Tìm hiểu về hệ thống quản lí tòa nhà thông minh và thiết kế hệ thống điều khiển dựa trên PLC s7300

..

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung trong bản luận văn này là do bản thân tôi tự
nghiên cứu và thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Văn Bình.
Học viên

Nguyễn Đức Minh


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU ................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG QUẢN LÍ TỊA NHÀ THƠNG
MINH....................................................................................................................... 3
1.1. Hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh là gì? ...................................................... 3
1.2. Mơ hình hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh .................................................. 4
1.3. Nguyên lí hệ thống BMS quản lí các hệ thống kĩ thuật trong tòa nhà .............. 6
1.3.1. Giới thiệu chung ............................................................................................. 6
1.3.2. Hệ thống điều hòa trung tâm .......................................................................... 6
1.3.3. Hệ thống thơng gió ......................................................................................... 9
1.3.4. Hệ thống thang máy ....................................................................................... 9
1.3.5. Hệ thống điện ................................................................................................. 11
1.3.6. Phòng điều khiển trung tâm hệ thống BMS ................................................... 12
1.4. Các ưu điểm của hệ thống BMS ....................................................................... 13
CHƯƠNG 2: CẤU HÌNH PHẦN CỨNG VÀ TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ
THỐNG BMS ......................................................................................................... 15

2.1. Mở đầu .............................................................................................................. 15
2.2. Mơ hình điều khiển, giám sát của các hệ thống BMS....................................... 15
2.3. Cấu hình phần cứng của BMS .......................................................................... 18


2.3.1. Cấp điều hành giám sát .................................................................................. 18
2.3.2. Cấp điều khiển hệ thống/điều khiển vùng ...................................................... 19
2.3.3. Cấp trường...................................................................................................... 21
2.4. Các kỹ thuật truyền dẫn và giao thức truyền thông thường dùng trong hệ
thống BMS ............................................................................................................... 23
2.4.1. Các kỹ thuật truyền dẫn thường dùng trong BMS ......................................... 23
2.4.1.1. Chuẩn RS232 .............................................................................................. 23
2.4.1.1. Chuẩn RS485 .............................................................................................. 26
2.4.2. Các giao thức truyền thông thường dùng trong BMS .................................... 34
2.4.2.1. Modbus ........................................................................................................ 34
2.4.2.2. Ethernet ....................................................................................................... 42
2.5. Kết luận ............................................................................................................. 45
CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM
CỦA HÃNG SIEMENS ......................................................................................... 46
3.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 46
3.2. Giới thiệu PLC S7-300 ...................................................................................... 46
3.3. Các module của PLC S7-300 ............................................................................ 47
3.3.1. Module CPU................................................................................................... 48
3.3.2. Các module mở rộng ...................................................................................... 50
3.4. Cấu trúc bộ nhớ CPU ....................................................................................... 51
3.5. Xác định địa chỉ cho module mở rộng .............................................................. 54
3.6. Thực hiện chương trình trong PLC S7-300 ...................................................... 54
3.7. Lập trình cho PLC S7-300 ................................................................................ 57
3.7.1. Cấu trúc chương trình .................................................................................... 57

3.7.2. Ngơn ngữ lập trình ......................................................................................... 58
3.7.3. Một số khối lênh LAD ................................................................................... 58
3.7.4. Phần mềm Step 7 ............................................................................................ 60
3.8. Phần mềm WinCC............................................................................................. 64
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BMS DỰA TRÊN PLC S7-300 VÀ
PHẦN MỀM CỦA HÃNG SIEMENS ................................................................. 66
4.1. Bài toán đặt ra ................................................................................................... 66
4.2. Giải pháp xây dựng hệ thống ............................................................................ 67
4.3. Cấu hình chi tiết hệ thống ................................................................................. 70
4.3.1. Chọn các module PLC S7-300 ....................................................................... 70
4.3.2. Chọn các đồng hồ Multimeter ....................................................................... 72
4.3.3. Chọn Switch Ethernet .................................................................................... 73
4.3.4. Chọn máy tính chủ vận hành, giám sát .......................................................... 73
4.3.5. Khai báo, lập trình PLC S7-300 trong STEP 7 .............................................. 74
4.3.6. Cấu hình mạng cho thiết bị trong phần mềm ................................................. 75
4.3.7. Màn hình điều khiển, giám sát ....................................................................... 77
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 80


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu,
chữ viết tắt

Diễn giải

BACnet

Building Automation and Control Network

Mạng điều khiển và tự động tịa nhà

BMS

Building Management System
Hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh

CPU

Central Processing Unit
Bộ xử lí trung tâm

DDC

Direct Digital Controller
Bộ điều khiển số trực tiếp

HMI

Human-Machine Interface
Giao diện người-máy

LONWORKS

Local Operating Network

OPC

Mạng hoạt động nội bộ
Object linking and embedding for Process

Control
Liên kết và nhúng đối tượng trong quá trình
điều khiển

PLC

Programmable Logic Controller
Bộ điều khiển logic khả trình

PROFIBUS

Process Field Bus
Tuyến dẫn các q trình cấp trường

VRV

Variable Refrigerant Volume
Dung lượng mơi chât làm lạnh biến đổi

SPM

SENTRON Powermanager

TCP/IP

Phần mềm quản lí năng lượng SENTRON
Transmission Control Protocol/Internet
Protocol
Giao thức điều khiển vận chuyển/ Giao thức
mạng

WinCC

Windows Control Center
Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Tóm tắt các thơng số quan trọng của RS-232 ......................................... 25
Bảng 2.2: Tóm tắt các thông số quan trọng của RS-485 ......................................... 27
Bảng 2.3: Một số loại cáp truyền Ethernet thông dụng .......................................... 44
Bảng 3.1: Sự khác nhau giữa các CPU .................................................................... 50
Bảng 3.2: Các vùng nhớ PLC S7-300 ...................................................................... 53
Bảng 3.3: Quy tắc xác định địa chỉ cho module mở rộng ........................................ 54
Bảng 4.1: Bảng liệt kê các tín hiệu của PLC S7-300 điều khiển bơm ..................... 71
Bảng 4.2: Địa chỉ các thiết bị ................................................................................... 77


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Các hệ thống trong một tịa nhà cao tầng ................................................ 3
Hình 1.2: Mơ hình chức năng hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh ...................... 5
Hình 1.3: Sơ đồ ngun lý của một hệ thống điều hồ kiểu VRV .......................... 7
Hình 1.4. Hệ thống điểu hịa khơng khí VRV sử dụng giao thức BACnet/IP ........ 8
Hình 1.5: Hệ thống thơng gió sử dụng giao thức BACnet/IP ................................. 9
Hình 1.6: Kết nối hệ thống thang máy với BMS .................................................... 10
Hình 1.7: Hệ thống tủ điện phân phối trong tịa nhà ............................................... 11
Hình 1.8: Kết nối tủ điện tầng với hệ thống BMS .................................................. 11
Hình 1.9: Kết nối đồng hồ Multimeter với hệ thống BMS ..................................... 12
Hình 1.10: Phịng điều khiển trung tâm hệ thống BMS .......................................... 12
Hình 2.1: Mơ hình điều khiển giám sát của hệ thống BMS .................................... 16

Hình 2.2: Giải pháp BMS của Savicnet (phần 1) .................................................... 17
Hình 2.3: Giải pháp BMS của Savicnet (phần 2) .................................................... 18
Hình 2.4: Giao diện bus cho PLC với module truyền thơng ................................... 20
Hình 2.5: Sử dụng CPU tích hợp giao diện PROFIBUS-DP .................................. 21
Hình 2.6: Ghép nối thiết bị trường sừ dụng DeviceNet module ............................. 22
Hình 2.7: Ghép nối thiết bị trường tích hợp giao diện DeviceNet .......................... 23
Hình 2.8: Ứng dụng của chuẩn RS-232 .................................................................. 24
Hình 2.9: Qui định trạng thái logic của tín hiệu RS-232 ........................................ 25
Hình 2.10: Một số ví dụ ghép nối 2 thiết bị với RS-232 ......................................... 26
Hình 2.11: Sơ đồ bộ kích thích (driver) và bộ thu (receiver) RS-485 .................... 28
Hình 2.12: Qui định trạng thái logic của tín hiệu RS-485 ...................................... 28
Hình 2.13: Định nghĩa một tải đơn vị ..................................................................... 29


Hình 2.14: Quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn tối đa trong RS-485 sử
dụng đôi dây xoắn AWG 24 .................................................................................... 30
Hình 2.15: Cấu hình mạng RS-485 hai dây ............................................................ 31
Hình 2.16: Cấu hình mạng RS-485 sử dụng 4 dây ................................................. 32
Hình 2.17: Các phương pháp chặn đầu cuối RS-485/RS-422 ................................ 33
Hình 2.18: Chu trình yêu cầu-đáp ứng Modbus ...................................................... 36
Hình 2.19: Khung thơng báo Modbus chế độ ASCII .............................................. 39
Hình 2.20: Khung thơng báo Modbus chế độ RTU ................................................ 40
Hình 2.21: Ethernet IEEE 802.3 trong tập chuẩn IEEE 802 ................................... 43
Hình 3.1: Các thành phần thường thấy của S7-300 ................................................ 48
Hình 3.2: Bố trí trên CPU ....................................................................................... 49
Hình 3.3: Một cấu hình các module S7-300 ........................................................... 51
Hình 3.4: Vịng qt chương trình trong PLC S7-300 ............................................ 55
Hình 3.5: Lập trình tuyến tính ................................................................................. 57
Hình 3.6: Lập trình có cấu trúc ............................................................................... 58
Hình 3.7: Lưu đồ thời gian của các bộ Timer S7-300 ............................................ 60

Hình 3.8: Khai báo một Project .............................................................................. 61
Hình 3.9: Cấu hình phần cứng của một trạm PLC .................................................. 62
Hình 3.10: Soạn thảo các khối chương trình ........................................................... 63
Hình 3.11: Kết nối máy tính/thiết bị lập trình với CPU 317-2 PN/DP ................... 64
Hình 4.1: Hệ thống cấp nước sinh hoạt cho tòa nhà ............................................... 66
Hình 4.2: Sơ đồ điều khiển khiển bơm ................................................................... 68
Hình 4.3: Cấu hình mạng cho hệ thống .................................................................. 69
Hình 4.4: PLC S7-300 ............................................................................................. 72


Hình 4.5: Đồng hồ Multimeter PAC4200 ............................................................... 72
Hình 4.6: Switch Ethernet ....................................................................................... 73
Hình 4.7: Khai báo cấu hình phần cứng PLC trong STEP 7 .................................. 74
Hình 4.8: Chương trình PLC trong STEP 7 ............................................................ 75
Hình 4.9: Khai báo mạng Ethernet cho PLC trong STEP 7 .................................... 76
Hình 4.10: Khai báo mạng Ethernet cho PLC trong WinCC .................................. 76
Hình 4.10: Khai báo mạng cho Multimeter 1 trong SPM ....................................... 77
Hình 4.11: Màn hình HMI giám sát hệ thống bơm sinh hoạt ................................. 78
Hình 4.12: Màn hình HMI điều khiển chiếu sáng ................................................... 78


MỞ ĐẦU
Kể từ khi Đảng và Nhà Nước chủ trương hiện đại hóa, cơng nghiệp hóa để đưa
đất nước hội nhập với kinh tế thế giới, Việt Nam đã có những bước phát triển rất
nhanh. Một trong những thành công đó là qui mơ đơ thị hóa với hàng loạt các cơng
trình kiến trúc đồ sộ đã và đang được xây dựng trên mọi miền của tổ quốc, góp phần
cho sự phát triển kinh tế. Trong những năm gần đây, rất nhiều các cao ốc đang được
xây dựng tại Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội. Trong các tịa
nhà cao tầng có rất nhiều hệ thống kỹ thuật phức tạp như hệ thống điện, hệ thống
quản lí điện năng, hệ thống cứu hỏa, hệ thống điều hòa, hệ thống chiếu sáng, hệ

thống an ninh… Việc vận hành các hệ thống này trở nên phức tạp. Các tiêu chí đánh
giá chất lượng các tịa nhà cao tầng đó liên quan đến các mặt kiến trúc, kết cấu xây
dựng, tiện nghi, độ an toàn, độ tin cậy, tính kinh tế và tính hiện đại cùa tịa nhà.
Việc quản trị hiệu quả chi phí hoạt động, năng lượng, thời gian, con người, an tồn,
thơng tin liên lạc, và bảo trì vận hành những cao ốc này là một nhu cầu bức thiết của
tất cả các chủ đầu tư cũng như người sinh hoạt trong đó. Để làm được điều đó thì
tịa nhà phải có một hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh BMS (Building
Management System).
Hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh BMS đóng một vai trị quan trọng trong
việc duy trì một điều kiện làm việc lý tưởng cho cơng trình, cho con người và các
thiết bị hoạt động bên trong cơng trình. Một hệ thống tự động hồn chỉnh sẽ cung
cấp cho cơng trình giải pháp điều khiển, quản lý điều kiện làm việc như nhiệt độ, độ
ẩm, lưu thơng khơng khí, chiếu sáng, các hệ thống an ninh, báo cháy, quản lý hệ
thống thiết bị kỹ thuật, tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho cơng trình, thân thiện hơn
với mơi trường.
Ở các nước phát triển, hệ thống quản lý tịa nhà BMS đã có lịch sử phát triển
gần một thế kỷ. Tuy nhiên việc áp dụng BMS chỉ được phổ biến trong nửa cuối của
thế kỷ XX khi các quốc gia phương Tây và một số nước châu Á đi vào giai đoạn
phát triển mạnh về kinh tế kỹ thuật. Tại Việt Nam, việc áp dụng BMS mới chỉ được

1


quan tâm trong những năm gần đây. Và cũng không khó để nhận ra những đóng góp
của các hệ thống tự động trong các cơng trình cơng nghiệp và dân dụng. Các tịa
nhà điển hình có thể kể đến như tòa nhà VNPT, Ruby Plaza… đã ứng dụng hiệu quả
hệ thống BMS trong việc vận hành, tiết kiệm năng lượng. Những khái niệm về quản
lý tòa nhà, tiết kiệm năng lượng cơng trình, bảo vệ mơi trường…khơng cịn q mới
mẻ. Tuy nhiên, tỷ lệ các tòa nhà sử dụng BMS ở Việt Nam còn thấp và chưa đồng
bộ. Tuy nhiên, theo xu hướng của công cuộc hội nhập với nền kinh tế tồn cầu, khi

nhịp độ xây dựng những cơng trình hiện đại ngày càng cao, dần dần hệ thống BMS
sẽ trở thành một tất yếu được áp dụng khi xây dựng các tòa nhà.
Xuất phát từ những ý tưởng và những tình hình thực tế đã nêu như ờ trên, tơi
chọn đề tài: “Tìm hiểu về hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh và thiết kế hệ thống
điều khiển dựa trên PLC S7-300” cho luận văn tôt nghiệp với mục đích nghiên cứu
về hệ thống quản lí tịa nhà thông minh BMS và thiết kế một số hệ thống thành phần
trong hệ thống BMS.
Luận văn được tổ chức thành 4 chương với các nội dung chính như sau:
Chương 1 - Tổng quan hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh: Giới thiệu tổng
quan về hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh và các thành phần trong hệ thống.
Chương 2 - Cấu hình phần cứng và truyền thơng trong hệ thống: Trình bày cấu
hình phần cứng, mạng truyền thông và một số chuẩn truyền thông thường dùng
trong hệ thống BMS.
Chương 3 - Tìm hiểu về bộ điều khiển PLC S7-300 và phần mềm của hãng
Siemens: Trình bày về phần cứng, cách ghép nối, cấu hình cho PLC S7-300 và giới
thiệu phần mềm giao diện người-máy HMI WinCC.
Chương 4 - Thiết kế hệ thống BMS dựa trên PLC S7-300 và phần mềm của
hãng Siemens: Thiết kế một vài thành phần hệ thống BMS gồm hệ thống bơm
nước sinh hoạt, hệ thơng chiếu sáng, hệ thống quản lí điện năng.

2


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG QUẢN LÍ
TỊA NHÀ THƠNG MINH
1.1. Hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh là gì?
Hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh (BMS) là hệ thống tích hợp điều khiển và
giám sát 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 tịa nhà một cách hiệu quả và kinh tế.

Hình 1.1: Các hệ thống trong một tòa nhà cao tầng

3


Hệ thống BMS quản lí rất nhiều hệ thống kỹ thuật trong các tòa nhà cao tầng
hiện nay:
- Hệ thống cung cấp và quản lí điện năng.
- Hệ thống chiếu sáng.
- Hệ thống điều hồ và thơng gió.
- Hệ thống cấp nước sinh hoạt.
- Hệ thống cứu hỏa, báo cháy tự động.
- Hệ thống thang máy.
- Hệ thống âm thanh cơng cộng.
- Hệ thống quản lí vào/ra.
- Hệ thống an ninh, camera giám sát.
- …
Trong một tòa nhà, các hệ thống kỹ thuật hoạt động luôn cần sự liên kết với
nhau. Thí dụ hệ thống báo cháy ln cần sự tương tác từ hệ thống âm thanh, chiếu
sáng, điều hòa thơng gió… bởi vì khi có cháy, khơng chỉ cịi 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 thơng gió điều hịa phải thay đổi chế
độ để khơng đưa thêm Ôxi vào khu vực cháy mà phải hút khói ra ngồi… 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.

1.2. Mơ hình hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh

Hệ thống quản lý toà nhà BMS là hệ thống toàn diện thực hiện điều khiển,
quản lý nhiều thiết bị khác nhau trong toà nhà.

4


Hình 1.2: Mơ hình chức năng hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh [3]
Hệ thống quản lí tịa nhà thơng minh có thể chia thành các cấp độ:
(1) Hệ thống điều khiển tự động
Hệ thống điều khiển tự động đảm bảo điều khiển liên tục, thường xuyên và tiết
kiệm năng lượng đối với các thông số làm việc của máy điều hịa khơng khí, máy
làm lạnh và các thiết bị hỗ trợ…
Trong các máy điều hịa khơng khí, việc điều khiển nhiệt độ và độ ẩm được
thực hiện bằng cách làm mát/sưởi ấm hoặc thơng gió. Các máy làm lạnh thực hiện
điều khiển khối vận hành và điều khiển áp suất các máy bơm nhiệt, máy làm mát và
hệ thống bơm. Việc điều khiển mực nước trong bể chứa để cấp nước sạch hoặc xử
lý nước thải cũng được thực hiện tự động.
(2) Hệ thống theo dõi/vận hành
Hệ thống quản lý tồ nhà theo dõi tình trạng hoạt động, phát hiện sai hỏng các
thiết bị trong toà nhà, hiển thị các chức năng, ghi nhật trình và vận hành hệ thống.
Nó cũng điều khiển các thiết bị mở rộng như hệ thống điện hoặc hệ thống điều hòa

5


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

Hệ thống quản lý tồ nhà thơng minh lựa chọn, lưu giữ và xử lý thông tin đối
với nhiều loại thiết bị trong toà nhà và giúp người điều hành thực hiện kiểm tra, bảo
dưỡng, tính hố đơn tiết kiệm năng lượng và giúp người sử dụng quản lý giá cả. Ví
dụ, phần mềm đi kèm sẽ hỗ trợ lập sổ quản lý thiết bị, quản lý vận hành, quản lý
lịch biểu, ghi đo và kết toán hố đơn.

1.3. Ngun lí hệ thống BMS quản lí các hệ thống kĩ thuật trong tòa nhà
1.3.1. Giới thiệu chung
Các mục trước đã giới thiệu khái niệm và mơ hình hệ thống BMS. Mục này sẽ
đề cập đến nguyên lí hệ thống quản lí các hệ thống kĩ thuật trong tịa nhà. Để quản lí
được như vậy, mỗi hệ thống kĩ thuật đều phải có đầy đủ thiết bị các cấp trong mơ
hình hệ thống BMS từ cơ cấu chấp hành, thiết bị điều khiển cho đến cấp theo dõi,
vận hành trên máy chủ riêng. Sau đó, các máy chủ mỗi hệ thống kĩ thuật được liên
kết với nhau qua giao thức truyền thông để tạo nên hệ thống BMS tích hợp. Mục
này sẽ giới thiệu tổng quan nguyên lí BMS quản lí một số hệ thống kĩ thuật chính
trong tịa nhà. Các khái niệm giao thức truyền thơng như Modbus, Ethernet,… sẽ
được giới thiệu chi tiết ở các chương tiếp theo.

1.3.2. Hệ thống điều hòa trung tâm VRV
VRV là viết tắt của từ tiếng Anh “Variable Refrigerant Volume”, nghĩa là hệ
thống điều hịa khơng khí có lưu lượng mơi chất có thể thay đổi được thơng qua
điều chỉnh tần số dòng điện. Daikin là nhà sản xuất điều hòa khơng khí đầu tiên đã
phát minh ra hệ thống này và cho đến nay đã được hơn 30 năm với 4 thế hệ VRV I,
II, III, IV. VRV IV chính là phiên bản cải tiến quan trọng của VRV, đánh dấu một

6


cuộc cách mạng về cơng nghệ điều hịa khơng khí cho các tịa nhà. Những kỹ thuật
mới nhất trong cơng nghệ điều hịa khơng khí được áp dụng để đáp ứng mọi yêu cầu

của khách hàng.
Máy điều hoà VRV ra đời nhằm khắc phục nhược điểm của máy điều hoà
dạng rời là độ dài đường ống dẫn ga, chênh lệch độ cao giữa dàn nóng, dàn lạnh và
cơng suất lạnh bị hạn chế. Với máy điều hoà VRV cho phép có thể kéo dài khoảng
cách giữa dàn nóng và dàn lạnh lên đến 100m và chênh lệch độ cao đạt 50m. Cơng
suất máy điều hồ VRV cũng đạt giá trị cơng suất trung bình.

Hình 1.3: Sơ đồ ngun lý của một hệ thống điều hoà kiểu VRV
Hệ thống VRV bao gồm các thiết bị chính : Dàn nóng, dàn lạnh, hệ thống
đường ống dẫn và phụ kiện.
- Dàn nóng : dàn nóng là một dàn trao đổi nhiệt lớn ống đồng, cánh nhơm trong
có bố trí một quạt hướng trục. Môtơ máy nén và các thiết bị phụ của hệ thống làm
lạnh đặt ở dàn nóng. Máy nén lạnh thường là loại máy ly tâm dạng xoắn.
- Dàn lạnh : Dàn lạnh có nhiều chủng loại như các dàn lạnh của các máy điều
hịa rời. Một dàn nóng được lắp khơng cố định với một số dàn lạnh nào đó, miễn
là tổng công suất của các dàn lạnh dao động trong khoảng từ 50->130% cơng suất
dàn nóng. Nói chung các hệ VRV có số dàn lạnh trong khoảng từ 4 đến 16 dàn.
Hiện nay có một số hãng giới thiệu các chủng loại máy mới có số dàn nhiều hơn.
Trong một hệ thống có thể có nhiều dàn lạnh kiểu dạng và công suất khác nhau.
Các dàn lạnh hoạt động hồn tồn độc lập thơng qua bộ điều khiển. Khi số lượng

7


dàn lạnh trong hệ thống hoạt động giảm thì hệ thống tự động điều chỉnh công suất
một cách tương ứng Các dàn lạnh có thể được điều khiển bằng các Remote hoặc
các bộ điều khiển theo nhóm thống.
- Nối dàn nóng và dàn lạnh là một hệ thống ống đồng và dây điện điều khiển.
Ống đồng trong hệ thống này có kích cỡ lớn hơn máy điều hịa rời. Hệ thống ống
đồng được nối với nhau bằng các chi tiết ghép nối chuyên dụng gọi là các

REFNET rất tiện lợi.
Hệ thống có trang bị bộ điều khiển tỷ tích vi (PID) để điều khiển nhiệt độ
phịng. Hệ có hai nhóm đảo từ và điều tần (Inverter) và hồi nhiệt (Heat recovery).
Máy điều hồ VRV kiểu hồi nhiệt có thể làm việc ở 2 chế độ sưởi nóng và làm lạnh.
Hệ thống BMS theo dõi hệ thống VRV thông qua môđun tích hợp với các
chuẩn truyền thơng BACnet, OPC... Các thơng số được hiển thị trên màn hình đồ
họa máy tính giúp nguời vận hành dễ dàng quan sát trạng thái hoạt động, chế độ vân
hành, nhận diện các lỗi trong hệ thống và qua đó nguời vận hành có thể giải quyết
các lỗi kỹ thuật đó một cách nhanh chóng, nâng cao hiệu suất cho máy hoạt động.

Hình 1.4: Hệ thống điểu hịa khơng khí VRV sử dụng giao thức BACnet/IP

8


1.3.3 Hệ thống thơng gió
Hệ thống thơng gió bao gồm: Các quạt cấp khí tươi, quạt hút khí thải và quạt
tăng áp cầu thang, quạt hút khói.
Hệ thống quản lý tòa nhà BMS điều khiển, giám sát các quạt cấp khí tuơi, quạt
hút khí thải và quạt tăng áp cầu thang thông qua bộ DDC. Cụ thể hệ thống BMS có
thể giám sát tình trạng đóng/mở quạt, động cơ bị lỗi, điều chỉnh vận tốc quạt. Nhờ
vậy, hệ thống thông gió có thể vận hành dễ dàng trong điều kiện hoạt động bình
thuờng và phản ứng kịp thời trong điều kiện tình trạng khẩn cấp có thốt hiểm hoặc
chữa cháy.

Hình 1.5: Hệ thống thơng gió sử dụng giao thức BACnet/IP

1.3.4 Hệ thống thang máy
Trong các tòa nhà cao tầng với số lượng người rất lớn nên nhu cầu đi lại rất
lớn. Hệ thống thang máy đã trở thành một bộ phận khơng thể thiếu trong các tịa

nhà cao tầng. Các tịa nhà thường trang bị ít nhất 4 thang máy.
Hệ thống thang máy thường được kết nối với một máy chủ BMS qua các
DDC hoặc PLC để giám sát và điều khiển. Sơ đồ kết nối thể hiện ở hình 1.6. Hệ
thống thang máy kết nối với hệ thống BMS qua các giao thức OPC, BACNET,
TCP/IP. Hệ thống thang máy của các nhà cung cấp lớn như Ryoden, Mitsubishi..
.hỗ trợ giao thức TCP/IP.

9


Hệ thống BMS với các màn hình hiển thị giúp người vận hành có thể dễ dàng
quản lí được hệ thống thang máy:
- Hiển thị tầng nghỉ và hướng đi thang máy.
- Trạng thái của động cơ thang máy.
- Các cảnh báo của hệ thống.
- Quan sát camera và nói chuyện điện thoại với người trong thang khi xảy ra sự
cố như thang dừng hoạt động, thang dừng không đúng vị trí…

Hình 1.6: Kết nối hệ thống thang máy với BMS

10


1.3.5 Hệ thống điện
Do nhu cầu sử dụng điện năng rất lớn, trong tịa nhà cao tầng thường có các tủ
điện tổng MSB. Từ tủ điện MSB này sẽ phân phối điện cho cả tịa nhà.

Hình 1.7: Hệ thống tủ điện phân phối trong tòa nhà
Các tủ điện sẽ được kết nối với hệ thống BMS qua các bộ điều khiển DDC
hoặc PLC. Giao thức kết nối từ DDC/PLC lên BMS có thể là BACnet, TCP/IP…

Qua đó, hệ thống BMS có thể giám sát được trạng thái (đóng, mở, TRIP) các thiết
bị đóng/cắt các tầng.

Hình 1.8: Kết nối tủ điện tầng với hệ thống BMS

11


Để quản lí điện năng trong tịa nhà, ở mỗi tủ điện tầng người ta sử dụng đồng
hồ đo đếm điện năng Multimeter. Đồng hồ Multimeter có khả năng đo rất nhiều các
thông số điện như U, I, P, Q, cosφ, f… Các đồng hồ kết nối với nhau qua giao thức
MODBUS rồi qua bộ chuyển đổi MODBUS/BACnet để tích hợp vào hệ thống
BMS. Nhờ vậy, người vận hành có thể giám sát từ xa trên màn hình máy tính điện
năng của tịa nhà.

Hình 1.9: Kết nối đồng hồ Multimeter với hệ thống BMS

1.3.6: Phòng điều khiển trung tâm hệ thống BMS
Các hệ thống kĩ thuật đều có một máy chủ riêng đặt ở phòng điều khiển trung
tâm để quản lí, lưu giữ cơ sở dữ liệu. Các máy chủ này sẽ được kết nối với nhau và
với một máy chủ tích hợp qua các giao thức truyền thơng như Ethernet, BACnet,…
Ngồi máy chủ tích hợp, phịng điều khiển trung tâm cịn đặt các màn hình điều
khiển, giám sát, loa báo động nên người vận hành có thể dễ dàng quản lí tịa nhà.

Hình 1.10: Phịng điều khiển trung tâm hệ thống BMS

12


1.4. Các ưu điểm của hệ thống BMS

Ưu điểm lớn nhất của hệ thống quản lý toà nhà là cung cấp cho người dùng
một mơi trường thoải mái, an tồn và thuận tiện. Ngoài ra người dung cũng như chủ
sở hữu có thể tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu nhân lực lao động, đảm bảo các
thiết bị luôn làm việc tốt, độ bền cao. BMS rõ ràng tạo ra những lợi thế vượt trội.
Đặc biệt, hệ thống điều khiển máy điều hồ khơng khí cho phép tạo mơi trường dễ
chịu nhất cho người ở, chống lãng phí năng lượng nhờ điều khiển tối ưu và liên tục
duy trì ưu điểm này. Các lợi điểm cụ thể như sau:
(1) Quản lý hiệu quả, tiết kiệm nhân cơng
Do việc tích hợp cho phép điều khiển khối lượng lớn dữ liệu, nên việc vận
hành tồ nhà và các thiết bị có thể thực hiện được bởi một số ít nhân cơng. Có thể
thực hiện nhiều chức năng quản lý hơn nhờ sử dụng hiệu quả các nguồn thơng tin.
(2) Duy trì và tối ưu hóa mơi trường
Duy trì điều kiện mơi trường tối ưu, như nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ khí CO2,
bụi cũng như cường độ sáng cho từng người sử dụng hoặc từng thiết bị sản xuất.
(3) Tiết kiệm năng lượng, nhiên liệu
Sử dụng hiệu quả năng lượng tự nhiên và hạn chế lãng phí các nguồn nguyên
liệu, dùng các biện pháp như điều khiển và duy trì nhiệt độ được đặt trước hoặc sử
dụng khí trời khi cần thiết kiểm sốt tải trong tịa nhà.
(4) Đảm bảo các u cầu an tồn
Bằng việc tập trung thơng tin tồn bộ các thiết bị về đơn vị xử lý trung tâm, ta
có thể dễ dàng xác định trạng thái của thiết bị, vận hành và khắc phục các sự cố như
mất điện, hỏng, cháy. Với hệ thống an ninh tích hợp, ta có thể n tâm về sự an tồn
của người sử dụng trong tồ nhà, bảo mật thơng tin cá nhân mà không làm mất sự
thoải mái.

13


(5) Nâng cao sự thuận tiện cho người sử dụng tồ nhà
Việc tích hợp nhiều tính năng trong các thiết bị giúp người dùng luôn cảm

nhận được sự thoải mái. Ví dụ, ln có thể thoải mái ra vào suốt 24 giờ, cài đặt
nhiệt độ dễ dàng, đặt chế độ thời gian, theo dõi trạng thái thời tiết bên ngoài và
thơng tin quản lý, điều hành của tồ nhà.

14


CHƯƠNG 2
CẤU HÌNH PHẦN CỨNG VÀ TRUYỀN THƠNG
TRONG HỆ THỐNG BMS
2.1. Mở đầu
Chương trước đã giới thiệu tổng quan hệ thống BMS qua đó hiểu được một
cách sơ bộ nguyên lí vận hành hệ thống. Trong chương này, tác giả sẽ đi sâu vào
phân tích mơ hình hệ thống BMS từ cấu trúc phần cứng, nguyên lí điều khiển đến
các kỹ thuật truyền dẫn và các chuẩn chuẩn truyền thông thường dùng ở mỗi cấp
trong mơ hình.

2.2. Mơ hình điều khiển, giám sát của các hệ thống BMS
Về bản chất và cấu hình mạng, BMS giống như một hệ thống điều khiển phân
tán thu nhỏ, nó chỉ khác hệ thống điều khiển phân tán trong công nghiệp ở chỗ là
BMS khơng u cầu tính thời gian thực cao. Do đó, các bộ điều khiển cấp trường
thường có cấu hình thấp hơn và phần mềm quản lí giám sát, điều khiển có nhiều
tiện ích trong thương mại, dân dụng hơn.
Cấu hình phân cấp của hệ thống gồm 3 cấp:
- Cấp điều hành giám sát.
- Cấp điều khiển.
- Cấp trường gồm các cảm biến, thiết bị quá trình...
Hình 2.1 thể hiện thành phần, cách liên kết các các cấp trong hệ thống BMS.
Cấu trúc phần cứng, và các giao thức truyền thông sẽ được đề cập chi tiết hơn ở các
mục tiếp theo.

15


Hình 2.1: Mơ hình điều khiển giám sát của hệ thống BMS
Từ mơ hình chung hệ thống BMS, các hãng đều có các giải pháp riêng của
mình. Có thể kể đến các hãng nổi tiếng như Schneider, Honywell, Azbil… Sau đây
là một giải pháp của Savic Net

16