CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG BMS (INTELLIGENT BUILDING MANAGEMENT SYSTEM) 1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BMS Thuật ngữ BMS ra đời vào đầu những năm 1950. Và từ đó tới nay nó đã thay đổi rất nhiều kể cả trên phương diện phạm vi và cấu hình hệ thống. Cách thức liên lạc của hệ thống phát triển từ đi dây cứng tới đi dây hỗn hợp (multiplex) và giờ đây là hệ thống hai dây liên lạc số hoàn toàn.
EMS và BMCS phát triển từ giao thức poll-response với bộ xử lý điều khiển trung tâm tới giao thức peer-to-peer với hệ thống điều khiển phân tán. Hệ thống BMS (intelligent Building Management System). Hệ thống Quản lý toà nhà thông minh (Hệ thống BMS (intelligent Building Management System) là là một hệ thống đồng bộ cho phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trong toà nhà như hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hoà thông gió, cảnh báo môi trường, an ninh, báo cháy - chữa cháy v.v…, đảm bảo cho việc vận hành các thiết bị trong tòa nhà được chính xác, kịp thời, hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm chi phí vận hành. Hệ thống BMS là hệ thống đồng bộ mang tính thời gian thực, trực tuyến, đa phương tiện, nhiều người dùng, hệ thống vi xử lý bao gồm các bộ vi xử lý trung tâm với tất cả các phần mềm và phần cứng máy tính, các thiết bị vào và ra, các bộ vi xử lý khu vực, các bộ cảm biến và điều khiển qua các ma trận điểm.
Mục tiêu của hệ BMS là tập trung hóa và đơn giản hóa giám sát, hoạt động và quản lý một hay nhiều tòa nhà để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của tòa nhà bằng cách giảm chi phí nhân công và lượng tiêu thụ điện năng, và cung cấp môi trường làm việc an toàn, thoải mái hơn cho người cư ngụ. Trong quá trình đáp ứng các mục tiêu này, BMS đã “tiến hóa” từ hệ điều khiển giám sát đơn giản trở thành hệ điều khiển vi tính hóa tích hợp toàn diện.MỘT SỐ LỢI ÍCH CỦA HỆ BMS. trợ trực quan trên màn hình đồ họa Đáp ứng các nhu cầu của người cư ngụ và phản ứng với các điều kiện rắc rối nhanh hơn và hiệu quả hơn Giảm lượng điện năng tiêu thụ thông qua khả năng điều khiển quản lý tập trung và chương trình quản lý điện năng Quản lý cơ sở/tài sản hiệu quả hơn nhờ các báo cáo ghi lại quá trình hoạt động, bảo trì, và chức năng tự động gửi cảnh báo Lập trình linh hoạt theo nhu cầu của từng tòa nhà, tổ chức và yêu cầu mở rộng Nâng cao hoạt động nhờ tích hợp phần mềm và phần cứng của nhiều hệ thống phụ như điều khiển số trực tiếp (DDC – Direct Digital Control), hệ thống báo cháy, an ninh, điều khiển truy nhập hoặc điều khiển ánh sáng. Trước đây, khi chỉ có hệ thống máy tính kồng kềnh, thì hệ BMS chỉ được sử dụng trong những tòa nhà văn phòng và các trường đại học lớn.
Với việc ra đời các bộ điều khiển sử dụng bộ vi xử lý để điều khiển số trực tiếp, thì chi phí tích hợp chức năng quản lý tòa nhà vào bộ điều khiển nhỏ đến mức mà một BMS là sự lựa chọn đầu tư đúng chỗ cho các tòa nhà thương mại ở mọi kích cỡ, kiểu dáng. Đơn giản hóa và tự động hóa vận hành các thủ tục, chức năng có tính lặp đi lặp lại Quản lý tốt hơn các thiết bị trong tòa nhà nhờ hệ thống lưu trữ dữ liệu, chương trình bảo trì bảo dưỡng và hệ thống tự động báo cáo cảnh báo Giảm sự cố và phản ứng nhanh đối với các yêu cầu của khách hàng hay khi xảy ra sự cố Giảm chi phí năng lượng nhờ tính năng quản lý tập trung điều khiển và quản lý năng lượng 9 Giảm chi phí nhân công và thời gian đào tạo nhân viên vận hành - cách sử dụng dễ hiểu, mô hình quản lý được thể hiện trực quan trên máy tính cho phép giảm tối đa chi phí dành cho nhân sự và đào tạo Dễ dàng nâng cấp, linh hoạt trong việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổ chức và các yêu cầu mở rộng khác nhau 1. ĐỐI TƯỢNG CỦA HỆ THỐNG BMS Trạm phân phối điện Máy phát điện dự phòng Hệ thống chiếu sáng Hệ thống điều hoà và thông gió Hệ thống cấp nước sinh hoạt Hệ thống báo cháy Hệ thống chữa cháy Hệ thống thang máy Hệ thống âm thanh công cộng Hệ thống thẻ kiểm soát ra vào Hệ thống an ninh 1. TÍNH NĂNG CỦA BMS Cho phép các tiện ích (thiết bị thông minh) trong tòa nhà hoạt động một cách đồng bộ, chính xác theo đúng yêu cầu của người điều hành.
Cho phép điều khiển các ứng dụng trong tòa nhà thông qua cáp điều khiển và giao thức mạng. Kết nối các hệ thống kỹ thuật như an ninh, báo cháy… qua cổng giao diện mở của hệ thống với các ngôn ngữ giao diện theo tiêu chuẩn quốc tế. Giám sát được môi trường không khí, môi trường làm việc của con người. 10 Tổng hợp, báo cáo thông tin.
Cảnh báo sự cố, đưa ra những tín hiệu cảnh báo kịp thời trước khi có những sự cố. Quản lý dữ liệu gồm soạn thảo chương trình, quản lý cơ sở dữ liệu, chương trình soạn thảo đồ hoạ, lưu trữ và sao lưu dữ liệu. Hệ thống BMS linh hoạt, có khả năng mở rộng với các giải pháp sẵn sàng đáp ứng với mọi yêu cầu.1: Hệ thống BMS điều khiển liên động các hệ thống cơ điện Quản lý điện năng là chức năng tiêu biểu của bộ điều khiển DDC sử dụng bộ vi xử lý. Trong hầu hết các tòa nhà có quy mô từ vừa tới lớn, quản lý điện năng là một phần không thể thiếu của BMCS, với chức năng điều khiển tối ưu thực thi tại cấp độ hệ thống, và với thông tin quản lý và truy cập người sử dụng do BMS chủ cung cấp.
Một mạng bộ điều khiển điều hành thiết bị để giảm thiểu chi phí vận 11 hành, và điều chỉnh nhiệt độ đủ để đem lại mức độ thoải mái cho người sử dụng. Chức năng hệ thống quản lý điện năng của BMS chủ gồm có: Giám sát ghi hiệu suất Giám sát ghi mức độ sử dụng điện năng Thống kế mức tiêu thụ điện năng: Mức tiêu thụ theo nguồn và định kỳ Biểu đồ xu hướng tiêu thụ Truy cập dữ liệu chiến lược quản lý điện năng nhằm liên tục điều chỉnh theo nhu cầu: Lịch sử dụng toà nhà Giới hạn nhiệt độ đem lại mức độ thoải mái Thống số điều chỉnh của vòng DDC Bổ sung chương trình DDC Hệ thống quản lý cơ sở vật chất được giới thiệu vào cuối thập niên 1980. Sự ra đời của nó đã mở rộng thêm phạm vi của điều khiển trung tâm, gồm cả quản lý toàn bộ cơ sở vật chất của tòa nhà. Ví dụ, trong một nhà máy sản xuất ô tô, lịch sản xuất và giám sát có thể kết hợp với giám sát và điều khiển môi trường BMS.
Nhân viên bộ phận BMS và sản xuất có thể điều hành hệ thống điều khiển riêng biệt để quản lý đầu ra và đầu vào, tuy nhiên hai hệ thống này có thể traođổi dữ liệu cho nhau để tối ưu hóa thông tin và lập ra bản báo cáo chính xác nhất. Chẳng hạn như, chi phí cho lượng nhiệt, gió trên mỗi đầu xe được xuất xưởng sẽ là thông tin quan trọng để tính toán chi phí tổng trên mỗi xe thành phẩm. Hệ thống quản lý cơ sở vật chất phải giải quyết được hai mức độ hoạt động: giám sát hoạt động hàng ngày (day-to-day operation) và quản lý/giám sát hoạt 12 động dài hạn. Giám sát hoạt động hàng ngày đòi hỏi hệ thống liên tục giám sát và điều khiển thời gian thực toàn bộ cơ sở và môi trường.
Giám sát/quản lý/hoạch định hoạt động dài hạn yêu cầu hệ thống ghi lại dữ liệu phân tích/hoạch định xu hướng lâu dài, và lấy đó làm dữ liệu so sánh với mục tiêu hoạt động. Do vậy, mục tiêu chính yếu của mức hoạch định và quản lý là thu thập, xử lý dữ liệu về lịch sử hoạt động. Mộthệ BMS gồm cấu hình phần cứng và hệ thống liên lạc cần thiết để truy cập dữ liệu trong toàn bộ tòa nhà hoặc truy cập từ cáctòa nhà từ xa khác sử dụng đường truyền điện thoại.Cấu hình phần cứng Bộ điều khiến sử dụng vi xử lý tạo nên cấu hình theo kiểu cấp bậc cho hệ thống BMS. Hình dưới mô tả đa cấp bậc hay còn gọi là lớp (tier) của bộ xử lý.
-Cấp xử lý quản lý -Cấp xử lý hoạt động -Cấp xử lý hệ thống -Cấp xử lý vùng Cấp độ được sử dụng thực sự cho hệ thống phụ thuộc vào từng nhu cầu của tòa nhà hay một tổ hợp tòa nhà. Cấp độ xử lý vùng có thể kết hợp các bộ actuator và cảm biến sử dụng vi xử lý thông minh. Bộ điều khiển cấp vùng: đây là bộ điều khiển sử dụng bộ vi xử lý. Nó cung cấp khả năng điều khiển trực tiếp tới các thiết nằm trong phạm vi cấp vùng, như bơm nhiệt, hộp điều lượng gió (VAV – Variable Air Volume), thiết bị cấp gió đơn vùng.
Bộ điều khiển cấp này cũng có thể sử dụng phần mềm quản lý năng lượng.Tại cấp xử lý vùng, cảm biến và actuator giao liên lạc trực tiếp với thiết bị được điều khiển. Một bus liên lạc làm phương tiện kết nối các bộ điều khiển, do vậy các điểm thông tin giữa các bộ điều khiển có thể chia sẻ cho nhau và chia sẻ với các bộ xử lý tại hệ thống và ở cấp xử lý hoạt động. Các bộ điều khiển cấp vùng tiêu biểu có một cổng hoặc kênh giao tiếp để hỗ trợ sử dụng thiết bị đầu cuối di động trong quá trình thiết lập ban đầu và cả 13 những lần điều chỉnh sau đó. Bộ điều khiển cấp hệ thống.Bộ điều khiển cấp này có công suất lớn hơn bộ điều khiển cấp vùng nếu xét trên phương diện các điểm, vòng DDC và chương trình điều khiển.Bộ điều khiển cấp hệ thống thường được dùng để điều khiển các thiết bị cơ khí như các hệ cung cấp khí, hệ VAV trung tâm và hệ thống làm mát.
Ngoài ra, nó còn thực thi điều khiển ánh sáng. Bộ điều khiển tại cấp này giao tiếp trực tiếp với các thiết bị được điều khiển thông qua actuator và cảm biến, hoặc giao tiếp gián tiếp thông qua các bus liên lạc với bộ điều khiển cấp vùng.