Nghiên cứu ứng dụng hệ thống BMS cho tòa nhà khách sạn Novotel Đà Nẵng

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THÁI VIỄN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG BMS CHO TỊA NHÀ KHÁCH SẠN NOVOTEL ĐÀ NẴNG Chuyên ngành : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN Mã số : 60.52.50 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2012 2 Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. ĐINH THÀNH VIỆT Phản biện 1: TS. TRẦN VINH TỊNH Phản biện 2: TS. NGUYỄN XUÂN HỒNG VIỆT Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đà Nẵng vào ngày 27 tháng 10 năm 2012 Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại : - Trung tâm Thơng tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại Học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong thời đại ngày nay việc xây dựng các tồ nhà cao tầng làm cơng sở, trung tâm thương mại, khách sạn,…ngày càng trở nên phổ biến. Chúng ngày càng trở nên hiện đại, tiện nghi để phục vụ các yêu cầu ngày càng cao của con người. Giải pháp kết hợp hệ thống các thiết bị cơ điện sử dụng trong tồ nhà với cơng nghệ tự động hố nhằm đem lại khả năng tự hoạt động (hệ thống thơng giĩ, hệ thống chiếu sáng,…) đã khơng cịn là điều mới mẻ nữa. Tuy nhiên vấn đề sống cịn của giải pháp này lại nằm ở chỗ làm sao cĩ thể quản lý chúng trong một hệ thống thống nhất. Các hệ thống tự động hố tồ nhà (Building Managerment System - BMS) đã ra đời để giải quyết bài tốn này. Hầu hết các tịa nhà cao tầng ở Việt Nam hiện nay đều khơng được trang bị hệ thống quản lý tịa nhà thơng minh. Khi được trang bị hệ thống này, tất cả các hệ thống điều hịa, báo cháy, … được điều khiển tập trung, tương tác bởi hệ BMS. Các hệ thống được tích hợp đầy đủ hệ thống thơng tin, truyền thơng, và tự động hĩa văn phịng. Đây là loại nhà thơng minh. Cịn gọi là các tịa nhà hiệu năng cao, tịa nhà xanh, tịa nhà cơng nghệ cao, tịa nhà cĩ những chức năng đặc biệt như bệnh viện, cơ quan trung ương, nhà quốc hội,… chúng ta cĩ thể thấy thực trạng về hệ thống nhà cao tầng của chúng ta phần lớn chưa được trang bị hệ thống BMS. Nếu xét về mặt chất lượng và hiệu quả sử dụng của các tịa nhà thì chưa đạt so với yêu cầu đặt ra cho các tịa nhà đĩ. Do đĩ cần nghiên cứu và ứng dụng hệ thống BMS cho các tịa nhà. 4 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu hệ thống BMS để ứng dụng điều khiển, giám sát, quản lý các thiết bị cơ điện trong một tịa nhà cao tầng, giúp cho việc vận hành, bảo dưỡng và quản lý tịa nhà một cách thuận tiện, an tồn và tiết kiệm. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu là hệ thống tự động hĩa BMS của Siemens. Phạm vi nghiên cứu của đề tài là mơ phỏng, vận hành hệ thống BMS của tịa nhà Novotel – Đà Nẵng. 4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU − Nghiên cứu các hệ thống điều khiển trong cơng nghiệp. − Nghiên cứu các hệ thống tự động hố tồ nhà. − Nghiên cứu ứng dụng hệ thống BMS của Siemens. − Mơ phỏng, vận hành hệ thống BMS cho tịa nhà Novotel. 5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Tự động hĩa vận hành các hệ thống kỹ thuật của tịa nhà nhằm mục đích tăng tính tiện nghi, giảm chi phí vận hành, tăng hiệu quả hoạt động, tối ưu hĩa việc sử dụng năng lượng và đảm bảo an ninh, an tồn tương xứng với tầm quan trọng và yêu cầu của tịa nhà. Đơn giản hĩa việc báo lỗi cho các thiết bị, máy mĩc và hệ thống. Hỗ trợ truy cập đến thơng tin vận hành thiết bị, hệ thống. Tự động hĩa và chuẩn hĩa quản lý tiện ích. Cung cấp khả năng giao tiếp với tất cả dịch vụ trong tịa nhà giúp cho việc vận hành tồ nhà một cách đơn giản, chính xác và hiệu quả. Nhiệm vụ chính của hệ thống BMS là điều khiển, giám sát, quản lý các thiết bị cơ điện trong một tịa nhà cao tầng, giúp cho việc 5 vận hành, bảo dưỡng và quản lý tịa nhà một cách thuận tiện, an tồn và tiết kiệm. Căn cứ vào mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu. Đề tài được đặt tên: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống BMS cho tồ nhà khách sạn Novotel Đà Nẵng”. 6. BỐ CỤC LUẬN VĂN Mở đầu. Chương 1: Các đặc trưng cơ bản của tịa nhà cao tầng nĩi chung và tịa nhà Novotel–Đà Nẵng nĩi riêng.. Chương 2: Tổng quan các hệ thống điều khiển trong các tịa nhà cao tầng. Chương 3: Apogee Insight hệ thống tự động hố tồ nhà của Siemens Chương 4: Mơ phỏng vận hành hệ thống BMS tồ nhà khách sạn Novotel Đà Nẵng. Kết luận. Tài liệu tham khảo. Phụ lục. 6 CHƯƠNG 1 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA TỊA NHÀ CAO TẦNG NĨI CHUNG VÀ TỊA NHÀ NOVOTEL – ĐÀ NẴNG NĨI RIÊNG 1.1 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG VÀ MỨC ĐỘ TỰ ĐỘNG HĨA TRONG TỊA NHÀ CAO TẦNG HIỆN ĐẠI. Hình 1.1: Tịa nhà Novotel – Đà Nẵng Đánh giá chất lượng về một tịa nhà cao tầng hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới thì cĩ nhiều tiêu chuẩn song ở phạm vi luận văn tốt nghiệp này chỉ đề cập đến về chất lượng mơi trường trong tịa nhà và mức độ tự động hĩa của nĩ để đem lại chất lượng mơi trường như mong muốn để phụ vụ con người cũng như bảo quản các thiết bị trong tịa nhà. 1.1.1 Chiếu sáng nhân tạo. 1.1.2 Thang máy phục vụ. 1.1.3 Phịng chống cháy nổ. a) Nguyên nhân gây ra cháy trong các tịa nhà cao tầng hiện đại b) Biện pháp phịng chống cháy nổ trong tịa nhà cao tầng hiện đại 7 1.1.4 Điều hịa khơng khí. a) Khái niệm: b) Mối quan hệ giữa mơi trường và cơ thể con người c) Sự ơ nhiễm khơng khí và vấn đề thơng giĩ d) Hệ thống điều khiển đo lường của thiết bị điều tiết khơng khí 1.2 HỆ THỐNG QUẢN LÝ & THỰC TRẠNG TỊA NHÀ CAO TẦNG 1.2.1 Phân loại nhà cao tầng 1.2.2 Hệ thống quản lý các tịa nhà 1.2.3 Thực trạng nhà cao tầng hiện đại Khoảng 90% số nhà cao tầng ở Việt Nam đều cĩ các hệ thống cơ sở hạ tầng, hệ thống cung cấp và thải nước, hệ thống cung cấp điện, hệ thống quạt trần hoặc điều hịa và hệ thống báo cháy. Đây là những tịa nhà loại thơng thường.[1] Khoảng 50% số tịa nhà cĩ trang bị hệ thống điều hịa tập trung, hệ thống bảo vệ và báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập và giám sát bằng camera nhưng chưa cĩ hệ thống BMS. Tất cả thiết bị của các hệ thống điều hịa, báo cháy… được điều khiển riêng biệt, các bộ điều khiển này khơng trao đổi thơng tin với nhau, khơng cĩ quản lý và giám sát chung và phần quản lý điện năng thì mới ở mức thấp. Đây là những tịa nhà đã cĩ hệ thống điều khiển và giám sát tập trung, nhưng chưa cĩ hệ thống BMS. Khoảng 30% số tịa nhà cĩ trang bị hệ thống điều hịa tập trung, hệ thống bảo vệ và báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập và giám sát bằng camera cĩ trang bị hệ thống BMS. Tất cả thiết bị của các hệ thống điều hịa, báo cháy, được điều khiển riêng biệt và tích hợp từng phần. Hệ BMS cho phép trao đổi thơng tin, giám sát giữa các hệ thống, cho phép quản lý tập trung. Hệ BMS cho phép quản lý 8 điện năng ở mức cao. Đây là loại tịa nhà cao tầng được trang bị hệ thống tự động hĩa BMS. Với các con số trên, cĩ thể thấy thực trạng về hệ thống nhà cao tầng phần lớn chưa được trang bị hệ thống BMS. Nếu xét về mặt chất lượng và hiệu năng sử dụng của các tịa nhà thì chưa đạt so với yêu cầu đặt ra cho các tịa nhà đĩ. 1.3 CÁC ĐẶC ĐIỂM CỦA TỊA NHÀ NOVOTEL – ĐÀ NẴNG Tịa nhà Novotel – Đà Nẵng được xây dựng tại 36 đường Bạch Đằng, quận Hải Châu, thành phố Đà Nẵng trên diện tích 3728m2. Novotel là tịa nhà khách sạn cao nhất miền Trung quy mơ 36 tầng, bao gồm khách sạn 346 phịng, căn hộ 90 phịng, phịng hội nghị, hội thảo đa chức năng, khu vực mua sắm phục vụ khách sạn, ăn uống và các dịch vụ tiện ích cĩ liên quan trung tâm hội nghị hiện đại và hệ thống nhà hàng sang trọng theo tiêu chuẩn quốc tế do tập đồn Accor quản lý cùng với những dịch vụ và tiện ích. Các hệ thống chính được trang bị trong tịa nhà Novotel: − Hệ thống điều hồ thơng giĩ − Hệ thống báo cháy và chữa cháy − Hệ thống cấp - thốt nước − Hệ thống cung cấp nhiên liệu − Hệ thống điện (máy phát, máy biến áp, hệ thống tủ phân phối…) − Hệ thống chiếu sáng − Hệ thống thang máy 1.4 KẾT LUẬN Qua phân tích thực trạng về hệ thống quản lý nhà cao tầng ở trên, cĩ thể thấy sự cần thiết phải trang bị các hệ BMS cho các nhà 9 cao tầng. Ngày nay, các tịa nhà cao tầng khơng chỉ đạt tiêu chí diện tích sử dụng mà cịn phải đạt tiêu chí về tiết kiệm điện năng, đạt tiêu chí về mơi trường, tiêu chí về tiện nghi, tiêu chí về hệ thống thơng tin, tiêu chí về an ninh, ... Tùy thuộc vào loại nhà cao tầng mà các hệ thống BMS phải trang bị cho phù hợp với các mục đích sử dụng và mơi trường các tịa nhà đĩ được khai thác. Các hệ thống BMS này đã được chuẩn hĩa và được sử dụng rộng rãi trên tồn thế giới. Các hãng cung cấp các sản phẩm này đã xâm nhập vào thị trường Việt Nam như: Siemens, Honeywell, Yamatake,... Sau khi trang bị hệ BMS này, các tịa nhà sẽ khai thác hiệu quả khả năng quản lý giám sát và báo hiệu các sự cố của hệ thống HVAC (hệ thống thơng giĩ và điều hịa khơng khí) và tiết kiệm được năng lượng điện tiêu thụ cho hệ thống so với trước khi lắp đặt hệ thống BMS. Qua đĩ cĩ thể thấy sự cần thiết của hệ thống BMS đối với các tịa nhà cao tầng như thế nào. Do vậy, địi hỏi các tịa nhà cao tầng cần phải được trang bị hệ thống BMS để giúp cho việc quản lý, giám sát hiệu quả và khai thác tiện lợi, đảm bảo cho mơi trường sống xanh, sạch đẹp. 10 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG CÁC TỊA NHÀ CAO TẦNG 2.1 MƠ HÌNH PHÂN CẤP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hệ thống điều khiển trong cơng nghiệp [4] cĩ thể chia thành 5 cấp như sau: • Cấp chấp hành • Cấp điều khiển • Cấp điều khiển giám sát • Cấp điều hành sản xuất • Cấp quản lý cơng ty Sử dụng các hệ thống bus để kết nối các thành phần trong hệ thống với nhau. • Bus trường • Bus hệ thống, Bus quá trình • Mạng xí nghiệp • Mạng cơng ty 2.2 CẤU TRÚC VÀ THIẾT BỊ MẠNG 2.3 CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA MỘT HỆ THỐNG GIÁM SÁT. 2.3.1 Cấu trúc tập trung 2.3.2 Cấu trúc phân quyền 2.3.3 Cấu trúc phân tán 2.4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN DCS 2.4.1 Khái niệm về hệ thống điều khiển phân tán DCS 2.4.2 Mơ hình phân lớp của hệ thống điều khiển DCS 2.4.3 Các mơ hình mạng trong hệ thống điều khiển phân tán 2.5 CÁC HỆ DCS THƠNG DỤNG. 2.6 KẾT LUẬN 11 Trong chương 2 đã trình bày tổng quan về hệ thống điều khiển bao gồm: mơ hình phân cấp, cấu trúc và thiết bị mạng, cấu trúc cơ bản của một hệ thống giám sát, hệ thống điều khiển DCS, các hệ DCS thơng dụng. Qua đĩ cĩ thể nhận thấy những đặc điểm nổi bật của hệ thống DCS: - Khả năng quản lý các đầu vào/ra analog rất tốt: nhờ cấu trúc phần cứng và phần mềm, hệ điều khiển cĩ thể thực hiện đồng thời nhiều vịng điều chỉnh, điều khiển nhiều tầng, hoặc các thuật tốn điều khiển hiện đại: nhận dạng hệ thống, điều khiển thích nghi, tối ưu bền vững, điều khiển theo mơ hình dự báo (MPC), Fuzzy, Neural, điều khiển chất lượng (QCS). - Khả năng truyền thơng: hỗ trợ nhiều giao thức truyền thơng từ cấp trường đến cấp quản lý. Hiện nay các giao thức này đã được chuẩn hố (Profibus, foundation Fieldbus) - Độ tin cậy cao nhờ khả năng dự phịng: dự phịng kép ở tất cả các thành phần trong hệ thống (Controller, modul I/O, bus truyền thơng) khả năng thay đổi chương trình (sửa chữa và download), thay đổi cấu trúc của hệ, thêm bớt các thành phần mà khơng làm gián đoạn, khơng cần khởi động lại quá trình (thay đổi online). - Cơ sở dữ liệu trong hệ là cơ sở dữ liệu lớn cĩ tính chất tồn cục và thống nhất. - Khả năng mở rộng tích hợp cao. - Tuổi thọ của ứng dụng lớn (15 -20 năm). Đặc biệt luận văn tập trung nghiên cứu hệ thống DCS là nền tảng cơ sở cho hệ thống BMS. Qua đĩ cĩ thể thấy rằng DCS là một giải pháp kỹ thuật rất phù hợp cho những hệ thống lớn, địi hỏi độ tin cậy cao, độ linh hoạt cao trong việc thay đổi cấu trúc, chương trình của hệ thống. 12 CHƯƠNG 3 APOGEE INSIGHT HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HỐ TỒ NHÀ CỦA SIEMENS 3.1 HỆ THỐNG APOGEE INSIGHT 3.1.1 Giới thiệu Hệ thống Apogee Insight cung cấp một giải pháp tích hợp tồn diện cho dự án Khách sạn Novotel Đà Nẵng với chất lượng cao. Mơ hình của hệ thống Apogee Insight cĩ đầy đủ các tính năng “Điều khiển – Giám sát – Kết nối tích hợp” các hệ thống kỹ thuật khác:[2] - Điều khiển giám sát hệ thống Chiller, AHU, FCU…đồng thời kết nối tích hợp bậc cao với hệ thống Chiller bằng chuẩn giao thức BACnet. - Kết nối tích hợp với hệ thống điều khiển điều hồ thơng giĩ chuẩn giao thức BACNet, OPC, ModBus, Mbus…, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong thiết kế để điều khiển hệ thống này. - Kết nối các tín hiệu báo động kiểu “điểm – điểm” với hệ thống báo cháy và chữa cháy, thu nhận các thơng tin báo động cháy, chữa cháy để phối kết hợp điều khiển các thiết bị khác trong các hệ thống kỹ thuật khác. - Điều khiển và giám sát hệ thống bơm nước thải, sinh hoạt… - Giám sát và đo đếm hệ thống điện nguồn (HV, Transformer, Genset, UPS, ACB…) - Giám sát và đo đếm hệ thống tiêu thụ điện, nước, BTU theo chuẩn giao thức M-Bus, Modbus, BACnet. 3.1.2 Cấu trúc hệ thống BMS của tịa nhà khách sạn Novotel - Tất cả các DDC bao gồm DDC, PXC Modullar, PXC Compact sẽ được kết nối tới mạng BLN (Building Level Netwrok) thơng qua mạng Ethernet với giao thức BACnet/IP. 13 Hình 3.2: Cấu trúc hệ thống BMS - Tất cả các điểm điều khiển được kết nối trực tiếp tới các DDC và từ đĩ kết nối trực tiếp tới máy chủ trung tâm thơng qua mạng BLN BACnet/IP. - Máy chủ BMS cĩ nhiệm vụ giám sát và điều khiển tồn bộ các thiết bị của hệ thống thơng qua giao diện người dùng thân thiện, ngồi ra cịn cĩ chức năng chỉnh sửa, sao lưu dữ liệu hệ thống. Hệ thống cho phép truy cập thơng qua Internet. - Việc tích hợp với các hệ thống khác cĩ thể được thực hiện thơng qua các bộ điều khiển cĩ hỗ trợ các giao thức như BACnet, Mobus, LonWorks, M-Bus… - Tất cả các bộ điều khiển FCU sẽ được kết nối tới mạng FLN của bộ điều khiển DDC và được kết nối tới máy chủ hệ thống thơng qua mạng Ethernet với giao thức BACnet/IP. 14 Hình 3.3: Cấu trúc phân cấp hệ thống BMS 3.2 ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN QUẢN LÝ 3.2.1 Hệ thống làm lạnh và điều hịa khơng khí 3.2.2 Hệ thống thơng giĩ 3.2.3 Hệ thống giám sát và đo đếm điện năng 3.2.4 Hệ thống phịng cháy chữa cháy 3.2.5 Hệ thống thang máy 3.2.6 Hệ thống cấp thốt nước 3.2.7 Hệ thống quản lý tiêu thụ điện – nước – BTU 3.3 KẾT LUẬN Apogee Insight là phần mềm ứng dụng chuyên dụng được thiết kế cho hệ thống BMS chạy trên nền của hệ điều hành Windows. Nĩ được thiết kế dưới dạng các chức năng đặc trưng. Các chức năng được thể hiện dưới dạng icon mang tính biểu tượng cao. Hướng tới tương lai, hệ thống Apogee Insight là một hệ thống mở, cĩ khả năng tích hợp các phân hệ kỹ thuật khi chúng được xây dựng bằng các giao thức mở, phổ biến trong cơng nghiệp như Bacnet, LONmark, ModBus, Profibus, EIB, M-Bus, P2 phù hợp với tiêu chuẩn SSPC135/1995 của hiệp hội ASHREA Mỹ và hiệp hội các nhà sản xuất sản phẩm BACnet. Do đĩ việc mở rộng nâng cấp cấu hình phần cứng, mở rộng hệ thống rất dễ dàng, và các sản phẩm thế 15 hệ mới cũng luơn tương thích với các thiết bị đã được lắp đặt trong hệ thống BMS của tồ nhà và cĩ thời gian thích ứng mà khơng bị lạc hậu so với cơng nghệ ít nhất là 10 năm. CHƯƠNG 4 MƠ PHỎNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG BMS TỒ NHÀ KHÁCH SẠN NOVOTEL – ĐÀ NẴNG Khi hệ thống BMS tịa nhà khách sạn Novotel được đưa vào vận hành sẽ mang những mục tiêu chính: - Đào tạo người vận hành các của hệ thống của tịa nhà. - Điều khiển hệ thống hoạt động tối ưu, giúp người vận hành hệ thống đạt hiệu quả cao nhất. - Tự động hĩa vận hành các hệ thống kỹ thuật của tịa nhà nhằm mục đích tăng tính tiện nghi, giảm chi phí vận hành, tăng hiệu quả hoạt động, tối ưu hĩa việc sử dụng năng lượng và đảm bảo an ninh, an tồn tương xứng với tầm quan trọng và yêu cầu của tịa nhà. - Đơn giản hĩa việc báo lỗi cho các thiết bị, máy mĩc và hệ thống. - Hỗ trợ truy cập đến thơng tin vận hành thiết bị, hệ thống. - Tự động hĩa và chuẩn hĩa quản lý tiện ích. - Cung cấp khả năng giao tiếp với tất cả dịch vụ trong tịa nhà giúp cho việc vận hành tồ nhà một cách đơn giản, chính xác và hiệu quả. Xét về mặt tổng thể, nhiệm vụ của hệ thống điều khiển tịa nhà là mang đến những tiện nghi cho cơ quan chủ quản và vận hành những đối tượng sử dụng qua việc đơn giản hĩa và chuẩn hĩa các cơng việc xử lý bằng cách sử dụng các ứng dụng điều khiển tự động và giảm thiểu các cơng việc vận hành bằng tay. Hệ thống cũng cĩ khả 16 năng cảnh báo và phát hiện hư hỏng nhằm cảnh báo sớm, tránh các hư hại đáng tiếc cho các hệ thống kỹ thuật, tiết kiệm chi phí và tăng tuổi thọ cho các thiết bị kỹ thuật. 4.1 THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG Hình 4.2: Thuật tốn chương trình chính 4.1.1 Thuật tốn chương trình chính 17 4.1.2 Sơ đồ thuật tốn điều khiển AHU 4.1.3 Sơ đồ thuật tốn điều khiển CHILLER 4.1.4 Trường hợp xảy ra cháy 4.1.5 Chương trình tính tải Monitoring Program 4.1.6 Chương trình chạy cưỡng bức Override Program 4.2 MƠ PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.2.1 Hệ thống Chiller. Hình 4.16: Mơ phỏng điều khiển hệ Chiller Giao diện Chiller Plan: đây là giao diện thể hiện đầy đủ các thiết bị trong hệ thống chiller cùng các trạng thái (Run, Trip…) của chúng.
Hoạt động của hệ thống ở chế độ AUTO. - Để chạy ở chế độ tự động thì phải set biến AUTO Mode lên ON. - Hệ thống chiller sẽ bắt đầu hoạt động vào thời điểm bắt đầu của schedule (tức khi biến schedule ON) và sẽ dừng vào thời điểm 18 kết thúc của schedule (tức biến schedule OFF). Hệ thống sẽ hoạt động theo trình tự. - Khi giả lặp nhiệt độ nước lạnh hồi về cao hơn nhiệt độ cấp đi. Chương trình tính tải hoạt động cho ta kết quả tải lạnh cần cung cấp. Chương trình so sánh tải thực tế với tải đặt trước để đưa lệnh chạy thêm Chiller hay cắt bớt Chiller. Ví dụ: Cơng suất lạnh nhĩm Chiller 1,2 cung cấp khi chạy 1 Chiller là 600 (tấn) Cơng suất lạnh nhĩm Chiller 1,2 và nhĩm Chiller 3,4 cung cấp khi chạy 1 Chiller nhĩm 1,2 và 1 chiller nhĩm 3,4 là 800 (tấn) - Nếu tải cần cung cấp nhỏ hơn 600 (tấn) thì chương trinh tinh tải sẽ tác động cắt bớt 1 Chiller - Nếu tải cần cung cấp lớn hơn 600 (tấn) thì chương trình tính tải tác động để chạy thêm 1 Chiller (trong trường hợp nhĩm Chiller 1,2 ưu tiên) trong nhĩm 3,4. Trong trường hợp đang chạy mà nhánh Chiller bị lỗi hoặc các van, bơm, tháp giải nhiệt thuộc nhánh thì chương trình sẽ tự động cho dừng nhánh đĩ và gọi 1 nhánh Chiller khác thay thế và đồng thời báo lỗi về trung tâm vận hành. Cĩ thể thao tác đĩng, mở, tạo sự cố trong chương trình mơ phỏng để thấy được sự linh hoạt của hệ thống. Hệ thống sẽ tự động báo lỗi, ra lệnh cắt các thiết bị bị sự cố, đĩng các thiết bị thay thế vào đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục và đạt được hiệu quả cao nhất. Đồng thời hệ thống sẽ tự động báo lỗi, cảnh báo cho các nhân viên vận hành bảo dưỡng xử lý các tình huống sự cố nhanh nhất. 19
Hoạt động hệ thống ở chế độ tay (Manual). Ở chế độ bằng tay (biến Auto Mode đã tắt) cĩ 2 cách vận hành: chế độ chạy cưỡng bức (Override) và chế độ bằng tay hồn tồn. • Chế độ Override. - Đây cũng cĩ thể coi là chế độ tự động chưa hồn chỉnh. Để hệ thống chạy Override thì việc đầu tiên là phải set biến ENABLE OVERRIDE lên ON. Khi đĩ tùy theo cho phép chiller nào được chạy Override (bằng cách set biến override của chiller đĩ lên ON) thì nĩ sẽ tự động khởi động và chạy trong chế độ giám sát tự động. Khi cĩ bất cứ sự cố nào trong nhánh chiller thì hệ thống sẽ tự động dừng nhánh chiller đĩ để người vận hành kiểm tra, xử lý. - Chế độ này so với chế độ AUTO thì sẽ khuyết phần chạy dự phịng chiller và điều phối chiller theo tải lạnh của tịa nhà. • Chế độ chạy bằng tay hồn tồn. - Ở chế độ này hệ thống sẽ khơng thực hiện bất cứ gì mà người vận hành phải tự khởi động từng thiết bị cũng như phải tự giám sát hệ thống. Chế độ này sẽ được dùng chủ yếu khi bảo trì thiết bị cũng như trong những trường hợp đặc biệt. 4.2.2 Hệ thống AHU
Hoạt động của hệ thống ở chế độ tự động (Auto) - Khi hệ thống cĩ trong lịch trình hoạt động: Schedule: ON, Fire Alarm: OFF, quạt AHU khơng bị lỗi, AHU sẽ chạy tại tần số 30 Hz, van nước lạnh sẽ mở 60%. Khi cảm biến chênh lệch áp suất (Different Pressure Sensor) đạt khoảng 2/3 giá trị đặt (setpoint) hệ thống sẽ tự động điều chỉnh tốc độ, van nước lạnh, van điều tiết giĩ tươi (Fresh air damper) theo các giá trị ban đầu. Trong quá trình hoạt động, nếu muốn thay đổi tốc độ, nhiệt độ cấp, nồng độ CO2 của hệ 20 thống AHU chỉ cần hiệu chỉnh các giá trị đặt tương ứng cho các thành phần trên. Hình 4.18: Mơ phỏng điều khiển AHU Khi hệ thống khơng cĩ trong lịch trình hoạt động: Schedule: OFF hoặc Fire Alarm: ON hoặc quạt AHU bị lỗi, AHU sẽ tự động tắt.
Hoạt động của hệ thống ở chế độ bằng tay. - Chạy quạt: kích đơi vào biểu tượng command. Xuất hiện cửa sổ Commander. Chọn ON, chọn chế độ Set. Chọn Command. Sau đĩ, kích đơi vào biểu tượng biến tần, cũng xuất hiện cửa sổ Commander. Nhập giá trị tốc độ của biến tần (phạm vi từ 0 – 100 tương ứng với 0 – 50 Hz). Chọn Command. - Mở van nước lạnh: kích đơi vào biểu tượng giá trị van. Xuất hiện cửa sổ Commander. Nhập giá trị độ mở của valve (phạm vi từ 0 – 100). - Mở van điều tiết khí tươi (Fresh air damper): kích đơi vào biểu tượng giá trị damper. Xuất hiện cửa sổ Commander. Nhập giá trị độ mở của van điều tiết (phạm vi từ 0 – 100). 21 4.2.3 Hệ thống quạt
Quạt các tầng hầm - Khi Schedule ON và nồng độ CO cao hơn giá trị setpoint thì quạt sẽ tự động khởi động. Khi nồng độ CO thấp hơn giá trị setpoint, sau 30 phút nếu nồng độ CO vẫn lớn hơn giá trị setpoint thì quạt sẽ tắt. Tuy nhiên vẫn cĩ thể command trực tiếp trên Graphic.
Quạt tạo áp cầu thang - Khi Schedule ON quạt sẽ tự khởi động. Khi áp suất chênh lệch giữa thang bộ và bên ngồi cao hơn giá trị setpoint thì damper tương ứng của quạt đĩ sẽ tự động đĩng mở để điều tiết áp suất chênh lệch bằng với giá trị setpoint. Các Fan cịn lại hoạt động 24/24 tuy nhiên cũng cĩ thể vận hành và command trực tiếp trên màn hình đồ họa. Hình 4.19: Mơ phỏng điều khiển FCU 4.2.4 Hệ thống chiếu sáng Chế độ MODE on 22 - Khi Schedule1 và Schedule2 ở chế độ off (cĩ nghĩa là khơng ở trong khoản thời gian vận hành) hệ thống hoạt động ở chế độ phát hiện chuyển động (Motion Detector). Khi cĩ chuyển động nào thì hệ thống chiếu sáng sẽ hoạt động theo chế độ cài đặt sẵn là bật line1 hay line2. Ví dụ: Trong trường hợp ngày nghỉ, nhân viên an ninh thực hiện cơng tác kiểm tra, hoặc nhân viên kỹ thuật xử lý sự cố… Hệ thống hoạt động ở chế độ phát hiện chuyển động. Giả lập mơ phỏng khi cĩ tín hiệu cĩ người xuất hiện, chế độ Motion Detector hoạt động, sau thời gian cài đặt 5s hệ thống chiếu sáng được bật lên. Hệ thống hoạt động tự động, nếu khơng cĩ chuyển động nào hệ thống sẽ tắt sau thời gian đặt sẵn là 30s. Hình 4.20: Mơ phỏng điều khiển chiếu sáng - Khi Schedule1 hoặc Schedule2 ở chế độ on, hệ thống sẽ tắt chế độ Motion Detector. Hệ thống chiếu sáng sẽ hoạt động theo 23 Schedule1 hoặc Schedule2 (tương ứng với line1 hoặc line2). Các chế độ vận hành và command trực tiếp trên màn hình đồ họa. 4.3 KẾT LUẬN Khi ứng dụng hệ thống BMS vào tịa nhà, các hệ thống hoạt động ở chế độ tự động và hiển thị trên nền Graphic động. Cĩ thể thao tác và command trực tiếp từ màn hình. Hệ thống cho phép thiết lập liên kết giữa các trang graphic, liên kết database vào các hình vẽ, tạo hình ảnh động và thực hiện các thao tác lệnh trên nền các trang đồ hoạ - commander. Qua mơ hình mơ phỏng người vận hành cĩ thể giám sát, vận hành các thiết bị một cách trực quan và tối ưu nhất. KẾT LUẬN Trong luận văn sau khi nghiên cứu, lập trình điều khiển, xây dựng giao diện mơ phỏng sử dụng cơng cụ phần mềm Micrografx Designer 9.0, và mơ phỏng hệ thống BMS dựa trên phần mềm Apogee Insight cúa Siemens cho tịa nhà khách sạn Novotel cĩ thể nhận thấy lợi ích hệ thống BMS mang lại: - Giải phĩng sức lao động: cĩ thể thay thế nhiều nhân viên vận hành bằng một nhân viên và một hệ thống BMS. - Vận hành tự động, thơng minh: tại trung tâm điều hành, người vận hành cĩ thể điều khiển bật, tắt, lên biểu vận hành tự động cho các thiết bị tại nhiều tịa nhà, nhiều xí nghiệp cĩ nối mạng với nhau. - Tối ưu hĩa cơng tác an ninh và bảo mật: hệ thống giám sát, điều khiển truy nhập khi được kết nối với BMS sẽ cĩ mối quan hệ chặt chẽ hơn với các thành phần khác trong tịa nhà, được hỗ trợ và bổ sung chức năng cho cơng tác an ninh bảo mật. 24 - Kiểm sốt và tiết kiệm năng lượng: BMS giám sát việc sử dụng năng lượng hàng ngày. Tự động bật tắt hệ thống theo lập trình, đưa ra cảnh báo nếu năng lượng tiêu thụ quá cao. - Cơng cụ đắc lực cho bảo trì thiết bị: tự động cảnh báo khi phát hiện các bất thường trong hệ thống. Tự động cảnh báo, đưa yêu cầu khi cần bảo trì, bảo dưỡng. - Các dịch vụ BMS mang lại: dịch vụ BMS (building management system) ra đời nhằm phục vụ nhu cầu quản lý các tồ nhà một cách tiết kiệm và thơng minh nhất, tối ưu hố quá trình vận hành, thao tác các thiết bị, đảm bảo điều kiện làm việc ổn định, thoải mái, tiện nghi, phù hợp và an tồn tài sản, dữ liệu. Hệ thống BMS cĩ chức năng sau: - Giám sát trạng thái hoạt động của máy phát điện (mức dầu, nhiệt độ máy phát, cơng suất…). - Đặt lịch hoạt động dự phịng giữa các máy phát dự phịng. - Giám sát các trạm trung thế, hạ thế (quạt mát, nhiệt độ máy biến thế…). - Thực hiện đo đếm các thơng số điện năng (điện áp, cơng suất, dịng điện…) từng vị trí, khu vực và của tồn thể tồ nhà. - Điều khiển đĩng mở các aptomat tổng, aptomat phân phối… - Lập báo cáo về tình trạng cung cấp điện, thơng số điện theo từng khu vực, từng tầng theo thời gian hàng ngày, hàng tháng. - Hệ thống HVAC cĩ ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống, chất lượng sống và làm việc của con người. Do vậy hệ thống HVAC cĩ vai trị rất quan trọng. Đây là một đối tượng tác động lớn của hệ BMS, cụ thể BMS sẽ thực hiện các nhiệm vụ: o Giám sát tình trạng khí hậu của các phịng, các tầng (nhiệt độ, độ ẩm khơng khí, nồng độ CO2…). 25 o Đưa ra điều khiển cần thiết các thiết bị chấp hành (quạt thơng giĩ, điều hồ khơng khí, tháp giải nhiệt…) để đảm bảo điều kiện chuẩn khí hậu trong phịng và tiết kiệm năng lượng. o Xác định sớm sự thay đổi miền khí hậu của vùng, khu vực, đưa ra các hành động tiếp cận. - Đối với hệ thống chiếu sáng ngồi sân: BMS điều khiển theo các kịch bản định trước điện của hệ vịi phun nước, đèn điện trang trí, điện chiếu sáng, cĩ thể tự động điều chỉnh liên tục cường độ sáng hệ thống chiếu sáng cơng cộng theo cường độ sáng xung quanh. - Đối với hệ thống điện chiếu sáng trong nhà: BMS giám sát hệ thống chiếu sáng trong tồ nhà. Điều khiển đĩng mở theo kịch bản, điều chỉnh ánh sáng của các khu vực của tồ nhà phù hợp với chức năng và nhiệm vụ của từng phịng. Hệ thống BMS giám sát trạng thái làm việc, các sự cố và lưu trữ thơng tin về vận hành, cụ thể. - Giám sát tất cả các trạng thái làm việc và sự cố của các bơm nước thải, bơm tăng áp, bơm chữa cháy… - Điều khiển từ xa và tự động tất cả các hệ thống bơm, hệ thống van cấp nước từng khu vực, từng tầng… - Kiểm sốt các nhánh cấp nước cho từng tầng, phát hiện các nơi rị rỉ bằng việc quan sát áp suất đường ống. - Lập hĩa đơn cung cấp nước cho từng phịng, từng tầng… giám sát tình trạng sử dụng nước của từng khu vực để đánh giá và kiểm tra sự rị rỉ nước. - Quản lý cả hệ thống cứu hỏa theo zone và theo địa chỉ o Giám sát tình trạng và tính sẵn sàng của các bơm nước cứu hỏa. o Giám sát áp suất đường ống bơm nước cứu hỏa, áp suất khơng khí đường cầu thang để điều khiển bơm áp lực cầu thang. 26 o Cấu hình độ nhạy của các đầu báo cháy phù hợp với chức năng và nhiệm vụ của từng khu vực. - Quản lý cơ sở dữ liệu về nhân sự trong tịa nhà. Phân quyền truy nhập hệ thống, các phịng chức năng của tịa nhà. - Các hệ thống khác như hệ thống chiếu sáng, CCTV, audio cĩ chức năng hỗ trợ chức năng an ninh o Giám sát sự vận hành của các thang máy. o Điều khiển thang máy theo kịch bản cấu hình trước. BMS sẽ giám sát và điều khiển tối ưu các hệ thống trong tịa nhà trên cơ sở phân tích đặc trưng từng hệ thống và mối liên hệ giữa các hệ thống đĩ. BMS sẽ thay thế con người thực hiện mối liên hệ giữa các hệ thống trên. Vận hành các hệ thống đĩ trên cơ sở mối liên hệ với các hệ thống khác. Người vận hành chính cĩ thể cấu hình lại hệ thống điều khiển BMS. Thay đổi kịch bản vận hành, kịch bản xử lý sự cố. Hệ thống cung cấp điện là một hệ thống quan trọng trong tịa nhà cao tầng, các hệ thống kỹ thuật đều phụ thuộc vào hệ thống này trong quá trình hoạt động của tịa nhà. Để quản lý hệ thống này rất phức tạp, khĩ khăn. Với BMS vấn đề này được giải quyết tối ưu. Hướng mở rộng của đề tài là cĩ thể sử dụng rộng rãi hệ thống BMS khơng những cho tịa nhà cao tầng mà cĩ thể ứng dụng cho nhiều hệ thống khác như các khu cơng nghiệp, trạm điện, chung cư, khách sạn, văn phịng… Các hệ thống cĩ thể xây dựng riêng biệt nhưng vẫn cĩ thể kết nối, giao tiếp với nhau thơng qua chuẩn giao tiếp chung.