Tiết kiệm năng lượng trong tòa nhà thông minh ứng dụng thiết kế hệ thống quản lý tòa nhà BMS

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

LÊ TẤN SINH

TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG
TRONG TỊA NHÀ THƠNG MINH
ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG
QUẢN LÝ TÒA NHÀ BMS
Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2010


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 6 tháng 12 năm 2010

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÊ TẤN SINH

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 07-10-1985

Nơi sinh: Quảng Nam.

Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN.

MSHV: 09180079
TÊN ĐỀ TÀI: “TIẾT KIỆM NĂNG TRONG TỊA NHÀ THƠNG MINH ỨNG DỤNG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ BMS”
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
Envision for BACtalk 2.5

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 5 tháng 7 năm 2010.
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Ngày 6 tháng 12 năm 2010.
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 thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN 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 ChíMinh.
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.
Nhân đây, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã đông viên, giúp đỡ và tạo rất nhiều
điều kiện để tơi học tập và hồn thành tốt khóa học.
Mặc dù tơi đã có nhiều cố gắng hồn 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.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010
Học viên
Lê Tấn Sinh


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 tịa nhà cịn
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 tiết kiệm năng lượng 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 tòa nhà
là điều tất yếu. Khi đó, các tồ nhà phải trang bị hệ thống quản lý tịa 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 điều
khiển và giám sát tịa nhà bằng phần mềm Envision for BACtalk 2.5


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 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 tòa 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...................................................................................... 4
1.2.1. Thị phần của thị trường BMS ........................................................... 4
1.2.2. Giải pháp công nghệ của một số hãng cung cấp giải pháp BMS ..... 6
1.3. Thị trường BMS tại Việt Nam ........................................................................ 8
CHƯƠNG 2
ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỊA NHÀ BMS

2.1 Tổng quan ……………………………………………………………...........10
2.2 Mơ hình hệ thống tự động hố của hệ thống BMS………………..…............11
2.3 Phòng điều khiển trung tâm……………………………………......…...........14
2.4 Mạng điều khiển hệ thống BMS……..……………………………................15
2.5 Các ứng dụng điều khiển giám sát…………………………………...............19
2.6 Kết nối, tích hợp và điều khiển hệ thống ……………………………............22
2.7 Phần mềm điều khiển

……………………………………............…...........28

2.8 Thiết bị điều khiển trực tiếp kỹ thuật số DDC
(Direct Digital Controller) và các thiết bị giám sát……………….....……..........29


CHƯƠNG 3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ LOGIC ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG BMS
3.1 Mạng truyền thông trong hệ thống BMS ....................................................... 43

3.1.1. Khái niệm về mạng truyền thông ................................................... 43
3.1.2. Cơ sở truyền dẫn ............................................................................. 43
3.1.3. Cấu trúc mạng................................................................................. 45
3.1.4. Chuẩn giao thức Modbus................................................................ 46
3.2. Logic điều khiển trong hệ thống BMS ......................................................... 47
3.2.1. Điều khiển tỷ lệ P ........................................................................... 47
3.2.2. Điều khiển tích phân PI .................................................................. 49
3.2.3. Điều khiển PID ............................................................................... 50
Chương 4
TÌM HIỂU THIẾT KẾ HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỊA NHÀ BMS
CAO ỐC HTMC
4.1. Tổng quan về tịa nhà HTMC ....................................................................... 54
4.1.1. Vị trí tịa nhà HTMC ...................................................................... 54
4.1.2. Chức năng và qui mơ của tịa nhà .................................................. 54
4.2. Hệ thống BMS tòa nhà HTMC ..................................................................... 55
4.2.1. Hệ thống điều hịa khơng khí HVAC ............................................. 55
4.2.2 Thơng số và thiết kế BMS cho hệ thống HVAC
của tòa nhà HMTC ................................................................................... 61
4.2.3 Thiết kế BMS cho các hệ thống khác
trong tòa nhà HMTC .............................................................................. 90


Chương 5
TÍNH TỐN HIỆU QUẢ KHI ĐẦU TƯ HỆ THỐNG BMS
5.1 Tổng quan về hiệu quả tiêu thụ năng lượng trong tịa nhà ............................ 99
5.2 Tính tốn hiệu quả khi đầu tư hệ thống BMS
cho tòa nhà HMTC ........................................................................................... 101
5.2.1 Chi phí đầu tư hệ thống BMS cho tịa nhà .................................... 101
5.2.2 Tính tốn cơng suất tiêu thụ của hệ thống HVAC
và hiệu quả đầu tư BMS ......................................................................... 106

Chương 6
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỊA NHÀ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH ENVISION
FOR BACTALK 2.5
6.1. Giới thiệu phần mềm Envision for BACtalk .............................................. 110
6.1.1 Thanh công cụ trong Envision for BACtalk.................................. 110
6.1.2 Các kiểu dữ liệu trong mạng chuẩn BACnet ................................. 113
6.1.3 Schedule – Lập thời gian biểu hoạt động cho thiết bị ................... 114
6.1.4 Trendlog – Ghi lại quá trình thay đổi giá trị của thống
số được giám sát .................................................................................... 117
6.1.5 Alarm – Khai báo cảnh báo cho hoạt động của hệ thống .............. 120

6.2 Nguyên lý và hướng dẫn vận hành hệ thống
BMS bằng phần mềm Envision for BACtalk 2.5 ..................................... 127
6.2.1 Hệ thống làm lạnh tòa nhà ............................................................. 127
6.2.2 Hệ thống quạt thơng gió ................................................................ 144


6.2.3 Hệ thốngđiện ................................................................................. 146
6.2.4 Hệ thống bơm tạo áp chữa cháy .................................................... 149
6.2.5 Hệ thống thang máy....................................................................... 150
Danh mục bản vẽ:
Bản vẽ số 1: Sơ đồ nguyên lý điều khiển Chiller
Bản vẽ số 2: Sơ đồ nguyên lý điều khiển AHU
Bản vẽ số 3: Sơ đồ nguyên lý điều khiển FCU
Bản vẽ số 4: Sơ đồ nguyên lý điều khiển Quạt
Bản vẽ số 5: Sơ đồ nguyên lý hệ làm lạnh tòa nhà
Bản vẽ số 6: Sơ đồ nguyên lý thơng gió cơ khí
Bản vẽ số 7: Sơ đồ nguyên lý hệ thống BMS
Bản vẽ số 8: Sơ đồ bảng điểm điều khiển , giám sát hệ thống BMS

1

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 khơng 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 tồn. 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 tịa nhà BMS:
BMS (Building Management System): Là hệ thống điều khiển dựa trên máy tính được tích
hợp trong các tịa nhà để điều khiển và giám sát các hệ thống cơ điện trong tòa nhà như: hệ
thống chiếu sáng, hệ thống điều hòa 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
GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


2

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 toàn 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 hoàn toàn đáp ứng về các tính năng điều khiển cũng như cơng 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:
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 tịa 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.
GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


3

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, thông 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 phịng, máy biến thế
và các tủ phân phối điện chính và phân phối điện khu vực
3. Hệ thống chiếu sáng:
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 cơng 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:

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


4

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:
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.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


5

Hình 1.1: 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 hoàn chỉnh về sự thoải mái, an ninh, an toàn trong cháy nổ, hiệu quả
trong việc sử dụng năng lượng và vận hành. Ngồi 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 tòa 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 hồn 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.
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

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


6

Hình 1.2: 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.
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 thơng qua sự điều khiển và quản lý hoàn chỉnh,
khả năng truyền thông 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.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


7

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 tòa 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
tòa cho người sử dụng tịa nhà và các cơng cụ lưu giũ thơng 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 dẫn bảo trì thiết bị và giúp người
quản lý tòa 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 đoán, 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 thông 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 công ty
Pittway có trụ sở lại Chicago, Mỹ với lĩnh vực kinh doanh chính là cung cấp giải pháp tự động
trơng các tòa 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...

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh

8

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
hịa 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 không trao đổi thông tin với nhau, khơng có quản
lý giám sát chung. Việc áp dụng BMS 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 tịa nhà.
Tuy nhiên, theo xu hướng tất yếu của cơng 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 tồn và hiệu quả sử dụng cao
nhất cho tịa 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 toán 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
GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


9

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 tòa nhà trụ sở của Tập đồn Bảo Việt Tp HCM, Tịa nhà thương Mại Dầu khí Hà Nội, tịa
nhà Rubby Hà Nội, tịa nhà FPT, tòa nhà BIDV tower, tòa nhà Petrovietnam Tower...
Một số tịa 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 thơng 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 thuê văn phòng 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 phịng 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

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


10

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 tòa 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 thông số nồng độ chất lượng không 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.
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 thơng số mơi trường.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


11

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 công 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 tồ nhà và có thời gian thích ứng mà khơng
bị lạc hậu so với cơng nghệ.

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 hồn tồn 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

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


12

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 tịa nhà.
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.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


13

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh

14

2.3 Phịng điều khiển trung tâm
Máy tính điều khiển của hệ thống sẽ được đặt tại phòng điều khiển. Máy tính này được
cài đặt phần mềm chun 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 tồn 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 thơng 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 thơng
tin 24/24 cho tồn bộ hệ thống. Máy tính hệ thống BMS được trang bị một bộ cấp nguồn khơng
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 phịng 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.
Tại phòng điều khiển trung tâm, người vận hành sẽ truy cập vào máy tính hệ thống điều
khiển quản lý tòa nhà tùy theo phân quyền của mình để điều khiển giám sát hệ thống điện hay
điều khiển điều hòa.
Tại phòng điều khiển, nhân viên kỹ thuật vận hành thực hiện được việc điều khiển – giám
sát các thiết bị có liên quan trong phạm vi hệ thống BMS và các hệ thống được kết nối đến. Trên
máy tính này, người quản lý hệ thống cũng thực hiện được việc tạo mới các điểm điều khiển,
điều chỉnh cấu hình, nâng cấp mở rộng hệ thống BMS…

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


15

Thao tác điều khiển được thực hiện trên màn hình đồ hoạ của hệ thống, màn hình đồ hoạ
này được Việt hố đối với các vị trí, tên của thiết bị được điều khiển, đồ hoạ được thiết kế mô
phỏng theo cấu tạo của thiết bị, theo địa hình của khu vực lắp đặt các thiết bị để tăng sự thuận
tiện cho nhân viên vận hành trong quá trình điều khiển.
Người vận hành điều khiển được các máy điều hòa, các bơm cấp nước, giám sát được các
thông số môi trường, điều khiển được đèn chiếu sáng hay giám sát các thơng số nguồn điện
được cung cấp… vị trí các thang máy trong hành lang thang máy, trạng thái làm việc, báo lỗi
của các thiết bị truyền động điện tại các hạng mục trong tòa nhà được quản lý, giám sát bởi hệ
thống BMS.
Phần mềm điều khiển hệ thống cho phép thực hiện chức năng “Kéo - Thả” sử dụng
chuột, là ứng dụng của hệ điều hành Microsoft Window, làm tăng hiệu quả vận hành, góp phần
đảm bảo tăng tính chính xác, đáp ứng yêu cầu thời gian thực của q trình điều khiển.
Thao tác trên các máy tính điều khiển, người vận hành thay đổi được các giá trị, tham số
cần điều khiển hay viết các chương trình điều khiển giám sát hệ thống.
Thu nhận các thông tin sau điều khiển
Hệ thống sẽ lưu giữ tất cả các thông tin liên quan xảy ra trong phạm vi hệ thống BMS và
các hệ thống liên quan, các thông tin trạng thái, sự cố, hay số giờ vận hành các bơm, quạt, nhiệt
độ khu vực, vvv… được hệ thống xử lý, phân loại và lưu giữ. Tín hiệu kết nối đến từ báo động
đột nhập, tín hiệu báo cháy, bơm chữa cháy hoạt động…cũng được lưu giữ tại đây.
In báo cáo
Máy in báo cáo được cài đặt để in tất cả các báo cáo về các sự kiện xảy ra theo thời gian.
Bất kể sự kiện gì xảy ra (trạng thái báo lỗi, xóa dữ liệu hệ thống, thay đổi cấu hình, chương trình
điều khiển), máy tính điều khiển cũng sẽ ra lệnh cho máy in này hoạt động in.
Máy in còn thực hiện nhiệm vụ in các báo cáo vận hành hệ thống, các thông tin liên quan

đến chỉ số tiêu thụ điện, nước, nhiệt độ, báo cáo vận hành vv… được hệ thống lưu giữ theo thời
gian
2.4 Mạng điều khiển hệ thống BMS
GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh


16

2.4.1 Mạng điều khiển quản lý EBLN
Mạng Quản lý – Giám sát - điều khiển Ethernet Building Level Network là đường truyền
thơng tin chính của hệ thống điều khiển – quản lý tòa nhà BMS. Tại mạng điều khiển này, các
bộ điều khiển số trực tiếp (DDC), các máy tính điều khiển trong khn khổ của hệ thống quản lý
tịa nhà sẽ được đặt các địa chỉ IP cố định. Các thiết bị này giao tiếp với nhau sử dụng giao thức
TCP/IP.
Các thiết bị dùng cho kết nối mạng LAN thuộc hệ thống điều khiển – quản lý là các thiết
bị chuyển mạch switch. Tốc độ truyền thông trên mạng đạt 100 MBps. Hệ thống mạng LAN của
hệ thống tự động hoá sử dụng cáp UTP Cat6.
Mạng điều khiển được sử dụng kết nối theo chuẩn hình sao, cho phép kết nối các thiết bị
trong mạng điều khiển mà vẫn đảm bảo không ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống khác
hay các thiết bị trong cùng hệ thống.
Mạng là nơi lắp đặt các tủ điều khiển kỹ thuật số DDC có tính năng kỹ thuật đáp ứng
hồn tồn các yêu cầu đề ra của thiết kế kỹ thuật:
-

Thiết bị điều khiển là loại kết nối ngang hàng trên mạng truyền thông chuẩn Ethernet
theo giao thức TCP/IP tốc độ 10/100Mb, đáp ứng các yêu cầu nâng cấp - mở rộng trong
tương lai cho phép 1000 tủ điều khiển trong tồn hệ thống)

-

CPU có tốc độ xử lý 133MHz;

-

Có bộ nhớ RAM 72MB

-

Độ phân giải A/D input 16 bits

-

Độ phân giải D/A output 10 bits

-

Các mô đun I/O là loại có khả năng lắp lẫn cao, để có thể thực hiện nâng cấp theo yêu
cầu trong tương lai mà không cần nâng cấp toàn bộ phần cứng của thiết bị điều khiển.

-

Có khả năng tự lưu giữ các chương trình điều khiển khi có sự cố về nguồn ni trong thời
gian 30 ngày, chức năng báo trạng thái đầy/cạn của pin ni bộ nhớ để người vận hành có
thể thay thế pin này khi cần, tránh tình trạng mất chương trình điều khiển khơng cần thiết.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hồng Việt

SVTH: Lê Tấn Sinh