Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quản lý tòa nhà thông minh IBMS

- Hà Nội, ngày 19 tháng 3 năm 2012 Tác giả Vương Thị Dung 2DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 1 AC AHU Controller Bộ điều khiển AHU 2 AHU Air Handing Unit Máy điều hòa không khí 3 AI Analog Input Đầu vào tương tự 4 AO Analog Output Đầu ra tương tự 5 Bacnet Data communication Protocol for Building Automation and Control Networks Giao thức truyền thông dữ liệu cho mạng điều khiển tự động hóa tòa nhà 6 BMS Building Management System Hệ thống quản lý tòa nhà 7 IBMS Intelligent Building Management System Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh 8 CCTV Closed- Circuit Television Hệ thống truyền hình 9 DDC Direct Digital Controller Bộ điều khiển số trực tiếp 10 VAV Variable Air Volume Bộ điều khiển lưu lượng gió biến đổi 11 UPS Uninterrptible Power System Bộ lưu điện 12 OPC Object linking and Embedding for Process Control Điều khiển quá trình cho các đối tượng liên kết và nhúng 13 MODBUS Modbus Giao thức truyền thông công nghiệp Modbus 14 MCCB Molded Case Circuit Breaker Máy cắt cục bộ 15 LAN Local Area Network Mạng máy tính cục bộ 16 IP Internet Protocol Giao thức mạng 317 I/O Input/Output Đầu vào/đầu ra 18 HVAC Heating, Ventilation and Air- Conditioning Điều hòa lưu thông không khí 19 HDD Hard Disk Driver Ổ cứng máy tính 20 FCU Fan Coil Driver Dàn quạt lạnh 21 EBI Enterprise Building Intergrator Tích hợp hệ thống tòa hòa 22 DO Digital Output Đầu ra số 23 DI Digital Input Đầu vào số 24 DVM Digital Video Manager Bộ điều khiển số trực tiếp 25 ALN Application Level Network Mạng tầng ứng dụng 26 BEMS Building energy management system Hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà 4DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1.
- Mô hình hệ thống quản lý tòa nhà IBMS.
- Mô hình điều khiển quản lý tòa nhà IBMS.
- Nguyên tắc hoạt động của BMS điều khiển Chiller.
- Mô hình điều khiển phân lớp của IBMS.
- Mô hình khối điều khiển.
- Mô hình khối quản lý của hệ thống IBMS.
- Thành phần của hệ thống IBMS.
- Mô hình liên kết các hệ thống trong tòa nhà IBMS.
- 20 Hình 1.10.
- Lợi ích của hệ thống BMS đem lại cho tòa nhà.
- 21 Hình 1.11.
- BMS giúp quản lý tòa nhà tiện lợi.
- Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống IBMS.
- Hạ tầng mạng quản lý tòa nhà IBMS.
- Điều khiển giám sát tập trung.
- 37 Hình 2.10.
- 38 Hình 2.11.
- 41 Hình 2.13.
- 42 Hình 2.14.
- Mô hình giải pháp quản lý tòa nhà của hãng HoneyWell.
- 45 Hình 2.15.
- Tích hợp các hệ thống trong tòa nhà sử dụng IBMS.
- 46 Hình 2.16.
- Hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV.
- Sơ đồ nguyên lý tủ điều khiển chiếu sáng.
- 72 Hình 3.4.Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển hệ thống quạt thông gió.
- Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển hệ thống quạt hút khói bếp, hút mùi cho khu vực toilet.
- Bộ điều khiển kỹ thuật số.
- Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quạt tăng áp.
- Sơ đồ nguyên lý giám sát hệ thống bơm nước sinh hoạt.
- Sơ đồ nguyên lý giám sát hệ thống bơm nước thải.
- 79 Hình 3.10.
- Sơ đồ nguyên lý giám sát hệ thống bơm nước cứu hỏa.
- 80 Hình 3.11.
- Sơ đồ nguyên lý của hệ thống quản lý tòa nhà IBMS.
- 83 Hình 3.12.
- Sơ đồ một sợi hệ thống quản lý tòa nhà IBMS.
- Màn hình quản lý hệ thống tòa nhà IBMS.
- 86 Hình 3.14.
- 87 Hình 3.15.
- 87 Hình 3.16.
- 87 Hình 3.17.
- 88 Hình 3.18.
- 90 Hình 3.19.
- Truy cập phần quản lý User.
- 91 Hình 3.20.
- 91 Hình 3.21.
- 92 Hình 3.22..
- Những tòa nhà này không chỉ được thiết kế hiện đại mà còn được trang bị nhiều thiết bị công nghệ cao.
- Để tạo nên môi trường làm việc, sinh hoạt an toàn và tiện nghi, và giảm chi phí quản lý và vận hành tòa nhà thì Tự động hóa quản lý tòa nhà là một yêu cầu không thể thiếu trong mỗi công trình xây dựng.
- Từ những năm 1970 các quốc gia tiên tiến trên thế giới đã bắt đầu đưa vào sử dụng các hệ thống như hệ thống quản lý tòa nhà “Building Management System” (IBMS), hệ thống tự động hóa tòa nhà “Building Automation System” (BAS), hệ thống thành phố thông minh “Intelligent City System” (ICS), hệ thống xí nghiệp thông minh “Intelligent Factory System” (IFS), và những năm gần đây là hệ thống quản lý tòa nhà thông minh “ Intelligent Building Management System ” (IBMS) được đặc biệt quan tâm… Đây là những thành phố, tòa nhà hay nhà máy có trang bị hệ thống tự động và “thông minh”, có khả năng “suy luận” để tự động thực hiện công việc quản trị hiệu quả môi trường và mọi hoạt động của một tòa nhà.
- Nhiệm vụ chính của hệ thống IBMS là điều khiển, giám sát, quản lý các thiết bị cơ/điện trong một tòa nhà cao tầng, giúp cho việc vận hành, bảo dưỡng và quản lý tòa nhà một cách thuận tiện, an toàn và tiết kiệm.
- Hệ thống IBMS được phát triển dựa trên nền kiến trúc của một hệ điều khiển phân tán với các bộ điều khiển số trực tiếp (Direct Digital Controler – DDC) được kết nối với hệ thống mạng tầng (Floor 8Networks), các bộ điều khiển, định tuyến cấp cao hơn liên kết các DDC với hệ thống mạng ”Backbone” của tòa nhà.
- Thêm vào đó khi các tòa nhà sau khi được đầu tư xây dựng với chi phí lớn nhưng sau khi đi vào hoạt động một thời gian bắt đầu xuất hiện nhiều phát sinh để quản lý hoạt động tòa nhà như chi phí cho tiêu thụ năng lượng cao, an ninh giám sát không tốt, hệ thống vệ sinh xuống cấp.…Dẫn tới các tòa nhà này phải nâng cấp chất lượng quản lý hoạt động của tòa nhà và giải pháp khắc phục hiệu quả là nâng cấp thêm hệ thống quản lý tòa nhà thông minh.
- Trên nhu cầu cấp thiết mỗi tòa nhà hiện đại cần có hệ thống IBMS để quản lý hiệu quả năng lượng, tiết kiệm chi phí, tác giả đã nhận đề tài mang tên: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quản lý tòa nhà thông minh IBMS”.
- Lịch sử nghiên cứu Ngay sau khi bắt đầu nhận đề tài, tác giả bắt đầu nghiên cứu hệ thống quản lý tòa nhà IBMS, trước đó tác giả đã có thời gian ngắn tìm hiểu về hệ thống IBMS.
- Sau một thời gian tác giả tìm hiểu tổng quan nguyên lý hoạt động chung các hệ thống quản lý tòa nhà IBMS.
- Tác giả dần nghiên cứu sâu thêm về các giao thức, kiến trúc, tính năng của từng thiết bị của hệ thống IBMS.
- Mục đích nghiên cứu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Trong quá trình thực tế tiếp cận tác giả thấy hệ thống IBMS thích hợp với các công trình trong ngành xây dựng.
- Vì vậy tác giả muốn nghiên cứu về hệ thống IBMS để dần áp dụng hệ thống IBMS vào thực tiễn.
- Sau này có thể áp dụng các hệ thống này trong các tòa nhà của trường Đại học Xây dựng.
- Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả Sau khi tìm hiểu một thời gian tác giả viết cuốn luận văn có bố cục gồm 3 chương sẽ cung cấp những kiến thức cơ bản về hệ thống quản lý tòa nhà thông minh, cơ sSở lý thuyết về hệ thống quản lý tòa nhà thông minh, và giải pháp áp dụng hệ thống quản lý tòa nhà thông minh vào một tòa nhà cụ thể là “Công trình tổ hợp khách sạn dầu khí Thái Bình “ Chương 1 cho chúng ta cái nhìn tổng quan về hệ thống quản lý tòa nhà thông minh IBMS.
- Nội dung của chương xoay quanh việc đưa ra mô tả về hệ thống quản 9lý tòa nhà thông minh, tập trung mô tả cấu trúc hệ thống IBMS, các thành phần chính cấu thành hệ thống IBMS như hệ thống điều khiển vào ra tòa nhà, hệ thống quản lý điện năng, hệ thống điều khiển ánh sáng, hệ thống điều hòa, hệ thống thông gió, hệ thống thang máy, hệ thống camera an ninh … cũng như chức năng, nhiệm vụ và các lợi ích của hệ thống IBMS đem lại.
- Để làm rõ nội dung trình bày trong chương 1 về cơ chế hoạt động của hệ thống IBMS, chương 2 của cuốn luận văn trình bày về cơ sở lý thuyết của hệ thống IBMS.
- Tác giả phân tích thành phần của một hệ thống thông tin công nghiệp, cấu trúc mạng của hệ thống IBMS và hệ thống thu thập dữ liệu, mạng truyền thông công nghiệp đề cập tới các phương thức truyền thông như các giao thức BACnet, MODbus, LONworks, OPC, TCP/IP, Profibus.
- để ghép nối các thiết bị cấp trường, các bộ điều khiển số DDC với cấp quản lý để điều khiển và giám sát hệ thống, các yêu cầu về thiết bị, bộ điều khiển và các phần mềm, sử dụng trong hệ thống quản lý tòa nhà.
- Chương 3 từ kết quả nghiên cứu lý thuyết ở 2 chương trên tác giả ứng dụng giải pháp cụ thể để quản lý tòa nhà “Công trình tổ hợp khách sạn dầu khí Thái Bình.
- Trong chương này, tác giả đi từ khảo sát hệ thống thực, nhu cầu sử dụng của tòa nhà từ đó đưa ra yêu cầu thiết kế hệ thống IBMS dành cho tòa nhà, tiếp sau đó là các quá trình lựa chọn thiết bị như lựa chọn máy chủ, bộ điều khiển số, các thiết bị đầu cuối như cảm biến nhiệt, cảm biến độ ẩm, cảm biến chênh áp, công tắc dòng chảy, công tắc lưu lượng gió,van điều khiển,...và việc triển khai tích hợp các hệ thống riêng lẻ thành một hệ thống quản lý tòa nhà IBMS.
- Phương pháp nghiên cứu Tác giả sử dụng nguồn tài liệu chủ yếu từ Internet và các hãng cung cấp thiết bị cho hệ thống quản lý tòa nhà IBMS ở Việt Nam.
- Tìm kiếm sự hỗ trợ kỹ thuật từ các nhà cung cấp giải pháp quản lý hệ thống tòa nhà như HoneyWell, ALC… Qua đây, tác giả xin gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè và các thầy cô trong khoa Điện tử - Viễn Thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
- Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh (IBMS) đang là một lĩnh vực mới ở Việt Nam, do vậy mặc dù đã rất cố gắng nhưng cũng không tránh khỏi thiếu sót trong quá trình tìm hiểu.
- 11CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ TÒA NHÀ THÔNG MINH Ai cũng muốn được sống và làm việc trong một môi trường đầy đủ tiện nghi, không khí trong lành, và đầy đủ ánh sáng, nơi mà không có cháy nổ, đột nhập, ăn cắp.
- Hệ thống quản lý tòa nhà IBMS giúp ta đạt được nhu cầu đó.
- Trên thế giới có nhiều hãng như Honeywell,Siemen,ALC, Johnson Control… nghiên cứu công nghệ, và cung cấp các thiết bị phục vụ hệ thống IBMS.
- Đồng thời nhờ có mạng Internet bao phủ toàn cầu đã hỗ trợ hệ thống quản lý tòa nhà thông minh quản lý tập trung hơn, hiệu quả hơn, và tiết kiệm chi phí và năng lượng hơn.
- Giới thiệu chung về hệ thống IBMS Trước kia hệ thống IBMS chủ yếu chỉ quản lý hệ thống HVAC (điều khiển sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí- Heating, Ventilation, Air conditioning Control), đó là một hệ thống điều khiển vi khí hậu tự động được lắp đặt tại các khu vực công cộng của tòa nhà như sảnh lớn, các hành lang, tầng hầm, thang máy, nhà kho.
- Trong hệ thống này, chức năng sưởi ấm, thông gió là một xử lý nhằm điều khiển nhiệt độ hoặc độ ẩm trong vùng bằng các cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến đo lưu lượng không khí và cảm biến đo nồng độ khí CO2 cùng với bộ điều khiển điện tử qua các thiết bị chấp hành như quạt, các van gió, van nước.
- Một hệ thống điều hòa nhiệt độ đảm bảo việc làm mát, thông khí và làm khô cho một vùng xác định.
- Sau đó hệ thống BMS thêm thành phần i (intelligent- thông minh) trở thành IBMS nó quản lý thêm nhiều hệ thống khác như hệ thống truy nhập, hệ thống an ninh giám sát, hệ thống CCTV, hệ thống thang máy….
- 12Hệ thống IBMS là hệ thống thời gian thực, trực tuyến, đa phương tiện, nhiều người dùng, hệ thống xử lý bao gồm các bộ vi xử lý trung tâm với tất cả các phần mềm và phần cứng máy tính, các thiết bị vào và ra, các bộ vi xử lý khu vực, các bộ cảm biến và điều khiển qua các ma trận điểm.
- Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh lựa chọn, lưu giữ và xử lý thông tin đối với nhiều loại thiết bị trong tòa nhà và giúp người điều hành thực hiện kiểm tra, bảo dưỡng, tính hóa đơn tiệm năng lượng và giúp người sử dụng quản lý giá cả như có thêm các phần mềm hỗ trợ lập sổ quản lý thiết bị, quản lý vận hành , quản lý lịch biểu, ghi đo và kết toán hóa đơn Hình 1.1.
- Mô hình hệ thống quản lý tòa nhà IBMS Mục đích của việc sử dụng hệ thống IBMS Hệ thống IBMS quản lý hệ thống điện tổng thể cho tòa nhà và liên kết giữa các tòa nhà, tiết kiệm năng lượng điện, tiết kiệm chi phí vận hành.
- Vận hành hệ thống tối ưu nhất, hỗ trợ cho bảo hành, bảo trì hệ thống, giám sát, cảnh bảo, lưu trữ và chia sẻ các dữ liệu như tình trạng hoạt động, số giờ chạy của từng thiết bị, cân đối việc điều khiển luân phiên đảm bảo tuổi thọ cho các thiết bị, lập lịch cho quá trình bảo trì, bảo dưỡng kịp thời.
- Mô hình điều khiển quản lý tòa nhà IBMS 1.2.
- Nguyên tắc hoạt động của IBMS Hệ thống IBMS thu thập các dữ liệu đầu vào từ các cảm biến, bộ thực thi tại mức trường sau đó sử dụng các thông tin đầu vào để ra quyết định điều khiển tại các máy trạm, các bộ vi xử lý khu vực, các máy trạm được kết nối với nhau trong một mạng tổng hợp để truyền và trao đổi thông tin.
- Sau đó dữ liệu được xử lý và phân tích tại mức quản lý là thiết bị trung tâm và đưa đầu ra tại các bộ vi xử lý khu vực như là tín hiệu bật hay tắt được kết nối tới các máy trạm trong tòa nhà.
- Sơ đồ kiến trúc của hệ thống IBMS Hệ thống điều khiển tự động tòa nhà thông minh IBMS được thiết kế theo mô hình điều khiển phân lớp, thường là 4 lớp.
- Lớp hiện trường - Lớp điều khiển - Lớp vận hành giám sát - Lớp quản lý.
- Mô hình điều khiển phân lớp của IBMS Để phân tích một hệ thống IBMS chúng ta đi phân tích từ phần vật lý (thiết bị hiện trường) ngược lên đến phần quản lý (phần mềm điều khiển và tương tác người dùng) để thấy được quy trình xây dựng một hệ thống IBMS.
- Hoặc từ hệ thống IBMS.
- Khối điều khiển Kết nối từ trung tâm điều khiển tới mức điều khiển các ứng dụng trong tòa nhà thông qua các bộ điều khiển IBMS 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… Hình1.6.
- 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.
- Quản lý toàn bộ toà nhà.
- IBMS quản lý các thành phần hệ thống toà nhà theo cơ chế đánh địa chỉ.
- 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 chuyển truyền thông TCP/IP.
- Rất thuận lợi cho nhà tích hợp hệ thống.
- Khối quản lý Hình 1.7.
- Mô hình khối quản lý của hệ thống IBMS Khối này được cài đặt ngay ở khối vận hành giám sát.

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt