 75
5.2 Controller – Jace 200 .......................................................................................... 76
5.2.1 Giới thiệu .............................................................................................. 76
5.2.2 Đặc điểm ............................................................................................... 79
5.3 Mô phỏng hệ thống giám sát, điều khiển toà nhà Hi-tech .................................. 79
5.3.1 Hệ thống điện ........................................................................................ 79
5.3.2 Hệ thống chiếu sáng .............................................................................. 82
5.3.3 Phát hiện có người ( motion detector)................................................... 82
5.3.4 Nhiệt độ toà nhà .................................................................................... 83
5.3.5 Báo cháy ................................................................................................ 84
5.3.6 Access control ....................................................................................... 84
5.3.7 Máy điều hồ khơng khí chính xác (PAC – Precision Air Conditioning)
................................................................................................................................... 85
PHỤ LỤC LUẬN VĂN CAO HỌC ....................................................................... 86


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS

1.1 Khái niệm về BMS
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống quản lý quản lý tòa nhà
BMS trên thế giới và tại Việt Nam
Thuật ngữ BMS ra đời từ những năm 1950, và từ đó đến bây giờ BMS đã thay
đổi rất nhiều kể cả trên phương diện phạm vi và cấu hình hệ thống dựa trên sự phát
triển không ngừng của ngành khoa học kỹ thuật số vi xử lý. Cách thức liên lạc của
hệ thống phát triển từ đi dây cứng đấy đi dây hỗn hợp (multiplex) và giờ đây là hệ
thống hai dây liên lạc số hoàn toàn. Ở các nước phát triển, hệ thống quản lý tịa nhà
đã có lịch sử phát triển hơn 50 năm. Tuy nhiên, việc áp dụng BMS chỉ được phổ
biến trong những thập niên cuối thế kỷ 20 khi các quốc gia châu Âu và một số nước
châu Á đi vào giai đoạn phát triển toàn diện về kinh tế kỹ thuật. Trong giai đoạn này
đã hình thành nên hầu hết các chuẩn phổ biến trong công nghệ BMS và BMS dần
trở thành một yêu cầu khi xây dựng các tòa nhà. Hiện nay, thị phần chủ yếu của
BMS tập trung chủ yếu ở các nước Bắc Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản. Các nhà cung
cấp dịch vụ hàng đầu trên thế giới về tích hợp hệ thống BMS bao gồm: Siemens,
Johnson Controls, Honeywell, Trane, Yamatake, Invensys, Tyco, GE Interlogix,
Nowar PLC, Matshushita – Denko, Mitsubishi, TAC/CSI, Carrier…

1.1.2 Khái niệm và các lợi ích của hệ thống quản lý tòa nhà BMS
BMS (Building Management System): Là hệ thống điều khiển dựa trên máy tính
được tích hợp trong các tòa nhà để điều khiển và giám sát các hệ thống cơ điện trong

1

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỒNG VIỆT

tịa nhà như: hệ thống chiếu sáng, hệ thống điều hịa thơng gió, hệ thống nguồn điện
cung cấp cho tịa nhà, hệ thống báo cháy và chữa cháy tự động, hệ thống an ninh…
Một hệ thống BMS bao gồm các chương trình phần mềm và các thiết bị phần cứng,
hệ thống thường được thiết lập cấu hình theo kiểu phân cấp và sử dụng các chuẩn
giao thức như C-bus, Profibus… Các nhà sản xuất cũng sản xuất các hệ thống BMS
tích hợp sử dụng các chuẩn giao thức Internet và các chuẩn mở như DeviceNet,
SOAP, XML, BACNet, Lonworks, và Modbus.
Hệ thống quản lý tòa nhà BMS là hệ thống điều khiển và quản lý tồn nhà hiện
đại mang tính tổng thể. Đối với hệ thống sử dụng phần mềm điều khiển chuyên
dụng, các yêu cầu giải pháp của các nhà đầu tư hồn tồn đáp ứng về các tính năng
điều khiển cũng như công nghệ tiên tiến được ứng dụng trên từng thiết bị của hệ
thống. Hệ thống BMS thực hiện được đầy đủ các nhiệm vụ điều khiển và quản lý
các hạng mục kỹ thuật trong tịa nhà, quản lý tồn bộ các thông số kỹ thuật của các
thiết bị của các hệ thống nối tới. Thông qua trao đổi thông tin, BMS điều khiển vận
hành các thiết bị chấp hành hoạt động của từng hệ thống kỹ thuật hoạt động theo yêu
cầu của người quản lý, đảm bảo các yếu tố kỹ thuật cũng như các yếu tố an toàn, an
ninh, và tiết kiệm được năng lượng, giảm được chi phí vận hành, nâng cao tính chủ
động trong q trình vận hành, bảo trì nâng cấp hệ thống.
BMS là một hệ thống hiện đại, được ứng dụng nhiều trong việc vận hành các tòa
nhà ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới. Khi các tịa nhà được tích hợp hệ thống
BMS sẽ mang lại nhiều lợi ích như: vận hành hiệu quả, chính xác, độ an tồn cao,
mang lại cảm giác thoải mái cho người làm việc trong tòa nhà, tạo ra hiệu quả trong

cơng việc. Ngồi ra hệ thống BMS có cịn có khả năng giám sát, lập trình lịch vận
hành các hệ thống cơ điện, cũng như các kế hoạch bảo trì, sữa chữa qua đó có thể
tiết kiệm được năng lượng điện tiêu hao một cách đáng kể. Các lợi ích do BMS
mang lại:

2

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Giảm điện năng tiêu thụ (trung bình 15 – 20%).
Tiết kiệm chi phí vận hành, thời gian quản trị, nhân lực và các tài nguyên
khác.
Tăng hiệu quả, độ bền, an toàn các thiết bị vận hành.
Tăng hiệu suất làm việc của người sinh hoạt trong tào nhà ( 2- 5 %).
Dễ dàng thay đổi, mở rộng, nâng cấp để đáp ứng nhu cầu phát triển.
Lập trình linh hoạt theo nhu cầu của từng tòa nhà.
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.
1.1.3 Các chức năng cơ bản của hệ thống BMS
Hệ thống quản lý tịa nhà có thể thực hiện được các chức năng cơ bản như
sau:
1. Giám sát và điều khiển hệ thống điều hịa thơng gió
Quản lý tịa bộ hệ thống điều hịa thơng gió của tịa nhà từ trung tâm điều

khiển. Toàn bộ bảng biểu, sơ đồ nguyên lý hoạt động, mặt bằng bố trí thiết bị, thơng
số kỹ thuật, trạng thái hoạt động thiết bị của hệ thống điều hịa khơng khí được thể
hiện trên màn hình giám sát trung tâm cho phép giám sát và điều khiển một cách
trực quan thông qua việc điều khiển các thiết bị như: Chiller, Bơm nước chiller,
AHU, VAR, FAN...
2. Quản lý hệ thống điện
Điều khiển và giám sát hệ thống cấp điện nguồn, hệ thống máy phát dự phòng,
máy biến thế và các tủ phân phối điện chính và phân phối điện khu vực
3. Hệ thống chiếu sáng

3

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Hệ thống đèn chiếu sáng trong và ngồi tịa nhà sẽ được thiết kế dựa trên
những tiện ích cho người sử dụng và quản lý hệ thống. Các đèn chiếu sáng tại các
khu vực được điều khiển đóng/mở từ xa tại phịng điều khiển trung tâm, từ các cơng
tắc khả trình được lắp đặt tại các khu vực hoặc các công tắc trên Relay điều khiển
RCM tại các tủ điều khiển. Các khu vực nhạy cảm như khu chế tác, khu trưng bày,
khu văn phịng của cơng ty, hệ thống chiếu sáng được điều khiển liên động với hệ
thống an ninh chống đột nhập bất hợp pháp. Khi có tín hiệu truy nhập bất hợp pháp
từ các khu vực này, đèn chiếu sáng được điều khiển tự động bật sáng để tăng cường
độ chiếu sáng cho khu vực phục vụ cho việc thu hình của hệ thống các camera giám

sát.
4. Hệ thống an ninh
Cho phép giám sát, lưu trữ các hình ảnh thu được từ camera và điều khiển
camera từ hệ thống BMS, giám sát các hoạt động truy xuất tại các cửa ra vào, ra
lệnh đóng mở trong các tình huống khẩn cấp từ máy chủ hệ thống BMS như có sự
xâm nhập trái phép hoặc các sự cố cháy nổ.
5. Hệ thống báo cháy và chữa cháy tự động
Giám sát và phát ra các tín hiệu cảnh bảo trên máy chủ hệ thống BMS và khi
có sự cố cháy nổ, đồng thời phát tín hiệu cảnh báo qua hệ thống truyền thanh, báo
động đến cơ quan chữa cháy. Điều khiển liên động tới hệ thống điều hịa khơng khí
để hạn chế cháy lan truyền, cắt điện hệ thống điện nguồn và hệ thống chiếu sáng
thoát hiểm được bật lên để dẫn mọi người ra lối thoát hiểm. Đồng thời các tín hiệu
được đưa đến hệ thống phịng cháy tự động. Ngồi ra, khi ở trạng thái bình thường,
hệ thống BMS giám sát toàn bộ trạng thái hoạt động của bơm chữa cháy, trạng thái
của hệ thống chữa cháy tự động, mức nước tại các bể nước chữa cháy.
6. Hệ thống truyền thanh nội bộ

4

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Đưa ra các cảnh báo nội bộ (khi cố sự cố kỹ thuật hệ thống hoặc xảy ra sự cố
cháy nổ) bởi các nhân viên kỹ thuật hay từ máy chủ hệ thống BMS khi có sự cố.

7. Quản lý hệ thống thang máy
Giám sát trạng thái hoạt động của thang máy bao gồm nhiệt độ buồng thang,
nồng độ Oxy buồng thang máy, trạng thái hoạt động của động cơ, vị trí thang máy.
Điều khiển liên động đến thang máy khi có sự cố cháy nổ, điều khiển on/off động cơ
thang máy.

1.2 Một số hãng cung cấp giải pháp hệ thống quản lý tòa nhà BMS trên
thế giới
1.2.1 Thị phần của thị trường BMS
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nhà cung cấp giải pháp BMS cho các tòa
nhà, tập trung ở các nước Bắc Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản... Theo sự khảo sát của tổ
chức ARC Advisory Group vào năm 2006 thì Bắc Mỹ dẫn đầu thế giới về thị trường
BMS với hơn 12 tỷ đô la, chiếm 49,5% thị trường toàn thế giới. Tiếp sau là các nước
châu Âu với 7,5 tỷ đơ, chiếm 30% thì trường tồn thế giới. Tiếp sau là Nhật Bản,
các nước châu Á và Châu Mỹ Latinh.

5

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Thị trường BMS trên thế giới năm 2001 và 2006 theo nguồn của ARC Advise
Group
Về thị phần của các nhà cung cấp thì Siemens dẫn đầu về thị trường BMS ở

châu Âu và trong những năm gần đây đã tập trung đến thị trường Bắc Mỹ. Siemens
có khả năng mang đến giải pháp quản lý tịa nhà hồn chỉnh về sự thoải mái, an
ninh, an toàn trong cháy nổ, hiệu quả trong việc sử dụng năng lượng và vận hành.
Ngoài ra, Siemens cịn tham gia phát triển chương trình giải pháp vận hành để cung
cấp cho các khách hàng nâng cấp việc điều khiển tịa nhà cũng như vận hành và bảo
trì nó.
Hãng Johnson Controls nhà cung cấp BMS hàng đầu tại thị trường Bắc Mỹ.
Johnson Controls thành công tại thị trường Bắc Mỹ là do hãng có thể cung cấp cho
khách hàng được tất cả các giải pháp tự động hoàn chỉnh cho những tịa nhà. Ngồi
ra, Johnson Control cịn cung cấp các hệ thống chiếu sáng tự động, các thiết bị báo
cháy, chữa cháy và các thiết bị an ninh, truy nhập.

6

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Trên đây là hai hãng cung cấp giải pháp BMS hàng đầu trên thế giới với lần
lượt chiếm 14,4% và 12,5% thị phần trên toàn thế giới theo khảo sát của ARC
Advise Group.

Thị phần của các nhà cung cấp giải pháp BMS trên thế giới
Ngồi Siemens và Johnson Controls thì cịn có các nhà cung cấp giải pháp
BMS lớn như là Honeywel với 11,9%; Trane với 6.5% Yamatake và Invensys lần

lượt là 6,5% và 6.1%. Còn lại khoảng 22,2% thị phần của các nhà cung cấp khác
không nằm trong biểu đồ trên.

7

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

1.2.2 Giải pháp công nghệ của một số hãng cung cấp giải pháp BMS
1. Siemens
Nền tảng BMS của Siemens là hệ thống quản lý tòa nhà Apogee. Apogee
được thiết kế thành một hệ thống mở, linh hoạt, tương thích theo những yêu cầu của
khách hàng. Sự linh hoạt và tương thích của hệ thống Apogee đạt được thông qua sự
điều khiển và quản lý hồn chỉnh, khả năng truyền thơng tiên tiến và dễ dàng liên
kết với các hệ thống khác, chuẩn giao thức và các thiết bị. Siemens đưa ra một dải
tiêu chuẩn rộng và các chọn lựa giao thức tương ứng bao gồm: Modbus, BACNet và
Lonworks.
Bộ phận cốt lõi của hệ thống BMS Apogee Siemens là MBC (Modular
Equipment Controller). MBC có khả năng thực hiện việc điều khiển các thiết bị
trong việc thực thi các điều khiển phức tạp, giám sát và quản lý năng lượng. Apogee
Siemens phát triển phần mềm Insight 3.3 GUI để giúp các khách hàng dễ dàng tích
hợp hệ thống quản lý tịa nhà vào trong nhiều tòa nhà. Phần mềm Insight giúp khách
hàng giảm chi phí vận hành tịa nhà, đảm bảo tốt vấn đề an tịa cho người sử dụng
tịa nhà và các cơng cụ lưu giũ thông tin hoạt động. Apogee được thiết kế chạy trên

máy chủ cài hệ điều hành Windows2000 hoặc Windows NT4.0.
2. Johnson Controls
Johnson Controls là nhà cung cấp giai pháp quản lý BMS hàng đầu thế giới,
bao gồm hệ thống hệ thống chiếu sáng tự động, hệ thống điều hịa thơng gió HVAC
tự động cũng như là các thiết bị báo cháy và chữa cháy. Các khách hàng hàng nổi
tiếng của Johnson Controls là Americantech, Bank of American, IBM, Glaxo...
Phần chính của Johnson Controls ở lĩnh vực BMS là hệ thống Metasys với hệ
thống cơ điện tự động trong tòa nhà cung cấp mức thoải mái tối ưu nhất, giám sát
cảm biến báo cháy và truy nhập vào ra trong tòa nhà, điều khiển chiếu sáng, hướng

8

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

dẫn bảo trì thiết bị và giúp người quản lý tịa nhà đưa ra các quyết định chính xác
nhất. Hệ thống Metasys có thể giao tiếp với hàng trăm thiết bị của các hệ thống điều
khiển khác nhau. Bên cạnh đó Johnson Controls cũng thiết kế các phần mềm ký
thuật với mục đích thiết lập các dự đốn, loại bỏ sự mất điện do sự cố về nguồn, an
ninh. Ngoài ra, Johnson controls cũng phát triển phần mềm Data Visualization, phần
mềm này tự động sắp xếp và đưa các thông tin ưu tiên đến cho người vận hành trong
số rất nhiều các dự liệu thơng tin giúp người vận hành có thể biết trước được các
điều kiện vận hành trong tương lai.
3. Honeywell

Honeywell được thành lập năm 1885 tại Mỹ, năm 2001 Honeywell mua lại
cơng ty Pittway có trụ sở lại Chicago, Mỹ với lĩnh vực kinh doanh chính là cung cấp
giải pháp tự động trơng các tịa nhà cao tầng và nhà biệt thự. Pittway có khả năng
cung cấp đến cho khách hàng tất cả các giải pháp tự động kết hợp giữa báo cháy, an
ninh và HVAC...
Hệ thống quản lý tòa nhà của Honeywell là hệ thống EXCEL 5000 được phát
triển dựa trên tiêu chuẩn hệ thống mở cho các thiết bị phần cứng cơ bản, phần mềm
và mạng lưới. Với việc tập trung vào cấu trúc mở, Honeywell co thể cung cấp cho
khách hàng khả năng tích hợp nhiều các hệ thống phụ với nhau. Honeywell cũng
phát triển các phần mềm ứng dụng như Lifesatify Manager, Building Manager và
Security Manager.

1.3 Thị trường BMS tại Việt Nam
Tại Việt Nam, trong giai đoạn hiện nay có khoảng 50% số nhà 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 nhưng chưa có hệ thống quản lý tịa nhà BMS. Các hệ
thống điều hịa thơng gió, báo cháy, an ninh… được điều khiển riêng biệt và khơng
trao đổi thơng tin với nhau, khơng có quản lý giám sát chung. Việc áp dụng BMS
9

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

mới chỉ được quan tâm trong những năm gần đây. Tỷ lệ các tòa nhà sử dụng BMS ở

Việt Nam còn thấp (chỉ khoảng 10%) và chưa đồng bộ. Việt Nam cũng chưa hình
thành nên các chuẩn nhất định cho việc áp dụng BMS khi xây dựng các tòa nhà. Tuy
nhiên, theo xu hướng tất yếu của công cuộc hội nhập với nền kinh tế toàn cầu, dần
dần hệ thống BMS sẽ trở thành một tất yếu được áp dụng khi xây dựng các tòa nhà.
Trong những năm gần đây, rất nhiều các cao ốc đang được xây dựng nhằm
đáp ứng các yêu cầu phát triển của xã hội. Việc quản lý hiệu quả chi phí hoạt động,
năng lượng thời gian, con người, an tồn, thơng tin liên lạc, và bảo trì vận hành các
cao ốc này là một nhu cầu cần thiết của các chủ đầu tư. Hệ thống quản lý tòa nhà
BMS đã ra đời để giải quyết các yêu cầu về việc vận hành và giám sát hiệu quả các
hệ thống được vận hành trong các tòa nhà. Trong khoảng 10 năm trở lại đây, tại Việt
Nam ngày càng có nhiều những tịa nhà cao ốc được trang bị hệ thống quản lý tòa
nhà BMS để mang lại mức độ tiện nghi, sự an toàn và hiệu quả sử dụng cao nhất cho
tòa nhà. Các nhà cung cấp giải pháp BMS ở Việt Nam hầu hết là các hãng nổi tiếng
trên thế giới như hệ thống Apogee của Siemens, Honeywell, Johnson Control,
Yamakate...
Theo tính tốn của các nhà đầu tư khi sử dụng hệ thống BMS tại Việt Nam
thì mặc dù chi phí trang bị hệ thống BMS ban đầu cao hơn so với các tịa nhà có
phân hệ điều khiển bình thường nhưng tiết kiệm chi phí vận hành và năng lượng
khoảng 40% so với tòa nhà khác. Do vậy giảm được giá thành cho thuê văn phòng
khoảng 30% trên 1m2. Với diện tích sàn sử dụng với mỗi tịa cao ốc vào khoảng từ
vài nghìn đến vài chục nghìn m2 thì hiệu quả đầu tư rất đáng kể, tạo ra lợi thế cạnh
tranh và thời gian hoàn vốn đầu tư trang bị hệ thống BMS ban đầu ngắn. Do vậy, xu
hướng sử dụng BMS để quản lý vận hành các tòa nhà là tất yếu đối với các chủ đâu
tư như tịa nhà trụ sở của Tập đồn Bảo Việt Tp HCM, Tịa nhà thương Mại Dầu khí

10

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Hà Nội, tòa nhà Rubby Hà Nội, tòa nhà FPT, tòa nhà BIDV tower, tòa nhà
Petrovietnam Tower...
Một số tòa nhà tiêu biểu tích hợp hệ thống BMS:
• Tịa nhà Bảo Việt: Tồ nhà Bảo Việt gồm 15 tầng chính, 02 tầng kỹ thuật và
01 tầng hầm trên diện tích đất 4.000m2, diện tích sử dụng là 20.000m2, được thiết
kế theo phong cách kiến trúc hiện đại, nhiều khơng gian văn phịng mở với hệ thống
thang máy thông minh tốc độ cao, điều hồ trung tâm. Tịa nhà sử dụng giải pháp
điều khiển của Honeywell.
• Tịa nhà Ruby Plaza Hà Nội: Ruby Plaza gồm 16 tầng được xây dựng trên
diện tích 10.000m2 gồm khu thương mại, thư giãn, ẩm thực và văn phòng. Với tòa
nhà hiện đại, việc sử dụng hệ thống điều khiển và quản lý tồ nhà BMS là khơng thể
thiếu. Tịa nhà tích hợp hệ thống BMS sử dụng phần mềm (PM) điều khiển chun
dụng Apogee Insight (của Siemens).
• Tịa nhà PetroVietnam Tower: Petrovietnam Tower là cao ốc văn phòng
cho thuê cao cấp, nằm ở vị trí đắc địa ở Tp.HCM. Diện tích sử dụng cho th văn
phịng của Petrovietnam Tower là 16.000 m2. Tòa nhà gồm 2 khối, khối cao tầng và
thấp tầng với chức năng đa dạng, có các phòng trưng bày, cafe và nhà hàng cao cấp
tại tầng trệt. Petrovietnam Tower được trang bị các thiết bị máy móc kỹ thuật hiện
đại, hệ thống camera được trang bị khắp nơi bên trong tòa nhà. Tòa nhà được bảo vệ
giám sát chặt chẽ 24/24 tại phòng điều khiển trung tâm, đảm bảoan ninh cho khách
hàng thuê văn phòng. PetroVietnam Tower sử dụng giả pháp công nghệ Apogee của
Siemens.

11

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

CHƯƠNG 2

ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG
QUẢN LÝ TÒA NHÀ BMS

2.1 Tổng quan
Mơ hình của hệ thống quản lý tịa nhà BMS được xây dựng trên nền tảng của
điều khiển giám sát và quản lý, hệ thống có đầy đủ các tính năng “Điều khiển –
Giám sát – Kết nối tích hợp” các hệ thống kỹ thuật khác.
Hệ thống BMS có đầy đủ các chức năng cơ bản sau:
− Giám sát các thơng số nồng độ chất lượng khơng khí.
− Điều khiển đèn chiếu sáng tại các khu vực hành lang, các khu cơng
cộng trong và ngồi tịa nhà.
− Giám sát các thông số điện áp, của nguồn điện cung cấp.
− Kết nối tích hợp với hệ thống điều khiển điều hồ thơng gió, chuẩn giao
thức BacNet, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong thiết kế để điều
khiển hệ thống điều khiển điều hịa thơng gió HVAC.
− Kết nối các tín hiệu báo động với hệ thống báo cháy và chữa cháy, thu
nhận các thông tin báo động cháy, chữa cháy để phối kết hợp điều
khiển các thiết bị khác trong các hệ thống kỹ thuật khác.

− Kết nối tín hiệu báo động với hệ thống an ninh theo đúng yêu cầu thiết
kế kỹ thuật.

12

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Hệ thống cho phép lưu trữ các tham số của hệ thống thu nhận được để sử
dụng làm báo cáo, cho phép viết các chương trình điều khiển để thực hiện điều
khiển hệ thống điều hồ thơng gió khi nhận được các tín hiệu báo cháy, tín hiệu từ
hệ thống giám sát thông số môi trường.
Hệ thống cũng cho phép viết các chương trình điều khiển ứng dụng tiết kiệm
năng lượng, giảm thiểu các thao tác vận hành tay, tiết kiệm thời gian, nhân cơng và
chi phí vận hành cũng như kéo dài tuổi thọ của các thiết bị được điều khiển.
Hướng tới tương lai, hệ thống BMS là một hệ thống mở, cho phép mở rộng
nâng cấp cấu hình phần cứng, cho phép mở rộng hệ thống, các sản phẩm thế hệ mới
cũng ln tương thích với các thiết bị đã được lắp đặt trong hệ thống BMS của toà
nhà và có thời gian thích ứng mà khơng bị lạc hậu so với công nghệ.

13

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỒNG VIỆT

2.2 Mơ hình hệ thống tự động hố của hệ thống BMS
Cấu trúc hệ thống điều khiển, giám sát tòa nhà

Cấu trúc của hệ thống điều khiển là hệ thống có cấu trúc mở và hoàn toàn đáp
ứng được các yêu cầu của hệ thống BMS giám sát kỹ thuật – điều khiển của Tòa nhà
cũng như đáp ứng được các yêu cầu về nâng cấp mở rộng trong tương lai. Với cấu
trúc mở, giao thức mở và được xây dựng trên cơ sở của khoa học công nghệ tiên tiến
hiện đại nhất hiện nay, hệ thống điều khiển tự động hóa tịa nhà cho phép tích hợp
các hệ thống kỹ thuật đơn lẻ khác có sử dụng các giao thức chuẩn như Bacnet,
LONmark, ModBus, Profibus, EIB, M-Bus …, và giúp người quản lý dễ dàng trong
quản lý và vận hành điều khiển các hệ thống kỹ thuật tòa nhà.

14

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

Hệ thống BMS có cấu trúc của hệ điều khiển phân tán Distributed Control
System, phần mềm điều khiển đóng vai trị giao diện người máy HMI giữa máy tính
điều khiển với các bộ điều khiển kỹ thuật số. Hệ thống sẽ hoạt động ổn định tại các
thiết bị điều khiển số DDC (Direct Digital Controller) như MEC (Modular
Equipment

Controller),

PXC

(Programable

Controller)

Compact,

PXC

Modular…cho dù có các gián đoạn truyền thơng trong mạng điều khiển hay có sự cố
đối với các máy tính điều khiển của hệ thống mạng tại cấp quản lý điều khiển tại
phòng điều khiển trung tâm.
Các bộ điều khiển này trao đổi với nhau trên mạng Ethernet LAN TCP/IP.
Trên mạng này các bộ điều khiển được kết nối ngang hàng với nhau và được nhận
biết bởi 01 địa chỉ IP.

15

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088

LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HOÀNG VIỆT

16

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088


LUẬN VĂN THẠC SĨ

GVHD: PGS. TS. NGUYỄN HỒNG VIỆT

2.3 Phịng điều khiển trung tâm
Máy tính điều khiển của hệ thống sẽ được đặt tại phịng điều khiển. Máy tính
này được cài đặt phần mềm chuyên dụng, chương trình điều khiển này hoạt động
được trên nền của các hệ điều hành Window XP pro/ Window 2000/ W2003/
Window 2000 server/ Window 2003 server. Máy tính lưu trữ tồn bộ các chương
trình điều khiển dữ liệu cần thiết cho hoạt động của toàn bộ hệ thống BMS, đóng vai
trị giao diện người máy trong vận hành điều khiển.
Tại đây người vận hành thực hiện được đầy đủ các chức năng yêu cầu trong
Quản lý – Giám sát - Điều khiển các hạng mục kỹ thuật kết nối vào hệ thống
BMS.
Máy tính hệ thống lưu giữ các thông tin dữ liệu liên quan đến tất quản lý
giám sát - điều khiển, do đó cần có hiệu suất, độ tin cậy và sẵn sàng cao, đảm bảo
luôn sẵn sàng cung cấp thông tin 24/24 cho tồn bộ hệ thống. Máy tính hệ thống

BMS được trang bị một bộ cấp nguồn không gián đoạn UPS đủ cung cấp nguồn
ni cho tồn bộ hệ thống khi mất điện lưới là 25 phút.
Máy in thông báo, báo lỗi, báo cáo của hệ thống cũng được đặt tại phòng điều
khiển. Máy in này có nhiệm vụ in ra tất cả các trạng thái sự cố của hệ thống BMS và
các hệ thống có liên quan.
Máy tính điều khiển trung tâm
Sử dụng các máy tính điều khiển tại phịng điều khiển trung tâm sẽ có nhiều
tiện ích. Nhân viên vận hành sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức để vận
hành hệ thống mà vẫn đảm bảo hiệu quả cao trong việc điều khiển giám sát hệ
thống.

17

HVTH: LÊ MINH LUÂN

MSHV: 10180088