2 Lời nói đầu Ngày nay, sự phát triển của đô thị hóa ở nhiều nơi trên thế giới, trong đó có Việt Nam, đã kéo theo sự xuất hiển ngày càng phổ biến của các tòa nhà như chung cư, tổ hợp văn phòng, giải q.
Tổng quan
Giới thiệu về tòa nhà thông minh (Smart building)
Hiện nay, chúng ta đang bước vào một kỷ nguyên mới trong lĩnh vực xây dựng công trình, nơi các tòa nhà không chỉ phục vụ mục đích cung cấp không gian sống và làm việc, mà còn mang lại giá trị thẩm mỹ và bền vững cho cộng đồng.
Ngày nay, nhờ cách mạng công nghệ 4.0, việc quản lý và sử dụng các tòa nhà trở nên tiện nghi và dễ dàng hơn bao giờ hết Tự động hóa tòa nhà giúp giảm thiểu chi phí vận hành và mang lại sự kiểm soát toàn diện Thời đại của tòa nhà thông minh đang mở ra và phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu.
1.1.1 Tòa nhà thông minh là gì?
Tòa nhà thông minh kết hợp cơ sở hạ tầng và công nghệ để tối ưu hóa hiệu suất, sử dụng các công nghệ hiện có và cho phép tích hợp phát triển tương lai Các cảm biến IoT, hệ thống quản lý tòa nhà, trí tuệ nhân tạo (AI) và thực tế tăng cường là những công nghệ chủ chốt giúp kiểm soát và tối ưu hóa hoạt động Hệ thống này tạo ra môi trường làm việc hiệu quả hơn với các tính năng như ánh sáng tự động, điều chỉnh nhiệt độ, cải thiện chất lượng không khí và an ninh, đồng thời giảm chi phí so với các tòa nhà truyền thống.
1.1.2 Các đặc điểm của toàn nhà thông minh
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các tòa nhà thông minh hiện tại và tương lai sẽ hướng tới các đặc điểm:
Thiết kế tòa nhà cần lấy con người làm trung tâm, nhằm phục vụ tối đa nhu cầu và mong muốn của người sử dụng Khi nhu cầu của con người liên tục thay đổi, việc xây dựng các tòa nhà thông minh cũng cần phải linh hoạt và thích ứng theo những thay đổi đó.
Tính linh hoạt trong thiết kế tòa nhà hiện đại đã thay đổi đáng kể, không còn là những cấu trúc cứng nhắc chỉ phục vụ cho một mục đích cụ thể Các tòa nhà thông minh hiện nay được xây dựng với khả năng thích nghi cao, cho phép điều chỉnh không gian mà không cần sửa đổi lớn Với các bức tường di động và hệ thống kỹ thuật dễ dàng thay đổi, các công trình này có thể đáp ứng linh hoạt các nhu cầu sử dụng mới.
Các công nghệ trong tòa nhà thông minh nên được tích hợp một cách liền mạch, hoạt động tự động mà không cần giải thích Mục tiêu chính là cho phép tòa nhà tự quản lý, học hỏi, dự đoán và điều chỉnh mà không cần sự can thiệp từ người sử dụng Nhiệt độ phòng, ánh sáng, và việc sử dụng năng lượng, nước đều có thể được điều chỉnh dễ dàng và tự động thông qua các cảm biến và màn hình.
Tính bền vững đang trở thành ưu tiên hàng đầu trong thiết kế các tòa nhà thông minh, do tác động của biến đổi khí hậu và sự gia tăng dân số nhanh chóng đang đe dọa tài nguyên thiên nhiên của chúng ta Nhờ vào công nghệ tiên tiến, các tòa nhà thông minh có khả năng hoạt động độc lập khỏi lưới điện và phát triển hệ sinh thái tự duy trì, cho phép sản xuất năng lượng cũng như thu thập và xử lý nước tại chỗ.
Các tòa nhà thông minh sẽ không chỉ được thiết kế để phục vụ con người mà còn có khả năng nhận diện và hiểu biết về chúng ta Tất cả các cảm biến, hệ thống tự động hóa và màn hình trong các tòa nhà này sẽ được kết nối với một hệ thống quản lý trung tâm, giúp theo dõi mọi hoạt động trong tòa nhà Điều này cho phép các tòa nhà tự động điều chỉnh cài đặt và tối ưu hóa môi trường sống một cách liên tục.
1.1.3 Lợi ích của tòa nhà thông minh
Tòa nhà thông minh sẽ đem lại nhiều lợi ích cho chủ sở hữu và người sử dụng nhờ các công nghệ được tích hợp trong nó
Các tòa nhà thông minh sử dụng cảm biến để thu thập dữ liệu, từ đó tự động điều chỉnh các hệ thống bên trong nhằm tiết kiệm năng lượng Phần mềm quản lý giúp tối ưu hóa chi phí năng lượng, giảm thiểu lãng phí và nâng cao hiệu quả sử dụng.
Các tòa nhà thông minh được thiết kế để nâng cao năng suất và mang lại trải nghiệm thoải mái cho cư dân Chúng đảm bảo các tiêu chuẩn về sức khỏe và an toàn, đồng thời thực hiện điều này một cách hiệu quả về chi phí Bằng cách giám sát liên tục và điều chỉnh các hệ thống, các tòa nhà thông minh giúp cư dân làm việc hiệu quả hơn và đáp ứng nhu cầu tiện nghi của họ.
Quản lý thiết bị thông minh trở nên dễ dàng hơn khi tất cả các cảm biến được kết nối và hoạt động thông qua một máy chủ tại tòa nhà Các cảm biến từ xa sẽ tích hợp dữ liệu vào máy chủ và hệ thống điều khiển, cho phép người quản lý theo dõi và điều chỉnh tín hiệu một cách hiệu quả.
9 lỗi phát sinh nếu có, phân tích và điều chỉnh quy trình khi cần thiết để tòa nhà vận hành hiệu quả.
Dự đoán bảo trì trong tòa nhà thông minh giúp tối ưu hóa quy trình bảo trì bằng cách sử dụng cảm biến để theo dõi hiệu suất hoạt động Những cảm biến này có khả năng phát hiện vấn đề trước khi xảy ra sự cố, cho phép thực hiện bảo trì kịp thời và hiệu quả Điều này không chỉ đơn giản hóa việc thay thế thiết bị mà còn giảm thiểu thiệt hại do hỏng hóc thiết bị điện trong quá trình sử dụng.
Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh
Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) và hệ thống tự động hóa tòa nhà (BAS) thường được sử dụng thay thế cho nhau, đều liên quan đến việc sử dụng cảm biến, thiết bị điều khiển và thiết bị chấp hành Mục đích chính của hai hệ thống này là quản lý, giám sát và điều khiển tự động các thiết bị cơ và điện trong tòa nhà, bao gồm hệ thống chiếu sáng, HVAC và hệ thống điện.
Hình 1-2 Cấu trúc một BMS
BMS/BAS cơ bản được chia thành 4 cấp
1.2.1 Cấp điều khiển khu vực - cấp trường:
Các bộ điều khiển cấp khu vực sử dụng vi xử lý để cung cấp chức năng điều khiển số cho các thiết bị như bộ VAV, bơm nhiệt và điều hòa không khí cục bộ Hệ thống phần mềm quản lý năng lượng được tích hợp trong các bộ điều khiển này, cho phép cảm biến và cơ cấu chấp hành giao tiếp trực tiếp với thiết bị Các bộ điều khiển cấp khu vực kết nối qua một đường bus, giúp chia sẻ thông tin giữa chúng và với các bộ điều khiển cấp hệ thống và cấp điều hành.
1.2.2 Cấp điều khiển hệ thống
Các bộ điều khiển hệ thống vượt trội hơn so với các bộ điều khiển ở cấp khu vực nhờ vào khả năng xử lý nhiều điểm vào ra, quản lý nhiều vòng điều chỉnh và tính linh hoạt trong việc điều khiển.
Các bộ điều khiển hệ thống, thường được sử dụng cho các ứng dụng lớn như hệ thống điều hòa trung tâm và máy lạnh trung tâm, cũng có khả năng điều khiển chiếu sáng Chúng giao tiếp trực tiếp với thiết bị thông qua cảm biến và cơ cấu chấp hành, hoặc gián tiếp qua kết nối với các bộ điều khiển cấp khu vực Đặc biệt, các bộ điều khiển này có thể hoạt động độc lập ngay cả khi mất kết nối với các trạm vận hành.
1.2.3 Cấp vận hành và giám sát
Các trạm vận hành và giám sát chủ yếu tương tác với nhân viên vận hành, thường là các máy tính PC có màn hình màu Những trạm này thường được trang bị các gói phần mềm ứng dụng cần thiết để hỗ trợ công việc.
- An toàn hệ thống: giới hạn quyền truy cập và vận hành đối với từng cá nhân
Xâm nhập hệ thống cho phép người dùng có quyền truy cập và thu thập dữ liệu từ hệ thống thông qua máy tính cá nhân hoặc các thiết bị lưu trữ khác.
Định dạng dữ liệu là quá trình tổ chức các điểm dữ liệu rời rạc thành các nhóm theo quy tắc nhất định, nhằm mục đích phục vụ cho việc in ấn và hiển thị hiệu quả.
- Tùy biến các chương trình: người sử dụng có thể tự thiết kế, lập trình các chương trình riêng tùy theo yêu cầu sử dụng của mình
- Giao diện: xây dựng giao diện dựa trên ứng dụng của khách hàng, có sử dụng các công cụ vẽ đồ thị và bảng biểu
Lập báo cáo tự động, định kỳ hoặc theo yêu cầu về các cảnh báo, sự kiện và hoạt động vận hành là một tính năng quan trọng Hệ thống cũng cung cấp khả năng tóm tắt báo cáo, giúp người dùng dễ dàng nắm bắt thông tin cần thiết.
Quản lý bảo trì bảo dưỡng hiệu quả giúp tự động lập kế hoạch và sắp xếp thứ tự công việc cho các thiết bị cần bảo trì, dựa trên lịch sử thời gian hoạt động hoặc kế hoạch theo niên lịch.
Hệ thống tích hợp cung cấp một giao diện và điều khiển thống nhất cho các hệ thống con như HVAC, báo cháy, an toàn và giám sát truy cập Điều này cho phép tổng hợp thông tin từ các hệ thống con, từ đó đưa ra các quyết định có tính toàn cục cho toàn bộ hệ thống.
Cấp quản lý là cấp cao nhất trong hệ thống BMS, cho phép người vận hành truy cập dữ liệu và điều khiển mọi điểm trong hệ thống Trong các tình huống khẩn cấp, chức năng của cấp điều hành có thể được chuyển giao cho cấp quản lý Nhiệm vụ chính của cấp quản lý bao gồm thu thập, lưu trữ và xử lý dữ liệu lịch sử như năng lượng sử dụng, chi phí vận hành và cảnh báo, từ đó tạo ra các báo cáo hỗ trợ quá trình quản lý và sử dụng thiết bị lâu dài.
Giới thiệu về Internet of things (IoT)
Thuật ngữ "Internet of Things" (IoT) ngày càng trở nên phổ biến và thu hút sự chú ý lớn từ cộng đồng Sự bùng nổ của IoT hứa hẹn sẽ có ảnh hưởng sâu rộng đến cuộc sống, công việc và xã hội của con người Mặc dù khái niệm IoT đã tồn tại từ nhiều thập kỷ trước, nhưng mãi đến năm 1999, Kevin Ashton, nhà khoa học sáng lập Trung tâm Auto-ID tại đại học, mới chính thức giới thiệu thuật ngữ này.
MI, nơi thiết lập các quy chuẩn toàn cầu cho RFID (một phương thức giao tiếp không dây dùng sóng radio) cũng như một số loại cảm biến khác
Từ năm 2000 đến 2013, Internet of Things (IoT) đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như đồ gia dụng và thiết bị chăm sóc sức khỏe, với các sản phẩm tiêu biểu như đồng hồ theo dõi sức khỏe Fitbit, máy tạo nhịp tim không dây, và dịch vụ vận chuyển hàng không Đến năm 2014, số lượng thiết bị di động và máy móc kết nối internet đã vượt qua dân số toàn cầu.
Đến năm 2015, các mô hình robot IoT, trang trại IoT và tòa nhà IoT đã được công bố và ứng dụng, tiếp tục phát triển cho đến nay.
Internet of Things (IoT) là một mạng lưới kết nối các thiết bị và đồ vật thông qua cảm biến, phần mềm và công nghệ tiên tiến, cho phép chúng thu thập và trao đổi dữ liệu một cách hiệu quả.
Hình 1-3 Internet of things (IoT)
1.3.1 Các đặc tính cơ bản của IoT
Một hệ thống IoT sẽ bao gồm các đặc trưng như sau:
Tính kết nối liên thông trong IoT cho phép mọi thiết bị kết nối với nhau thông qua mạng lưới thông tin và cơ sở hạ tầng liên lạc toàn diện.
Hệ thống IoT có khả năng cung cấp các dịch vụ liên quan đến “Things”, bao gồm bảo vệ sự riêng tư và đảm bảo tính nhất quán giữa Physical Thing và Virtual Thing Để thực hiện điều này, cả công nghệ phần cứng và phần mềm đều cần được cải tiến.
Trong IoT, tính không đồng nhất của các thiết bị là điều đáng chú ý, do chúng có phần cứng và mạng khác nhau Mặc dù vậy, các thiết bị thuộc các mạng khác nhau vẫn có thể tương tác với nhau thông qua sự kết nối giữa các mạng.
Các thiết bị tự động có khả năng thay đổi trạng thái linh hoạt, chẳng hạn như chuyển từ chế độ ngủ sang thức dậy, kết nối hoặc ngắt kết nối, thay đổi vị trí và tốc độ hoạt động Hơn nữa, số lượng thiết bị có thể tự động thay đổi cũng rất đa dạng.
Quy mô lớn của các thiết bị IoT sẽ cho phép quản lý và giao tiếp một số lượng thiết bị vượt xa số lượng máy tính hiện đang kết nối Internet Sự gia tăng này không chỉ về số lượng thiết bị mà còn về khối lượng thông tin được truyền tải, với lượng dữ liệu từ các thiết bị sẽ lớn hơn nhiều so với thông tin do con người truyền đạt.
1.3.2 Các thành phần của IoT
An IoT system consists of four key components: devices (often referred to as "Things"), connectivity gateways, network infrastructure or cloud computing, and data analytics and processing services.
- Vạn vật: Các thiết bị được kết nối trực tiếp thông qua băng tầng mạng không dây và truy cập vào internet
Trạm kết nối đóng vai trò là trung gian trực tiếp, giúp các thiết bị kết nối với điện toán đám mây một cách an toàn và dễ dàng quản lý.
- Hạ tầng mạng và điện toán đám mây:
+ Cơ sở hạ tầng kết nối: gồm các thiết bị định tuyến, trạm kết nối, thiết bị tổng hợp… thiết bị có thể kiểm soát lưu lượng dữ liệu
+ Trung tâm dữ liệu/ hạ tầng điện toán đám mây: hệ thống lớn các máy chủ, hệ thống lưu trữ và mạng ảo hóa được kết nối
Các lớp cung cấp dịch vụ IoT đóng vai trò quan trọng trong việc đưa sản phẩm và giải pháp ra thị trường, đồng thời tối ưu hóa giá trị từ phân tích dữ liệu của hệ thống hiện có.
Hình 1-5 Nguyên lý hoạt động cơ bản của IoT
1.3.3 Kiến trúc hệ thống IoT
Trong hệ thống IoT, dữ liệu được tạo ra từ nhiều thiết bị khác nhau và được xử lý, truyền tải đến các vị trí khác nhau để phục vụ các ứng dụng Mô hình tham chiếu IoT đề xuất nhiều lớp, mỗi lớp được xác định bằng các thuật ngữ có thể tiêu chuẩn hóa, nhằm tạo ra một khung công nhận toàn cầu cho mô hình tham chiếu này.
Mô hình kiến trúc IoT là yếu tố then chốt trong việc thiết kế ứng dụng IoT thực tiễn Tùy thuộc vào quy mô của hệ thống, mô hình kiến trúc có thể được xây dựng từ 3 lớp cho đến nhiều lớp khác nhau.
1.3.4 Mô hình tham chiếu 3 lớp
Hình 1-6 Mô hình tham chiếu 3 lớp
Lớp thiết bị bao gồm cảm biến, thiết bị chấp hành và các bộ điều khiển như vi xử lý, vi điều khiển, PLC, FPGA và máy tính nhúng Lớp này có chức năng đo lường và thu thập dữ liệu từ các đại lượng vật lý thông qua cảm biến, điều khiển các thiết bị chấp hành, đồng thời có khả năng truyền và nhận dữ liệu từ các thiết bị khác qua mạng.
Vấn đề năng lượng trong tòa nhà hiện nay
Các tòa nhà, đặc biệt là các tòa nhà thông minh, là một trong những lĩnh vực tiêu thụ năng lượng cao nhất toàn cầu, với lượng điện tiêu thụ chiếm từ 30% - 40% tổng lượng điện tiêu thụ thế giới, theo nghiên cứu của đại học MIT Đáng chú ý, 30% trong số đó đang bị lãng phí, tương đương với 200 tỷ USD mỗi năm, theo Business Insider Trong 20 năm qua, nhu cầu sử dụng điện tại các tòa nhà cao tầng đã tăng gấp 5 lần, khiến chi phí năng lượng trở thành một trong những gánh nặng tài chính lớn nhất tại các tòa nhà văn phòng.
Hệ thống điều hòa chiếm tới 33% tổng chi phí năng lượng
Số lượng người sống tại các thành phố đang gia tăng nhanh chóng, với dự đoán của Liên Hợp Quốc rằng đến năm 2022, khoảng 56% dân số thế giới sẽ trở thành cư dân thành thị Con số này dự kiến sẽ tăng lên 68% vào năm 2050, dẫn đến sự gia tăng số lượng tòa nhà, đặc biệt là tòa nhà thông minh, cùng với mức tiêu thụ năng lượng ngày càng cao.
Việc sử dụng năng lượng hiệu quả và tiết kiệm, cùng với việc giảm lượng khí thải carbon dioxide, là một vấn đề cấp thiết và là mục tiêu hàng đầu của các nhà nghiên cứu đa ngành trong lĩnh vực xây dựng công trình và chính sách năng lượng Các hành động quốc tế đã được đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong các tòa nhà, chẳng hạn như từ Ủy ban Năng lượng.
Chỉ thị 2010/31/EU về "Hiệu suất Năng lượng của Tòa nhà" đã được cập nhật nhằm cải thiện hiệu suất của các thiết bị trong tòa nhà, bao gồm hệ thống chiếu sáng, nồi hơi và hệ thống thông gió, với mục tiêu giảm tiêu thụ năng lượng Nghiên cứu của Hội đồng Kinh tế Hiệu quả Năng lượng Hoa Kỳ (ACEEE) cho thấy, nếu đầu tư vào hiệu quả năng lượng tăng từ 1-4%, các tòa nhà có thể tiết kiệm tới 60 tỷ USD.
1.4.2 Hướng giải quyết Để có thể giảm lượng năng lượng tiêu thụ bằng cách nâng cao hiệu quả của các hệ thống cung cấp, một bước quan trọng là phân tích cách thức năng lượng hiện đang được tiêu thụ trong các tòa nhà Có nhiều cách tiếp cận khác nhau đã giải quyết vấn đề hiệu quả năng lượng của các tòa nhà bằng cách sử dụng mô hình dự báo về mức tiêu thụ năng lượng dựa trên hồ sơ sử dụng, dữ liệu khí hậu và đặc điểm của tòa nhà Mặt khác, các nghiên cứu về tác động của việc hiển thị thông tin công cộng đối với người cư ngụ được chỉ ra là hữu ích để sửa đổi hành vi cá nhân của họ nhằm tiết kiệm năng lượng Tuy nhiên, hầu hết các cách tiếp cận được đề xuất cho đến nay chỉ cung cấp các giải pháp một phần cho vấn đề tổng thể về hiệu quả năng lượng trong các tòa nhà, trong đó các yếu tố khác nhau có liên quan một cách tổng thể, nhưng cho đến nay vẫn được giải quyết một cách riêng lẻ hoặc thậm chí bị bỏ qua bởi các đề xuất trước đó Sự phân chia này thường do sự không chắc chắn và thiếu dữ liệu cũng như đầu vào trong các quy trình quản lý, do đó việc phân tích năng lượng trong các tòa nhà được tiêu thụ như thế nào là không đầy đủ Nói cách khác, cần có một tầm nhìn tổng thể hơn để cung cấp các mô hình chính xác về năng lượng tiêu thụ trong các tòa nhà Do đó, thiếu các phân tích để chỉ ra các bước cần thiết để tìm ra giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả trong các tòa nhà
Trong bối cảnh hiện nay, việc tích hợp và phát triển hệ thống dựa trên Công nghệ Thông tin và Truyền thông (ICT), đặc biệt là Internet of Things (IoT), là yếu tố quan trọng giúp tối ưu hóa hiệu quả và tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà thông minh Nhờ vào các công cụ IoT như công nghệ đám mây và cảm biến không dây, tòa nhà thông minh có khả năng tự động đo lường và thu thập dữ liệu từ mọi hệ thống, đồng thời lưu trữ và truy cập thông tin để theo dõi mức tiêu thụ năng lượng, từ đó điều chỉnh hành vi của người sử dụng.
Hiệu quả năng lượng là yếu tố chính thúc đẩy việc triển khai Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS) và công nghệ IoT Trước đây, các thiết bị như HVAC thường được thiết lập theo kiểu thống nhất, dẫn đến lãng phí năng lượng do tình trạng quá nóng hoặc quá lạnh Tuy nhiên, với sự phát triển của cảm biến IoT, giờ đây có thể thu thập dữ liệu chi tiết và thời gian thực, cho phép điều khiển thiết bị vi khu vực một cách linh hoạt, từ đó nâng cao hiệu quả năng lượng.
Các nhà quản lý tòa nhà có thể khai thác dữ liệu về công suất sử dụng để phát hiện những xu hướng quan trọng trong hệ thống HVAC và nhu cầu chiếu sáng.
Để tối ưu hóa lịch trình bật/tắt thiết bị, bạn có thể điều chỉnh thời gian hoạt động của hệ thống HVAC và chiếu sáng Ví dụ, nếu hệ thống hiện đang hoạt động đến 8 giờ tối nhưng người thuê nhà chỉ ở lại đến 7 giờ tối, việc giảm một giờ sử dụng năng lượng hàng ngày sẽ giúp bạn tiết kiệm đáng kể hóa đơn điện nước.
Hình 1-9 BMS với công nghệ IoT
Hình 1-10 Tổng quan về kết nối ở cấp độ tòa nhà và đám mây trong tòa nhà thông minh
Một vài ví dụ về việc IoT đã giúp các tòa nhà sử dụng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng
Tòa nhà The Edge ở Amsterdam, Hà Lan, là một ví dụ điển hình về việc công nghệ thông minh giúp giảm chi phí và tăng năng suất trong các tòa nhà Với diện tích 40.000 m2 và khoảng 28.000 cảm biến IoT, hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) thu thập thông tin về độ ẩm, ánh sáng và nhiệt độ để tự động điều chỉnh hoạt động của các hệ thống như sưởi, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) Nhờ đó, The Edge tiêu thụ ít điện hơn 70% so với các tòa nhà văn phòng thông thường, trở thành một trong những cấu trúc thông minh và tiết kiệm năng lượng nhất thế giới.
Các thiết bị chiếu sáng sử dụng cảm biến ánh sáng để tự động điều chỉnh bật/tắt, giúp tối ưu hóa chi phí năng lượng và giảm thiểu lãng phí Một tòa nhà thông minh tại Ấn Độ đã tiết kiệm được 645,000 USD mỗi năm nhờ ứng dụng công nghệ IoT, cho thấy hiệu quả đáng kể của giải pháp này.
Tổng quan về hệ thống PMS
Giới thiệu hệ thống PMS
Hệ thống PMS (Power Management System) là giải pháp đo lường, giám sát và quản lý nguồn điện được triển khai trong các nhà máy, tòa nhà và khu công nghiệp, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng Hệ thống này mang lại nhiều giá trị quan trọng như hiệu quả (Efficiency), khả năng mở rộng (Scalability), đổi mới (Innovation) và tính linh hoạt (Openness).
Hệ thống có khả năng tích hợp trực tiếp vào lưới điện hiện tại, cho phép vận hành điện năng một cách đồng bộ và tự động Điều này mang lại lợi ích về chi phí đầu tư thấp và khả năng mở rộng không giới hạn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển bền vững của hệ thống điện.
Công nghệ truyền thông tiên tiến cho phép thông tin từ các thiết bị điện trong hệ thống được truyền tải tự động về máy tính trung tâm, giúp lưu trữ dữ liệu trên đám mây, từ đó nâng cao hiệu quả giám sát và quản lý Điều này không chỉ giảm chi phí nhân công mà còn tăng cường độ tin cậy của hệ thống Hơn nữa, các thiết bị trong hệ thống có khả năng nhận lệnh từ máy tính trung tâm để thực hiện các thao tác đóng cắt và điều chỉnh lượng điện tiêu thụ một cách tự động, mang lại sự linh hoạt và tiện ích cho người sử dụng.
Tất cả các công việc được thực hiện trên phần mềm cài đặt tại máy tính trung tâm, với giao diện trực quan và dễ sử dụng, giúp quản lý vận hành và truy xuất dữ liệu nhanh chóng Hệ thống còn hỗ trợ quản lý qua SMS với số máy điều khiển được cài đặt trước.
Hệ thống quản lý năng lượng (PMS) đã được nhiều công ty lớn nghiên cứu và áp dụng tại các nhà máy, tòa nhà, siêu thị và khu công nghiệp, tùy theo nhu cầu của khách hàng Mặc dù mỗi công ty có chiến lược phát triển và triển khai khác nhau, nhưng nguyên tắc hoạt động của hệ thống PMS đều giống nhau, với mục tiêu chính là tự động hóa và quản lý năng lượng hiệu quả.
Cơ sở phát triển của hệ thống PMS
2.2.1 Nền tảng SCADA công nghiệp
Hệ thống PMS phát triển trên nền tảng SCADA công nghiệp thường chỉ là
Hệ thống SCADA là một phần quan trọng trong việc điều khiển quy trình sản xuất, có khả năng tích hợp chức năng giám sát năng lượng SCADA quản lý toàn bộ hoặc một phân đoạn của quá trình sản xuất thông qua việc sử dụng nhiều loại cảm biến để thu thập dữ liệu đa dạng, bao gồm thông tin về nhiệt độ, áp suất, trạng thái quá trình và dữ liệu năng lượng.
Hệ thống PMS dựa trên nền tảng SCADA mang lại nhiều lợi thế, bao gồm khả năng can thiệp điều khiển hệ thống điện Tuy nhiên, hệ thống này gặp khó khăn trong việc tùy biến nhu cầu quản lý và giám sát Việc nâng cấp và mở rộng hệ thống thường tốn kém, và các can thiệp thay đổi phần mềm trở nên phức tạp do tính đặc thù của phần mềm Chỉ các phần mềm PMS chuyên biệt mới có khả năng thực hiện những thay đổi này một cách hiệu quả.
Hệ thống PMS dựa trên nền tảng IoT, tích hợp nhiều chuẩn truyền thông từ có dây đến không dây, cho phép sử dụng hạ tầng truyền thông sẵn có hoặc tự truyền thông không dây Ngoài chức năng giám sát và quản lý hiện trường, hệ thống còn hỗ trợ quản lý từ xa thông qua Internet, thể hiện xu hướng phát triển hiện đại của PMS Nhiều thương hiệu nổi tiếng như Schneider, Siemens và Delta đã áp dụng giải pháp này Tại Việt Nam, giải pháp PMS SEMS đang được triển khai rộng rãi.
Hệ thống quản lý năng lượng PMS của SES được xây dựng trên nền tảng phân tầng rõ ràng giữa các thiết bị, bao gồm thiết bị thu thập dữ liệu (Interface Device) và thiết bị xử lý dữ liệu (Gateway Device) Kèm theo đó là phần mềm chuyên dụng, linh hoạt và có tính tùy biến cao, giúp tối ưu hóa quy trình quản lý năng lượng.
Tính năng của hệ thống PMS
Hệ thống PMS có 4 tính năng cơ bản gồm: đo lường, quản lý, giám sát, cảnh báo Một số hệ thống tích hợp tính năng điều khiển
2.3.1 Đo lường & Thu thập dữ liệu Đo lường các thông số điện như: công suất tiêu thụ, điện áp, dòng tải, cosθ, tần số, sóng hài…
Dữ liệu và thông số điện năng được thu thập tự động theo chu kỳ từ các điểm đo, giúp loại bỏ sự cần thiết của nhân công đo đạc và đảm bảo độ chính xác cao Quy trình lấy dữ liệu diễn ra nhanh chóng và theo thời gian thực.
Thông tin sau khi được đo đạc sẽ được gửi về máy tính trung tâm và liên tục cập nhật vào hệ thống cơ sở dữ liệu, từ đó nâng cao hiệu quả và sự dễ dàng trong công tác quản lý.
Hệ thống tự động phân tích dữ liệu thu thập được và hiển thị sơ đồ mô tả trực quan, giúp người quản lý giám sát trạng thái vận hành của hệ thống điện, các sự cố, chỉ số và lượng điện năng tiêu thụ.
Hệ thống lưới điện cung cấp các cảnh báo về bất thường chỉ số điện năng và các sự cố khác Những cảnh báo này được hiển thị qua phần mềm và được thông báo qua các kênh như Email và SMS.
Phần mềm phân tích cơ sở dữ liệu giúp đánh giá hiệu quả sử dụng thiết bị, từ đó hỗ trợ người quản lý xây dựng các chiến lược tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu suất thiết bị và giảm chi phí khắc phục sự cố.
Các công cụ tính toán và phân tích đồ thị phức hợp cung cấp khả năng tạo ra các biểu đồ trực quan và báo cáo chi tiết, giúp theo dõi các khía cạnh kỹ thuật và tài chính một cách chính xác.
Cấu trúc của hệ thống PMS
Hình 2-1 Phân lớp của hệ thống PMS
Hệ thông PMS được phân thành 3 lớp bao gồm:
Ứng dụng, phân tích và dịch vụ là lớp nền tảng cung cấp các công cụ giám sát và vận hành hệ thống, cho phép quản lý từ máy tính trung tâm hoặc từ xa.
Edge Control là một lớp phần mềm tích hợp các thuật toán tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ trong tòa nhà Nó giúp đưa ra các chiến lược tiết kiệm và sử dụng năng lượng một cách hợp lý, góp phần nâng cao hiệu quả năng lượng và giảm chi phí vận hành.
- Connected Device: Lớp các thiết bị được tích hợp, kết nối trong hệ thống PMS như
+ Thiết bị trong tòa nhà: tủ điện, các thiết bị điện trong các hệ thống chiếu sáng, HVAC,…
+ Thiết bị mạng: Switch Ethernet - bộ chuyển mạch mạng có dây/ không dây, Gateway - Bộ chuyển đổi giao thức, Cable và các phụ kiện…
+ Bộ điều khiển và thu thập I/O: PLC - bộ điều khiển logic, DDC - bộ điều khiển kĩ thuật số trực tiếp…
+ Đồng hồ đo công suất: Các dòng PAC , PM120…
+ Thiết bị đóng ngắt và bảo vệ: ACB 3WL - máy cắt không khí dùng để đóng cắt bảo vệ quá tải, MCCB 3VA - thiết bị ngắt mạch…
Hình 2-2 Các thiết bị phần cứng cho hệ thống PMS
Ví dụ: về hệ thống PMS hiện nay
Hình 2-3 Cấu trúc hệ thống PMS của Seimens
Hình 2-4 Cấu trúc hệ thống PMS của Schneider
Lợi ích của hệ thống PMS
Hệ thống PMS mang lại những lợi ích sau:
- Hiểu rõ biểu đồ phụ tải để thương thảo với điện lực tốt hơn và tối ưu hệ thống
- Theo dõi trực tuyến tiêu thụ điện hỗ trợ đội ngũ vận hành và lắp đặt tìm cách giảm chi phí
- Xác định rõ chi phí điện cho thiết bị, hệ thống, căn hộ, văn phòng
- Đưa ra trách nhiệm tiết kiệm người sử dụng
- Quyết định đầu tư hợp lý trên cơ sở đồ thị phụ tải
- Xác định tính hợp lý của các giải pháp cải tiến để đầu tư thích hợp
- Xác định công suất thừa
- Giám sát thiết bị để biết rõ trạng thái non tải hoặc quá tải
- So sánh hiệu quả sử dụng điện để xác định thiết bị hoặc bộ phận sử dụng điện hiệu quả và đem lại lợi nhuận cao
- Xác định các thiết bị chạy không ổn định
- Cân bằng tải trên trạm, bảng điện …
- Nâng cao tuổi thọ thiết bị, tối ưu đầu tư
- Giảm thời gian tiêu hao lãng phí năng lượng của các hệ thống trong tòa nhà
- Theo dõi liên tục hoạt động của hệ thống
- Xác định chính xác loại sự cố chất lượng điện năng, thời gian, vị trí của sự cố
- Gửi các cảnh báo để đề phòng trước sự cố xảy ra
- Phân tích nguyên nhân, hỗ trợ xác định nguyên nhân sự cố nhanh và xử lý triệt để
- Xác định nguyên nhân sự cố là do thiết bị hay do nguồn điện
Triển khai hệ thống
Bài toán - Sơ đồ hệ thống
Nhóm em đã thiết lập bài toán yêu cầu đo lường, giám sát, cảnh báo và quản lý năng lượng hiệu quả cho tòa nhà 15 tầng, với mỗi tầng có 8 phòng chung.
Bảng 3-1 Bảng phụ tải của tòa nhà
Tên thiết bị Công suất Điều hoà 2,2kW/1 phòng
Bình nóng lạnh 2,8kW/1 phòng
Tủ lạnh + đèn, quạt, TV, báo cháy 2,5kW/1 phòng
Hình 3-1 Triển khai hệ thống cho các căn hộ và các tầng
Hình 3-2 Triển khai hệ thống cho một số hệ thống chung trong tòa nhà
Hệ thống năng lượng tái tạo
Hệ thống điện mặt trời kết hợp (hybrid) là sự kết hợp hoàn hảo giữa hệ thống On-grid và Off-grid, cho phép hòa lưới điện quốc gia trong khi vẫn có khả năng lưu trữ điện nhờ ắc quy Pin mặt trời Cananidian CS3W 445MB-AG chuyển đổi tín hiệu một chiều thành xoay chiều thông qua biến tần inverter, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cần thiết Hệ thống này không chỉ tối ưu hóa hiệu suất năng lượng mà còn đảm bảo nguồn điện liên tục cho người dùng.
1 tấm 445w 270 tấm cung cấp cho 20% thiết bị (công suất phụ tải cả toàn nhà 633kW),
Lắp mỗi tầng 1 camera hành lang
- Phụ tải tính toán cho một căn hộ được xác định theo công thức:
𝑃 đ𝑚𝑖 – công suất định mức của thiết bị điện gia dụng thứ i
𝑘 đ𝑡𝐻 – hệ số đồng thời sử dụng các thiết bị điện gia dụng trong căn hộ
- Phụ tải tính toán cho một tầng được xác định theo công thức:
𝑃 𝐻𝑖 – phụ tải tính toán của căn hộ thứ i
𝑘 đ𝑡𝐻 – hệ số đồng thời sử dụng điện của các căn hộ trong cùng một tầng
- Phụ tải tính toán cho tất cả các tầng được xác định theo công thức:
𝑃 𝑇𝑖 – phụ tải tính toán của tầng thứ i
𝑘 đ𝑡𝑇𝑇 – hệ số đồng thời sử dụng điện của các tầng
- Phụ tải tính toán toàn tòa nhà được xác định theo công thức:
𝑃 𝑇𝑇 – phụ tải tính toán của tất cả các tầng
- Công suất của tòa nhà được xác định theo công thức:
𝑃 𝑇𝑁 – phụ tải tính toán toàn tòa nhà cos 𝜑 – hệ số công suất
Hệ thống chiếu sáng chung
- Tự động bật, tắt đèn bằng photocell hoặc bằng lập lịch trước
- Thay đổi mức ánh sáng bằng bằng cách sử dụng cửa sổ màu
- Cho phép thay đổi riêng lẻ hệ thống đèn thông qua máy tính hoặc qua hệ thống điện thoại
- Liên kết các bộ điều khiển ánh sáng tới giao diện đồ họa với các biểu tượng để có thể điều khiển tập trung được
- Có thể tắt, bật mạch thông qua sự điều khiển của máy tính
- Quản lý được sự tiêu thụ năng lượng bằng cách theo dõi thời gian sử dụng trong phòng qua đó điều khiển ánh sáng cho phù hợp
Hệ thống chiếu sáng cần phải lắp đặt sao cho có thể điều chỉnh bằng tay, lập trình sẵn, hay điều khiển tập trung tại phòng điều khiển
Điều khiển bằng tay là yêu cầu cơ bản nhất của hệ thống ánh sáng, giúp người sử dụng tối ưu hóa môi trường làm việc thông qua các thay đổi cần thiết Các khối điều khiển số trực tiếp có thể kết nối với công tắc và thiết bị điều chỉnh độ sáng của đèn, mang lại sự linh hoạt trong việc điều chỉnh ánh sáng Những khối điều khiển này thường được lắp đặt ngay trong khu vực làm việc để thuận tiện cho người sử dụng trong việc thực hiện các thay đổi.
Điều khiển theo lịch trình là phương pháp hiệu quả để tiết kiệm năng lượng trong hệ thống chiếu sáng Bằng cách lập trình trước, hệ thống ánh sáng trong tòa nhà chỉ hoạt động ở những khu vực cần thiết vào buổi tối hoặc ban đêm, giúp giảm thiểu lãng phí điện năng.
Có tới 29 chế độ lập trình khác nhau cho các mạch điện, cho phép điều khiển riêng lẻ hoặc theo nhóm (gọi là các vùng) Mỗi vùng có thể được thiết lập lịch trình riêng cho các ngày trong tuần, cuối tuần hoặc dịp đặc biệt Nhiều hệ thống tự động điều chỉnh lịch trình theo sự biến đổi theo mùa Hệ thống chiếu sáng theo lịch trình thường được sử dụng cho các khu vực ngoài trời như vườn và đại sảnh.
Điều khiển bằng các thiết bị cảm ứng mang lại sự linh hoạt vượt trội so với các phương pháp điều khiển truyền thống Các thiết bị này bao gồm cảm biến chuyển động, giúp bật đèn khi có người di chuyển, và photocell, tự động bật đèn khi trời tối Hệ thống điều khiển cảm ứng thường được lắp đặt tại các khu vực công cộng trong tòa nhà, như hành lang và nhà vệ sinh, nhằm nâng cao tiện ích và tiết kiệm năng lượng.
Khi sử dụng hệ thống điều khiển tự động, cần phải loại bỏ hoàn toàn việc điều khiển bằng tay để tránh những can thiệp không chính xác.
Việc quản lý và điều khiển hệ thống HVAC trong tòa nhà là rất quan trọng do tiêu tốn năng lượng lớn Để tiết kiệm năng lượng và ngăn ngừa quá tải, người quản trị thường giới hạn mức điều chỉnh nhiệt độ của người sử dụng theo từng mùa.
Hệ thống tự động hóa tòa nhà cần có khả năng xác định điểm hoạt động cho từng khu vực của hệ thống HVAC nhằm kéo dài tuổi thọ sử dụng Việc điều khiển nhiệt độ, thông gió và các dịch vụ điều hòa khác thường được thực hiện qua các bộ điều khiển số trực tiếp, mỗi dịch vụ đều có hệ thống quản lý riêng biệt.
Hệ thống bơm cấp, thoát nước
Để sử dụng nước hiệu quả và tiết kiệm trong tòa nhà, việc quản lý các động cơ bơm nước là rất cần thiết Điều này không chỉ giúp giảm thiểu lãng phí nước mà còn đảm bảo sử dụng năng lượng một cách hiệu quả, đồng thời bảo vệ tài nguyên nước quý giá.
Nhằm đảm bảo phát hiện và thông báo kịp thời đến người sử dụng những sự cố về cháy nổ Hệ thống kết hợp với vòi chữa cháy
Hệ thống quản lý năng lượng
Hệ thống theo dõi trạng thái toà nhà
Hình 3-3 Sơ đồ tổng quát hệ thống
Ta sử dụng mô hình tham chiếu IOT 3 lớp để vận hành hệ thống
Lớp vật lý của kiến trúc (Perception)
Lớp này bao gồm cảm biến, thiết bị chấp hành và bộ điều khiển như vi xử lý, vi điều khiển, PLC, FPGA và máy tính nhúng.
Lớp thiết bị này thực hiện việc đo lường và thu thập dữ liệu điện năng từ các hệ thống thông qua cảm biến, đồng thời điều khiển các thiết bị chấp hành Nó còn có khả năng truyền và nhận dữ liệu từ các thiết bị khác qua mạng ethernet, bên cạnh việc cung cấp các thiết bị đóng cắt bảo vệ cho động cơ.
Lớp mạng kết nối (Network)
Chức năng lớp mạng xác định các giao thức truyền thông khác nhau được sử dụng cho việc kết nối mạng và thực hiện điện toán biên
Lớp mạng bao gồm các thiết bị chuyển đổi giao thức như Gateways, cùng với các thiết bị có khả năng lưu trữ và xử lý dữ liệu cục bộ trước khi gửi lên Server trung tâm.
Các thiết bị kết nối với thiết bị Gateway ở lớp mạng thông qua nhiều loại mạng cục bộ như Wifi, Zigbee, Bluetooth và LoRaWAN, cũng như các mạng có dây như CAN, Modbus, Profibus, RS485 và Ethernet Sau khi xử lý, các thiết bị ở lớp mạng sẽ gửi dữ liệu lên trung tâm dữ liệu qua mạng toàn cầu như Internet, 3G/4G/LTE và GSM.
Lớp ứng dụng (Application) Đây là trung tâm lưu trữ dữ liệu hay đám mây điện tử
Lớp này có chức năng thu thập dữ liệu từ lớp mạng, đồng thời lưu trữ, giám sát và quản lý dữ liệu Ngoài ra, nó còn xử lý dữ liệu và đưa ra quyết định dựa trên các thuật toán hoặc công cụ phân tích dữ liệu hiện đại.
Lưu đồ thuật toán
Hình 3-4 Lưu đồ thuật toán hệ thống chiếu sáng
Nhóm đề xuất lắp đặt cảm biến chuyển động trong các phòng và hành lang của các tầng để tự động tắt đèn khi không có người, nhằm tiết kiệm điện Khi có người, cảm biến sẽ điều chỉnh ánh sáng dựa trên cường độ ánh sáng xung quanh.
Cảm biến ánh sáng được lắp đặt trên tường ngoài của tòa nhà để phát hiện mức độ ánh sáng xung quanh Khi ánh sáng bên ngoài đạt đủ cường độ, cảm biến sẽ gửi tín hiệu cho bộ điều khiển mở rèm, cho phép ánh sáng mặt trời chiếu vào Ngược lại, nếu ánh sáng chưa đủ, hệ thống sẽ tự động bật đèn trong phòng để đảm bảo đủ ánh sáng.
3.2.2 Hệ thống cung cấp điện năng
Hình 3-5 Lưu đồ thuật toán hệ thống cung cấp đện năng
Hệ thống dùng điện từ hệ thống năng lượng tái tạo (sử dụng pin mặt trời)
Sử dụng cảm biến chuyển động giúp xác định sự hiện diện của người trong phòng Nếu không có ai, hệ thống sẽ tự động ngắt nguồn năng lượng, chỉ giữ lại các thiết bị cần thiết theo cài đặt của người dùng Ngược lại, khi có người trong phòng, hệ thống sẽ tự động cung cấp điện.
Có 2 sự lựa chọn là sử dụng sử dụng điện mặt trời và điện lưới Việc sử luân chuyển giữa 2 dạng này phụ thuộc vào điện mặt trời thu thập và dự trữ được Nhờ đó tiết kiệm tối đa được năng lượng sử dụng
3.2.3 Hệ thống cung cấp nước nóng
Hình 3-6 Lưu đồ thuật toán hệ thống cung cấp nước nóng
Hệ thống cung cấp nước nóng cho từng căn hộ, sử dụng năng lượng điện mặt trời để làm nóng nước Nếu lượng điện mặt trời trong bể chứa không đủ, hệ thống sẽ tự động chuyển sang sử dụng điện lưới.
Nhiệt độ của nước cũng được đặt ở mức setpoint để tránh lãng phí điện năng
Hình 3-7 Lưu đồ thuật toán hệ thống sưởi
Hình 3-8 Lưu đồ thuật toán hệ thống điều hòa không khí
Hệ thống HVAC trong tòa nhà bao gồm hai thành phần chính: hệ thống sưởi, thường được sử dụng vào mùa đông, và hệ thống điều hòa không khí, chủ yếu hoạt động trong mùa hè.
Hai hệ thống này sử dụng cảm biến nhiệt độ và cảm biến chuyển động để phát hiện sự hiện diện của người trong phòng và so sánh nhiệt độ phòng với giá trị cài đặt Chúng có khả năng tự động bật tắt hệ thống sưởi và điều hòa, cũng như điều khiển các thiết bị như cửa sổ, từ đó giúp tiết kiệm điện năng tối đa.
Mạng cảm biến và cơ cấu chấp hành
Hình 3-9 Mạng cảm biến và cơ cấu chấp hành được đề xuất
Yếu tố quan trọng nhất của tòa nhà thông minh là mạng cảm biến và thiết bị truyền động không dây, có nhiệm vụ truyền tải dữ liệu quan trọng đến hệ thống quản lý tòa nhà (PMS) trong một khoảng thời gian nhất định Điều này giúp tối ưu hóa hoạt động của tòa nhà, đặc biệt trong việc tiết kiệm năng lượng.
Mạng này bao gồm các cảm biến bên trong và bên ngoài để cảm nhận điều kiện xung quanh, cùng với các bộ truyền động hoạt động theo hướng PMS Mỗi cảm biến có trạng thái ban đầu thay đổi, sau khi cảm nhận, sẽ chuyển đến trạng thái cuối cùng trong một khoảng thời gian cụ thể do người dùng hệ thống quản lý xác định Dựa trên giá trị của từng trạng thái, hệ thống quản lý sẽ điều khiển tất cả các hệ thống kỹ thuật điều chỉnh.
Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh được thiết kế nhằm tối ưu hóa việc tiết kiệm điện năng bằng cách linh hoạt điều chỉnh việc đóng ngắt các hệ thống khi không có người sử dụng Đồng thời, hệ thống này cũng tận dụng nguồn năng lượng tái tạo từ điện mặt trời, góp phần giảm thiểu tiêu thụ điện năng một cách hiệu quả.
Hình 3-10 Hệ thống kết nối mạng cảm biến
Chọn thiết bị đo
3.4.1 Thiết bị thu tập các giá trị về năng lượng Được lắp đặt cho mỗi hệ thống ở các tầng Theo dõi tình trạng và chất lượng cung cấp điện: cung cấp thông tin cơ bản để đánh giá chất lượng điện ( P, cos𝜑 , THD, …)
Nhóm sử dụng đồng hộ đo đa năng với mã sản phẩm: SENTRON 7KM4212-0BA00-3AA0
- Dễ dàng lắp đặt và vận hành
- Bộ cấp nguồn điện áp cao AC / DC
Dễ dàng tích hợp và tùy chỉnh với các hệ thống khác nhau thông qua các tùy chọn đầu vào và đầu ra kỹ thuật số, giúp tối ưu hóa khả năng giao tiếp.
- Có thể được kết nối trực tiếp với các mạng cung cấp điện lên đến 690 V AC mà không cần máy biến áp
- Hỗ trợ truyền thông Ethernet 10/100 Mbit /s
- Hỗ trợ truyền thông RS 485 qua mô-đun mở rộng 7KM PAC RS 485
Hình 3-12 Module mở rộng 7KM PAC RS485
3.4.2 Thiết bị đóng cắt điện
Với thiết bị đóng cắt tổng cho toàn hệ thống, nhóm sử dụng thiết bị ACB 3WL Air Circuit Breakers
Hình 3-13 Thiết bị đóng cắt ACB 3P 3WL
- Nhằm bảo vệ các thiết bị điện khỏi bị hư hỏng hoặc hỏa hoạn do ngắn mạch, lỗi nối đất hoặc lỗi quá tải
- Có cấu trúc phức tạp nhưng công nghệ đơn giản, giá thành thấp
- Độ bền cao có thể lắp đặt ngoài trời
- Hỗ trợ truyền thông ethernet
- Với thiết bị đóng cắt cho từng động cơ trong hệ thống, ta sử dụng bộ ngắt mạch MCCB 3VA2
Hình 3-14 Thiết bị đóng cắt MCCB 3VA
PLC S7-1200 của Siemens, ra mắt năm 2009, đã thay thế dòng S7-200 và trở thành lựa chọn lý tưởng cho hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa Với thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động và khả năng mở rộng, PLC S7-1200 cung cấp sự hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh, giúp nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực điều khiển.
Hình 3-15 PLC S7-1200 Bảng 3-2 Bảng thông số cơ bản của PLC S7-1200
Nguồn cấp 24 VDC Đầu vào Tích hợp 14 đầu vào Đầu ra Tích hợp 10 đầu ra rơ le
Kiểu kết nối Ethernet RJ 45
Web server Có hỗ trợ
Bộ nhớ làm việc 50 kbyte
Bộ nhớ lưu trữ 2Mbyte tích hợp sẵn
Với số lượng thiết bị khá nhiều, nên ta sẽ sử dụng thêm các modul mở rộng như SM 1222 mở rộng 8 ngõ ra relay cho PLC S7-1200
Hình 3-16 Module mở rộng SM 1222
Nhóm sử dụng Switch TP-Link TL-SG108E- 8port dòng smart
Hình 3-17 8-Port Gigabit Easy Smart Switch TP-LINK TL-SG108E Ưu điểm:
- Switch thông minh TL-SG108E được trang bị 8 cổng RJ45 tốc độ 10/100/1000 Mbps
- Thiết bị cung cấp giám sát mạng, ưu tiên các lưu lượng truy cập và các tính năng VLAN
- Thiết lập mạng đơn giản của kết nối plug-and-play
- Quản lý tập trung tất cả các thiết bị chuyển mạch thông minh dễ dàng với tiện ích cấu hình Easy Smart
- Công nghệ tiết kiệm năng lượng sáng tạo giúp tiết kiệm đến 80% năng lượng
- Auto MDI/MDIX giúp loại bỏ sự cần thiết của cáp chéo
- Cổng Auto-Negotiation cung cấp sự tích hợp thông minh giữa phần cứng tốc độ 10Mbps, 100Mbps và 1000Mbps
- Kiểm soát lưu lượng IEEE 802.3x cho phép truyền dữ liệu đáng tin cậy
- Khung Jumbo 16KB cải thiện hoạt động của việc truyền dữ liệu lớn
- Mạng lưới giám sát hiệu quả qua Port Mirroring, Loop Prevention và Cable
Bảng 3-3 Tính năng phần cứng
Chuẩn và Giao thức IEEE 802.3i / 802.3u / 802.3ab/ 802.3x /802.1p
Giao diện 8 cổng 10/100/1000Mbps, Auto-Negotiation, Auto-
Số lượng quạt Không Quạt
Bộ cấp nguồn bên ngoài Bộ chuyển đổi nguồn (Đầu ra: 5VDC / 0.6A)
LED báo hiệu Hệ thống nguồn Link/Act indicators per port built into each RJ-45 port Kích thước ( R x D x C ) 6.2 x 4.0 x 1.0 in (158 x 101 x 25 mm)
Tiêu thụ điện tối đa 2.77 W(220V/50Hz)
Tốc độ chuyển gói 11.9 Mpps
Bộ nhớ đệm gói 1.5 Mb
Bảng 3-5 Tính năng phần mềm
Transfer Method Lưu trữ và chuyển tiếp
Nhóm đã chọn Router Wifi Chuẩn AC1200 TP-Link Archer C64 Gigabit vì thiết bị này tối ưu hóa tốc độ mạng với vùng phủ sóng rộng và ổn định Nó cho phép kết nối nhiều thiết bị cùng lúc và hỗ trợ truyền phát đồng thời qua hai băng tần 2.4 GHz và 5 GHz.
Hình 3-18 Router Wifi Chuẩn AC1200 TP-Link Archer C64 Gigabit
Chuẩn Wi-Fi Wi-Fi 5 (802.11ac) Độ mạnh của sóng - 867 Mbps (5 GHz)
- 400 Mbps (2.4 GHz) Băng tần sóng 2.4GHz & 5GHz
Số Ăng ten 4 ăng ten
Kết nối và điều khiển Ứng dụng Tether
Cổng giao tiếp - 1 x cổng WAN Gigabit
Nhóm chọn các loại cảm biến sau:
Cảm biến cường độ ánh sáng MAS SENSOR
- Tương thích với nhiều đèn cùng một lúc
- Điều chỉnh được thời gian phản hồi
- Có hỗ trợ móc treo lên trần
- Thiết bị đấu dây cấp 2
Hình 3-19 Cảm biến cường độ ánh sáng MAS SENSOR
Cảm biến chuyển động Philips Hue Motion Sensor
- Bật đèn tự động khi có chuyển động
- Thiết lấp chế động cho cả ban ngày và ban đêm
- Tích hợp cảm biết ánh sáng
- Gắn bất cứ nơi đâu bạn cần
- Tuổi thọ pin: Tối thiểu 2 năm
Hình 3-20 Cảm biến chuyển động Philips Hue Motion Sensor
Cảm biến chất lượng không khí Wifi Tuya SHP-Airbox
- Phạm vi đo không khí: CO2: 0-5000ppm/PM2.5: 0-999/UG/M³
- 4 cảm biến: CO2 +VOC + Nhiệt Độ + Độ Ẩm
- Khoảng đo độ ẩm: 0% - 100% RH (không ngưng tụ)
- Độ chính xác độ ẩm nhiệt độ: 0,5°C, 1%RH
- Giao thức không dây: Wifi, 3G
Hình 3-21 Cảm biến chất lượng không khí Wifi Tuya SHP-Airbox
Các thiết bị máy tính và phần mềm quản lý trên máy tính
3.5.1 Sử dụng phần mềm Power Manager
Powermanager là phần mềm giám sát năng lượng được phát triển bởi Siemens, giúp quản lý và giám sát năng lượng điện trong các tòa nhà thông minh Phần mềm này giải quyết hiệu quả các vấn đề liên quan đến giám sát và quản lý năng lượng Thông tin chi tiết sẽ được trình bày ở chương sau.
Hình 3-22 Phần mềm Power manager
3.5.2 Hệ điều hành IOT mở mindsphere
Dữ liệu năng lượng có thể được tích hợp trực tiếp vào hệ điều hành IoT mở, sử dụng nền tảng điện toán đám mây MindSphere, và sẽ được trình bày chi tiết hơn trong chương tiếp theo.
Mạng truyền thông trong hệ thống BMS
Để áp dụng hệ thống quản lý tòa nhà BMS, các thiết bị trong tòa nhà cần hỗ trợ kết nối BMS thông qua các chuẩn truyền thông như BACnet, LonWork, Modbus hoặc tín hiệu công nghiệp 4-20mA Hệ thống BMS có khả năng điều khiển các thiết bị này thông qua các chuẩn truyền thông đã nêu.
Mạng thông tin của BMS chia làm 3 cấp (hoặc 02 cấp) tùy vào từng nhà cung cấp:
Mạng trục backbone, thường sử dụng Ethernet với giao thức TCP/IP hoặc Bacnet/IP, có tốc độ 10100/1000Mb, kết nối các bộ điều khiển tòa nhà (Building controllers) và liên kết với hai máy chủ của hệ thống, bao gồm một máy chủ chính và một máy chủ dự phòng.
Mạng điều khiển tầng là hệ thống mạng dây lắp đặt trực tiếp trong từng tầng của tòa nhà, thường sử dụng giao thức RS485 và các chuẩn truyền thông như LON, Bacnet MS/TP, N2, P2 Hệ thống này được quản lý bởi bộ điều khiển tầng, có chức năng liên kết các bộ điều khiển nhỏ hơn được đặt tại từng thiết bị cụ thể trong tầng.
Hệ thống BMS thường được cấu trúc với hai phân lớp mạng cơ bản Tuy nhiên, đối với các hệ thống lớn và có yêu cầu tích hợp cao, thường sẽ có thêm một phân lớp mạng thứ ba nằm trên.
2 lớp trên: ALN (ApplicationLevel network) Phân lớp này thường là lớp mạng interconnect giữa rất nhiều hệ thống khác nhau trong tòa nhà, cùng chia sẻ thông
46 tin và quản lý, nó sẽ có 1 hệ thống trung tâm để thu thập và phân phối thông tin cho các Client trong hệ thống mạng
Ethernet là một công nghệ mạng định nghĩa các tiêu chuẩn kết nối và phát tín hiệu cho tầng vật lý Nó bao gồm hai phương tiện truy cập tại phần MAC (điều khiển truy cập môi trường truyền dẫn) của tầng liên kết dữ liệu và một định dạng chung cho việc định địa chỉ Khi nói đến Ethernet, chúng ta thường liên hệ đến lớp 1 và lớp 2 trong mô hình OSI, với hai lớp này thuộc về phần cứng Ethernet, trong khi các lớp còn lại liên quan đến xử lý phần mềm.
Ethernet, được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn IEEE 802.3, với cấu trúc mạng hình sao và sử dụng cáp xoắn, đã trở thành công nghệ mạng LAN phổ biến nhất từ thập niên 1990 Gần đây, mạng Wi-Fi, được chuẩn hóa theo IEEE 802.11, đã ngày càng được sử dụng bên cạnh hoặc thay thế Ethernet trong nhiều cấu hình mạng.
Mô hình OSI và giao thức Ethernet TCP/IP
Mô hình OSI là một chuẩn tham khảo giúp xây dựng phương thức truyền dữ liệu giữa hai mạng khác nhau Trong mô hình này, mạng được chia thành các lớp, mỗi lớp đảm nhận một chức năng cụ thể trong quá trình truyền thông.
- Giao thức Ethernet TCP/IP cũng được xây dựng dựa vào mô hình này, nó được rút gọn lại còn 4 lớp tham khảo hình vẽ dưới
Hình 3-23 Mô hình so sánh giữa OSI và TCP/IP
Tóm tắt các lớp trong mô hình TCP/IP
Network Access layer (lớp truy cập mạng)
The combination of the Data Link and Physical layers manages electrical signal types, twisted pair cables, physical connection devices, and Ethernet Media Access Control (MAC).
Một số giao thức tiêu biểu trong tầng này gồm:
- FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
Nằm bên trên lớp truy cập mạng tầng này có chức năng gán địa chỉ, đóng gói và định tuyến (Route) dữ liệu
Bốn giao thức quan trọng nhất của tầng này như sau
- IP (internet Protocol): có chức năng gán địa chỉ cho dữ liệu trước khi truyền và định tuyến chúng tới đích
Giao thức ARP (Address Resolution Protocol) có nhiệm vụ chuyển đổi địa chỉ IP của máy đích thành địa chỉ MAC khi nhận dữ liệu, đồng thời chuyển đổi địa chỉ MAC thành địa chỉ IP khi gửi dữ liệu.
- ICMP (Internet Control Message Protocol): có chức năng thông báo lỗi trong trường hợp truyền bị hỏng
- IGMP (Internet Group Management Protocol): có chức năng điều khiển truyền đa hướng (Muticast)
Transport Layer (lớp giao vận)
Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tính và quy định cách truyền dữ liệu
Hai giao thức chính trong lớp này gồm
Giao thức UDP (User Datagram Protocol) là một giao thức truyền thông phi kết nối, không đảm bảo độ tin cậy trong việc truyền dữ liệu Thường được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao và độ trễ thấp, UDP chỉ truyền các gói tin nhỏ, với độ tin cậy dữ liệu phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể.
TCP (Giao thức điều khiển truyền tải) là một giao thức truyền thông hướng kết nối, trái ngược với UDP, và đảm bảo việc truyền dữ liệu một cách đáng tin cậy Giao thức này thường sử dụng các gói tin có kích thước lớn và yêu cầu bên nhận xác nhận các gói tin đã được nhận.
Application Layer (lớp ứng dụng)
Tầng ứng dụng bao gồm nhiều giao thức giúp cung cấp dịch vụ cho người dùng, cho phép định dạng và trao đổi thông tin một cách hiệu quả Một số giao thức phổ biến trong tầng này bao gồm HTTP, FTP và SMTP.
- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): giao thức cấu hình trạm động (tự động lấy địa chỉ IP)
- DNS (Domain Name System): Hệ thống tên miền
- SNMP (Simple Network Management Protocol): giao thức quản lý mạng đơn giản
- TFTP (Trivial File Transfer Protocol): Giao thức truyền tập tin bình thường TELNET
Tất cả thông tin từ lớp trên được truyền xuống lớp dưới, nơi lớp dưới coi đó là dữ liệu Sau đó, lớp dưới sẽ gán thêm header riêng của nó trước khi tiếp tục xử lý dữ liệu.
Hoạt động của giao thức TCP/IP như sau:
- Ở phía phát: (quá trình phát)
Dữ liệu được truyền từ ứng dụng thông qua hai giao thức vận chuyển chính là TCP hoặc UDP Trong đó, một gói tin hoặc đơn vị dữ liệu (PDU) của TCP/UDP thường được gọi là các segment (đoạn dữ liệu).
Trong lớp Internet, giao thức IP đảm nhận vai trò cung cấp thông tin địa chỉ logic (địa chỉ IP) và đóng gói dữ liệu vào một datagram, thường được gọi là gói IP.
Phần mềm quản lý năng lượng
Power Manager
Hiện nay, sự phát triển nhanh chóng của khoa học - công nghệ đã dẫn đến việc xây dựng nhiều tòa nhà cao tầng, kéo theo sự phức tạp trong hệ thống điện và mức tiêu thụ điện năng cao Do đó, việc quản lý và giám sát nguồn điện năng trong các tòa nhà và cơ sở vật chất trở nên cần thiết, nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng điện Đây là vấn đề được nhiều tổ chức và doanh nghiệp đặc biệt quan tâm.
Sự ra đời của phần mềm Power Manager đã giải quyết được vấn đề về giảm sát và quản lý điện năng
Hình 4-1 Giao diện phần mềm Power Manager
Powermanager là phần mềm giám sát năng lượng, giúp quản lý và giám sát điện năng hiệu quả Được phát triển bởi các chuyên gia của Siemens, Powermanager được ứng dụng trong hệ thống giám sát năng lượng PMS Siemens, phục vụ cho các tòa nhà cao tầng và cơ sở hạ tầng như bệnh viện, trung tâm dữ liệu, nhà máy và tập đoàn Phần mềm này mang lại nhiều tính năng nổi bật, hỗ trợ tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.
- Giám sát năng lượng độc lập với các thiết bị đo lường.
- Có thể được vận hành bằng việc sử dụng Windows PC và các thiết bị đo lường có kết nối Ethernet.
Khách hàng có thể nhanh chóng bắt đầu sử dụng phần mềm thông qua gói cấp phép cơ bản, đồng thời linh hoạt mở rộng hình thức cấp phép theo nhu cầu riêng của mình.
- Phần mềm có đầy đủ khả năng mở rộng, liên quan đến số lượng các thiết bị và chức năng phần mềm.
- Tích hợp truyền thông các thiết bị đo 7KT / 7KM PAC, bộ ngắt mạch 3WL / 3
VL / 3VA, thiết bị 7KM PAC 5200 và bất kỳ thiết bị Modbus khác.
- Hỗ trợ các giao diện, thiết bị và truyền thông khác nhau (Modbus RTU, Modbus TCP )
- Có thể hiện thị trạng thái của các thiết bị.
Lợi ích của việc sử dụng phần mềm Powermanager
- Làm cho luồng năng suất sử dụng điện năng trở nên rõ ràng
- Đưa ra đồ thị chính xác về việc tiêu thụ năng lượng.
- Tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.
- Tối ưu hóa việc cung cấp năng lượng.
- Chỉ ra chi phí điện năng và các tâm điểm chi phí.
- Tối ưu các chi phí bảo trì cơ sở vật chất.
- Đưa ra các cảnh báo với các thiết bị khi gặp phải sự cố trong sử dụng điện năng.
Hệ thống điện trong các tòa nhà cao tầng và cơ sở vật chất rất phức tạp, đặc biệt là với nhu cầu sử dụng điện năng khắt khe của các tòa nhà thông minh dựa trên IoT Mạng lưới điện phức tạp dễ dẫn đến sự cố, và việc xác định nguồn gốc của những sự cố này thường gặp khó khăn Phần mềm Powermanager ra đời nhằm giải quyết những thách thức này với những ưu điểm nổi bật.
Phần mềm Powermanager cho phép theo dõi và giám sát chi tiết việc sử dụng nguồn điện theo thời gian thực Ngoài ra, nó còn giúp điều khiển trạng thái của các thiết bị điện trong hệ thống, nâng cao hiệu quả quản lý năng lượng.
Phần mềm sẽ cảnh báo khi phát hiện tín hiệu sự cố vượt quá ngưỡng bảo vệ đã được thiết lập cho các thông số nguồn điện.
Phần mềm cung cấp tính năng tạo báo cáo, giúp lưu trữ trạng thái của các phần tử trong hệ thống, chỉ số giám sát các đại lượng và tình trạng hỏng hóc của thiết bị, từ đó cho phép tổng hợp thông tin thành các báo cáo định kỳ.
Phần mềm sở hữu mức độ bảo mật cao nhờ vào khả năng phân cấp giám sát và điều khiển Chỉ những người được cấp phép mới có quyền thay đổi các tham số của hệ thống, với mỗi cấp độ khác nhau tương ứng với mức truy cập riêng biệt.
Phần mềm Powermanager hỗ trợ theo dõi và giám sát tình trạng hoạt động của hệ thống điện, giúp quản lý và sử dụng điện năng một cách hiệu quả trong các tòa nhà cao tầng và cơ sở hạ tầng.
57 hiệu quả hơn Do đó Powermanager thật sự là một trợ thủ đắc lực giúp bạn quản lý và giám sát hệ thống nguồn điện phức tạp.
Powerconfig
Phần mềm Powerconfig hỗ trợ cấu hình, cài đặt và vận hành thiết bị đo từ dòng sản phẩm SENTRON, cho phép giao tiếp và ngắt mạch hiệu quả Ưu điểm nổi bật của Powerconfig là khả năng tối ưu hóa quá trình quản lý thiết bị, nâng cao hiệu suất hoạt động và đảm bảo tính chính xác trong các ứng dụng công nghiệp.
- Tham số hóa, vận hành và giám sát trong cùng một phần mềm
- Tài liệu về các giá trị đo và cài đặt đo
- Trình bày rõ ràng các thông số có sẵn bao gồm kiểm tra tính hợp lý của các đầu vào
- Hiển thị các trạng thái thiết bị khả dụng và giá trị đo được trong các chế độ xem được tiêu chuẩn hóa
- Gán tham số cho tất cả các thành phần 3VA2 điện tử
- Lưu trữ dữ liệu theo định hướng dự án của dữ liệu thiết bị
- Hỗ tợ các giao diện truyền thông khác nhau (Modbus RTU, Modbus TCP, PROFIBUS, PROFINET)
- Đọc và lưu danh sách tin nhắn, hồ sơ tải và gói ngôn ngữ (phụ thuộc vào thiết bị)
- Tổng quan về trạng thái ngắt mạch với dòng tải và sự kiện
- Cập nhật chương trình cơ sở của thiết bị
Phần mềm SENTRON powerconfig được thiết kế để hỗ trợ người dùng ghi lại vị trí dữ liệu phân phối năng lượng một cách độc lập, từ đó cho phép theo dõi trạng thái và mức tiêu thụ năng lượng hiệu quả.
SENTRON cung cấp dịch vụ cho thiết bị đo và thiết bị ngắt mạch hỗ trợ giao tiếp IP, cho phép người dùng truy cập các chế độ xem trực tuyến khác nhau thông qua phần mềm powerconfig trên PC.
Hình 4-3 Giao diện trên điện thoại
Hệ điều hành MindSphere
Công nghiệp 4.0 đang trở thành xu hướng không thể thiếu trong tương lai, với việc áp dụng rộng rãi tại các nhà máy lớn thông qua việc kết nối các thiết bị và máy móc Giải pháp số hóa nhà máy không chỉ giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả vận hành và sản xuất, từ đó cải thiện khả năng cạnh tranh trên thị trường.
Mindsphere là giải pháp hiệu quả cho việc phân tích, quản lý và điều hành hệ thống thiết bị máy móc lớn, ngày càng trở nên phổ biến trong bối cảnh công nghiệp 4.0.
Hình 4-4 Hệ điều hành MindSphere
MindSphere là hệ điều hành mở kết nối vạn vật do Siemens phát triển, dựa trên nền tảng điện toán đám mây Hệ thống này cho phép kết nối các sản phẩm, nhà máy, hệ thống và máy móc, từ đó khai thác dữ liệu phong phú từ Mạng lưới Vạn vật Kết nối IoT (Internet of Things) thông qua khả năng phân tích nâng cao.
MindSphere mang đến nhiều lựa chọn giao thức kết nối thiết bị và hệ thống doanh nghiệp, cùng với các ứng dụng công nghiệp và phân tích nâng cao Nền tảng này tạo ra một môi trường phát triển sáng tạo, kết hợp khả năng của PaaS mở của Siemens và quyền truy cập vào dịch vụ đám mây AWS (Amazon Web Services).
MindSphere kết nối các đối tượng thực với thế giới kỹ thuật số, cung cấp ứng dụng công nghiệp mạnh mẽ và dịch vụ kỹ thuật số, qua đó thúc đẩy thành công trong hoạt động kinh doanh.
Siemens cung cấp giải pháp tập trung vào hoạt động kinh doanh, góp phần thúc đẩy đổi mới khép kín thông qua việc sử dụng bản sao số cho sản phẩm, quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả công việc.
Cấu trúc hệ điều hành Mindsphere
Mindsphere IoT, được phát triển bởi Siemens, là nền tảng dịch vụ PaaS dựa trên điện toán đám mây, giúp khách hàng và doanh nghiệp dễ dàng triển khai hệ điều hành và quản lý ứng dụng mà không cần xây dựng hạ tầng phức tạp.
Dữ liệu từ các thiết bị và vạn vật trong hệ thống được thu thập, tổng hợp và phân tích trên nền tảng điện toán đám mây Phần mềm quản lý thực hiện việc phát hiện và sửa lỗi, đồng thời tổng hợp số liệu để đưa ra lệnh điều khiển trở lại cho các thiết bị trong hệ thống.
Nền tảng Mindsphere tối ưu hóa việc phân luồng dữ liệu và quản lý lượng dữ liệu cho các thiết bị kết nối trong hệ thống Mindsphere cung cấp giải pháp điện toán đám mây linh hoạt và tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp, phù hợp với nhu cầu thay đổi theo từng thời điểm.
Lợi ích của hệ điều hành Mindsphere
Hệ điều hành Mindsphere, được xây dựng trên nền tảng Cloud Foundry, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như Javascript, CSS, ReactJS, NodeJS, Python và HTML5 Đặc biệt, Siemens cung cấp phần mềm lập trình low-code Mendix, giúp tối ưu hóa quy trình phát triển và rút ngắn thời gian đưa sản phẩm đến tay khách hàng.
Mindsphere cung cấp hỗ trợ tối đa cho khách hàng trong việc lập trình phần mềm và cài đặt ứng dụng thông qua giao diện trực quan, dễ hiểu Người dùng có thể phát triển các ứng dụng trên nền tảng phần mềm và phần cứng như PC, máy tính và thiết bị di động, giúp quản lý và vận hành một cách linh hoạt.
Tính năng của hệ điều hành Mindsphere:
- Thực hiện các kết nối phần cứng hoặc phần mềm an toàn
- Người lập trình dễ dàng triển khai, phát triển và thử nghiệm các giải pháp với cấu hình có sẵn
- Mindsphere có sẵn các ứng dụng để phân phối
- Tự động hóa các kết quả phân tích chính xác và chuyên sâu theo dữ liệu sản xuất, máy móc cung cấp
- Phát triển dịch vụ đám mây nguyên gốc
- Lợi thế khi sử dụng hệ điều hành Mindsphere:
- Giải pháp giúp doanh nghiệp rút ngắn thời gian xây dựng và phát triển ứng dụng quản lý hệ thống
- Quy trình hoạt động đổi mới khép kín, có bản sao đầu cuối dễ dàng phân tích, xác định lỗi, tránh mất dữ liệu
- Cung cấp hệ sinh thái đối tác đa dạng, phong phú cho sản xuất công nghiệp hay kinh doanh
- Với nền tảng Paas mở cho phép người dùng quản lý truy cập đám mây gốc, sử dụng dữ liệu hiệu quả
Giải pháp quản lý Mindsphere mang lại nhiều lợi ích đáng kể, được chứng minh qua các mô hình sản xuất và hệ thống quy mô lớn Một số ứng dụng thực tế của Mindsphere có thể kể đến là
Phần mềm EnergyIP, được phát triển trên nền tảng Mindsphere, là giải pháp tối ưu cho quản lý lưới điện Ứng dụng này cung cấp các giải pháp hiệu quả cho quản lý năng lượng phân tán, dữ liệu công tơ và tương tác với khách hàng thông qua các thiết bị đầu cuối.
Quản lý hiệu suất thiết bị hiệu quả với My Machines trên nền tảng Mindsphere giúp giám sát toàn bộ công cụ kết nối trong hệ thống Ứng dụng này mang lại sự minh bạch trong hoạt động sản xuất, cho phép người quản lý đánh giá chính xác việc sử dụng máy móc, từ đó giảm chi phí vận hành và sửa chữa.
Hình 4-5 Khả năng kết nối dữ liệu của MindSpace
Mindsphere là giải pháp quản lý vận hành hiệu quả nhờ vào tính ứng dụng cao và khả năng thu thập, phân tích dữ liệu một cách chủ động và chính xác.
Hệ thống PMS Siemens tích hợp hệ điều hành MindSphere
Trong hệ thống giám sát năng lượng, việc ghi lại và phân tích mức tiêu thụ năng lượng là yêu cầu thiết yếu để đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy Tích hợp với các hệ điều hành IoT mở như MindSphere, hệ thống có khả năng ghi lại và phân tích khối lượng dữ liệu lớn từ nhiều thiết bị một cách nhanh chóng và hiệu quả trong thời gian thực.
Tích hợp hệ điều hành MindSphere giúp giám sát liên tục quá trình phân phối điện, cho phép phát hiện sớm các trạng thái quan trọng của tòa nhà hoặc nhà máy, từ đó nâng cao hiệu quả năng lượng.
Tích hợp dữ liệu trong các hệ thống đám mây giúp lưu trữ, xử lý và phân tích khối lượng lớn dữ liệu Dữ liệu năng lượng có thể được chuyển trực tiếp vào các hệ điều hành IoT mở như MindSphere, cho phép ghi lại và phân tích mức tiêu thụ năng lượng nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy.
Hiển thị thông tin trạng thái và thông số điện từ các thiết bị riêng lẻ đến hệ thống hoàn chỉnh giúp tối ưu hóa năng lượng, nâng cao tính sẵn có và nhanh chóng xác định lỗi trong tòa nhà.
Có thể so sánh các quá trình khác nhau, tải hoặc các thành phần hệ thống có thể phát hiện ra sự thiếu hiệu quả để khắc phục
