Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
Chương 1
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
TÒA NHÀ QUA MÁY TÍNH
1.1/ Tổng quan về hệ thống quản lý tòa nhà BMS:
1.1.1/ Khái niệm về hệ thống quản lý tòa nhà BMS:
Cùng với sự phát triển công nghiệp hoá, hiện đại đất nước các toà nhà cao tầng,
các công trình kiến trúc đồ sộ mọc lên ngày càng nhiều đặt ra cho việc quản lý hết sức
khó khăn, vì vậy việc sử dụng hệ thống quản lý tòa nhà BMS là giải pháp tối ưu.
BMS (Building Management System) là hệ thống điều khiển và giám sát hoạt
động của toà nhà qua máy tính và là một công cụ quản lý hiện đại, an toàn và kinh tế,
cho phép tích hợp, quản lý và theo dõi toàn bộ hoạt động của các thiết bị điện, cơ trong
tòa nhà như hệ thống điều hòa, hệ thống báo cháy, hệ thống an ninh, hệ thống cứu hỏa,
hệ thống giám sát…
Mục tiêu của BMS là tập trung hóa và đơn giản hóa việc giám sát, vận hành và
quản lý tòa nhà. BMS cho phép nâng cao hiệu suất của tòa nhà bằng cách giảm chi phí
nhân công, chi phí năng lượng và cung cấp môi trường làm việc thoải mái và an toàn
cho con người.
1.1.2/ Chức năng và nhiệm vụ của BMS:
• Điều khiển và giám sát cho các hệ thống điện/cơ trong tòa nhà nhằm đảm bảo
quá trình vận hành của các hệ thống này một cách tối ưu và hiệu quả.
• Phối hợp hoạt động của các hệ thống điện/cơ trong tòa nhà để đáp ứng tốt nhất
các yêu cầu về mức độ sử dụng, đảm bảo an ninh, an toàn và tiện nghi, thoải mái cho
con người trong tòa nhà.
• Tạo ra công cụ giao tiếp Người/Máy cho các nhân viên vận hành tòa nhà để họ
có thể vận hành các hệ thống điện cơ trong tòa nhà một cách an toàn, chính xác và
hiệu quả.
• Thống kê các số liệu về tình trạng hoạt động, thông số kỹ thuật của các hệ
thống điện/cơ trong tòa nhà dưới dạng các báo cáo, cơ sở dữ liệu… giúp cho việc vận
hành tòa nhà của các kỹ sư vận hành tối ưu.

mềm và giao diện với máy tính, thông qua đó, hệ thống BMS sẽ thông báo đến người
vận hành tình trạng hoạt động của các hệ thống cấp dưới, báo khi có sự cố ra màn hình
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
của trạm vận hành và các máy in, đồng thời chuyển các tín hiệu mà người vận hành
mong muốn thay đổi trong quá trình làm việc xuống các hệ thống cấp dưới.
Để nhận được và truyền được các tín hiệu từ BMS đến các hệ thống cấp dưới và
ngược lại, hệ thống BMS yêu cầu các hệ thống cấp dưới phải có nền OPC (OLE for
Process Control), mỗi hệ thống cấp dưới có một định dạng dữ liệu riêng theo các
chuẩn truyền thông khác nhau, rồi thông qua mạng ethernet, BMS lấy thông tin từ
OPC của các hệ thống cấp dưới.
Ở trong đồ án ta chỉ nghiên cứu một thành phần nhỏ trong toàn bộ hệ thống do
BMS quản lý, đó là hệ thống điều hòa trung tâm, do đó ta sẽ đi cụ thể vào việc thiết kế
hệ điều khiển và giám sát bằng máy tính cho hệ thống điều hòa trung tâm của tòa nhà.
Có thể biểu diễn hệ thống BMS của tòa nhà bằng một tam giác 3 bậc (hình 1.1).
Hình 1.1: Các cấp hoạt động trong hệ thống BMS
Cấp 1 là cấp thấp nhất của hệ thống, là cấp của các thiết bị hiện trường như các
cảm biến, cơ cấu chấp hành, việc truyền tín hiệu trong cấp này và từ các thiết bị của
cấp này lên cấp trên được thực hiện bằng tín hiệu điện, để truyền các tín hiệu này ta
dùng các dây điện bình thường.
Cấp 2 là cấp trung gian, trong đó các bộ điều khiển trực tiếp số DDC (Direct
Digital Controller), mà cụ thể ở trong đồ án là các thiết bị điều khiển trường FX, nó được
nối với nhau thông qua cáp mạng, theo chuẩn truyền vật lý RS-485 và giao thức N2.
Cấp 3 là cấp cao nhất trong hệ thống, là máy tính điều khiển trung tâm, các
DDC ở cấp dưới nối đến máy tính theo mạng ethernet và theo giao thức BACnet. Khi
kết nối từ các DDC đến máy tính ở cấp thứ 3 cần nối thông qua một thiết bị Gateway
3
2
1
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt

Các đầu vào có thể nhận một dải rộng các tín hiệu như tín hiệu điện áp, tín hiệu
dòng điện và điện trở. Việc kết nối các tín hiệu khác nhau đó được thiêt lập bằng các
jumper trên mỗi đầu vào tương tự. Nếu tín hiệu đầu vào là tín hiệu dòng (0-20/4
20mA) thì jumper để ở vị trí đóng, nếu là tín hiệu điện trở hay điện áp (0-10/2-10V)
thì jumper để ở vị trí mở.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
8 đầu vào số (DIs):
Có thể dùng điện áp 24V AC hoặc DC để cấp nguồn cho các đầu vào số (đưa vào
cực 34 và 35), nếu sử dụng điện áp một chiều thì phải đảm bảo nguồn cấp cho các đầu
vào số được cách ly với nguồn cấp cho bộ điều khiển FX16. Nếu sử dụng điện áp xoay
chiều thì có thể dùng nguồn chung hoặc riêng với nguồn cấp cho bộ điều khiển FX16.
9 đầu ra số (DOs):
Có 2 dạng: 9 đầu ra rơle (hình 1.5a) hoặc 4 đầu ra rơle và 5 đầu ra triac (hình
1.5b), được nối với các thiết bị cần tín hiệu điều khiển kiểu On/Off.
Hình 1.5a: 9 đầu ra rơle
Hình 1.5b: 5 đầu ra triac
Hình 1.5: 9 đầu ra số
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
4 đầu ra tương tự (AOs):
Cho tín hiệu 0-10V, 1.5A. Mỗi đầu ra tương tự cho giá trị 0 nếu yêu cầu là 0%
và 10V nếu yêu cầu là 100%. Có thể dùng nguồn áp 24VAC để cấp nguồn cho 4 đầu
ra tương tự, có thể dùng nguồn chung hoặc riêng với nguồn cấp cho cả bộ điều khiển
FX16. Các đầu ra này có thể được nối với các cơ cấu chấp hành tỷ lệ.
c/ Chi tiết về việc kết nối giữa FX16 với các thiết bị khác:
• Kết nối với các thiết bị slave:
Bộ điều khiển FX16 có thể kết nối tối đa với 16 thiết bị slave, bộ điều khiển
FX16 nối với thiết bị slave thông qua chân cắm JP1 (hình 1.6), muốn nối với nhau
dưới dạng Master-Slave cần phải có cạc truyền thông RS-485 N2 Open cắm vào vị

XP-9105: 8 đầu vào số
XP-9106: 4 đầu ra số
Việc lắp đặt các module mở rộng theo dạng: XT-XP1-XP2:
 Các module XP cung cấp đầu ra/ đầu vào tương tự phải được đặt ở vị
trí XP1.
 2 module XP-9106 đặt cạnh nhau được xem như 1 module đặt ở vị trí
XP1 hoặc XP2.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
Khoảng cách tối đa giữa 2 module XT là 1200m, nếu muốn nối với khoảng
cách dài hơn cần dùng các bộ Repeater ( RP-9100-810x).
Để triệt tiêu nhiễu do tín hiệu phản xạ ở các trạm tham gia trên mạng, người ta
nối các điện trở 220
Ω
ở đầu cuối của các trạm.
• Kết nối tới máy tính:
Việc kết nối tới máy tính để download các ứng dụng từ máy tính tới thiết bị
FX hoặc upload từ thiết bị về máy tính được thực hiện thông qua cổng JP2 trên bề
mặt của bộ FX16.
Việc kết nối này có thể thực hiện qua cáp mà không cần dùng đến modem
như hình 1.7, nối trực tiếp thông qua bằng cách gắn card RS-232C vào cổng JP2
rồi nối trực tiếp với máy tính (cáp dài tối đa là 15m), hoặc có thể được thực hi ện
thông qua bộ chuyển đổi RS-232C/RS-485 như hình 1.8 (có thể nối với khoảng
cách tới 1200m).
Hình 1.7: Kết nối trực tiếp FX 16 với máy tính
Cổng JP2 cũng được dùng để kết nối mạng không dây từ xa thông qua modem,
có 2 loại modem: standard land-line modem và GSM modem.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
Hình1.8: Kết nối qua bộ chuyển đổi RS-232/485

FX tools.
Lựa chọn màn hiển thị cho người sử dụng
Ta có thể quan sát và điêù chỉnh hoạt động qua màn hiển thị. Có 2 loại màn
hiển thị: loại lớn và loại trung bình.
• Loại màn trung bình: bao gồm màn hiển thị LCD (4X20) và 10 đèn LED và 6
nút ấn điều khiển.
• Loại lớn: bao gồm màn hiển thị LCD (4X20) và 66 đèn LED hiển thị trạng thái
và 28 nút ấn điều khiển.
b/ Thiết bị điều khiển FX07:
Cấu tạo:
Nguồn cung cấp cho thiết bị có thể lựa chọn từ 90-240 VAC
Thiết bị bao gồm 17 chân vào ra vật lí:
+) 4 đầu vào tương tự
+) 5 đầu vào số
+) 6 đầu ra số
+) 2 đầu ra tương tự (0-10VDC)
FX07 có hai loại: loại có gắn màn hình hiển thị, và loại không gắn màn hình
hiển thị.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
Màn hình LCD gồm 2 cột có cả loại hiển thị chữ và số, màu nền là màu xanh
hoặc đỏ.
Có thể hiện các biểu tượng: máy nén, cảnh báo, áp suất cao, áp suất thấp, nhiệt
nóng, nhiệt lạnh, nhiệt độ đóng băng, và biểu tượng nhiệt độ thiết bị điện.
Có 4 nút ấn điều khiển cho người sử dụng
Có các menu hướng dẫn người sử dụng
Có các loại cấu hình được đưa ra bởi người thiết kế ứng dụng như:
Loại không có màn hình LCD giám sát:
+) Hiển thị trạng thái thông tin
+) Hiển thị và chỉnh sửa các tham biến

+) 2 chân ra tương tự (0-10VDC)
FX14 có hai loại: loại có gắn màn hình hiển thị và loại không gắn màn hình
hiển thị.
Màn hình LCD gồm 2 cột có cả loại hiển thị chữ và số, màu nền là màu xanh
hoặc đỏ.
Có thể hiện các biểu tượng: cảnh báo, áp suất cao, áp suất thấp, nhiệt nóng,
nhiệt lạnh, nhiệt độ đóng băng, và biểu tượng nhiệt độ thiết bị điện
Có 4 nút ấn điều khiển cho người sử dụng
Có các menu hướng dẫn người sử dụng
Có các loại cấu hình được đưa ra bởi người thiết kế ứng dụng như:
+) Hiển thị trạng thái thông tin
+) Hiển thị và chỉnh sửa các tham biến
+) Màu nền màu đỏ khi có hiện tượng cảnh báo
1.2.3/ Gói phần mềm FX Tools:
FX Tools là gói phần mềm được cài đặt trên nền Windows, dùng để quản lý
và lập trình cho các bộ điều khiển trường FX dùng cho các ứng dụng hệ thống điều
hòa thông gió.
Gói phần mềm FX Tools bao gồm các phần:
+) FX Builder
+) FX Builder Express
+) FX CommPro N2
+) FX CommPro LON
+) FX Loader
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
a/ FX Builder:
FX Builder là một module của gói phần mềm FX Tool Pro, được sử dụng để tạo
ra các chương trình ứng dụng cho các bộ điều khiển hệ thống điều hòa thông gió. Phần
mềm FX Builder cung cấp cho người sử dụng môi trường lập trình đồ họa và rất nhiều
đặc tính giúp tạo chương trình nhanh và chính xác.

master sẽ thực hiện việc truyền thông với các thiết bị slave theo cách hiệu quả nhất để
duy trì hiệu suất của toàn hệ thống.
Hình 1.10: Ứng dụng phân tán
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
Ta sử dụng ứng dụng phân tán để điều khiển cùng lúc một thiết bị trung tâm và
các thiết bị từ xa mà nó quản lý. Ví dụ như ứng dụng ứng dụng phân tán cho một bộ
FX16 điều khiển một AHU và một số bộ FX05 điều khiển các FCU.
Ứng dụng phân tán được download trực tiếp vào bộ điều khiển master (FX16)
và sau đó các phần có liên quan sẽ được bộ master tải dữ liệu sau lần đầu tiên bật điện.
Mỗi thiết bị slave làm việc một cách độc lập và đưa thông tin của bản thân nó lên
mạng bằng các dữ liệu mạng. Thiết bị master sẽ thu thập và xử lý các biến trong toàn
mạng để đồng bộ hóa toàn bộ hệ thống vận hành cho phù hợp.
• Ứng dụng mạng: là chiến lược điều khiển được quản lý bởi một thiết bị master,
giám sát toàn bộ mạng thiết bị điều khiển nối với đường Bus truyền thông nội bộ của
từng bộ điều khiển. Việc truyền thông giữa các bộ điều khiển được xác định bởi cổng
Gateway. Bộ điều khiển master sẽ thực hiện việc truyền thông với các thiết bị slave
theo cách hiệu quả nhất để duy trì hiệu suất của toàn hệ thống.
Hình 1.11: Ứng dụng mạng
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
Đây là giải pháp lý tưởng cho việc giám sát và điều khiển hệ thống ĐHTT. Do
mỗi thiết bị làm việc độc lập và đưa thông tin của mình lên mạng thông qua dữ liệu
mạng, do đó thiết bị nào cũng cần phải được cài đặt card truyền thông N2 Open.
FX Builder bao gồm đặc tính mô phỏng ứng dụng, gọi là chương trình FX
simulator. Chương trình này tái tạo lại sự hoạt động của các đầu vào, đầu ra của các
thiết bị trong hệ thống chạy mô phỏng ứng dụng trên máy tính trước khi tải dữ liệu
vào từng thiết bị.
Ngoài FX Builder, trong gói phần mềm FX Tool Pro còn có FX Builder
Express, là một phiên bản được đơn giản hóa và dễ sử dụng hơn FX Builder, cho

FX Loader là một tiện ích đơn giản và dễ sử dụng được dùng để download phần
mềm phiên bản của thiết bị điều khiển, vận hành hệ thống phần cứng và việc truyền
thông vào bộ điều khiển FX. Việc download này được thực hiện trên giao thức N2
hoặc LONWorks, tương ứng bộ điều khiển cần phải được cài card truyền thông
N2Open hoặc LONWorks.
Khi sử dụng FX Loader, giao diện đồ họa sẽ giúp người sử dụng lựa chọn dễ
dàng bộ điều khiển, phần mềm hoặc phần cứng dùng để download.
3.2.4/ Phần mềm M3i:
M3i, hay M3 Workstation, là một gói phần mềm cho phép người sử dụng giám
sát, điều khiển và phân tích hoạt động của hệ thống BMS, bao gồm hệ thống ĐHTT.
Bộ phần mềm này bao gồm:
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
• M3HCI (M3 Human-Computer Interface) là một ứng dụng phần mềm, hoạt
động như là một bộ tích hợp các bộ phần mềm với các mục đích khác nhau. M3 HCI
cung cấp màn hình chính cho người sử dụng, trong đó có thể mở các ứng dụng khác
của M3Workstation , ví dụ như hình 1.13 có ứng dụng là M-Alarm (cảnh báo)và M-
Explorer (khai thác)
Trong giao diện hình 1.13, ta thấy:
2 là thanh menu
3 là thanh công cụ
4 là vùng làm việc của M3 HCI
Có thể chuyển đổi giữa các ứng dụng riêng với nhau bằng cách sử dụng phím
tab (5), mỗi khi một ứng dụng được lựa chọn, vùng làm việc của ứng dụng đó sẽ hiện
ra kèm theo menu chính tương ứng cho ứng dụng đó.
Hình 1.13: Giao diện của M3-Workstation
Người sử dụng có thể lưu lại M3HCI dưới dạng văn bản với đuôi mở rộng
.m3w, thông tin được lưu lại bao gồm: thông tin về vùng làm việc như số vùng làm
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
M-Alarm: là một ứng dụng của M3-Workstation, có giao diện là một vùng làm
việc nằm trong M3 HCI, có nhiệm vụ quản lý và điều khiển các cảnh báo trong quá
trình làm việc. M3 Workstation sử dụng M-Alarm để xử lý và hiển thị các tín hiệu
cảnh báo. Vùng làm việc M-Alarm Container được đặt làm vùng làm việc mặc định
khi mở M3HCI. Có thể nhúng M-Alarm vào trong M-Graphics, có nghĩa là trong môi
trường đồ họa của M-Graphic, ta có thể nhận được các cảnh báo của M-Alarm.
M-Explorer: là một ứng dụng phần mềm được sử dụng cho việc duyệt một
hệ phân cấp các đối tượng đang tham gia vào mạng trong hệ thống cấp dưới gồm
các bộ điều khiển. Là một vùng làm việc của M3 Workstation, M-Explorer cung
cấp một màn hình hiển thị mang tính tương tác linh hoạt cho phép người sử dụng
dễ dàng duyệt hệ phân cấp của hệ tự động tòa nhà (BAS: Building Automation
System), qua đó có thể xem và phân tích các điều kiện vận hành có tính năng thời
gian thực của một hệ thống BAS.
M-Explorer tương tác với nhiều thành phần trong hệ thống để cung cấp một
giao diện người dùng toàn diện. Những thành phần này bao gồm:
• OPC Data Access Server, tạo ra các giá trị dữ liệu linh động từ các bộ điều
khiển cho hiển thị của M-Explorer. Sự tồn tại của OPC Data Access Server cho phép
M-Explorer tiếp cận dữ liệu từ các hệ thống điều khiển cấp dưới.
• M-Inspector là một ứng dụng gồm hộp thoại kèm theo, cho phép quan sát đối
tượng và thao tác với dữ liệu một cách chi tiết. Cửa sổ làm việc của M-Inspector có
dạng các nhãn trong một ô cửa sổ, người sử dụng chuyển tới các nhãn bằng cách
click vào tên của nhãn đó, mỗi nhãn của M-inspector có thể sử dụng vào các ứng
dụng khác như M-graphics.
• M-Password, quyết định dữ liệu nào M-Explorer có thể truy nhập và hành động
nào người truy nhập hiện thời có thể thực hiện được.
Giao diện làm việc của M-Explorer trên hình 1.16.
Cửa sổ giao diện trên chia làm 2 vùng: vùng bên trái cho phép người dùng mở
và đóng các mục dữ liệu nhánh nằm trong hệ phân cấp. Vùng bên phải hiển thị nội

Trong quá trình vận hành, ta có thể sửa chữa bản vẽ trực tuyến bằng công cụ có
sẵn editor của M-Graphics.
Để hỗ trợ cho người sử dụng, M-Graphics bao gồm một thư viện các biểu tượng
dưới dạng 2D và 3D. Các biểu tượng này bao gồm Chiller, cuộn dây, quạt, đồng hồ,
động cơ, cơ cấu chấp hành và các hệ thống ĐHTT hoàn chỉnh. Ngoài ra, M-Graphics
cũng bao gồm một số lượng lớn các file mẫu hỗ trợ cho người vận hành, ta có thể sử
dụng luôn những file mẫu này để sử dụng cho những ứng dụng cụ thể.
Sự đơn giản của M-Graphics thực sự giúp người vận hành tăng tối đa hiệu suất.
Có thể truy nhập dễ dàng đến các thông tin thích hợp, không cần thiết phải lưu hay gõ
yêu cầu hoặc sử dụng những tổ hợp phím đặc biệt, M-Graphics rõ ràng giúp làm tăng
hiệu suất của toàn hệ thống và giảm chi phí vận hành.
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt
nghiệp
Chương 2
HỆ THỐNG ĐIỀU HOÀ TRUNG TÂM
2.1/ Khái niệm hệ thống điều hòa:
Có nhiều cách phân loại phân loại hệ thống điều hoà kiểu khô dựa trên các tiêu
chí khác nhau, theo cấu trúc người ta phân hệ thống điều hòa không khí thành hệ thống
điều hòa cục bộ, phân tán và trung tâm.
• Hệ thống điều hòa không khí kiểu cục bộ là hệ thống điều hòa không khí trong
một phạm vi hẹp, thường chỉ là một phòng riêng độc lập hoặc một vài phòng nhỏ. Đặc
điểm của hệ thống này là có dàn nóng được giải nhiệt bằng gió và có công suất nhỏ.
• Hệ thống điều hòa kiểu phân tán là hệ thống điều hòa ở đó khâu xử lý không
khí phân tán tại nhiều nơi. Hệ thống này có rất nhiều dàn lạnh xử lý không khí và các
dàn lạnh được bố trí tại các phòng.
• Hệ thống điều hòa trung tâm là hệ thống mà ở đó xử lý nhiệt ẩm được tiến hành
ở một trung tâm và được dẫn theo các kênh gió đến các hộ tiêu thụ.
2.2/ Các phần tử trong hệ điều hòa trung tâm: (phụ lục 1)
Tùy theo cách giải nhiệt mà ta có 2 hệ thống khác nhau và tương ứng sẽ có một
số bộ phận khác nhau: