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. Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp • Tự động phát hiện sớm các sự cố, đưa ra các cảnh báo nhanh chóng, chính xác nhất đến người vận hành để nhanh chóng sửa chữa, khắc phục, tránh các tai nạn đáng tiếc ảnh hưởng trực tiếp đến con người trong tòa nhà. • Tạo ra một môi trường làm việc thân thiện, thoải mái nhất cho con người tham gia hoạt động trong tòa nhà, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất, làm việc. 1.1.3/ Các hệ thống được BMS quản lý: • Hệ thống điều hòa trung tâm (ĐHTT): quản lý hoạt động toàn bộ hệ thống điều hòa thông khí của tòa nhà từ trung tâm điều khiển. Toàn bộ bảng biểu, sơ đồ nguyên lý của hệ thống, mặt bằng bố trí thiết bị, thông số kỹ thuật, trạng thái hoạt động của thiết bị trong hệ thống điều hòa thông khí được thể hiện trên màn hình máy tính giám sát trung tâm cho phép giám sát và điều khiển một cách trực quan. • Hệ thống an ninh bao gồm:  Hệ thống camera giám sát an ninh: cho phép giám sát, lưu trữ hình ảnh và điều khiển các camera từ máy chủ của hệ thống BMS.  Hệ thống kiểm soát vào ra: giám sát hoạt động vào ra tại các cửa, ra lệnh đóng cửa hoặc mở cửa trong tình huống khẩn cấp từ máy chủ của hệ thống BMS. • Hệ thống truyền thanh nội bộ: đưa ra các cảnh báo tự động khi có sự cố hoặc khi cần phát các đoạn tin trên toàn hệ thống. • Hệ thống báo cháy tự động: giám sát và phát tín hiệu cảnh báo trên máy chủ hệ thống BMS khi có sự cố cháy nổ, đồng thời phát tín hiệu cảnh báo trên hệ thống truyền thanh nội bộ PA, điều khiển liên động với hệ thống điều hòa thông khí hạn chế cháy lan truyền, cắt điện hệ thống điện nguồn và hệ thống điện chiếu sáng, điều khiển thang máy đảm bảo an toàn và thoát hiểm cứu nạn. • Hệ thống mạng điện thoại. • Hệ thống quản lý thang máy, quản lý năng lượng, hệ thống truyền hình. Toàn bộ hệ thống cấp dưới mà BMS quản lý sẽ được điều khiển, cài đặt hoạt động theo các điều kiện mà người vận hành mong muốn, điều khiển nhờ vào phần 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 nghiệp (nối từ mạng cấp thấp theo chuẩn truyền RS-485 lên mạng cấp cao theo chuẩn truyền erthernet), thực tế là thiết bị N30. Như vậy, BMS chính là hệ thống máy tính đứng một mình, có thể tính toán thiết lập lại các yêu cầu của tòa nhà và điều khiển các thiết bị để thỏa mãn các yêu cầu đó. Đầu vào của nó là các tín hiệu của cảm biến và đầu ra là các tín hiệu on/off, tín hiệu điều khiển trơn để nối tới các trạm đầu cuối trong tòa nhà. Việc lập trình bên trong các trạm đầu cuối sử dụng những thông tin này để quyết định mức độ điều khiển. Các trạm đầu cuối được liên kết với nhau và thông tin có thể được truyền qua từ một trạm này tới các trạm khác trong hệ thống. Có thêm modem cũng được nối tới hệ thống cho phép truy cập từ xa bằng internet. Mức độ điều khiển của BMS phụ thuộc vào thông tin nhận được từ các cảm biến, các lệnh điều khiển của người giám sát vận hành, và theo cách đã lập trình để phản ứng với thông tin đó. Thêm nữa, đưa ra mức độ chính xác của việc điều khiển tới điều kiện môi trường, nó có thể tạo các cảnh báo khi điều kiện không thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật hoặc cảnh báo riêng cho các thiết bị hư hỏng. 1.2. Giới thiệu về các thiết bị trong hệ thống điều khiển và giám sát: 1.2.1/ Thiết bị điều khiển trường FX16: Bộ điều khiển FX16 là thiết bị điều khiển trường, được thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng trong hệ thống HVAC. Hình 1.2: Thiết bị điều khiển trường FX16. Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp a/ Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển FX16: (hình 1.3) Nguồn cấp cho bộ điều khiển FX16 là nguồn 24VAC đưa vào chân 92 và 93 trên bề mặt bộ điều khiển. Hình 1.3: Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển FX16 b/ Các đầu ra, đầu vào của FX16 gồm có: 6 đầu vào tương tự (AIs): Hình 1.4: Các đầu vào tương tự của bộ FX16 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 trí JP1. Việc truyền thông giữa Master và Slave theo chuẩn truyền dẫn RS-485, theo giao thức N2. Hình 1.6: Sơ đồ kết nối giữa FX16 và các thiết bị Slave Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Mỗi Slave cần phải được đặt một địa chỉ tương ứng trên đường bus N2, việc đánh địa chỉ có thể thiết lập trên phần cứng hoặc trên phần mềm. Khoảng cách tối đa giữa 2 thiết bị là 1200m, nếu muốn nối với khoảng cách dài hơn cần dùng các bộ Repeater (RP-9100-810x). Mỗi bộ Repeater tham gia trong mạng không có một địa chỉ riêng, tuy nhiên nó vẫn chiếm 1 địa chỉ ô nhớ trong số các trạm tham gia. Chỉ có thể nối trên một đường mạng nhánh tối đa 2 Repeater. Trên mạng truyền thông không nên lắp đặt quá nhiều Repeater, nếu muốn truyền với khoảng cách lớn và tốc độ cao thì nên dùng cáp quang. 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 với các module mở rộng: Để tăng số đầu ra và đầu vào cho các bộ điều khiển trường FX có thể nối thêm các module mở rộng vào cổng J1 trên bề mặt của bộ FX16. Mỗi bộ FX16 có thể nối tối đa với 4 module XT-9100. Module XT-9100 cung cấp giao diện truyền thông, sau XT có thể nối thêm 1 hoặc 2 module XP cung cấp các đầu vào và đầu ra. Ứng dụng điều khiển sẽ được download vào bộ điều khiển Master FX16 sau đó tín hiệu sẽ tự lấy về từ các chân vào ra của module XT tương ứng. Mỗi module XT cần phải được đặt một địa chỉ tương ứng trên đường bus N2 Các module XP được sử dụng là XP9102-06. Mỗi module XT-9100 có thể có tối đa 16 đầu vào/ đầu ra, 8 trong số đó phải là tương tự: XP-9102: 6 đầu vào tương tự, 2 đầu ra tương tự XP-9103: 8 đầu ra số XP-9104: 4 đầu vào số và 4 đầu ra số 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 Ngoài ra, việc download và upload ứng dụng từ FX và máy tính có thể được thực hiện thông qua thiết bị Programming Key, cụ thể là upload ứng dụng từ máy tính hoặc một bộ FX16 đã được lập trình tới thiết bị Programming Key rồi download ứng dụng đó tới các thiết bị điều khiển FX16 khác. Để kết nối giữa Programming Key tới một bộ FX16 chỉ cần cắm trực tiếp vào cổng JP2, để kết nối giữa Programming Key với máy tính cần nối qua bộ chuyển đổi RS-485/RS-232 • Kết nối tới các thiết bị hiển thị: Một thiết bị điều khiển FX16 có thể có tối đa 2 bộ hiển thị (một bộ có trong FX16 và một bộ từ xa hoặc 2 bộ từ xa - kết nối với màn hình hiển thị từ xa thông qua cổng J2). 1.2.2/ Các thiết bị điều khiển slave của FX16: a/ Thiết bị điều khiển FX15: Các chân vào ra của FX15: có 27 chân vào ra vật lí có thể được kết nối với FX15 trong đó bao gồm: • 6 chân vào tương tự: tín hiệu vào ở dạng tích cực hoặc thụ động được thiết lập bằng phần mềm [...]... 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... application): • Ứng dụng đơn là chiến lược điều khiển chỉ cho một bộ điều khiển FX riêng biệt Nếu cần thiết, người sử dụng có thể thiết lập mạng truyền thông để các ứng dụng đơn nằm dưới sự quản lý của một hệ thống giám sát • Ứng dụng phân tán là chiến lược điều khiển cho phép nhiều bộ điều khiển FX hoạt động cùng nhau hình thành một hệ thống điều khiển duy nhất Bộ điều khiển master sẽ thực hiện việc truyền... 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. .. 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... dùng để kết nối với máy tính chứa M3 Workstation và các thiết bị trong mạng N2 (hình 1.14) Hình 1.14: Kết nối máy tính có chứa M3i và các thiết bị phần cứng trong mạng N2 bằng thiết bị Companion/Facilitator Panel Unit Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp N30 Supervisory Controller là một bộ điều khiển giám sát được thiết kế để quản lý và giám sát các thiết bị trong hệ thống HVAC Tối đa 50... 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... 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... - Hệ thống đường ống dẫn nước lạnh và nước làm mát 2.2.1/ Chiller: hay còn gọi là máy sản xuất nước lạnh Đây là thiết bị quan trọng nhất của hệ thống điều hoà kiểu làm lạnh bằng nước Nó được sử dụng để làm lạnh chất lỏng, trong điều hoà không khí sử dụng để làm lạnh nước tới khoảng 7 0C, ở đây nước đóng vai trò là chất tải lạnh Cụm Chiller là một hệ thống lạnh được lắp đặt hoàn chỉnh tại nhà máy nhà. .. cung cấp Hệ thống sản xuất nước lạnh và cả hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà được đặt tại tầng hầm, tại đây nước lạnh sẽ được đưa tới các AHU và FCU nhờ các ống thép có bọc cách nhiệt và hệ thống bơm hút Tháp giải nhiệt được đặt ở tầng thượng của một tòa nhà khác cao 6 tầng ở phía sau khách sạn 2.4.2/ Số liệu ban đầu:  320 bộ FCU  22 bộ AHU Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Đồ án tốt nghiệp  01 hệ sản... 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 . 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. 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. trong hệ thống điều hòa thông khí được thể hiện trên màn hình máy tính giám sát trung tâm cho phép giám sát và điều khiển một cách trực quan. • Hệ thống an ninh bao gồm:  Hệ thống camera giám sát