Mô Hình BMS - Hệ Thống Điều Khiển Chiếu Sáng Tại TP.HCM

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng tại TP.HCM, các tòa nhà cao tầng mọc lên với yêu cầu ngày càng cao về tiện nghi và hiệu quả. 88 trang.

• Đề tài: Mô Hình BMS: Hệ Thống Điều Khiển Chiếu Sáng Tại TP.HCM
• Địa điểm: TP.HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Giải hạn của đề tài nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.5. Phương án và quy trình thiết kế
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Hệ thống quản lý tòa nhà
• 2.2. Phân cấp hệ thống quản lý điều khiển
• 2.3. Truyền thông trong hệ thống BMS
• 2.4. Giải thích mặt sàn chuẩn truyền thông
• 2.5. Các chuẩn RS232/RS485
• 2.6. Các giao thức ứng dụng trong hệ thống BMS
• 2.6.1. Giao thức BACnet
• 2.6.2. Giao thức Lonmark
• 2.6.3. Giao thức Modbus
• 2.7. Lựa chọn giao thức sử dụng trong hệ thống BMS
• 2.8. Xu hướng phát triển của hệ thống BMS
• 2.9. Tổng quan hệ thống quản lý chiếu sáng
• 2.10. Mục đích của hệ thống chiếu sáng
• 2.11. Các thành phần cơ bản trong hệ thống chiếu sáng
• 2.11.1. Chân lưu, chân lưu điều chỉnh và LED Driver
• 2.11.2. Cảm biến và thiết bị điều khiển
• 2.12. Chiến lược quản lý năng lượng và kiểm soát ánh sáng
• 2.13. Điều khiển bằng công tắc, nút nhấn và chức năng làm mờ của đèn
• 2.14. Đặt lịch và điều khiển theo giá trị cảm biến
• 2.15. Sử dụng ánh sáng ban ngày và ánh sáng bóng râm
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM
• 3.1. Thiết kế phần cứng
• 3.2. Thiết kế mô hình
• 3.3. Thiết kế hệ thống điều khiển chiếu sáng
• 3.4. Yêu cầu hệ thống
• 3.5. Phần mềm sử dụng trong hệ thống
• 4. CHƯƠNG 4: THI CÔNG MÔ HÌNH VÀ HỆ THỐNG
• 4.1. Thi công mô hình
• 4.2. Lắp đặt hệ thống
• 4.2.1. Sơ đồ nối dây hệ thống
• 4.2.2. Lắp đặt thiết bị trên mô hình
• 5. CHƯƠNG 5: VẬN HÀNH VÀ KIỂM TRA MÔ HÌNH
• 5.1. Vận hành mô hình
• 5.1.1. Bước 1: Cấp nguồn cho bộ điều khiển và kết nối với máy tính
• 5.1.2. Bước 2: Cấp nguồn các thiết bị cảm biến ánh sáng, Driver đèn, Relay
• 5.1.3. Bước 3: Cấu hình thông số các thiết bị cảm biến ánh sáng, Driver đèn, relay
• 5.1.4. Bước 4: Khởi động chức năng ghi nhận dữ liệu
• 5.1.5. Bước 5: Nạp chương trình vào bộ điều khiển DDC – C46
• 5.1.6. Bước 6: Hệ thống bắt đầu hoạt động điều chỉnh độ sáng theo lịch trình
• 5.1.7. Bước 7: Giám sát hoạt động của hệ thống
• 5.2. Kiểm tra hệ thống
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• 6.1. Các vấn đề đã được giải quyết trong đề tài
• 6.2. Hướng phát triển trong tương lai
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giải Mã Mô Hình BMS Hệ Thống Điều Khiển Chiếu Sáng TP

Trong bối cảnh đô thị hóa nhanh chóng tại TP.HCM, các tòa nhà cao tầng mọc lên với yêu cầu ngày càng cao về tiện nghi và hiệu quả. Mô Hình BMS: Hệ Thống Điều Khiển Chiếu Sáng Tại TP.HCM nổi lên như một giải pháp công nghệ tất yếu, đáp ứng nhu cầu quản lý năng lượng tòa nhà (BEMS) một cách thông minh. Về cơ bản, hệ thống quản lý tòa nhà (Building Management System - BMS) là một hệ thống điều khiển tích hợp, dựa trên máy tính, có khả năng giám sát và điều phối toàn bộ các hệ thống cơ điện (M&E) trong một công trình. Thay vì vận hành riêng lẻ, các hệ thống như chiếu sáng, điều hòa không khí (HVAC), an ninh, phòng cháy chữa cháy được kết nối và hoạt động một cách đồng bộ. Mục tiêu chính là đơn giản hóa công tác quản lý, tối ưu hóa hiệu suất và quan trọng nhất là tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà. Theo nghiên cứu của Đinh Công Cường và Lê Thành Tâm (2020), phần lớn các tòa nhà tại Việt Nam vẫn chưa được trang bị hệ thống quản lý thông minh, dẫn đến sự lãng phí tài nguyên đáng kể. Do đó, việc áp dụng một mô hình BMS không chỉ là một xu hướng hiện đại hóa mà còn là một chiến lược đầu tư hiệu quả, đặc biệt trong lĩnh vực điều khiển chiếu sáng, vốn chiếm một phần lớn chi phí vận hành. Hệ thống này cho phép điều khiển linh hoạt, tự động hóa các kịch bản chiếu sáng, và cung cấp dữ liệu vận hành chi tiết, tạo tiền đề cho các quyết định quản lý chính xác và kịp thời.

1.1. Định nghĩa Hệ thống Quản lý Tòa nhà Building Management System

Một hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) là một mạng lưới phức tạp bao gồm phần cứng và phần mềm, được thiết kế để điều khiển và giám sát các thiết bị cơ khí và điện trong một tòa nhà. Các thành phần chính bao gồm các bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp (DDC), cảm biến, thiết bị chấp hành và một máy chủ trung tâm với giao diện đồ họa. Hệ thống này hoạt động như 'bộ não' của tòa nhà, thu thập dữ liệu từ các cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, sự hiện diện) và ra quyết định điều khiển các thiết bị (đèn, máy lạnh, quạt) theo các thuật toán và lịch trình đã được lập trình sẵn. Mục tiêu là tạo ra một môi trường an toàn, thoải mái và tiết kiệm năng lượng.

1.2. Vai trò cốt lõi trong việc tự động hóa tòa nhà hiện đại

Vai trò của BMS trong tự động hóa tòa nhà là không thể thiếu. Nó chuyển đổi một công trình tĩnh thành một thực thể 'sống', có khả năng tự điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất. Thay vì phụ thuộc vào sự can thiệp thủ công, BMS cho phép vận hành tự động theo kịch bản: đèn tự động bật/tắt hoặc điều chỉnh độ sáng dựa trên cảm biến hiện diện và ánh sáng tự nhiên, hệ thống HVAC tự điều chỉnh nhiệt độ theo số lượng người trong phòng. Điều này không chỉ giúp giảm thiểu chi phí nhân công vận hành mà còn đảm bảo các hệ thống hoạt động đồng bộ, tránh xung đột và tăng cường tuổi thọ thiết bị. Hơn nữa, khả năng ghi nhận và phân tích dữ liệu lịch sử giúp ban quản lý nhận diện các xu hướng sử dụng năng lượng và đưa ra các chiến lược cải tiến liên tục.

II. Thách Thức Vận Hành Chiếu Sáng Vì Sao Tòa Nhà Cần BMS

Các tòa nhà thương mại và văn phòng tại TP.HCM đối mặt với nhiều thách thức trong việc quản lý hệ thống chiếu sáng. Hệ thống truyền thống, dựa trên công tắc thủ công, bộc lộ nhiều nhược điểm khi quy mô công trình trở nên lớn và phức tạp. Thách thức lớn nhất là lãng phí năng lượng. Đèn thường xuyên được bật ở những khu vực không có người sử dụng hoặc bật với 100% công suất ngay cả khi ánh sáng tự nhiên đã đủ. Điều này trực tiếp làm tăng hóa đơn tiền điện và gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường. Hơn nữa, việc quản lý và bảo trì trở nên khó khăn. Việc xác định một bóng đèn hỏng trong một tòa nhà hàng chục tầng đòi hỏi nhân lực và thời gian. Thiếu khả năng giám sát tập trung khiến việc vận hành tòa nhà hiệu quả gần như là bất khả thi. Các hệ thống này cũng thiếu tính linh hoạt, không thể tạo ra các kịch bản chiếu sáng phù hợp với từng mục đích sử dụng không gian khác nhau, làm giảm trải nghiệm của người dùng. Đây chính là những vấn đề mà một mô hình BMS điều khiển chiếu sáng được thiết kế để giải quyết triệt để, mang lại lợi ích kép về kinh tế và vận hành cho các tòa nhà thông minh Sài Gòn.

2.1. Hạn chế của các giải pháp chiếu sáng thủ công truyền thống

Các giải pháp chiếu sáng truyền thống hoạt động dựa trên nguyên tắc Bật/Tắt đơn giản. Chúng hoàn toàn phụ thuộc vào hành động của con người, dẫn đến tình trạng quên tắt đèn phổ biến. Hệ thống này không có khả năng điều chỉnh cường độ sáng (dimming) để phù hợp với điều kiện ánh sáng tự nhiên hoặc nhu cầu sử dụng cụ thể. Mỗi khu vực được điều khiển độc lập, không có sự kết nối và phối hợp, gây khó khăn cho việc quản lý tổng thể. Việc thay đổi cấu hình hệ thống, ví dụ như thay đổi chức năng một phòng, đòi hỏi phải đi lại dây điện phức tạp và tốn kém, thiếu đi sự linh hoạt cần thiết cho các không gian làm việc hiện đại.

2.2. Chi phí năng lượng và những con số lãng phí đáng báo động

Chiếu sáng chiếm từ 25% đến 40% tổng chi phí năng lượng của một tòa nhà thương mại điển hình. Với hệ thống thủ công, tỷ lệ lãng phí có thể lên tới 30-50%. Sự lãng phí này đến từ việc chiếu sáng các không gian trống, sử dụng cường độ sáng cao hơn mức cần thiết, và không tận dụng được ánh sáng ban ngày. Một giải pháp chiếu sáng thông minh tích hợp BMS có thể cắt giảm đáng kể chi phí này. Bằng cách tự động tắt đèn khi không có người và điều chỉnh độ sáng dựa trên cảm biến ánh sáng, hệ thống đảm bảo chỉ sử dụng năng lượng khi thực sự cần thiết, trực tiếp tác động tích cực đến lợi nhuận và mục tiêu phát triển bền vững của doanh nghiệp.

III. Hướng Dẫn Cấu Trúc Mô Hình BMS Cho Hệ Thống Chiếu Sáng

Một mô hình BMS điều khiển chiếu sáng hiệu quả được xây dựng dựa trên cấu trúc phân cấp rõ ràng, đảm bảo khả năng hoạt động ổn định và linh hoạt. Cấu trúc này bao gồm ba cấp chính: Cấp Trường (Field Level), Cấp Tự động hóa (Automation Level), và Cấp Quản lý (Management Level). Cấp Trường là nơi lắp đặt các thiết bị vật lý như cảm biến hiện diện, cảm biến ánh sáng, đèn LED, và các thiết bị chấp hành như LED Driver, Dimmer. Các thiết bị này thu thập thông tin và thực thi lệnh. Cấp Tự động hóa là 'trung tâm thần kinh', chứa các bộ điều khiển kỹ thuật số trực tiếp (DDC), ví dụ như DDC-C46 được sử dụng trong đề tài nghiên cứu. Bộ DDC nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý theo logic đã lập trình và gửi lệnh điều khiển đến các thiết bị chấp hành. Cấp Quản lý là giao diện người dùng, thường là phần mềm chạy trên máy chủ, cho phép các kỹ sư vận hành giám sát toàn bộ hệ thống, thiết lập lịch trình, xem báo cáo và nhận cảnh báo. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa ba cấp này tạo nên một giải pháp chiếu sáng thông minh toàn diện.

3.1. Phân tích bộ điều khiển DDC và các thiết bị chấp hành

Bộ điều khiển DDC (Direct Digital Controller) là trái tim của hệ thống. Nó là một máy tính vi xử lý chuyên dụng, nhận đầu vào analog hoặc digital từ cảm biến và xuất tín hiệu điều khiển tương ứng. Trong mô hình nghiên cứu, DDC-C46 chịu trách nhiệm tính toán và điều chỉnh điện áp đầu ra 0-10V để điều khiển độ sáng của đèn. Các thiết bị chấp hành bao gồm: LED Driver, có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC phù hợp cho đèn LED và nhận tín hiệu điều khiển để dimming; Dimmer, cho phép điều chỉnh độ sáng thủ công; và các Relay, dùng để đóng/cắt nguồn điện cho đèn hoặc chuyển đổi giữa chế độ tự động và thủ công.

3.2. Vai trò của cảm biến ánh sáng và cảm biến hiện diện

Cảm biến ánh sáng (Lux sensor) đo lường cường độ ánh sáng tự nhiên trong một khu vực. Dữ liệu này được gửi về DDC, hệ thống sẽ tự động giảm độ sáng của đèn nhân tạo để duy trì một mức sáng tổng thể không đổi, chiến lược này gọi là 'Daylight Harvesting'. Trong khi đó, cảm biến hiện diện (hoặc cảm biến chuyển động) phát hiện sự có mặt của con người. Khi một phòng trống, cảm biến sẽ gửi tín hiệu để hệ thống tự động tắt hoặc giảm độ sáng đèn xuống mức tối thiểu, giúp tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà một cách tối đa. Sự kết hợp hai loại cảm biến này là nền tảng của một hệ thống chiếu sáng thực sự thông minh và hiệu quả.

IV. Bí Quyết Tích Hợp Hệ Thống Chiếu Sáng Vào Mô Hình BMS

Sự thành công của một hệ thống quản lý tòa nhà phụ thuộc rất lớn vào khả năng tích hợp liền mạch giữa các thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau. Điều này được thực hiện thông qua các giao thức truyền thông tiêu chuẩn. Tài liệu nghiên cứu đã đề cập đến các giao thức phổ biến như BACnet, Modbus và LonMark. Việc lựa chọn giao thức phù hợp là một 'bí quyết' quan trọng, quyết định tính mở và khả năng mở rộng của hệ thống trong tương lai. Đối với hệ thống điều khiển chiếu sáng, các giao thức chuyên dụng như điều khiển chiếu sáng DALI (Digital Addressable Lighting Interface) mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. DALI cho phép điều khiển và truy vấn trạng thái của từng đèn hoặc nhóm đèn một cách độc lập trên cùng một đường dây. Hơn nữa, một mô hình BMS tiên tiến phải có khả năng tích hợp hệ thống HVAC và chiếu sáng. Ví dụ, khi cảm biến hiện diện phát hiện không có người, hệ thống có thể đồng thời tắt đèn và giảm công suất điều hòa, nhân đôi hiệu quả tiết kiệm năng lượng. Đây là sức mạnh thực sự của một giải pháp tự động hóa tòa nhà toàn diện.

4.1. So sánh các giao thức truyền thông phổ biến BACnet và Modbus

BACnet (Building Automation and Control Networks) là một tiêu chuẩn mở được thiết kế riêng cho tự động hóa tòa nhà. Nó định nghĩa một mô hình hướng đối tượng, cho phép các thiết bị từ các hãng khác nhau 'hiểu' và giao tiếp với nhau. Modbus, mặt khác, là một giao thức công nghiệp lâu đời, đơn giản và mạnh mẽ, hoạt động theo mô hình master-slave. BACnet thường linh hoạt và toàn diện hơn cho các ứng dụng tòa nhà phức tạp, trong khi Modbus lại hiệu quả về chi phí và dễ triển khai cho các hệ thống nhỏ hơn. Việc lựa chọn giữa hai giao thức này phụ thuộc vào quy mô dự án và yêu cầu kỹ thuật của nhà thầu cơ điện M&E tại TP.HCM.

4.2. Ứng dụng công nghệ điều khiển chiếu sáng DALI tiên tiến

DALI là một tiêu chuẩn quốc tế (IEC 62386) dành riêng cho điều khiển chiếu sáng kỹ thuật số. So với điều khiển analog 0-10V, DALI cung cấp khả năng giao tiếp hai chiều. Điều này có nghĩa là bộ điều khiển không chỉ gửi lệnh 'dimming' mà còn có thể nhận lại thông tin trạng thái từ đèn, như tình trạng hoạt động hoặc số giờ đã sử dụng. Mỗi thiết bị DALI có một địa chỉ duy nhất, cho phép cấu hình và gom nhóm đèn bằng phần mềm một cách cực kỳ linh hoạt mà không cần thay đổi hệ thống dây dẫn vật lý. Đây là công nghệ lý tưởng cho các giải pháp chiếu sáng thông minh trong văn phòng, bảo tàng, và trung tâm thương mại.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Mô Hình BMS Chiếu Sáng Tại TP

Lý thuyết và công nghệ chỉ thực sự có giá trị khi được ứng dụng vào thực tiễn. Mô hình BMS điều khiển chiếu sáng không còn là khái niệm xa vời mà đã được triển khai thành công tại nhiều công trình ở TP.HCM, từ tòa nhà văn phòng, khách sạn đến trung tâm thương mại. Đề tài nghiên cứu của Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM là một minh chứng rõ nét, đã xây dựng thành công một mô hình vật lý mô phỏng hoạt động của hệ thống, kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của nó. Kết quả cho thấy hệ thống có khả năng vận hành ổn định ở cả hai chế độ tự động và thủ công, điều chỉnh chính xác độ rọi theo yêu cầu đặt trước, và ghi nhận dữ liệu hoạt động liên tục. Những lợi ích đo lường được, đặc biệt là khả năng tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà, đã khẳng định vai trò quan trọng của BMS. Để triển khai thành công, việc lựa chọn một nhà thầu cơ điện M&E tại TP.HCM có kinh nghiệm và chuyên môn về building management system là yếu tố then chốt, đảm bảo hệ thống được thiết kế, lắp đặt và vận hành một cách tối ưu.

5.1. Case study Mô phỏng tại tòa nhà ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Nghiên cứu đã xây dựng một mô hình vật lý lấy ý tưởng từ tòa nhà trung tâm của trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển DDC-C46, hai cảm biến ánh sáng, đèn LED có thể điều chỉnh độ sáng và phần mềm DDC-Configurator. Mô hình đã vận hành thành công, chứng minh khả năng điều khiển độ sáng của đèn theo giá trị đặt trước (setpoint). Khi ánh sáng môi trường thay đổi, hệ thống tự động điều chỉnh công suất đèn để duy trì độ rọi ổn định. Dữ liệu từ cảm biến và trạng thái hoạt động của hệ thống được ghi lại và có thể xuất ra file Excel để phân tích, cho thấy tính ứng dụng cao trong việc giám sát và tối ưu hóa vận hành tòa nhà hiệu quả.

5.2. Lợi ích đo lường được và tiềm năng phát triển tương lai

Lợi ích rõ ràng nhất là việc giảm tiêu thụ điện năng. Bên cạnh đó, hệ thống còn giúp tăng tuổi thọ của bóng đèn do vận hành ở mức công suất tối ưu và sử dụng tính năng 'khởi động mềm'. Về mặt vận hành, hệ thống giảm thiểu sự can thiệp của con người, tự động hóa các tác vụ lặp đi lặp lại và cung cấp khả năng giám sát tập trung. Trong tương lai, hệ thống này có thể được phát triển xa hơn bằng cách tích hợp giao diện điều khiển trên HMI hoặc Web Server, cho phép giám sát và điều khiển từ xa qua internet. Việc bổ sung các thuật toán AI và IoT sẽ giúp hệ thống 'học' thói quen sử dụng và tự động tối ưu hóa các kịch bản chiếu sáng, hướng tới một tòa nhà thông minh Sài Gòn thực sự.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình đô thị hóa, các công trình quy mô lớn như trung tâm thương mại, khách sạn và cao ốc văn phòng xuất hiện ngày càng nhiều. Những công trình này tích hợp nhiều hệ thống kỹ thuật phức tạp bao gồm hệ thống chiếu sáng, thông gió, điều hòa không khí (HVAC), quản lý điện năng và phòng cháy chữa cháy. Hệ thống quản lý tòa nhà (Building Management System - BMS, hay còn gọi là Building Automation System - BAS) đóng vai trò là hệ thống điều khiển và giám sát tập trung, giúp phối hợp vận hành đồng bộ, tối ưu hóa năng lượng và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Tại Việt Nam, hầu hết các tòa nhà cao tầng vẫn chưa được trang bị hệ thống BMS hoàn chỉnh; mức độ ứng dụng các giải pháp tự động hóa quản lý năng lượng còn hạn chế. Nhằm tiếp cận công nghệ điều khiển tòa nhà và giải quyết bài toán tối ưu năng lượng chiếu sáng, đề tài "Xây dựng mô hình BMS - Hệ thống điều khiển chiếu sáng" được thực hiện bởi sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử, Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM (niên khóa 2016 – 2020).

Mục tiêu nghiên cứu:

1. Tìm hiểu tổng quan về hệ thống quản lý tòa nhà BMS và các hệ thống kỹ thuật tích hợp trong BMS.
2. Nghiên cứu tổng quan về hệ thống chiếu sáng công trình, bao gồm công nghệ LED, LED Driver, Dimmer và cảm biến ánh sáng.
3. Thiết kế và thi công mô hình tòa nhà vật lý dựa trên kiến trúc Tòa nhà Trung tâm Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
4. Lắp đặt phần cứng, cấu hình phần mềm và vận hành hệ thống điều khiển chiếu sáng thông qua bộ điều khiển DDC-C46.
5. Vận hành thử nghiệm, kiểm tra độ ổn định và đánh giá kết quả thực hiện của hệ thống ở hai chế độ tự động (Auto) và thủ công (Manual).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Bộ điều khiển số trực tiếp (Direct Digital Controller - DDC) mã hiệu DDC-C46 của hãng PNTech, các thiết bị trường (cảm biến ánh sáng analog, Driver LED Dimming 1–10V, đèn LED âm trần, module relay, dimmer vặn tay) và phần mềm điều khiển DDC-Configurator.
• Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn ở việc thiết kế, chế tạo mô hình kiến trúc thu nhỏ bằng vật liệu mica, đi dây kết nối phần cứng và cấu hình điều khiển chiếu sáng theo độ rọi mong muốn hoặc theo lịch trình thời gian đặt trước; hệ thống kết nối với máy tính qua chuẩn giao tiếp RS485/Modbus RTU. Đề tài chưa triển khai máy chủ web server điều khiển từ xa và màn hình giao diện HMI.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài vận dụng lý thuyết điều khiển phân tán (DCS) trong tự động hóa tòa nhà và kỹ thuật điều khiển công suất chiếu sáng.

1. Phân cấp quản lý trong hệ thống BMS

Hệ thống BMS tiêu chuẩn được phân thành 3 cấp quản lý tương ứng với 3 lớp mạng truyền thông:

• Cấp trường (Field Level): Bao gồm các cảm biến (nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, áp suất) và cơ cấu chấp hành (van điều khiển, relay, LED driver, động cơ quạt).
• Cấp điều khiển tự động (Automation Level): Bao gồm các bộ điều khiển số DDC, nhận tín hiệu từ cảm biến và tính toán xuất tín hiệu điều khiển trực tiếp tới cơ cấu chấp hành.
• Cấp quản lý/giám sát (Management Level): Gồm máy tính điều khiển trung tâm (Management Workstation), phần mềm SCADA/BMS giám sát thời gian thực, lưu trữ nhật ký dữ liệu (datalogger), cài đặt lịch trình và xử lý cảnh báo.

2. Chuẩn truyền thông và giao thức trong BMS

Nghiên cứu tổng hợp các chuẩn truyền thông vật lý và các giao thức mạng phổ biến trong tự động hóa tòa nhà:

Tiêu chí	Chuẩn RS232	Chuẩn RS485
Kiểu truyền dẫn tín hiệu	Điện áp dây tín hiệu so với Mass	Điện áp sai lệch giữa hai dây (vi sai)
Số lượng nút điều khiển / nhận	1 phát / 1 nhận	Tối đa 32 nút trên 1 bus
Chế độ làm việc	Song công (Full-duplex)	Bán song công (2 dây) hoặc Song công (4 dây)
Khoảng cách truyền cực đại	15 m	1200 m
Tốc độ truyền tối đa	20 Kbps	35 Mbps (ở cự ly ngắn) / 100 Kbps (ở 1200 m)
Dải điện áp đầu vào bộ nhận	$\pm 15\text{ V}$	$-7\text{ V} \div +12\text{ V}$

Về giao thức ứng dụng, đề tài so sánh ba giao thức tiêu chuẩn:

• BACnet (ISO-16484-5): Giao thức mở do ASHRAE phát triển, cấu trúc hướng đối tượng (Object-oriented model) phục vụ liên kết các hệ thống HVAC, chiếu sáng, an ninh.
• LonWorks/LonTalk (ANSI/CEA 709.1): Giao thức độc quyền phát triển bởi Echelon Corporation và Motorola, sử dụng vi xử lý chuyên dụng Neuron để xử lý truyền thông mạng ngang hàng (peer-to-peer).
• Modbus (Modbus RTU / Modbus TCP): Giao thức truyền thông mở dạng Master-Slave phát triển bởi Modicon; cấu trúc khung tin đơn giản, chi phí triển khai thấp, hỗ trợ truyền qua cổng nối tiếp RS485 và mạng Ethernet TCP/IP.

3. Công nghệ điều khiển độ sáng đèn LED (Dimming)

Nghiên cứu các phương pháp điều khiển độ sáng:

• Phương pháp 0–10V / 1–10V Dimming: Tín hiệu điều khiển analog DC biến thiên tuyến tính từ 1V (mức sáng tối thiểu ~10%) đến 10V (100% độ sáng). Phương pháp này chia thành hai chuẩn: Current sourcing (bộ điều khiển cấp dòng theo chuẩn ANSI E1.3) và Current sinking (bộ điều khiển tiêu thụ dòng theo chuẩn IEC 60929). Đối với chuẩn 1–10V, để tắt hoàn toàn đèn cần phối hợp thêm tiếp điểm relay ngắt nguồn 220VAC.
• Phương pháp Phase Dimming: Cắt xung điện áp AC đầu vào (Leading-edge sử dụng Triac hoặc Trailing-edge sử dụng MOSFET/IGBT với đặc tính khởi động mềm).
• Giao thức số chuyên dụng: Giao thức DMX (truyền 1 chiều cho sân khấu/studio) và hệ thống DALI (Digital Addressable Lighting Interface theo chuẩn IEC 62386, quản lý địa chỉ từng bóng đèn).

4. Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp phân tích - tổng hợp tài liệu chuyên ngành về BMS và kỹ thuật chiếu sáng.
• Phương pháp thiết kế kỹ thuật: Lập bản vẽ 3D trên SketchUp Pro 2019, thiết kế chi tiết 2D trên AutoCAD để gia công cắt laser CNC vật liệu mica.
• Phương pháp thực nghiệm: Nối dây mạch phần cứng, lập trình thuật toán điều khiển PID và cài đặt lịch trình trên phần mềm DDC-Configurator, thu thập số liệu vận hành thực tế qua file nhật ký Excel.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống

1. Kiến trúc phần cứng và thiết bị sử dụng

Tên thiết bị / Module	Thông số kỹ thuật chính trích xuất từ đồ án	Chức năng trong hệ thống
Bộ điều khiển DDC-C46 (PNTech)	Nguồn cấp 24VAC/DC; 12 ngõ vào Universal Input (UI) tích hợp + 16 port mở rộng Modbus; 4 ngõ ra Analog (AO 0–20mA); 6 ngõ ra Relay (DO 220V/10A); 2 cổng RS485 (Modbus RTU).	Bộ xử lý trung tâm, đọc cảm biến, tính toán PID, xuất lệnh điều khiển relay và ngõ ra analog.
Cảm biến ánh sáng	Điện áp cấp 3.3 – 5VDC; phạm vi đo 1 – 1000 Lux; thời gian đáp ứng 15 $\mu\text{s}$; ngõ ra analog điện áp.	Đo độ rọi môi trường trong mô hình gửi về ngõ vào UI của DDC-C46.
Đèn LED âm trần F4 10W (VinaLed)	Công suất 10W; chip LED CREE (USA); quang thông 1075 lm; nhiệt độ màu 4000K; chỉ số hoàn màu $Ra > 80 / Ra > 90$; góc chiếu $24^\circ/36^\circ$; tuổi thọ $> 30.000$ giờ.	Thiết bị phát sáng chính gắn trên trần mô hình.
Driver LED Dimming 1–10V	Công suất tiêu thụ 20W; điện áp vào 200 – 240VAC; điện áp ra 9 – 40VDC; dải điều chỉnh 10 – 100%.	Tiếp nhận tín hiệu điều khiển analog để thay đổi công suất cấp cho đèn LED.
Module Relay Opto 5VDC	Tiếp điểm 220VAC/10A (NO/NC/COM); mức kích hoạt logic 0V (Active Low).	Đóng ngắt nguồn 220VAC cho LED Driver và chuyển mạch giữa chế độ Auto và Manual.
Dimmer vặn tay 1–10V (DIMVINA R01)	Điện áp vào 220–240VAC; núm xoay vô cấp; vỏ nhựa ABS chống cháy.	Điều khiển độ sáng thủ công ở chế độ Manual.
Mạch chiết áp AMS1117	Điện áp vào DC 0–10V, kích thước $2.5 \times 1.2\text{ cm}$.	Hiệu chỉnh và phối hợp mức tín hiệu điều khiển 0–10V.
Nguồn Adapter & Tổ ong	Adapter 24VDC 1A (cấp nguồn DDC-C46); Nguồn tổ ong 5VDC 5A (cấp nguồn cảm biến và relay).	Cung cấp điện áp một chiều ổn định cho toàn bộ mạch điều khiển.

2. Thiết kế mô hình kiến trúc

Mô hình tòa nhà được thiết kế theo hình dáng Tòa nhà Trung tâm Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM bằng phần mềm AutoCAD và SketchUp Pro 2019. Vật liệu chế tạo là các tấm Mica cắt gia công CNC chính xác, dán decal hoàn thiện. Trần mô hình bố trí đèn LED âm trần, LED Driver và đường ống luồn dây. Bên trong phòng lắp đặt 2 cảm biến ánh sáng tại các vị trí làm việc để lấy giá trị trung bình độ rọi. Cụm điều khiển DDC-C46, module relay, nguồn tổ ong và CB bảo vệ được gắn gọn gàng ở khoang kỹ thuật mặt sau; núm xoay Dimmer bố trí tại mặt bên.

3. Cấu hình phần mềm và thuật toán điều khiển

Hệ thống sử dụng phần mềm DDC-Configurator giao tiếp với máy tính qua cổng COM ảo (bộ chuyển đổi USB sang RS485, tốc độ Baudrate mặc định 38400 bps, địa chỉ thiết bị Address = 1).

• Thuật toán điều khiển độ rọi (Chế độ Auto): DDC-C46 đọc điện áp từ 2 cảm biến ánh sáng tại ngõ vào UI 03 và UI 04, quy đổi ra giá trị độ rọi thực tế (Lux). Giá trị này được đưa vào khối tính toán Calculate Value Kênh 3 theo chế độ lấy giá trị trung bình (Average). Thuật toán PID so sánh độ rọi đo được với giá trị đặt (Set point, ví dụ 500 Lux). Bộ điều khiển xuất dòng điện tại ngõ ra Analog AO 04 (0–20mA, tương ứng 0–100% công suất điều khiển) qua mạch phối hợp áp để cấp mức 1–10V tới LED Driver. Nếu độ rọi thấp hơn Setpoint, hệ thống tự động tăng điện áp điều khiển (chế độ INCREASE) để tăng cường độ sáng.
• Điều khiển theo lịch trình (Schedule): DDC-C46 hỗ trợ các lịch trình 24 giờ (ScheduleHour1, Schedule 3). Khi đến khung giờ quy định, ngõ ra relay DO 03 tự động đóng tiếp điểm cấp nguồn cho đèn và kích hoạt ngõ ra điều khiển; khi hết giờ, hệ thống ngắt relay để tắt đèn hoàn toàn.
• Chế độ điều khiển thủ công (Manual): Khi kích hoạt chế độ Manual trên phần mềm hoặc cưỡng bức (Override Value = ON tại DO 04), tiếp điểm relay 5V chuyển mạch, ngắt đường điều khiển từ ngõ ra AO của DDC và kết nối trực tiếp mạch điều khiển của LED Driver với Dimmer vặn tay DIMVINA R01.
• Chức năng Datalogger: Cấu hình chu kỳ lấy mẫu (Log time cycle, ví dụ 5 giây/lần), tự động ghi nhận dữ liệu vận hành (điện áp cảm biến, độ rọi tính toán, trạng thái relay, mức ngõ ra AO) và lưu trữ dưới dạng tệp tin .csv mở bằng Microsoft Excel.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Trình bày tính cấp thiết của việc tự động hóa quản lý năng lượng trong các tòa nhà cao tầng tại Việt Nam; xác định mục tiêu nghiên cứu là xây dựng mô hình BMS điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng qua 2 chế độ Auto và Manual; nêu rõ phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đồng thời vạch ra quy trình 4 giai đoạn gồm: Hình thành ý tưởng $\rightarrow$ Thiết kế $\rightarrow$ Thi công $\rightarrow$ Vận hành và kiểm tra.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Trình bày cấu trúc phân cấp DCS 3 cấp của hệ thống BMS; phân tích các chuẩn truyền thông nối tiếp RS232, RS485 và Ethernet (sử dụng CSMA/CD và so sánh với Token Ring); so sánh 3 giao thức BMS tiêu chuẩn là BACnet, LonWorks và Modbus. Đi sâu vào lý thuyết hệ thống chiếu sáng: cấu tạo và ưu điểm của công nghệ LED, phân loại 5 loại LED Driver (dùng điện trở, dùng IC biến thế, dimmable, điện áp không đổi, dòng không đổi); phân tích chi tiết các kỹ thuật Dimming gồm 0–10V/1–10V (Current sourcing và Current sinking với 3 cách xử lý: biến trở, PWM từ 100Hz–3kHz, cấp áp trực tiếp), Phase Dimming (Leading-edge dùng Triac, Trailing-edge dùng MOSFET/IGBT), DMX và DALI (tiêu chuẩn IEC 62386, chứng nhận DiiA D4i).

Chương 3: Thiết kế phần cứng và phần mềm

Trình bày chi tiết bản vẽ thiết kế mô hình 3D trên SketchUp và 2D trên AutoCAD để cắt Mica; lựa chọn linh kiện và thiết lập sơ đồ khối hệ thống. Thuyết minh thông số kỹ thuật của bộ điều khiển DDC-C46 (PNTech), cảm biến ánh sáng (1–1000 Lux), module relay 5V, Driver LED Dimming 1–10V (20W), đèn LED F4 10W (chip CREE, 1075 lm). Xây dựng lưu đồ giải thuật điều khiển và hướng dẫn cấu hình chi tiết các phân hệ trên phần mềm DDC-Configurator: thiết lập cổng COM/Baudrate, cấu hình 12 ngõ vào Universal Input, 4 ngõ ra Analog Output với các tham số PID ($P, I, D, T$) và chế độ Override, 6 ngõ ra Relay Output, cài đặt lịch trình thời gian và kích hoạt tính năng Datalogger xuất file Excel.

Chương 4: Thi công mô hình và hệ thống

Mô tả quá trình gia công, lắp ghép khung mô hình mica; bố trí các thiết bị thực tế trên mô hình (đèn và driver lắp âm trần, cảm biến ánh sáng gắn trong không gian phòng, dimmer gắn ở vách hông, cụm điều khiển DDC-C46 và nguồn tổ ong lắp ở mặt sau); sơ đồ đấu nối chi tiết các đường tín hiệu analog UI, AO, ngõ ra relay DO và đường cấp nguồn AC/DC bảo đảm an toàn điện.

Chương 5: Vận hành và kiểm tra mô hình

Mô tả quy trình 7 bước vận hành chế độ Auto:

1. Cấp nguồn và kết nối DDC với máy tính qua RS485/USB;
2. Cấp nguồn cảm biến, driver đèn, relay;
3. Cấu hình thông số UI 03, UI 04, gán Kênh tính toán trung bình Channel 3, cài đặt Setpoint 500 Lux, cấu hình AO 4 và Relay DO 03 theo Schedule 3;
4. Khởi động Datalogger với chu kỳ 5 giây;
5. Nạp chương trình (Write to DDC);
6. Vận hành tự động theo lịch trình;
7. Giám sát thời gian thực trên giao diện Monitor (ghi nhận Raw UI03 = 2.45V, Raw UI04 = 2.56V, Calculate Value 03 = 5.01 tương ứng 501 Lux, AO 04 = 22%, Relay DO 03 đóng màu xanh). Đồng thời, chương 5 trình bày quy trình cấu hình 5 bước ở chế độ Manual (vặn dimmer tay khi kích hoạt DO 04) và đánh giá kết quả chạy thử nghiệm hệ thống.

Chương 6: Kết luận

Tổng kết các hạng mục đã hoàn thành của đồ án; chỉ ra các hạn chế tồn tại do giới hạn kinh phí và thời gian; đề xuất phương hướng phát triển hệ thống trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

• Chế tạo thành công mô hình vật lý: Hoàn thiện mô hình kiến trúc Tòa nhà Trung tâm Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM bằng mica cắt CNC, tích hợp gọn gàng hệ thống chiếu sáng LED, bộ điều khiển và cảm biến.
• Điều khiển ổn định 2 chế độ:
  • Chế độ Auto: Tự động điều chỉnh công suất đèn LED thông qua ngõ ra Analog AO (0–10V) của DDC-C46 dựa trên giá trị trung bình từ 2 cảm biến ánh sáng; duy trì độ rọi phòng ổn định quanh điểm đặt mong muốn (ví dụ đo thực tế đạt 501 Lux so với Setpoint 500 Lux). Hệ thống tự động bật/tắt đúng theo lịch trình thời gian thực (Schedule).
  • Chế độ Manual: Chuyển mạch bằng relay an toàn, cho phép người dùng thay đổi trực tiếp độ sáng của đèn thông qua chiết áp Dimmer vặn tay 1–10V.
• Giám sát và trích xuất dữ liệu: Phần mềm DDC-Configurator giám sát liên tục các thông số điện áp ngõ vào (Raw UI), giá trị độ rọi sau tính toán (Actual/Calculate Value), phần trăm ngõ ra analog (AO) và trạng thái relay (DO). Chức năng Datalogger ghi nhận nhật ký hoạt động định kỳ (chu kỳ 5 giây) và xuất dữ liệu chính xác sang định dạng tệp tin Excel/CSV.

2. Đóng góp của đề tài

• Ứng dụng thành công dòng bộ điều khiển số DDC-C46 do Việt Nam sản xuất (PNTech) với giao diện phần mềm hoàn toàn bằng tiếng Việt vào mô hình quản lý chiếu sáng BMS, chứng minh tính khả thi và tiết kiệm chi phí so với các giải pháp ngoại nhập đắt tiền.
• Xây dựng hoàn chỉnh tài liệu hướng dẫn kỹ thuật từ khâu tính toán, chọn thiết bị, vẽ mạch đấu nối dây đến từng bước cấu hình chi tiết trên phần mềm DDC-Configurator.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế của đề tài

• Cảm biến và môi trường: Do kinh phí hạn chế, hệ thống sử dụng cảm biến ánh sáng điện tử loại phổ thông nên dễ bị ảnh hưởng bởi ánh sáng môi trường tự nhiên bên ngoài; các tính toán kỹ thuật về công suất chiếu sáng và ảnh hưởng quang thông chưa được tối ưu hóa toàn diện.
• Giao diện và điều khiển từ xa: Hệ thống mới chỉ giao tiếp cục bộ giữa máy tính và DDC qua cáp nối tiếp RS485/USB; chưa tích hợp màn hình cảm ứng HMI tại chỗ, chưa xây dựng máy chủ web server qua bộ điều khiển trung tâm (Building Control Unit - BCU) để điều khiển và giám sát từ xa qua điện thoại thông minh hay trình duyệt web.

2. Hướng phát triển trong tương lai

• Mở rộng số lượng cụm đèn điều khiển, nâng cấp cảm biến đo độ rọi công nghiệp có độ nhạy và độ chính xác cao hơn.
• Thiết kế giao diện giám sát HMI và kết nối hệ thống lên nền tảng Web Server thông qua bộ điều khiển BCU.
• Thiết lập hệ thống bảo mật, phân quyền đăng nhập người dùng, nâng cấp tính năng tự động gửi cảnh báo sự cố qua Email hoặc tin nhắn SMS.
• Tích hợp đồng bộ hệ thống chiếu sáng với hệ thống điều khiển nhiệt độ/HVAC trong cùng một mô hình quản lý BMS tập trung.

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện – Điện tử, Tự động hóa và Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu thực hành trực quan về cách đấu nối, vận hành bộ điều khiển DDC, cảm biến analog và mạch Driver LED Dimming 1–10V.
• Kỹ sư và kỹ thuật viên vận hành BMS: Tham khảo quy trình cài đặt, hiệu chỉnh tham số ngõ vào/ra, thuật toán PID, lập lịch trình và trích xuất nhật ký dữ liệu bằng phần mềm DDC-Configurator.
• Các nhóm nghiên cứu đồ án tốt nghiệp: Cung cấp quy trình thiết kế mô hình kiến trúc mica kết hợp phần cứng điều khiển thực tế với chi phí tối ưu.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển nào và lý do lựa chọn bộ điều khiển này là gì?
Hệ thống sử dụng bộ điều khiển số trực tiếp DDC-C46 của hãng PNTech (Việt Nam). Thiết bị được chọn vì có nguồn gốc trong nước, chế độ hỗ trợ kỹ thuật và bảo hành thuận tiện, chi phí hợp lý, đồng thời giao diện phần mềm cấu hình DDC-Configurator hoàn toàn bằng tiếng Việt giúp người vận hành dễ dàng cài đặt và giám sát.

2. Phương pháp Dimming nào được áp dụng cho đèn LED trong mô hình?
Hệ thống sử dụng phương pháp Dimming 1–10V (Current sinking) kết hợp với Driver LED Dimming 20W và đèn LED âm trần F4 10W của VinaLed. Để tắt hoàn toàn đèn ở chế độ này, mạch điều khiển kết hợp ngõ ra relay DO 03 để ngắt nguồn điện lưới 220VAC cấp vào Driver.

3. Ở chế độ Auto, bộ điều khiển DDC-C46 xử lý tín hiệu cảm biến và điều chỉnh độ sáng như thế nào?
Hai cảm biến ánh sáng gửi tín hiệu điện áp analog về hai ngõ vào UI 03 và UI 04. Bộ điều khiển tính toán giá trị trung bình (Average) tại Kênh 3 để xác định độ rọi thực tế (Lux), sau đó thuật toán PID so sánh với giá trị đặt (Setpoint, ví dụ 500 Lux) và xuất tín hiệu điều khiển analog tại ngõ ra AO 4 (0–20mA, qua mạch phân áp) tới Driver LED để tăng hoặc giảm độ sáng đèn theo chế độ INCREASE.

4. Dữ liệu vận hành của hệ thống được lưu trữ và trích xuất ra sao?
Phần mềm DDC-Configurator tích hợp tính năng DataLogger cho phép cấu hình chu kỳ ghi (nhỏ nhất 1 giây, trong thực nghiệm cài đặt 5 giây/lần). Dữ liệu bao gồm điện áp ngõ vào, độ rọi tính toán, mức ngõ ra analog và trạng thái relay được lưu dưới dạng tệp tin định dạng .csv và có thể mở, xử lý trực tiếp trên Microsoft Excel.

5. Điểm khác biệt cơ bản giữa chế độ Auto và Manual trong hệ thống là gì?
Ở chế độ Auto, độ sáng đèn được DDC-C46 điều khiển hoàn toàn tự động theo thuật toán PID và lịch trình thời gian thông qua ngõ ra analog AO 4. Ở chế độ Manual, module relay 5V được kích hoạt đóng cắt đường tín hiệu để tách Driver LED khỏi ngõ ra DDC, chuyển quyền điều khiển độ sáng sang núm vặn chiết áp Dimmer 1–10V gắn ở vách mô hình.

---

Kết luận

Đồ án "Xây dựng mô hình BMS - Hệ thống điều khiển chiếu sáng" đã thiết kế, thi công và vận hành thành công mô hình tòa nhà vật lý tích hợp hệ thống điều khiển chiếu sáng tự động sử dụng bộ điều khiển số DDC-C46 của PNTech. Hệ thống vận hành ổn định ở cả hai chế độ tự động theo độ rọi/lịch trình và thủ công qua Dimmer, đồng thời ghi nhận dữ liệu chính xác phục vụ giám sát năng lượng. Đây là tài liệu thực nghiệm có giá trị tham khảo thiết thực cho việc học tập, nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tự động hóa tòa nhà BMS tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TR¯âNG Đ¾I HâC S¯ PH¾M Kþ THU¾T THÀNH PHÞ Hà CHÍ MINH KHOA ĐÀO T¾O CHÂT L¯þNG CAO Đà ÁN TÞT NGHIàP XÂY DĀNG MÔ HÌNH BMS - Hà THÞNG ĐIÂU KHIÄN CHIÀU SÁNG SVTH : ĐINH CÔNG C¯âNG MSSV : 16142524 SVTH : LÊ THÀNH TÂM MSSV : 16142201 Khoá : 2016 Ngành: CNKT ĐIàN – ĐIàN Tþ GVHD: ThS. LÊ THà HàNG NHUNG Tp. Hã Chí Minh, tháng 07 năm 2020 TR¯âNG Đ¾I HâC S¯ PH¾M Kþ THU¾T THÀNH PHÞ Hà CHÍ MINH KHOA ĐÀO T¾O CHÂT L¯þNG CAO Đà ÁN TÞT NGHIàP XÂY DĀNG MÔ HÌNH BMS - Hà THÞNG ĐIÂU KHIÄN CHIÀU SÁNG SVTH : ĐINH CÔNG C¯âNG MSSV : 16142524 SVTH : LÊ THÀNH TÂM MSSV : 16142201 Khoá : 2016 Ngành: CNKT ĐIàN – ĐIàN Tþ GVHD: ThS. LÊ THà HàNG NHUNG Tp.

Hã Chí Minh, tháng 07 năm 2020 CàNG HÒA Xà HàI CHĂ NGH)A VIàT NAM Đác l¿p – Tư뀣 do – H¿nh phúc *** Tp. Hã Chí Minh, ngày 28 tháng năm 2020 NHIàM VĀ Đà ÁN TÞT NGHIàP Họ và tên sinh viên: ĐINH CÔNG C¯äNG MSSV: 16142524 Họ và tên sinh viên: LÊ THÀNH TÂM MSSV: 16142201 GiÁng viên h°ãng dÁn: LÊ THà HâNG NHUNG ĐT: [phone] Ngày nh¿n đà tài: 24/02/2020 Ngày náp đà tài: 28/07/2020 1. Các sá liáu, tài liáu ban đu: 3. Nái dung thư뀣c hián đà tài: 4.

SÁn ph¿m: TR¯æNG NGÀNH GIÀNG VIÊN H¯âNG DÀN i CàNG HOÀ Xà HàI CHĂ NGH)A VIàT NAM Đác l¿p – Tư뀣 do – H¿nh Phúc ******* PHIÊU NH¾N XÉT CĂA GIÁO VIÊN H¯àNG DÀN Họ và tên Sinh viên:. Họ và tên Giáo viên h°ãng dÁn:. Và nái dung đà tài & khái l°ÿng thư뀣c hián:. Đà nghá cho bÁo vá hay không?.

Đánh giá lo¿i:. Hã Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Giáo viên h°ãng dÁn (Ký & ghi rõ họ tên) ii CàNG HOÀ Xà HàI CHĂ NGH)A VIàT NAM Đác l¿p – Tư뀣 do – H¿nh Phúc ******* PHIÊU NH¾N XÉT CĂA GIÁO VIÊN PHÀN BIàN Họ và tên Sinh viên:. Họ và tên Giáo viên h°ãng dÁn:. Và nái dung đà tài & khái l°ÿng thư뀣c hián:.

Đà nghá cho bÁo vá hay không?. Đánh giá lo¿i:. Hã Chí Minh, ngày tháng năm 2020 Giáo viên phÁn bián (Ký & ghi rõ họ tên) iii LâI CÀM ¡N Nhóm xin chân thành cÁm ¢n các thy cô trong khoa Đào t¿o ch¿t l°ÿng cao và các thy cô trong tr°ång Đ¿i học S° ph¿m Kỹ thu¿t TP.HCM, đã giÁng d¿y cho nhóm những kiÁn thąc chuyên môn và c¢ bÁn và ngành trong suát khoá học 2016 – 2020. Tć đó giúp nhóm đánh h°ãng theo sư뀣 hiÅu biÁt và khÁ năng căa mình.

ĐÅ hôm nay nhóm có thÅ thư뀣c hián đã án tát nghiáp <Xây dāng mô hình BMS – há thßng điÃu khiÅn chiÁu sáng=. Nhóm chúng em xin chân thành cÁm ¢n cô Lê Thá Háng Nhung và thy Lê Trãng Nghĩa, giáo viên h°ãng dÁn đã án tát nghiáp căa nhóm. D°ãi sư뀣 h°ãng dÁn, chß bÁo t¿n tình căa thy và cô, đặc biát là các ý t°çng và góp ý kiÁn khi nhóm gặp trç ng¿i, nhóm đã hoàn thành tát đ°ÿc các māc tiêu đà ra căa đã án. Bên c¿nh đó, nhóm chúng em cũng hÁt lòng biÁt ¢n gia đình đã t¿o điÃu kián cho tāi em đ°ÿc học t¿p trong môi tr°ång đ¿i học và cũng xin cÁm ¢n các b¿n trong các nhóm đã án khác đã nhiát tình hß trÿ kiÁn thąc và kinh nghiám cho nhóm.

Mặc dù đã đ¿t đ°ÿc māc tiêu đà ra nh°ng vì thåi gian còn h¿n chÁ, cũng nh° l°ÿng kiÁn thąc lãn nên nhóm không thÅ tránh khßi những thiÁu sót. Vì v¿y nhóm r¿t mong s¿ nh¿n đ°ÿc nhiÃu ý kiÁn đánh giá, góp ý căa quý thy cô và các b¿n đÅ nhóm có thÅ phát triÅn và hoàn thián thêm đà tài này. Nhóm chúng em xin chân thành cÁm ¢n! Tp. HCM, ngày 28 tháng 07 năm 2020 Sinh viên thư뀣c hián: Đinh Công C°ång Lê Thành Tâm iv TÓM TÀT Ngày nay, hu hÁt các tòa nhà cao tng ç Viát Nam hián nay đÃu không đ°ÿc trang bá há tháng quÁn lý tòa nhà thông minh.

Trong các công trình đã sá này sử dāng nhiÃu há tháng kỹ thu¿t toà nhà nh°: há tháng chiÁu sáng, há tháng thông gió, há tháng đián năng, há tháng phòng cháy chữa cháy, & Chúng ngày càng trç nên hián đ¿i, tián nghi đÅ phāc vā các yêu cu ngày càng cao căa con ng°åi. Há tháng quÁn lý toà nhà (Building Management System – BMS) là mát há tháng tích hÿp điÃu khiÅn và giám sát các há tháng kỹ thu¿t trong toà nhà nhằm phái hÿp v¿n hành các há tháng này mát cách tháng nh¿t và linh ho¿t, giúp cho viác quÁn lý các toà nhà hiáu quÁ và tinh tÁ. Đã án s¿ tìm hiÅu tång quan và há tháng quÁn lý toà nhà BMS và các há tháng đ°ÿc tích hÿp trong BMS. Cā thÅ, đã án này s¿ t¿p trung vào điÃu khiÅn há tháng chiÁu sáng và tiÁn hành xây dư뀣ng mô hình đÅ mô phßng quá trình điÃu khiÅn trong thư뀣c tÁ.

Trong quá trình thư뀣c hián đã án, nhóm chúng em đã hiÅu há tháng quÁn lý quÁn lý toà nhà BMS, các c¿p quÁn lý điÃu khiÅn, các giao thąc ąng dāng trong há tháng BMS; tìm hiÅu chąc năng và cách điÃu khiÅn bá DDC-C46. Nghiên cąu các thành phn trong há tháng chiÁu sáng nh° các lo¿i đèn LED, Driver LED, Dimmer và các lo¿i cÁm biÁn ánh sáng. Tć đó hình thành ý t°çng xây dư뀣ng mô hình toà BMS l¿y ý t°çng là toà nhà trung tâm tr°ång Đ¿i học S° ph¿m Kỹ thu¿t thành phá Hã Chí Minh và há tháng chiÁu sang trong toà nhà đ°ÿc điÃu khiÅn và quÁn lý bçi bá điÃu khiÅn DDC-C46. Nhóm đã thành công trong viác xây dư뀣ng đ°ÿc mô hình BMS toà nhà trung tâm và há tháng chiÁu sáng.

Có thÅ điÃu khiÅn há tháng chiÁu sáng trong toà nhà bằng hai ph°¢ng pháp Auto va Manual, điÃu khiÅn và thiÁt l¿p đá sáng theo mong muán, giám sát đá sáng trong mô hình thông qua bá cÁm biÁn. V¿n hành há tháng tư뀣 đáng theo lách trình, thu nh¿p và quÁn lý dữ liáu ho¿t đáng căa há tháng mát cách tư뀣 đáng. Bên c¿nh đó vÁn tãn t¿i h¿n chÁ trong thiÁt kÁ, tính toán cā thÅ và công su¿t chiÁu sáng và Ánh h°çng căa môi tr°ång đÁn há tháng cũng nh° điÃu khiÅn há tháng bằng cách ph°¢ng pháp điÃu khiÅn tć xa do nhóm bá thiÁu sót kinh nghiám và h¿n chÁ và mặt tài chính. Trong t°¢ng lai, nhóm s¿ cÁi tiÁn và thiÁt kÁ, t¿o giao dián điÃu khiÅn và thay thÁ bằng các thiÁt bá hián đ¿i phù hÿp sát vãi há tháng chiÁu sáng trong thư뀣c tÁ.

v MĀC LĀC NHIàM VĀ Đâ ÁN TàT NGHIàP. i PHIÊU NHãN XÉT CĂA GIÁO VIÊN H¯âNG DÀN. ii PHIÊU NHãN XÉT CĂA GIÁO VIÊN PHÀN BIàN. vi DANH MĀC CÁC TĆ VIÀT TÀT.

ix DANH MĀC CÁC BÀNG BIÄU. xi DANH MĀC CÁC HÌNH ÀNH, BIÄU Đâ. xii Ch°¢ng 1 TäNG QUAN. 1 Lý do chọn đà tài .2 Đái t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu .2 Giãi h¿n căa đà tài nghiên cąu .2 Ý ngh*a khoa học và thư뀣c tißn căa đà tài.2 Ph°¢ng án và quy trình thiÁt kÁ .3 Ch°¢ng 2 C¡ Sæ LÝ THUYÀT.

6 Há tháng quÁn lý toà nhà .6 Phân c¿p há tháng quÁn lý điÃu khiÅn .7 TruyÃn thông trong há tháng BMS .8 Giãi thiáu mát sá chu¿n truyÃn thông .9 Các chu¿n RS232/RS485 .9 Các giao thąc ąng dāng trong há tháng BMS .10 Giao thąc BACnet .10 Giao thąc Lonmark .11 vi Giao thąc Modbus .11 Lư뀣a chọn giao thąc sử dāng trong há tháng BMS .12 Xu h°ãng phát triÅn căa há tháng BMS .13 Tång quan há tháng quÁn lý chiÁu sáng .14 Māc đích căa há tháng chiÁu sáng .14 Các thành phn c¢ bÁn trong há tháng chiÁu sáng .15 Ch¿n l°u, ch¿n l°u điÃu chßnh và LED Driver .17 CÁm biÁn và thiÁt bá điÃu khiÅn .25 ChiÁn l°ÿc quÁn lý năng l°ÿng và kiÅm soát ánh sáng .26 ĐiÃu khiÅn bằng công tÁc, nút nh¿n và chąc năng làm må căa đèn .26 Đặt lách và điÃu khiÅn theo giá trá cÁm biÁn .26 Sử dāng ánh sáng ban ngày và ánh sáng bóng râm .26 Ch°¢ng 3 THIÀT KÀ PHÀN CĄNG VÀ PHÀN MÂM. 28 ThiÁt kÁ phn cąng .28 ThiÁt kÁ mô hình .28 ThiÁt kÁ há tháng điÃu khiÅn chiÁu sáng .38 Yêu cu há tháng .38 Phn mÃm sử dāng trong há tháng .39 Ch°¢ng 4 THI CÔNG MÔ HÌNH VÀ H à THàNG. 49 Thi công mô hình .49 LÁp đặt há tháng .50 S¢ đã nái dây há tháng.50 LÁp đặt thiÁt bá trên mô hình .51 vii Ch°¢ng 5 VãN HÀNH VÀ KIÄM TRA MÔ HÌNH. 54 V¿n hành mô hình.54 B°ãc 1: C¿p nguãn cho bá điÃu khiÅn và kÁt nái vãi máy tính.54 B°ãc 2: C¿p nguãn các thiÁt bá cÁm biÁn ánh sáng, Driver đèn, Relay .57 B°ãc 3: C¿u hình thông sá các thiÁt bá cÁm biÁn ánh sáng, Driver đèn, r¢le .58 B°ãc 4: Khçi đáng chąc năng ghi nh¿n dữ liáu .61 B°ãc 5: N¿p ch°¢ng trình vào bá điÃu khiÅn DDC – C46 .61 B°ãc 6: Há tháng bÁt đu ho¿t đáng điÃu chßnh đá sáng theo lách trình .62 B°ãc 7: Giám sát ho¿t đáng căa há tháng .66 B°ãc 1: C¿p nguãn cho bá điÃu khiÅn và kÁt nái vãi máy tính.66 B°ãc 2: C¿p nguãn các thiÁt bá cÁm biÁn ánh sáng, Driver đèn, Relay.66 B°ãc 3: C¿u hình thông sá ngõ vào, ngõ ra Relay, ngõ ra Analog .66 B°ãc 4: N¿p ch°¢ng trình vào bá điÃu khiÅn DDC – C46 .68 B°ãc 5: Há tháng s¿ sẵn sàng đÅ ho¿t đáng theo chÁ đá Manual.68 KiÅm tra há tháng .69 Ch°¢ng 6 KÀT LUãN.

70 Các v¿n đà đã đ°ÿc giÁi quyÁt trong đã án .70 H°ãng phát triÅn trong t°¢ng lai .70 TÀI LIàU THAM KHÀO. 71 viii DANH MĀC CÁC TĆ VIÀT TÀT ABS: Anti-lock Braking System AHU: Air Handling Unit AI: Analog Input AO: Analog Output BAS: Building Automation System BMS: Building Management System BCU: Building Control Unit Bps: Bit per second COB: Chip On Board DALI: Digital Addressable Lighting Interface DCS: Distributed control system DDC: Direct Digital Controller DI: Digital Input DIP: Duel In-Line Package DO: Digital Output FCU: Fan Coil Unit GND: Ground HID: High Intensity Discharge HVAC: Heating, Ventilatiion and Air Conditioning Kbps: Kilobit per second LAN: Local Area Network LED: Light Emitting Diode MCOB: Multiple Chip On Board NC: Normal Close NO: Normal Open NTC: Negative Temperature Coefficient ix PBC: Printed Circuit Board PID: Proportional-Intergal-Derivative PTC: Positive Temperature Coefficient PWM: Pulse-Width Modulation RTC: Real Time Clock RTU: Remote Terminal Unit SMD: Surface Mounted Device UI: Universal Input USB: Universal Serial Bus x DANH MĀC CÁC BÀNG BIÄU BÁng 2.1 Đặc điÅm và thông sá căa các chu¿n họ RS .2 So sánh đÅ lư뀣a chọn giao thąc phù hÿp cho há tháng BMS .3 Hai lo¿i ch¿n l°u đ°ÿc sử dāng phå biÁn hián nay .1 Thông sá kỹ thu¿t căa cÁm biÁn ánh sáng .2 Thông sá kỹ thu¿t căa m¿ch Module Relay 5V .