Chương 1: Giới thiệu hệ thống quản lý tòa nhà BMS
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG QUẢN LÝ TOÀ NHÀ BMS
1.1. Sự cần thiết của hệ thống BMS cho các tòa nhà cao tầng.
1.1.1. Thực trạng các tòa nhà ở Việt Nam
Hầu hết các tòa nhà cao tầng ở Việt nam hiện nay đều không được trang bị hệ thống quản
lý tòa nhà thông minh. Khi được trang bị hệ thống này, tất cả các hệ thống điều hòa, báo
cháy, được điều khiển tập trung, tương tác bởi hệ BMS. Các hệ thống được tích hợp
đầy đủ hệ thống thông tin, truyền thông và tự động hóa văn phòng. Đây là loại nhà cao
tầng thông minh. Còn gọi là các tòa nhà hiệu năng cao, tòa nhà xanh, tòa nhà công nghệ
cao, tòa nhà có những chức năng đặc biệt như bệnh viện, cơ quan trung ương, nhà quốc
hội,
1.1.2. Sự cần thiết của hệ thống BMS cho các tòa nhà cao tầng.
Hiện nay các tòa nhà được xây dựng dần được trang bị các trang thiết bị hiện đại
có các hệ thống dịch vụ phức tạp nhưng đang hoạt động độc lập, riêng lẽ. Vì vậy, đòi hỏi
phải xây dựng một giải pháp tích hợp toàn diện nhằm tập trung hóa và đơn giản hóa việc
giám sát, vận hành và quản lý tòa nhà. Giải pháp tích hợp cho phép nâng cao hiệu suất
của tòa nhà bằng cách giảm chi phí nhân công, chi phí năng lượng, cung cấp môi trường
làm việc tiện nghi và an toàn cho cán bộ và nhân viên làm việc trong nhà, người dân sinh
sống và khách đến làm việc với các đơn vị tại toà nhà. Hệ thống quản lý tòa nhà sẽ tích
hợp với các hệ thống dịch vụ sau:
Hệ thống cung cấp và phân phối điện (Máy cắt, Tủ hạ thế, tủ phân phối đầu tầng
và máy phát điện dự phòng, UPS…)
Điều hòa trung tâm Chiller và VRV, hệ thống thông gió
Chiếu sáng công cộng (Public Lighting)
Hệ thống cho các tầng lắp đặt thiết bị viễn thông
Hệ thống an ninh (Access control, Hệ thống Camera an ninh CCTV)
Hệ thống PCCC
Thang máy (lift, elevator. Escalator)
Hệ thống cấp nước
Hệ thống thông tin công cộng ( hệ thống âm thanh thông báo, hệ thống màn hình
- Đường truyền vật lý (Wire, optical fibre, radio…)
- Giao thức truyền thông (Protocol:BACnet, LonWork, Modbus…)
BACnet la một trong những giao thức bậc cao được sử dụng nhiều nhất trong công
nghiệp BMS có thể được sử dụng để tích hợp các hệ thống tự động hóa cao ốc và các sản
phẩm điều khiển từ các nhà sản xuất khác nhau trên cùng một hệ thống liên kết.
1.2.2. Cầu trúc hệ thống BMS.
Cấu trúc hệ thống tích hợp trong tòa nhà gồm có các cấp độ sau:
Cấp vận hành và quản lý
Cấp điều khiển hệ thống
2
Chương 1: Giới thiệu hệ thống quản lý tòa nhà BMS
Cấp khu vực – cấp trường
Hình 1.1. Cấu trúc hệ thống BMS
Cấp điều khiển khu vực – cấp trường:
Các bộ điều khiển ở cấp độ khu vực là các bộ điều khiển sử dụng bộ vi xử lý, cung
cấp chức năng điều khiển số trực tiếp cho các thiết bị ở từng khu vực, bao gồm: các bộ
VAV, bơm nhiệt, các bộ điều hòa không khí cục bộ,
Cấp điều khiển hệ thống:
Các bộ điều khiển hệ thống có khả năng lớn hơn so với các bộ điều khiển ở cấp khu
vực về số lượng các điểm vào ra, các vòng điều chỉnh và cả các chương trình điều khiển.
Các bộ điều khiển hệ thống được tích hợp sẵn các chức năng quản lý, lưu trữ và thường
được sử dụng cho các ứng dụng lớn hơn như hệ thống điều hòa trung tâm, hệ thống máy
lạnh trung tâm,
3
Chương 1: Giới thiệu hệ thống quản lý tòa nhà BMS
Cấp vận hành, giám sát và quản lý:
Các trạm vận hành và giám sát chủ yếu giao tiếp với các nhân viên vận hành. Các trạm vận
hành ở cấp độ này chủ yếu là các máy tính PC. Quản lý việc bảo trì bảo dưỡng: Tự động lập kế
hoặch và tạo ra các thứ tự công việc cho các thiết bị cần bảo trì dựa trên lịch sử thời gian làm
việc hoặc kế hoặch theo niên lịch.
động hóa tòa nhà BMS trên toàn cầu sẽ tiếp tục phát triển với tốc độ ổn định ở cả những
quốc gia phát triển và đang phát triển.
Tốc độ đô thị hóa rất nhanh, xuất hiện nhiều thành phố, khu phố, khu công nghiệp,
nhà máy, các Building được thiết kế mới và quy hoạch cẩn thận, do vậy có nhiều thuận
lợi cho việc hiện đại hóa.
Sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ, tính chuyên nghiệp ngày càng cao.
Nhận thức được tính hiệu quả của giải pháp, nhất là trong bối cảnh giá nhiên liệu tăng
cao từng ngày, các yếu tố về môi trường ngày càng được chính phủ các nước quan tâm.
5
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
CHƯƠNG 2
THIẾT BỊ PHẦN CỨNG DÙNG TRONG HỆ THỐNG
BMS CỦA CUNG TRIỂN LÃM QHXD HÀ NỘI
2.1. Tổng quan về dự án: Cung triển lãm quy hoạch xây dựng Hà Nội
2.1.1. Đặc điểm công trình
Tên dự án: Cung triển lãm quy hoạch xây dựng Hà Nội
Địa điểm xây dựng: Khu triển lãm ngoài trời phía bắc Trung tâm hội nghị Quốc
gia. Xã Mỹ Đình, Huyện Từ Liêm, Hà Nội.
Đại diện chủ đầu tư: Ban quản lý dự án đầu tư xây dựng nhà Quốc hội & hội
trường Ba Đình (Mới).
Đơn vị tư vấn thiết kế: Công ty cổ phần tư vấn đầu tư thiết kế và khảo sát xây
dựng Bạch Đằng (CCDC)
Mục đích sử dụng:
Cung triển lãm quy hoạch xây dựng Hà Nội là nơi thể hiện thành quả của việc quy
hoạch và sự thay đổi lớn lao của bộ mặt thành phố, đồng thời thể hiện chủ đề của triển
lãm: đô thị, môi trường, con người và sự phát triển.
Với diện tích mặt bằng khoảng 4700m2 và 3 tầng sử dụng, Cung triển lãm quy
hoạch xây dựng Hà Nội là công trình phản ánh quá khứ, hiện tại và tương lai của kiến
thiết và quy hoạch thành phố.
Tầng 1: Triển lãm chủ yếu về quá khứ-lịch sử phát triển thành phố.
Hệ thống quản lý tòa nhà (Building Management System: BMS) là hệ thống trung
tâm máy tính hóa phục vụ quản lý giám sát và vận hành các hệ thống trong một tòa nhà.
Một hệ thống BMS thường kết hợp điều kiểm kiểm soát các hệ thống: Hệ thống điều hòa,
giám sát điện năng, quản lý bảo trì, an ninh, và hệ thống PCCC.
Trang bị một hệ thống BMS:
7
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
Mỗi tòa nhà khác nhau sẽ có hệ thống BMS khác nhau, phụ thuộc vào rất nhiều
thông số, do vậy trước khi xây dựng một hệ thống BMS nên tìm những lời khuyên từ các
nhà cung cấp hoặc nhà tư vấn hệ thống BMS. Nhà tư vấn về vấn đề năng lượng sẽ giúp
quyết định những ứng dụng nào bạn cần điều khiển và kiểm soát, chẳng hạn như hệ thống
điều hòa, thang máy, chiếu sáng công cộng.
Những người vận hành cần phải được đào tạo để sử dụng hệ thống mới sao cho tối
đa lợi ích thu được từ hệ thống.
Khi xem xét xây dựng hệ thống BMS mới, một điều hết sức quan trọng là phải hiểu
được 3 chức năng chính của một hệ thống BMS
2.2.2. Yêu cầu chung hệ thống BMS
Hệ thống quản lý toà nhà BMS phải là một hệ thống hoàn chỉnh được thiết kế để sử
dụng với các hệ thống công nghệ thông tin của toà nhà. Nhà thầu sẽ phải có trách nhiệm
phối kết hợp để đảm bảo hệ thống BMS có thể chạy trong môi trường chung mà không
làm ảnh hưởng tới hoạt động khác bất kỳ đang thực hiện trên mạng LAN.
− Tất cả các điểm giao diện với người sử dụng được cài đặt trên PC chuẩn là trình
duyệt Web chuẩn.
− Thực hiện việc lắp đặt một cách thành thục, ngăn nắp, gọn gàng và hoàn chỉnh.
Chỉ chấp nhận những người lao động có tay nghề cao, nhiều kinh nghiêm, đã qua
đào tạo và làm quen với các thiết bị, phần mềm, các chuẩn và cấu hình cụ thể được
cung cấp cho dự án này.
− Quản lý và điều phối công việc của hệ thống BMS theo đúng tiến độ thực hiện dự
án đã lập. Khi thực hiện những công việc kết hợp với các nhà thầu khác, không
được làm cản trở hoặc trì hoãn công việc của các nhà thầu đó.
− Dây dẫn phải được kéo cho mỗi điểm riêng biệt.
Giao thức mạng trực tiếp (Direct protocol)
− Hệ thống BMS phải bao gồm phần cứng và phần mềm thích hợp cho phép sự
truyền thông hai chiều giữa BMS và thiết bị của nhà sản xuất khác. BMS sẽ nhận,
phản ứng và phản hồi thông tin lại từ những hệ thống toà nhà khác.
− Tất cả các dữ liệu cần cho các ứng dụng phải được gán vào cơ sở dữ liệu của thiết
bị tự động hoá và phải dễ hiểu cho người sử dụng.
Các đầu vào và đầu ra từ những bộ điều khiển của nhà sản xuất khác phải có khả năng
liên kết hoạt động theo thời gian thực với đầy đủ các đặc tính phần mềm của hệ thống
BMS như là phần mềm điều khiển, quản lý năng lượng, lập
− trình xử lý theo yêu cầu của người sử dụng, quản lý các báo động, dữ liệu quá khứ
và phân tích, lấy tổng, và truyền thông mạng nội bộ.
9
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
Sự tích hợp giao thức
Bacnet chuẩn giao thức ANSI/ASHRAE Standard 135-2001.
Giao thức mạng chung được dùng giữa các hệ thống sẽ là BACnet trên đường truyền
Ethernet và tuân theo tiêu chuẩn ASHRAE BACnet 135-2003.
− Báo cáo về việc bổ xung giao thức hoàn chinh (PICS) được cung cấp cho tất cả
các thiết bị của hệ thống BACnet.
− Có khả năng ra lệnh, chia sẻ dữ liệu đối tượng, thay đổi trạng thái (COS), lập lịch
giữa máy chủ và các hệ thống
Giao thức LonWorks
Giao thức LonTalk; FT-10 Free Topology; tốc độ (bit-rates) 78kbps.
Giao thức Modbus
Giao thức Mobus/RTU; RS485 2-dây nối tiếp, tốc độ từ 300 đến115.200 bps.
Giao thức OPC
Chuẩn giao thức truy cập dữ liệu OPC Data Access Standard version 1.0 hoặc 2.0.
2.3. Một số thiết bị phần cứng được sử dụng trong tòa nhà
2.3.1 Bộ điều khiển kỹ thuật số DDC chuẩn kết nối IP
không bị mất trong thời gian khắc phục các tình huống/ sự cố của hệ thống BMS.
11
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển DDC
12
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
2.3.2. Mô đun điều khiển các khối FCU(Fan coil unit)
Hình 2.4. Mô đun điều khiển các khối FCU
Đối với tủ DDC có chức năng điều khiển các FCU, do số lượng các FCU là rất lớn
nên thiết kế lắp các DDC này gần với các FCU để tiện cho việc thi công lắp đặt các
DDC, các thiết bị điều khiển nhiệt độ, độ ẩm (Digital wall module – DWM hay
Thermostat). Các DDC này đảm bảo chức năng nhận lệnh điều khiển bật/tắt và thay đổi
quạt ba tốc độ của các FCU do người sử dụng thực hiện tại các Thermostat, các
Thermostat này đều có chức năng hiện thị nhiệt độ. Ngoài ra các FCU này có chức năng
đóng/mở cho các van cấp nước lạnh vào các FCU. Các DDC kết nối với nhau theo mạng
LONWork và được kết nối về phòng điều khiển trung tâm.
Do yêu cầu công suất của các DDC là rất nhỏ 30VA cho một DDC, vì vậy các DDC
điều khiển cho FCU được cấp nguồn 220VAC/50Hz từ các FCU tương ứng.
Các khối FCU được được điều khiển bằng các modun điều khiển FCU độc lập chuyên
dụng. Thông thường các FCU này sẽ cung cấp các chức năng sau:
Hiệu chỉnh điểm đặt nhiệt độ
Chuyển mạch cho các quạt 2, 3 cấp.
Cho phép kết nối với các modun gắn tường (Sử dụng để điều khiển nhiệt độ) trong các
phòng tương ứng
Các modun này được thiết kế trên hệ thống mạng LonWorks, là một trong những kiến
trúc mạng phát triển cho hệ thống điều hoà và tự động hoá toà nhà mạnh nhất hiện nay.
Và được hầu hết đáp ứng các nhà cung cấp trong hàng đầu trong lĩnh vực này.
13
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
Đối với các bộ cảm biến nhiệt độ khoảng không, cho mức IP 40 trong vỏ ABS
hoặc vỏ tương tự.
2.3.5. Các cảm biến chênh áp
Hình 2.7. Bộ cảm biến chênh áp
Cung cấp và lắp các bộ cảm biến áp suất chênh lệch qua các bộ lọc sao cho khi áp suất
chênh lệch qua các bộ lọc quá giá trị định trước, một tín hiệu kỹ thuật số được gửi tới
trạm ở xa. Áp suất chênh lệch, được đo bằng các ống cảm biến được áp dụng cho hai
cạnh của một màng ngăn và khi quá một giá trị, màng ngăn được tải bằng lò xo chuyển
động để khởi động cảm biến. Nhà chuyên gia điều khiển tính toán tất cả các thiết bị phụ
cần thiết để lắp đặt.
15
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
Cung cấp và lắp các bộ cảm biến áp suất chênh lệch thích hợp để gắn trên ống liền
kề với các quạt để phát hiện áp suất dương trên áp suất khí quyển. Ống cảm biến cho cạnh áp suất
cao được sắp xếp để biểu thị đầu mở đối diện và song song với dòng khí. Khi áp suất chênh lệch
giảm xuống dưới giá trị định trước sau khi thiết lập dòng ban đầu (hoãn bởi đồng hồ phần mềm),
một tín hiệu kỹ thuật số được gửi tới trạm ở xa/bộ điều khiển. Nhà chuyên gia Điều khiển xem xét
các phụ tùng cần thiết để lắp đặt.
2.3.6 Các cảm biến báo mức.
Hình 2.8. Bộ cảm biến báo mức
Các cảm biến mức độ từ tính lắp theo chiều ngang được lắp vào các bể chứa.
Các bộ được lắp với bích và theo hướng dẫn , có công tắc điện để thay đổi chức
năng.
2.3.7. Các cảm biến khói đường ống gió
Hình 2.9. Bộ cảm biến báo khói đường ống gió
16
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
Cảm biến cảnh báo có khói trong đường ống gió của hệ thống quạt thông gió, nhằm phát
18
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
Hình 2.12.Sơ đồ tích hợp Hệ thống điều hoà Chille
19
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
a. Điều điều khiển máy lạnh giải nhiệt gió - Chiller
Hệ thống BMS đưa ra các tín hiệu điều khiển đến tủ điều khiển Chiller để điều khiển
bật/tắt tại phòng trung tâm BMS, qua đó BMS giám sát trạng thái hoạt động, trạng thái
báo lỗi của các Chiller.
Ngoài ra Chiller sẽ được điều khiển, giám sát thông qua bộ điều khiển trung tâm của hệ
thống BMS bằng các cảm biến, các bộ điều khiển đóng mở van.
b. Điều khiển hệ thống bơm nước lạnh
Bơm sẽ họat động thông qua các tín hiệu nhanh/trễ/dự phòng với trạng thái bơm đã chọn
bởi một công tắc chọn lọc hay ma trận chọn lọc trên bề mặt của tủ khởi động/điều khiển.
Bơm khởi động nhanh sẽ kéo theo họat động Chiller khởi động nhanh và tiếp theo bơm
khởi động chậm kéo theo họat động Chiller khởi động chậm được khóa liên động bảo vệ
bơm và Chiller do họat động kéo theo.
Khi nhận tín hiệu khởi động. Bơm khởi động nhanh sẽ tác động động cơ khởi động
nhanh, Một công tắc dòng chảy trên đường đẩy của bơm sẽ hướng dòng nước chảy
bên trong đường ống, mặt khác nếu công tắc dòng chảy hỏng thì dòng chảy hay động cơ
của bơm sẽ hỏng khi khởi động, điều này tác động lên bộ khởi động sẽ được ngắt trong
vòng 15 giây và một bơm khởi động chậm được tác động và khởi động tự động.
Nếu công tắc dòng bị hỏng trong khi họat động ảnh hưởng đến dòng chảy sau đó thì bơm
cũng sẽ dừng và bơm khởi động chậm và bơm dự phòng sẽ được tác động để hoạt động.
Nếu trong khi hoạt động có một bơm bị ngắt sau đó bơm khởi động chậm và bơm dự
phòng sẽ được khởi động.
Thứ tự khởi động cho bơm sẽ là khởi động nhanh - chậm 1 - dự phòng 1 - dự phòng 2 và
thứ tự dừng sẽ là dự phòng 2 - chậm 1 – nhanh.
c. Điều khiển và giám sát – AHU
AHU được viết tắt từ chữ tiếng Anh là Air Handling Unit. AHU thực chất là dàn trao
ĐIềU KHIểN TốC Độ quạt
dp
06
04
04
01
khí hồi
1
ahu
phin lọc khí sạch/ Bẩn
trạng thái quạt
Báo quá tải quạt
điều khiển ĐóNG, Mở QUạT
1
1
1
AO
AI
DI
DO
I/O point
khí tƯơi
CHWR
CHWS
M
A
A
1
11
nồng độ khí co
BMS, tích hợp bậc cao qua mạng LAN dùng chuẩn ngôn ngữ OPC (Ole for Process
Control) protocol.
Hệ thống sẽ hỗ trợ việc tích hợp tất cà các tín hiệu trạng thái và cảnh báo lỗi từ hệ
thống điều khiển đèn EIB vào BMS và sẽ được thể hiện trên cùng 1 hình đồ họa chung
bao gồm các bộ điều hòa, chiếu sáng và hệ thống an ninh.
Các hành động được lập trình của hệ thống điều khển đèn có thể được dùng để kích
hoạt các giá trị của các điểm trong hệ thống BMS ví dụ nhiệt độ cài đặt cho phòng có thể
được thay đổi khi đèn bật sáng. Lịch hoạt động chính của các thiết bị trong phòng như
chiếu sáng, điều hòa có thể được lập trình dựa trên lịch cho phép ra vào của phòng đó
hoặc người mang thẻ.(nếu có nhu cầu).
Cùng 1 hệ thống điều hành nền dịch vụ phải được cài đặt lên các PC dùng cho hệ
BMS và hệ điều khiển đèn EIB.
Phần mềm OPC Client/Server được cài đặt trên máy chủ hệ điều khiển đèn (cung
cấp bởi hệ thống EIB)
Phần mềm OPC Client/Server được cài đặt trên máy chủ hệ BMS (cung cấp bởi hệ
thống BMS)
22
121110
9
lonwork
in in out out
lonwork network/ to ddc controller
1
8
2 3 4 5 6
setpoint
fan/bp
led
bypass
led
sensor
fcu controller
wall module
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
Toàn bộ các thông số cần thiết cho các chức năng kể trên được thu thập và lập trình
trên hệ BMS.
Yêu cầu về phối hợp nghiệm thu chung việc tích hợp từ hệ thống BMS và hệ thống
điều khiển đèn EIB.
Hình 2.15. Sơ đồ tích hợp điều khiển chiếu sáng EIB
2.4.3. Giám sát hệ thống điện
Các dịch vụ về điện sẽ có các bộ điều khiển của riêng nó và có giao diện đến hệ
thống BMS. Nhà cung cấp hệ thống điện sẽ cung cấp bộ điều khiển với thủ tục giao diện
hoặc cổng giao diện cần thiết theo yêu cầu của hệ thống BMS để giao tiếp với hệ thống
BMS. Trong dự án này, hệ thống điện được giám sát, quản lý từ một máy tính điều khiển
riêng, thống qua các thiết bị giám sát, đo đếm của hệ thống điện, được gọi là hệ thống
quản lý, giám sát điện năng PMS (Power Management System). Hệ thống BMS sẽ giao
tiếp với hệ thống PMS qua giao thức bặc cao OPC. Hệ thống điện cung cấp các tín hiệu
sau cho hệ thống BMS
a. Yêu cầu đối với hệ thống tủ điện trung thế MV ( medium voltage )
- Cung cấp các điểm đấu nối và các tín hiệu sau đây:
- Giám sát trạng thái On/Off của máy cắt trung thế
- Giám sát tín hiệu báo lỗi của máy cắt trung thế
- Hệ thống máy phát điện dự phòng có các thiết bị phải đảm bảo đáp ứng cung cấp đầy đủ
các tín hiệu kết nối với hệ thống PMS.
b. Yêu cầu đối với hệ thống máy phát điện dự phòng
- Cung cấp các điểm đấu nối và các tín hiệu sau đây:
23
Chương 2: Thiết bị phần cứng dùng trong hệ thống BMS của cung triển lãm QHXD Hà Nội
- Giám sát trạng thái On/Off máy phát điện.
- Giám sát tín hiệu báo lỗi hệ thống máy phát điện.
hợp đồng bộ với hệ thống BMS theo các nội dung sau:
- Cho phép điều khiển, hiện thị hình ảnh và cấu hình hệ thống quản lí camera từ trạm vận
hành thuộc hệ thống BMS.
- Cho phép đặt các camera vào cung giao diện đồ họa thuộc cùng khu vực với các điểm
(Điều khiển, trạng thái) của hệ thống BMS.
- Các cảnh báo từ hệ thống BMS có thể được cấu hình để khởi ghi hình đến hệ thống
quản lí camera.
- Cho phép hiển thị hình ảnh trực tiếp hoặc hình ảnh được ghi của hệ thống quản lí
camera từ máy trạm hệ thống BMS.
25
THANG M¸Y 02
THANG M¸Y 01
THANG M¸Y 03
lift control
panel
lift control
panel
lift control
panel
AI
AO
DI
DO
AI
AO
DI
DO
DDC
THANG M¸Y 04
lift control