Tổng quan về hệ thống BMS
Khái niệm về BMS
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống quản lý quản lý tòa nhà BMS trên thế giới và tại Việt Nam
Thuật ngữ BMS, xuất hiện từ những năm 1950, đã trải qua nhiều biến đổi về phạm vi và cấu hình hệ thống nhờ sự phát triển của công nghệ vi xử lý Hệ thống giao tiếp đã tiến từ đi dây cứng sang đi dây hỗn hợp và hiện nay là hệ thống hai dây liên lạc số hoàn toàn Mặc dù hệ thống quản lý tòa nhà đã phát triển hơn 50 năm ở các nước phát triển, việc áp dụng BMS chỉ trở nên phổ biến vào cuối thế kỷ 20 khi các quốc gia châu Âu và một số nước châu Á phát triển kinh tế kỹ thuật Giai đoạn này đã hình thành nhiều tiêu chuẩn phổ biến trong công nghệ BMS, biến BMS thành yêu cầu thiết yếu trong xây dựng tòa nhà Hiện tại, thị phần BMS chủ yếu tập trung ở Bắc Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản, với các nhà cung cấp hàng đầu như Siemens, Johnson Controls, Honeywell, Trane và Mitsubishi.
1.1.2 Khái niệm và các lợi ích của hệ thống quản lý tòa nhà BMS
Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) là một giải pháp điều khiển dựa trên máy tính, được sử dụng để giám sát và quản lý các hệ thống cơ điện trong tòa nhà, bao gồm hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí, cung cấp điện, báo cháy, chữa cháy tự động và an ninh BMS bao gồm phần mềm và phần cứng, thường được cấu hình theo kiểu phân cấp và hỗ trợ các giao thức như C-bus, Profibus Ngoài ra, các nhà sản xuất cũng cung cấp BMS tích hợp với các giao thức Internet và các chuẩn mở như DeviceNet, SOAP, XML, BACNet, Lonworks và Modbus.
Hệ thống quản lý tòa nhà BMS là giải pháp điều khiển toàn diện, đáp ứng yêu cầu của nhà đầu tư về tính năng và công nghệ tiên tiến BMS thực hiện quản lý và điều khiển các hạng mục kỹ thuật trong tòa nhà, theo dõi thông số của các thiết bị kết nối Qua việc trao đổi thông tin, BMS điều chỉnh hoạt động của các hệ thống kỹ thuật theo yêu cầu, đảm bảo an toàn, an ninh, tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành, đồng thời nâng cao tính chủ động trong bảo trì và nâng cấp hệ thống.
Hệ thống BMS (Building Management System) là một công nghệ tiên tiến được áp dụng rộng rãi trong quản lý vận hành các tòa nhà tại nhiều quốc gia phát triển Việc tích hợp BMS giúp nâng cao hiệu quả vận hành, đảm bảo độ chính xác và an toàn, đồng thời tạo cảm giác thoải mái cho người sử dụng Hệ thống này còn có khả năng giám sát và lập trình lịch vận hành cho các hệ thống cơ điện, cũng như quản lý kế hoạch bảo trì và sửa chữa, từ đó giúp tiết kiệm đáng kể năng lượng tiêu thụ Các lợi ích nổi bật của BMS bao gồm hiệu suất làm việc cao và giảm thiểu chi phí vận hành.
Giảm điện năng tiêu thụ (trung bình 15 – 20%)
Tiết kiệm chi phí vận hành, thời gian quản trị, nhân lực và các tài nguyên khác
Tăng hiệu quả, độ bền, an toàn các thiết bị vận hành
Tăng hiệu suất làm việc của người sinh hoạt trong tào nhà ( 2- 5 %)
Dễ dàng thay đổi, mở rộng, nâng cấp để đáp ứng nhu cầu phát triển
Lập trình linh hoạt theo nhu cầu của từng tòa nhà
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
1.1.3 Các chức năng cơ bản của hệ thống BMS
Hệ thống quản lý tòa nhà có thể thực hiện được các chức năng cơ bản như sau:
Giám sát và điều khiển hệ thống điều hòa thông gió
Quản lý toàn bộ hệ thống điều hòa và thông gió của tòa nhà từ một trung tâm điều khiển là rất quan trọng Tại đây, các bảng biểu, sơ đồ nguyên lý hoạt động, mặt bằng bố trí thiết bị, thông số kỹ thuật và trạng thái hoạt động của hệ thống điều hòa không khí được hiển thị trên màn hình giám sát Điều này cho phép người quản lý giám sát và điều khiển các thiết bị như Chiller, bơm nước chiller, AHU, VAR, và quạt một cách trực quan và hiệu quả.
Quản lý hệ thống điện bao gồm việc điều khiển và giám sát các nguồn cấp điện, máy phát dự phòng, máy biến thế, cùng với các tủ phân phối điện chính và khu vực.
Hệ thống đèn chiếu sáng trong và ngoài tòa nhà được thiết kế nhằm tối ưu hóa tiện ích cho người sử dụng và quản lý Đèn chiếu sáng tại các khu vực có thể được điều khiển từ xa thông qua phòng điều khiển trung tâm, các công tắc khả trình hoặc Relay điều khiển RCM Đặc biệt, tại những khu vực nhạy cảm như khu chế tác, khu trưng bày và văn phòng, hệ thống chiếu sáng liên kết với hệ thống an ninh Khi phát hiện tín hiệu truy nhập bất hợp pháp, đèn sẽ tự động bật sáng, tăng cường độ chiếu sáng để hỗ trợ việc ghi hình của camera giám sát.
Hệ thống BMS cho phép giám sát và lưu trữ hình ảnh từ camera, đồng thời điều khiển camera để theo dõi các hoạt động tại cửa ra vào Ngoài ra, hệ thống còn có khả năng ra lệnh đóng mở trong các tình huống khẩn cấp, như khi phát hiện xâm nhập trái phép hoặc sự cố cháy nổ.
Hệ thống báo cháy và chữa cháy tự động
Hệ thống BMS giám sát và phát tín hiệu cảnh báo khi có sự cố cháy nổ, đồng thời truyền tín hiệu qua hệ thống truyền thanh và thông báo đến cơ quan chữa cháy Nó điều khiển hệ thống điều hòa không khí để hạn chế cháy lan, cắt điện nguồn và kích hoạt hệ thống chiếu sáng thoát hiểm để hướng dẫn người dân ra lối thoát Trong trạng thái bình thường, BMS theo dõi hoạt động của bơm chữa cháy, tình trạng hệ thống chữa cháy tự động và mức nước tại các bể chữa cháy.
Hệ thống truyền thanh nội bộ cung cấp các cảnh báo quan trọng khi xảy ra sự cố kỹ thuật hoặc cháy nổ Những cảnh báo này được phát ra bởi nhân viên kỹ thuật hoặc từ máy chủ hệ thống BMS, đảm bảo thông tin nhanh chóng và hiệu quả trong trường hợp khẩn cấp.
Quản lý hệ thống thang máy
Giám sát trạng thái hoạt động của thang máy bao gồm việc theo dõi nhiệt độ và nồng độ oxy trong buồng thang, kiểm tra tình trạng hoạt động của động cơ và xác định vị trí của thang máy Hệ thống này cũng thực hiện điều khiển liên động khi xảy ra sự cố cháy nổ, cũng như điều khiển bật/tắt động cơ thang máy để đảm bảo an toàn.
Một số hãng cung cấp giải pháp hệ thống quản lý tòa nhà BMS trên thế giới
1.2.1 Thị phần của thị trường BMS
Trên thế giới hiện nay, nhiều nhà cung cấp giải pháp BMS tập trung chủ yếu ở Bắc Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản Theo khảo sát của ARC Advisory Group năm 2006, Bắc Mỹ dẫn đầu thị trường BMS với doanh thu hơn 12 tỷ đô la, chiếm 49,5% thị trường toàn cầu Châu Âu theo sau với 7,5 tỷ đô, chiếm 30% thị trường, tiếp đó là Nhật Bản, các nước châu Á và Châu Mỹ Latinh.
Bảng 1.1 Thị trường BMS trên thế giới năm 2001 và 2006 theo nguồn của ARC
Siemens hiện đang dẫn đầu thị trường BMS tại châu Âu và đã mở rộng sự chú ý sang thị trường Bắc Mỹ trong những năm gần đây Công ty cung cấp giải pháp quản lý tòa nhà toàn diện, đảm bảo sự thoải mái, an ninh, an toàn cháy nổ, đồng thời tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng và vận hành.
Siemens đang phát triển chương trình giải pháp vận hành nhằm nâng cao khả năng điều khiển, vận hành và bảo trì tòa nhà cho khách hàng.
Johnson Controls là nhà cung cấp hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) hàng đầu tại Bắc Mỹ, nổi bật nhờ khả năng cung cấp giải pháp tự động toàn diện cho các tòa nhà Hãng còn cung cấp các hệ thống chiếu sáng tự động, thiết bị báo cháy, chữa cháy và các giải pháp an ninh, truy cập, đáp ứng đầy đủ nhu cầu của khách hàng.
Hai hãng cung cấp giải pháp BMS hàng đầu thế giới, theo khảo sát của ARC Advise Group, lần lượt chiếm 14,4% và 12,5% thị phần toàn cầu.
Hình 1.1 Biểu đồ Thị phần của các nhà cung cấp giải pháp BMS trên thế giới
Ngoài Siemens và Johnson Controls, thị trường BMS còn có các nhà cung cấp lớn như Honeywell với 11,9%, Trane với 6,5%, Yamatake và Invensys lần lượt chiếm 6,5% và 6,1% Khoảng 22,2% thị phần còn lại thuộc về các nhà cung cấp khác không được đề cập trong biểu đồ.
1.2.2 Giải pháp công nghệ của một số hãng cung cấp giải pháp BMS
Nền tảng BMS Apogee của Siemens là một hệ thống quản lý tòa nhà mở và linh hoạt, được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu đa dạng của khách hàng Hệ thống này cung cấp khả năng điều khiển và quản lý toàn diện, cùng với khả năng truyền thông tiên tiến, giúp dễ dàng tích hợp với các hệ thống và thiết bị khác Siemens cung cấp nhiều tiêu chuẩn và lựa chọn giao thức như Modbus, BACNet và Lonworks, đảm bảo sự tương thích và linh hoạt cho người sử dụng.
Bộ phận cốt lõi của hệ thống BMS Apogee Siemens là MBC (Modular Equipment Controller), có khả năng điều khiển thiết bị, giám sát và quản lý năng lượng Phần mềm Insight 3.3 GUI do Apogee Siemens phát triển giúp khách hàng dễ dàng tích hợp hệ thống quản lý tòa nhà, giảm chi phí vận hành và đảm bảo an toàn cho người sử dụng Apogee được thiết kế chạy trên máy chủ cài hệ điều hành Windows 2000 hoặc Windows NT 4.0.
Johnson Controls là nhà cung cấp hàng đầu thế giới về giải pháp quản lý BMS, bao gồm hệ thống chiếu sáng tự động, hệ thống điều hòa thông gió HVAC tự động, cùng với thiết bị báo cháy và chữa cháy Công ty phục vụ nhiều khách hàng nổi tiếng như Americantech, Bank of America, IBM và Glaxo.
Johnson Controls cung cấp hệ thống BMS Metasys, mang lại sự thoải mái tối ưu cho tòa nhà thông qua việc giám sát cảm biến báo cháy, kiểm soát truy cập, điều khiển chiếu sáng và hỗ trợ bảo trì thiết bị Hệ thống Metasys có khả năng giao tiếp với hàng trăm thiết bị từ các hệ thống điều khiển khác nhau, giúp người quản lý tòa nhà đưa ra quyết định chính xác Ngoài ra, Johnson Controls thiết kế phần mềm kỹ thuật nhằm dự đoán và ngăn chặn sự cố mất điện, đồng thời tăng cường an ninh Công ty cũng phát triển phần mềm Data Visualization, tự động sắp xếp thông tin ưu tiên để người vận hành có thể dự đoán các điều kiện vận hành trong tương lai.
Honeywell, được thành lập vào năm 1885 tại Mỹ, đã mở rộng hoạt động của mình bằng việc mua lại công ty Pittway vào năm 2001 Pittway, có trụ sở tại Chicago, chuyên cung cấp giải pháp tự động cho các tòa nhà cao tầng và nhà biệt thự Công ty này nổi bật với khả năng cung cấp các giải pháp tự động tích hợp, bao gồm hệ thống báo cháy, an ninh và HVAC, đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng.
Hệ thống quản lý tòa nhà Honeywell, EXCEL 5000, được phát triển dựa trên tiêu chuẩn hệ thống mở, cho phép tích hợp linh hoạt các thiết bị phần cứng, phần mềm và mạng lưới Với cấu trúc mở, Honeywell mang đến cho khách hàng khả năng kết nối nhiều hệ thống phụ khác nhau Ngoài ra, Honeywell còn phát triển các phần mềm ứng dụng như Lifesatify Manager, Building Manager và Security Manager để nâng cao hiệu quả quản lý.
Thị trường BMS tại Việt Nam
Tại Việt Nam, hiện có khoảng 50% số nhà trang bị hệ thống điều hòa, bảo vệ, báo cháy và giám sát bằng camera, nhưng chỉ có khoảng 10% tòa nhà áp dụng hệ thống quản lý tòa nhà BMS Các hệ thống này hoạt động riêng biệt, không có sự kết nối và quản lý chung Việc áp dụng BMS chỉ được chú trọng trong những năm gần đây, và Việt Nam chưa có các tiêu chuẩn cụ thể cho việc triển khai BMS trong xây dựng Tuy nhiên, với xu hướng hội nhập kinh tế toàn cầu, BMS sẽ dần trở thành yếu tố thiết yếu trong xây dựng các tòa nhà trong tương lai.
Trong những năm gần đây, sự gia tăng xây dựng cao ốc tại Việt Nam đã tạo ra nhu cầu cần thiết về quản lý hiệu quả chi phí, năng lượng, an toàn và bảo trì Hệ thống quản lý tòa nhà BMS ra đời nhằm đáp ứng các yêu cầu này, giúp giám sát và vận hành các hệ thống trong tòa nhà một cách hiệu quả Trong khoảng 10 năm qua, nhiều cao ốc đã được trang bị hệ thống BMS để nâng cao tiện nghi, an toàn và hiệu quả sử dụng Các nhà cung cấp giải pháp BMS tại Việt Nam chủ yếu là những thương hiệu nổi tiếng toàn cầu như Siemens, Honeywell, Johnson Control và Yamakate.
Theo các nhà đầu tư, hệ thống BMS mặc dù có chi phí đầu tư ban đầu cao hơn so với hệ thống điều khiển thông thường, nhưng lại tiết kiệm được khoảng 40% chi phí vận hành và năng lượng Điều này giúp giảm giá thành sản xuất đáng kể, đặc biệt khi diện tích sàn của mỗi nhà máy từ vài nghìn đến vài chục nghìn m2 Hiệu quả đầu tư từ hệ thống BMS mang lại lợi thế cạnh tranh rõ rệt và thời gian hoàn vốn nhanh chóng Do đó, xu hướng áp dụng BMS trong quản lý vận hành nhà máy đang trở thành lựa chọn tất yếu cho các chủ đầu tư trong lĩnh vực sản xuất lớn.
Một số nhà máy tiêu biểu tích hợp hệ thống BMS:
Nhà máy sản xuất ô tô Volkswagen, được coi là lớn nhất thế giới với diện tích lên tới 6.500.000 m2, cho phép nhân viên di chuyển bằng xe đạp Hàng năm, nhà máy cung cấp hơn 40 triệu ô tô ra thị trường toàn cầu Một trong những điểm nhấn ấn tượng của nhà máy là tòa tháp đôi 20 tầng chứa đầy xe hơi Ngoài ra, nhà máy còn sử dụng hệ thống BMS hiện đại với giải pháp điều khiển từ Honeywell.
Chi phí dành cho hệ thống BMS của nhà máy này vào khoảng 90 triệu USD
Hình 1.3 Nhà máy sản xuất máy bay Boeing
Nhà máy Boeing ở Everett, Washington, Mỹ, là một trong những nhà xưởng lớn nhất thế giới với diện tích sàn lên tới 398.000 m² trên tổng diện tích khoảng 98,3 ha Tại đây, những chiếc máy bay dân dụng lớn nhất như 747-8 Intercontinental, 777 Worldliner và 787 Dreamliner được lắp ráp Nhà máy được trang bị hệ thống BMS hiện đại sử dụng công nghệ Apogee của Siemens.
Chi phí dành cho hệ thống BMS của nhà máy này vào khoảng 50 triệu USD
Hình 1.4 Nhà máy sản xuất vải của Lauma,Latvia
Lauma là một trong những công ty hàng đầu trong ngành dệt may, với nhà máy lớn nhất thế giới có diện tích 115.645 m2, chiều dài 505m và chiều rộng 225m Nhà máy được trang bị hệ thống BMS hiện đại sử dụng công nghệ Apogee của Siemens.
Chi phí dành cho hệ thống BMS của nhà máy này vào khoảng 20 triệu USD
1.4 Tính cấp thiết và tầm quan trọng của đề tài
Tình hình sử dụng năng lượng tại các nhà máy sản xuất rất cao do đặc thù sản xuất liên tục Do đó, việc tiết kiệm năng lượng trong quy trình sản xuất trở thành ưu tiên hàng đầu.
Nghiên cứu này, kết hợp với các công trình nghiên cứu quốc tế, sẽ cung cấp cơ sở cho các mô hình nhà máy sản xuất, giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng trong các nhà máy.
1.5 Mục tiêu và nội dung của đề tài
Mục tiêu của đề tài là xây dựng cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế hệ thống BMS cho mô hình nhà máy, đồng thời tính toán hiệu quả kinh tế khi tích hợp hệ thống này Ngoài ra, nghiên cứu cũng thực hiện mô phỏng điều khiển và giám sát nhà máy thông qua phần mềm Window Viewer.
1.6 Giới hạn của đề tài Đề tài sẽ xây dựng phần cơ sở lý thuyết dùng để tính toán thiết kế mô hình BMS cho nhà máy P&G Do hệ thống BMS ra đời chủ yếu tích hợp cho các tòa nhà, cao ốc nên khi áp dụng mô hình này cho nhà máy sản xuất còn gặp rất nhiều khó khăn cho khâu thiết kế và tính toán Tài liệu tham kh ảo còn rất hạn chế nên rất cần sự đóng góp của mọi người để luận văn ngày một hoàn thiện hơn và sát với thực tế hơn.
Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống quản lý tòa nhà BMS
Tổng quan
Hệ thống quản lý tòa nhà BMS được thiết kế dựa trên nền tảng điều khiển, giám sát và quản lý, với đầy đủ các tính năng “Điều khiển – Giám sát – Kết nối tích hợp” cho các hệ thống kỹ thuật khác.
Hệ thống BMS có đầy đủ các chức năng cơ bản sau:
Giám sát các thông số nồng độ chất lượng không khí
Điều khiển đèn chiếu sáng tại các khu vực hành lang, các khu công cộng trong và ngoài tòa nhà
Giám sát các thông số điện áp, của nguồn điện cung cấp.Kết nối tích hợp với hệ thống điều khiển điều hoà thông gió, chuẩn giao thức
BacNet, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong thiết kế để điều khiển hệ thống điều khiển điều hòa thông gió HVAC
Kết nối tín hiệu báo động với hệ thống báo cháy và chữa cháy giúp thu nhận thông tin về cháy nổ, từ đó phối hợp điều khiển các thiết bị trong các hệ thống kỹ thuật khác.
Kết nối tín hiệu báo động với hệ thống an ninh theo đúng yêu cầu thiết kế kỹ thuật
Hệ thống cho phép lưu trữ các tham số thu nhận được, phục vụ cho việc báo cáo và viết chương trình điều khiển Điều này giúp điều khiển hệ thống điều hòa thông gió khi nhận được tín hiệu báo cháy và tín hiệu từ hệ thống giám sát môi trường.
Hệ thống cho phép phát triển các chương trình điều khiển ứng dụng tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu thao tác thủ công, từ đó tiết kiệm thời gian, nhân công và chi phí vận hành, đồng thời kéo dài tuổi thọ thiết bị Hướng tới tương lai, hệ thống BMS mở rộng cho phép nâng cấp phần cứng và tương thích với các sản phẩm thế hệ mới, đảm bảo không bị lạc hậu so với công nghệ hiện tại.
2.2 Mô hình hệ thống tự động hoá của hệ thống BMS
Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển, giám sát tòa nhà
Hệ thống điều khiển có cấu trúc mở, hoàn toàn đáp ứng các yêu cầu của hệ thống BMS giám sát kỹ thuật và điều khiển tòa nhà, đồng thời hỗ trợ nâng cấp mở rộng trong tương lai Với giao thức mở và công nghệ tiên tiến, hệ thống tự động hóa tòa nhà cho phép tích hợp các hệ thống kỹ thuật đơn lẻ sử dụng các giao thức chuẩn như Bacnet, LONmark, ModBus, Profibus, EIB, M-Bus, giúp người quản lý dễ dàng trong việc vận hành và điều khiển các hệ thống kỹ thuật.
Hệ thống BMS được thiết kế theo cấu trúc của hệ điều khiển phân tán, sử dụng phần mềm điều khiển làm giao diện người máy HMI giữa máy tính điều khiển và các bộ điều khiển kỹ thuật số Hệ thống này hoạt động ổn định với các thiết bị điều khiển số DDC như MEC, PXC Compact và PXC Modular, ngay cả khi xảy ra gián đoạn truyền thông trong mạng điều khiển hoặc sự cố với máy tính điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm.
Các bộ điều khiển giao tiếp với nhau qua mạng Ethernet LAN TCP/IP, nơi chúng được kết nối theo kiểu ngang hàng và nhận diện bằng một địa chỉ IP duy nhất.
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống quản lý nhà máy
2.3 Phòng điều khiển trung tâm
Máy tính điều khiển của hệ thống BMS được đặt tại phòng điều khiển, cài đặt phần mềm chuyên dụng và hoạt động trên các hệ điều hành như Windows XP Pro, Windows 2000, Windows 2003, và Windows 2000/2003 Server Nó lưu trữ toàn bộ chương trình điều khiển dữ liệu cần thiết cho hoạt động của hệ thống, đồng thời đóng vai trò giao diện người máy trong quá trình vận hành và điều khiển.
Người vận hành có thể thực hiện đầy đủ các chức năng cần thiết trong việc quản lý, giám sát và điều khiển các hạng mục kỹ thuật được kết nối vào hệ thống BMS.
Máy tính hệ thống BMS giữ vai trò quan trọng trong việc quản lý, giám sát và điều khiển, yêu cầu hiệu suất, độ tin cậy và tính sẵn sàng cao để cung cấp thông tin liên tục 24/24 cho toàn bộ hệ thống Để đảm bảo hoạt động liên tục, hệ thống được trang bị bộ cấp nguồn không gián đoạn UPS, có khả năng cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống trong 25 phút khi mất điện lưới.
Máy in thông báo và báo lỗi của hệ thống được đặt tại phòng điều khiển, có chức năng in ra tất cả các trạng thái sự cố của hệ thống BMS và các hệ thống liên quan.
Máy tính điều khiển trung tâm
Việc sử dụng máy tính điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm mang lại nhiều tiện ích cho nhân viên vận hành, giúp tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình quản lý hệ thống Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả trong việc giám sát mà còn đảm bảo sự ổn định và an toàn cho toàn bộ hệ thống.
Tại phòng điều khiển trung tâm, người vận hành có thể truy cập vào hệ thống máy tính quản lý tòa nhà dựa trên quyền hạn của mình, nhằm giám sát hệ thống điện và điều khiển hệ thống điều hòa không khí.
Tại phòng điều khiển, nhân viên kỹ thuật có khả năng giám sát và điều khiển các thiết bị trong hệ thống BMS cùng với các hệ thống kết nối Hệ thống máy tính cho phép người quản lý tạo mới các điểm điều khiển, điều chỉnh cấu hình và nâng cấp mở rộng hệ thống BMS một cách hiệu quả.
Việc điều khiển hệ thống được thực hiện qua màn hình đồ hoạ đã được Việt hoá, giúp hiển thị rõ ràng vị trí và tên thiết bị Đồ hoạ được thiết kế mô phỏng cấu tạo thiết bị và địa hình khu vực lắp đặt, nhằm nâng cao sự thuận tiện cho nhân viên vận hành trong quá trình điều khiển.
Phòng điều khiển trung tâm
Máy tính điều khiển của hệ thống BMS được đặt tại phòng điều khiển, sử dụng phần mềm chuyên dụng hoạt động trên các hệ điều hành như Windows XP Pro, Windows 2000, Windows 2003, và Windows 2000 Server Thiết bị này lưu trữ toàn bộ chương trình điều khiển dữ liệu cần thiết, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp giao diện người máy cho quá trình vận hành và điều khiển hệ thống.
Người vận hành có thể thực hiện đầy đủ các chức năng cần thiết trong việc quản lý, giám sát và điều khiển các hạng mục kỹ thuật kết nối với hệ thống BMS.
Máy tính hệ thống BMS giữ vai trò quan trọng trong việc quản lý, giám sát và điều khiển, yêu cầu hiệu suất, độ tin cậy và sẵn sàng cao để cung cấp thông tin liên tục 24/24 Để đảm bảo hoạt động liên tục, hệ thống được trang bị bộ cấp nguồn không gián đoạn UPS, cung cấp nguồn nuôi cho toàn bộ hệ thống trong 25 phút khi mất điện lưới.
Máy in thông báo và báo lỗi của hệ thống được đặt tại phòng điều khiển, có nhiệm vụ in ra tất cả các trạng thái sự cố của hệ thống BMS và các hệ thống liên quan.
Máy tính điều khiển trung tâm
Sử dụng máy tính điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm mang lại nhiều lợi ích cho nhân viên vận hành, giúp tiết kiệm thời gian và công sức Điều này đảm bảo hiệu quả cao trong việc giám sát và điều khiển hệ thống.
Tại phòng điều khiển trung tâm, người vận hành có thể truy cập vào hệ thống máy tính quản lý tòa nhà theo phân quyền của mình, cho phép họ giám sát hệ thống điện và điều khiển điều hòa một cách hiệu quả.
Tại phòng điều khiển, nhân viên kỹ thuật có khả năng giám sát và điều khiển các thiết bị trong hệ thống BMS cùng các hệ thống kết nối Ngoài ra, quản lý hệ thống cũng có thể tạo mới các điểm điều khiển, điều chỉnh cấu hình và nâng cấp mở rộng hệ thống BMS trên máy tính.
Thao tác điều khiển trên màn hình đồ hoạ của hệ thống được Việt hoá với các vị trí và tên thiết bị, giúp tăng cường sự thuận tiện cho nhân viên vận hành Đồ hoạ được thiết kế mô phỏng cấu tạo thiết bị và địa hình khu vực lắp đặt, mang lại trải nghiệm điều khiển dễ dàng và hiệu quả.
Người vận hành có khả năng điều khiển máy điều hòa, bơm cấp nước, giám sát các thông số môi trường, điều chỉnh đèn chiếu sáng và theo dõi thông số nguồn điện Hệ thống BMS quản lý và giám sát vị trí thang máy, trạng thái làm việc cũng như báo lỗi của các thiết bị truyền động điện trong tòa nhà.
Phần mềm điều khiển hệ thống tích hợp chức năng “Kéo - Thả” bằng chuột, là một ứng dụng trên hệ điều hành Microsoft Windows Ứng dụng này nâng cao hiệu quả vận hành, đảm bảo tính chính xác và đáp ứng yêu cầu thời gian thực trong quá trình điều khiển.
Người vận hành có thể thực hiện các thao tác trên máy tính điều khiển để thay đổi giá trị và tham số cần thiết, cũng như viết chương trình điều khiển nhằm giám sát hệ thống hiệu quả.
Thu nhận các thông tin sau điều khiển
Hệ thống BMS sẽ lưu trữ tất cả thông tin liên quan đến hoạt động của các thiết bị như bơm, quạt, và nhiệt độ khu vực, bao gồm trạng thái, sự cố, và số giờ vận hành Ngoài ra, các tín hiệu kết nối từ báo động đột nhập, báo cháy và hoạt động của bơm chữa cháy cũng được hệ thống xử lý, phân loại và lưu giữ một cách hiệu quả.
Máy in báo cáo được thiết lập để in tất cả các sự kiện xảy ra theo thời gian, bao gồm trạng thái báo lỗi, xóa dữ liệu hệ thống, thay đổi cấu hình và chương trình điều khiển Khi bất kỳ sự kiện nào xảy ra, máy tính điều khiển sẽ kích hoạt máy in để thực hiện việc in ấn.
Máy in đảm nhận việc in ấn các báo cáo vận hành hệ thống, bao gồm thông tin về chỉ số tiêu thụ điện, nước, nhiệt độ và các báo cáo liên quan Tất cả dữ liệu này được hệ thống lưu trữ theo thời gian.
Các ứng dụng điều khiển giám sát
2.4.1 Giám sát thông số môi trường
Hệ thống BMS cung cấp thông số chính xác và kịp thời về môi trường nhiệt độ và nồng độ khí CO tại tầng hầm, đảm bảo điều kiện làm việc an toàn cho con người Nồng độ khí CO được quản lý bởi cảm biến carbon monoxide sensor, thiết kế đặc biệt với tín hiệu đầu ra biến đổi theo nồng độ khí CO, kết nối vào các ngõ vào chuẩn điểm AI của tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR 1 tại tầng hầm với chỉ tiêu dòng điện 4-20mA Tốc độ quạt hút khí thải tầng hầm sẽ được điều chỉnh theo nồng độ khí CO, tăng tốc khi nồng độ cao và giảm tốc khi nồng độ thấp.
Hệ thống tự động hoá BMS giúp quản lý các thông số môi trường hiệu quả, tăng cường khả năng giám sát của người quản lý đối với từng khu vực cụ thể trong tòa nhà mà không cần kiểm tra thường xuyên Điều này cho phép người quản lý dễ dàng theo dõi và điều chỉnh giá trị môi trường của từng khu vực.
Thông tin đo lường từ các thiết bị cảm biến được truyền về máy tính điều khiển trung tâm qua tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR, cho phép theo dõi trên màn hình đồ họa của máy tính điều khiển.
2.4.2 Điều khiển đèn chiếu sáng Để điều khiển các tuyến đèn chiếu sáng trong và ngoài tòa nhà, hệ thống tự động hoá BMS thực hiện được tất cả các yêu cầu do thiết kế kỹ thuật đặt ra Máy tính điều khiển có khả năng điều khiển được các tuyến đèn chiếu sáng tại các khu vực của Tòa nhà và có khả năng quan sát các thông tin, thu nhận phản hồi từ các khởi động từ để giám sát trạng thái bật hay tắt của các tuyến đèn đó
Từ phòng điều khiển, người vận hành có thể thực hiện các thao tác điều khiển và lập trình tự động cho hệ thống đèn chiếu sáng ngoài trời và trong nhà nhằm tiết kiệm điện năng Đồ họa điều khiển hiển thị trên máy tính giúp người vận hành dễ dàng nhận biết khu vực cần bật hoặc tắt đèn, tiết kiệm thời gian và công sức Hệ thống điều khiển BMS còn cho phép thiết lập chế độ vận hành bằng tay thông qua các công tắc chuyển mạch trên tủ điện, thuận tiện cho việc bảo trì, sửa chữa và xử lý tình huống khẩn cấp khi có gián đoạn trong điều khiển.
Tại các hành lang của Tòa nhà, các nút nhấn khởi động độc lập được lắp đặt, kết nối với bộ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR trong hệ thống BMS Người sử dụng chỉ cần nhấn nút để bật đèn, và sau một khoảng thời gian đủ để đi hết hành lang, hệ thống sẽ tự động tắt đèn nhằm tiết kiệm điện năng.
2.4.3 Giám sát điều khiển quạt thông gió
Quạt thông gió tầng hầm được điều chỉnh tốc độ hoạt động dựa trên nồng độ khí CO trong bãi đỗ xe Tốc độ quạt tăng hoặc giảm tương ứng với chỉ số nồng độ khí CO, và quá trình điều khiển cũng như giám sát được thực hiện bởi hệ thống BMS.
Quạt điều áp thang hoạt động theo lệnh từ hệ thống báo cháy để tạo hành lang an toàn cho người thoát hiểm, trong khi hệ thống BMS không điều khiển các quạt này Tuy nhiên, tín hiệu hoạt động của quạt được BMS quản lý dựa trên áp suất luồng khí trong ống dẫn Nếu không có tín hiệu phản hồi từ quạt điều áp, nhân viên vận hành sẽ thông báo cho người có trách nhiệm để giải quyết sự cố.
2.4.4 Giám sát nguồn điện và năng lượng điện Để quản lý hệ thống điện, hệ thống BMS kết nối đến các điểm tín hiệu báo trạng thái đầu ra của các thiết bị đóng cắt - bảo vệ MCCB hay PXC MODULAR của hệ thống điện, “điểm có tín hiệu dạng chuẩn DO” là các điểm đầu ra dạng dry contact (công tắc khô) Các điểm tín hiệu này của các tủ điện sẽ được nối đến các ngõ vào chuẩn điểm DI của các tủ điều khiển PXC MODULAR Khi có thay đổi trạng thái của các điểm đầu ra tại các tủ điện, BMS sẽ nhận biết đây là sự thay đổi trạng thái, sự cố của các thiết bị điện tương ứng với các điểm đầu vào Các tín hiệu báo lỗi, báo trạng thái của hệ thống điện sẽ được thể hiện trên màn hình đồ hoạ, màn hình báo lỗi - trạng thái, máy in của hệ thống BMS
Hệ thống BMS sử dụng bộ đo lường kỹ thuật số WM14-96 để giám sát điện năng tiêu thụ của tòa nhà WM14-96 đáp ứng đầy đủ các yêu cầu theo dõi các thông số kỹ thuật chính từ nguồn điện cấp, bao gồm trạm biến thế hạ áp, máy phát điện dự phòng và tủ điện phân phối nguồn chính theo thiết kế kỹ thuật.
+ Công suất hữu công của tòa nhà P (kW)
+ Công suất biểu kiến S (kVA)
+ Công suất phản kháng Q (kVAr)
+ Công suất tiêu thụ của tòa nhà (kWh)
+ Điện áp dây tại tủ cấp nguồn chính (V)
+ Điện áp các pha tại tủ cấp nguồn chính (V)
Dòng điện của các pha tại tủ cấp nguồn chính (A) được mô phỏng trong đồ họa quản lý điện năng của tủ điện phân phối nguồn cho một tòa nhà Đồ họa này hiển thị các giá trị đo đếm được và đã được Việt hóa tên cùng vị trí thiết bị, nhằm đơn giản hóa quá trình vận hành cho người giám sát và quản lý hệ thống.
Kết nối tích hợp và điều khiển hệ thống
2.5.1 Tích hợp hệ thống điều hoà thông gió
2.5.1.1 Kết nối hệ thống điều hòa VRV và Water Chiller
Hệ thống BMS có khả năng kết nối với cả hệ thống điều hòa thông gió VRV (Variable Refrigerant Volume) và hệ thống điều hòa trung tâm sử dụng nước Water Chiller Phần mềm BMS tích hợp hai hệ thống này thông qua chuẩn truyền thông BACnet/LON cho hệ điều hòa VRV và chuẩn ModBus cho hệ điều hòa Water Chiller.
Hệ thống điều hòa sử dụng tín hiệu đầu ra theo giao thức BacNet/ModBus, kết nối với đầu vào của module vi xử lý BacNet/ModBus trong tủ điều khiển PXC MODULAR tại phòng điều khiển trung tâm Qua đó, hệ thống BMS sẽ thực hiện giao tiếp hiệu quả với hệ thống điều hòa.
Hệ thống BMS thu thập và hiển thị thông tin từ hệ thống điều hòa trên màn hình đồ họa, đồng thời điều khiển các thiết bị liên quan và quản lý các tham số của hệ thống thông gió Để tích hợp hiệu quả giữa hệ thống điều hòa và BMS, yêu cầu thiết yếu là hệ thống điều hòa phải cung cấp tín hiệu đầu ra theo chuẩn BacNet/ModBus, đảm bảo đúng kỹ thuật.
Việc kết nối giữa hai hệ thống điều hoà và hệ thống BMS đảm bảo sẽ không gây nên bất cứ xung đột nào giữa hai hệ thống
Điều khiển hệ thống điều hòa:
Chiller và bơm nước lạnh:
Hệ thống BMS điều khiển các chiller hoạt động tự động dựa trên các thông số như nhiệt độ, độ ẩm và độ sạch của không khí, phù hợp với yêu cầu vận hành của tòa nhà Tại phòng điều khiển trung tâm, người vận hành có thể theo dõi tình trạng hoạt động của hệ thống, nhiệt độ vào ra của từng chiller và chế độ hoạt động của các bơm thông qua giao diện đồ họa.
Hệ thống BMS tự động tính toán tải lạnh tiêu thụ thực tế của tòa nhà, xác định số lượng bơm, phần trăm công suất bơm và số máy nén Chiller cần hoạt động Bộ điều khiển DDC, có thể là MBC hoặc PXC, cho phép lập trình chu trình hoạt động và dừng của hệ thống một cách tự động, đồng thời khởi động các thiết bị dự phòng khi xảy ra sự cố quá tải Hệ thống BMS cũng hỗ trợ cụm máy nén Chiller vận hành theo ba chế độ khác nhau.
• Chế độ vận hành hoàn toàn tự động theo thời gian biểu
• Chế độ vận hành từ trung tâm theo yêu cầu của người vận hành
• Chế độ vận hành bằng tay (Manual) từ mỗi thiết bị
Hệ thống BMS quản lý thông tin vận hành, trạng thái và lỗi của các cụm máy chiller, cho phép lưu trữ và truy cập dữ liệu theo thời gian Các thông số như tải hệ thống, nhiệt độ, áp suất và mức nước được thu thập và theo dõi liên tục, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Máy sản xuất nước lạnh Chiller đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều hòa không khí, vì toàn bộ hoạt động của hệ thống này phụ thuộc vào các máy lạnh Hệ thống điều khiển Chiller nhận thông số phản hồi từ các thiết bị cảm biến trong hệ thống để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
• Tín hiệu báo dòng chảy của nước lạnh trong hệ thống đường ống
• Áp suất nước trong hệ thống ống dẫn
• Nhiệt độ của nước lạnh đầu vào và đầu ra các Chiller
• Nhiệt độ nước hồi về từ các máy điều hòa không khí sau quá trình trao đổi nhiệt
Màn hình đồ họa tại máy tính điều khiển cung cấp thông số hoạt động của các chiller, giúp người vận hành dễ dàng theo dõi trạng thái và nhận diện lỗi trong hệ thống Nhờ đó, họ có thể nhanh chóng và chính xác khắc phục các sự cố kỹ thuật mà không cần đến gần thiết bị Hệ thống cũng cho phép thao tác On/Off và thay đổi chế độ hoạt động dự phòng một cách thuận tiện Các lỗi như nhiệt độ nước quá cao, bơm nước không hoạt động hay quá tải sẽ được thông báo trực tiếp trên màn hình.
Các chiller được giám sát chặt chẽ về thời gian hoạt động, nhiệt độ nước lạnh và các trạng thái sự cố Hệ thống lập trình điều khiển theo chu trình “nhu cầu tải” cho phép tự động điều chỉnh số lượng chiller hoạt động: giảm bớt khi tải lạnh thấp và khởi động thêm khi tải lạnh cao Điều này không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn kéo dài tuổi thọ của các máy lạnh chiller, giảm chi phí sửa chữa và thay thế.
Điều khiển bơm nước lạnh:
Các bơm nước lạnh có vai trò quan trọng trong việc tuần hoàn nước lạnh trong hệ thống làm lạnh khép kín Chúng được điều khiển linh hoạt để đáp ứng tải lạnh của các máy lạnh trung tâm Chiller, giúp hệ thống hoạt động với lưu lượng nước tối thiểu cần thiết và tiết kiệm điện năng tối đa.
Số lượng bơm nước lạnh cần thiết cho hệ thống điều hòa sẽ được xác định dựa trên lưu lượng nước làm lạnh yêu cầu, số lượng chiller hoạt động hoặc theo nhu cầu tải lạnh của hệ thống.
Hệ thống BMS giám sát áp lực trong ống dẫn nước lạnh, tự động điều chỉnh van Bypass để cân bằng áp suất giữa đầu cung cấp và đầu trở về khi có sự chênh lệch áp suất giữa hai tuyến ống Cấp và Hồi.
Điều khiển FCU/AHU (Fan Coil Unit/Air Handling Unit):
FCU sử dụng nước lạnh:
Mỗi FCU/AHU được trang bị bộ điều khiển nhiệt độ riêng, có nhiệm vụ điều chỉnh tốc độ quạt, cài đặt nhiệt độ và điều chỉnh van nước lạnh Việc điều chỉnh từ xa các FCU được thực hiện thông qua bộ điều khiển DDC Người vận hành hệ thống BMS có khả năng bật/tắt từng nhóm FCU/AHU và lập trình vận hành theo yêu cầu cụ thể.
Các FCU/AHU được điều khiển bởi bộ điều khiển trung tâm VRV, giúp điều tiết lưu lượng môi chất lạnh qua dàn trao đổi nhiệt và điều chỉnh tốc độ máy nén hệ thống điều hòa dựa trên nguyên tắc nhiệt độ và tải lạnh yêu cầu của môi trường.
Hệ thống điều hòa VRV được tích hợp với tủ điều khiển kỹ thuật số DDC và có khả năng điều khiển từ xa thông qua màn hình máy tính tại phòng điều khiển trung tâm.
2.5.1.2 Kết nối hệ thống báo cháy & chữa cháy
