Tổng quan về BMS

Nguyễn việt long luận văn tốt nghiệp

Tổng quan về BMS

1. Giới thiệu chung :

Thuật ngữ BMS (Building Management System) ra đời vào đầu những năm 1950. Và từ đó tới nay nó đã thay đổi rất nhiều kể cả trên phương diện phạm vi và cấu hình hệ thống. Cách thức liên lạc của hệ thống phát triển từ đi dây cứng tới đi dây hỗn hợp (multiplex) và giờ đây là hệ thống hai dây liên lạc số hoàn toàn. EMS và BMCS phát triển từ giao thức poll-response với bộ xử lý điều khiển trung tâm tới giao thức peer-to-peer với hệ thống điều khiển phân tán.

BMS : hệ thống quản lý tòa nhà , đó là 1 hệ thống đồng bộ cho phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà như hệ thống điện , hệ thống cấp nước , điều hòa thông gió , an ninh , báo cháy , chữa cháy v.v… đảm bảo cho các thiết bị trong tòa nhà hoạt động chính xác và kịp thời

ngoài ra , mục tiêu của BMS không chỉ là việc đồng bộ hóa các chức năng riêng biệt của tòa nhà lại với nhau mà còn có tác dụng giám sát hoạt động , quản lý , tối ưu hóa công suất hoạt động của tòa nhà , giảm đáng kể chi phí nhân công , lượng tiêu thụ điện năng , cung cấp môi trường làm việc an toàn , thoải mái cho nhân viên và cho những người làm việc trong tòa nhà

Bài viết chỉ có tính chất tham khảo Page 1


một số thuật ngữ cần lưu ý :

Building Control System (BCS): Hệ thống điều khiển tòa nhà. Nó mang đến sự tiện nghi và an toàn cho ngôi nhà bạn.

Building Management and Control System (BMCS): Hệ thống điều khiển và quản lý tòa nhà. Nó là sự kết hợp của BMS và BCS.

Building Management System: Hệ thống quản lý tòa nhà. Nó tập trung hóa giám sát, hoạt động và quản lý tòa nhà nhằm tối ưu hiệu suất hoạt động.

Building Automation and Control Network (BACnet) Protocol: Giao thức mạng điều khiển và tự động hóa tòa nhà (BACnet). Một giao thức liên lạc cho BMCS do hiệp hội kỹ sư ASHRAE phát triển. (ASHRAE — American Society of Heating, Refrigerating, and Air Conditioning Engineers)

Dynamic Display Data: Dữ liệu hiển thị động. Là loại dữ liệu được hiển trị tại các trạm làm việc BMCS mà được cập nhật định kỳ, chẳng hạn như trang thái nhiệt độ hoặc ON/OFF.

Energy Management System (EMS): Hệ thống quản lý năng lượng. Nó tối ưu hóa hoạt động, nhiệt độ, và quá trình của hệ thống HVAC trong tòa nhà. Ngoại trừ một số hệ thống lỗi thời, thì hầu như bất cứ một hệ BCS hoặc BMCS đều có toàn bộ chức năng của hệ EMS.

2. lợi ích của BMS :

Hoạt động đơn giản hơn với những chức năng lập trình lặp đi lặp lại để thiết lập chế độ vận hành tự động

Giảm thời gian huấn luyện vận hành viên nhờ các hướng dẫn và hỗ trợ trực quan trên màn hình đồ họa

Đáp ứng các nhu cầu của người cư ngụ và phản ứng với các điều kiện rắc rối nhanh hơn và hiệu quả hơn

Giảm lượng điện năng tiêu thụ thông qua khả năng điều khiển quản lý tập trung và chương trình quản lý điện năng

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

Lập trình linh hoạt theo nhu cầu của từng tòa nhà, tổ chức và yêu cầu mở rộng.

Nâng cao hoạt động nhờ tích hợp phần mềm và phần cứng của nhiều hệ thống phụ như điều khiển số trực tiếp (DDC — Direct Digital Control), hệ thống báo cháy, an ninh, điều khiển truy nhập hoặc điều khiển ánh sáng.

3. Đối tượng quản lý và chức năng điều khiển của BMS :

Các đối tượng mà BMS hướng tới :

Trạm biến áp Máy phát điện dự phòng



Hệ thống chiếu sang Hệ thống điều hòa và thông gió Hệ thống cấp nước sinh hoạt Hệ thống báo cháy Hệ thống chữa cháy Hệ thống thang máy Hệ thống an ninh Hệ thống thông tin liên lạc V.v….



BMS có chức năng sau:

Giám sát trạng thái hoạt động của máy phát điện (Mức dầu, nhiệt độ máy phát, công suất…). Đặt lịch hoạt động dự phòng giữa các máy phát dự phòng.

Giám sát các trạm trung thế, hạ thế (Quạt mát, nhiệt độ máy biến thế…)

Thực hiện đo đếm các thông số điện năng (điện áp, công suất, dòng điện…) từng vị trí, khu vực và của toàn thể toà nhà.

Điều khiển đóng mở các attomat tổng, attomat phân phối…

Lập báo cáo về tình trạng cung cấp điện, thông số điện theo từng khu vực, từng tầng theo thời gian hàng ngày, hàng tháng. Hệ thống HVAC có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, chất lượng sống và làm việc của con người. Do vậy hệ thống HVAC có vai trò rất quan trọng. Đây là một đối tượng tác động lớn của hệ BMS, cụ thể BMS sẽ thực hiện các nhiệm vụ:

o Giám sát tình trạng khí hậu của các phòng, các tầng (Nhiệt độ, độ ẩm không khí, nồng độ CO2…). Đưa ra điều khiển cần thiết các thiết bị chấp hành (Quạt thông gió, điều hoà không khí, tháp giải nhiệt …) để đảm bảo điều kiện chuẩn khí hậu trong phòng và tiết kiệm năng lượng.

o Xác định sớm sự thay đổi miền khí hậu của vùng, khu vực, đưa ra các hành động tiếp cận. o Ví dụ trong một phòng họp có nhiều người, thời gian “cư trú” tại đó lâu, hệ thống thông gió/ điều hoà không khí phải vận hành rất



nhanh để ngăn cản quá trình sinh khi CO2 trong phòng họp. Hệ thống chiếu sáng được chia làm hai phần: Chiếu sáng trong nhà và chiếu sáng ngoài sân.

Đối với hệ thống chiếu sáng ngoài sân: BMS sẽ điều khiển theo các chương trình định trước điện của hệ vòi phun nước, đèn điện trang trí, điện chiếu sáng, Có thể tự động điều chỉnh liên tục cường độ sáng hệ thống chiếu sáng công cộng theo cường độ sáng xung quanh.

Đối với hệ thống điện chiếu sáng trong nhà: BMS giám sát hệ thống chiếu sáng trong toà nhà. Điều khiển đóng mở theo kịch bản, điều chỉnh ánh sáng của các khu vực của toà nhà phù hợp với chức năng và nhiệm vụ của từng phòng. Hệ thống BMS giám sát trạng thái làm việc, các sự cố và lưu trữ thông tin về vận hành, cụ thể:

Giám sát tất cả các trạng thái làm việc và sự cố của các bơm nước thải, bơm tăng áp, bơm chữa cháy…

Điều khiển từ xa và tự động tất cả các hệ thống bơm, hệ thống van cấp nước từng khu vực, từng tầng…

Kiểm soát các nhánh cấp nước cho từng tầng, phát hiện các nơi rò rỉ bằng việc quan sát áp suất đường ống.

Lập hóa đơn cung cấp nước cho từng phòng, từng tầng… giám sát tình trạng sử dụng nước của từng khu vực để đánh giá và kiểm tra sự rò rỉ nước.

Giám sát tình trạng và tính sẳn sàng của các bơm nước cứu hỏa. Giám sát áp suất đường ống bơm nước cứu hỏa. áp suất không khí đường cầu thang

để điều khiển bơm áp lực cầu thang. Cấu hình độ nhạy của các đầu báo cháy phù hợp với chức năng và nhiệm vụ của từng

khu vực. Quản lý cơ sở dữ liệu về nhân sự trong tòa nhà. Phân quyền truy nhập hệ thống, các phòng chức năng của tòa nhà.

Giám sát sự vận hành của các thang máy.

4. Cấu hình hệ thống :

Một hệ thống BMS thường được thiết kế theo mô hình 4 lớp:

Lớp hiện trường Lớp điều khiển

Lớp vận hành giám sát

Lớp quản lý



Thiết bị hiện trường

Các thiết bị như cảm biến (sensor): Sensor nhiệt, ánh sáng, chuyển động, hồng ngoại…, bộ chấp hành (actuator): Điều hoà không khí, quạt thông gió, thang máy…các bộ field controller để giao tiếp trục tiếp với các khu vực có các ứng dụng cần điều khiển. Các thiết bị hiện trường có khả năng tự giao tiếp với nhau, hoặc qua bộ điều khiển (Local controler). Sensor sẽ gửi thông số của hệ thống, của môi trường tới bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ xử lý thông điệp đó và gửi tới thiết bị chấp hành. Thiết bị chấp hành có thể nhận ngay yêu cầu từ các thiết bị cảm biến. Hoặc từ hệ thống BMS.

Khối điều khiển

Kết nối từ trung tâm điều khiển tới mức điều khiển các ứng dụng trong tòa nhà thông qua cáp điều khiển BAS với giao diện BACnet TCP/IP, bao gồm các bộ DDC (Digital Direct Controller - điều khiển số trực tiếp), Các bộ điều khiển địa phương, khu vực, các giao diện tới các hệ thống phụ trợ như: điều hòa không khí, báo cháy, chữa cháy, hệ thống điện…

Khối điều khiển có chức năng. Nhận lệnh điều khiển từ khối vận hành giám sát gửi tới thiết bị chấp hành.

Xử lý thông điệp khi có yêu cầu tại địa phương

Gửi thông điệp, kết quả tới khối vận hành giám sát.

Khối vận hành giám sát (SCADA)

Trung tâm điều khiển, mức quản lý bao gồm các hệ thống máy chủ dữ liệu, trạm làm việc được cài đặt các phần mềm quản lý bảo dưỡng, máy in và máy tính dành cho việc lập trình và cấu hình hệ thống. Nó có chức năng chính:

Quản lý toàn bộ toà nhà. Giám sát vận hành của các thiết bị, giám sát sự cố xảy ra

Gửi yêu cầu đến bộ điều khiển hiện trường.BMS quản lý các thành phần hệ thống toà nhà theo cơ chế đánh địa chỉ. Mỗi thiết bị, bộ điều khiển địa phương được gắn một địa chỉ. Các thiết bị hiện trường có thể trực tiếp giao tiếp với nhau hoặc qua bộ điều khiển



địa phương.Giao tiếp thường được sử dụng ở bus trường là ARCnet & ở Bus điều khiển là BACnet TCP/IP.Một điều thuận lợi khi tích hợp hệ thống đó là các thiết bị hiện trường như thang máy, điều hoà, quạt thống gió… đều hỗ trợ truyền thông TCP/IP. Rất thuận lợi cho nhà tích hợp hệ thống.

Khối quản lý.

Khối này thực ra được cài dặt ngay ở khối vận hành giám sát. Chức năng chính của nó là cài đặt kế hoạch làm việc. Kết nối vận hành từ xa qua mạng viễn thông, internet…

Ví dụ :

Về chiếu sáng : Hệ thống BMS điều khiển mạch đèn chiếu sáng chủ yếu phục vụ các khu vực công cộng (sảnh thang máy)-Yêu cầu : có 2 chế độ làm việc :+ Chế độ 1 : tự động hoàn toàn, lập trình để đèn sáng từ 7h-18h, ngoài thời gian này đèn sẽ tắt, khi có người thì đèn sẽ tự động bật (bằng các motion detector). Ngoài ra, cũng cho phép lập trình thời gian làm việc cho các ngày nghỉ. + Chế độ 2 : do người vận hành điều khiển, điều khiển chiếu sáng bằng phần mềm điều khiển, ngoài ra, còn có thể thao tác tại chỗ bằng các công tắc có khả năng lập trình.-Cách thực hiện :+ Phát hiện chuyển động bằng các motion detector.+ Khi có chuyển động, các motion detector sẽ truyền tín hiệu về bộ Digital Input Module (tín hiệu dòng điện).+ Bộ DIM truyền tín hiệu về bộ Lighting Control Module (LCM) bằng giao thức LONWorks (sử dụng cáp twisted pairs).+ Bộ LCM sẽ truyền về trung tâm và nhận tín hiệu điều khiển từ trung tâm qua các mạng cấp cao hơn (RS485), sau đó sẽ gởi tín hiệu đến các bộ relay control module (RCM) bằng giao thức LONWorks.+ Các bộ RCM sẽ điều khiển bật/tắt các line đèn.+ Tại các vị trí sảnh thang máy sẽ đặt các công tắt lập trình được, có thể thao tác tại chỗ nhưng vẫn có thể điều khiển được từ trung tâm (ví dụ : công tắc tại chỗ đang bật nhưng trung tâm vẫn có thể điều khiển tắt).

Về hệ thống điện : chỉ giám sát, không điều khiển Máy biến áp, MSB : -Yêu cầu : giám sát các thông số nhiệt độ phòng biến áp, U, I, Hz, KW, KWh, PF, KVA, KVAr, trạng thái ON/OFF của các ACB.-Cách thực hiện :+ Giám sát nhiệt độ phòng bằng các sensor. Khi nhiệt độ cao quá 40oC sẽ báo chuông và khởi động quạt hút trong phòng (bằng contactor).+ Giám sát các thông số U, I, Hz, KW, KWh, PF, KVA, KVAr, trạng thái ON/OFF của các ACB bằng cách trích tín hiệu từ các dụng cụ đo. Cái chỗ này tôi chưa hiểu lắm về cách truyền mấy cái tín hiệu này về hệ BMS bằng cách gì (mấy cái đồng hồ đo này có



cổng giao tiếp thông tin với máy tính không? Còn nếu là tín hiệu điện thì chuyển đổi bằng cái gì?).

Máy phát điện : - Yêu cầu : giám sát các thông số nhiệt độ phòng máy phát, U, I, Hz, KW, KWh, PF, KVA, KVAr, trạng thái ON/OFF của các ACB, trạng thái máy bơm nhiên liệu.- Cách thực hiện :+ Giám sát nhiệt độ phòng bằng các sensor. Khi nhiệt độ cao quá 40oC sẽ báo chuông và khởi động quạt hút trong phòng (bằng contactor).+ Giám sát các thông số U, I, Hz, KW, KWh, PF, KVA, KVAr, trạng thái ON/OFF của các ACB bằng cách trích tín hiệu từ các dụng cụ đo. Cái chỗ này tôi chưa hiểu lắm về cách truyền mấy cái tín hiệu này về hệ BMS bằng cách gì (mấy cái đồng hồ đo này có cổng giao tiếp thông tin với máy tính không? Còn nếu là tín hiệu điện thì chuyển đổi bằng cái gì?). + Giám sát trạng thái máy bơm nhiên liệu : chưa hình dung ra làm cách nào.

Tủ điện khu văn phòng, khu thương mại cho thuê : - Yêu cầu : giám sát các thông số U, I, Hz, KW, KWh, PF, KVA, KVAr, cuối tháng tính tiền điện.- Cách thực hiện : lắp đặt công tơ điện tử tại mỗi văn phòng hoặc khu thương mại cho thuê, có cổng giao tiếp RS485 để giao tiếp với hệ BMS.

Tủ điện tầng : - Yêu cầu : giám sát các thông số U, I, Hz, KW, KWh, PF, KVA, KVAr.- Cách thực hiện : lắp đặt các bộ Digital Energy Monitor (DEM).

Về hệ thống báo cháy và chữa cháy : chỉ giám sát, không điều khiển- Yêu cầu : + Báo động khi phát hiện có cháy, có khói, có quá nhiệt.+ Báo động sự cố quá tải bơm bù áp.+ Báo động sự cố quá tải bơm chữa cháy.+ Báo động mức nước trong bồn cao/thấp.+ Báo động áp suất nước trong ống cao/thấp.+ Giám sát các thông số U, I của các máy bơm.+ Giám sát áp suất nước trong đường ống.+ Giám sát trạng thái các đầu báo cháy, báo khói, báo nhiệt.- Cách thực hiện : giao tiếp giữa trung tâm báo cháy và hệ BMS qua RS485

Về hệ thống cấp thoát nước : chỉ giám sát, không điều khiển- Yêu cầu : + Báo động mức nước trong bồn cao/thấp.+ Báo động sự cố quá tải bơm nước.+ Giám sát các thông số U, I của các máy bơm.



- Cách thực hiện : đang tìm hiểu.

Về hệ thống CCTV và parking management : chỉ giám sát, không điều khiển- Yêu cầu : đang tìm hiểu cần những gì- Cách thực hiện : giao tiếp giữa hệ thống điều khiển CCTV, parking và MBS qua RS4885.

Về hệ thống PA : chỉ giám sát, không điều khiển- Yêu cầu : đang tìm hiểu cần những gì- Cách thực hiện : giao tiếp giữa hệ thống điều khiển PA và BMS qua RS4885.

Về hệ thống thang máy : chỉ giám sát, không điều khiển- Yêu cầu : + Giám sát thông tin về hệ thống thang máy (cái này đang tìm hiểu cần những thông tin gì).+ Giám sát vị trí các thang máy đang dừng.+ Báo động sự cố thang máy (đang tìm hiểu những sự cố gì).- Cách thực hiện : giao tiếp giữa hệ thống điều khiển thang máy và BMS qua RS4885.

5. Giao thức truyền thông :

Giao thức truyền thông ngang hàng (Peer Communication Protocol)

So với giao thức hỏi vòng, giao thức ngang hành có các lợi ích sau:

Việc truyền thông không phụ thuộc vào một thiết bị đơn lẻ nào – trạm chủ.Việc truyền thông được thực hiện trực tiếp giữa các thiết bị trong mạng mà không cần phải thông qua một trạm trung gian nào.Các thông điệp hệ thống được truyền trực tiếp đến tất cả các trạm trên mạng.

6 . hệ thống quản lý cho trung tâm điều hành :












Documents

Tổng quan về BMS