Luận văn Nghiên cứu ứng dụng hệ thống quản lý tòa nhà thông minh IBMS

• Hoạt hóa các quạt cũng như các trang thiết bị khác nhằm hiển thị hoạt động thực • Thay đổi màu sắc đối tượng theo sự thay đổi nhiệt độ của nó • Cảnh báo người vận hành trong một số điều kiện đặc biệt bằng nhưng thông điệp HMIWeb Builder lưu các giao diện theo định dạng HTML, trong các trường hợp cần thiết có thể được hiệu chỉnh bơi các công cụ soạn thảo HTML khác. 2.10. Bộ điều khiển số EXCEL WEB và các modul vào ra [6] 2.10.1.Bộ điều khiển số trực tiếp EXCEL WEB Bộ điều khiển Excel Web là sản phẩm trên nền Ethernet của Hơneywell, bộ điều khiển này cho phép lập trình tự do trong hệ thống tự động hóa tòa nhà. Excel Web ® kết hợp cả hai tiêu chuẩn mở lớn hiện nay trong các ngành công nghiệp xây dựng: BACnet ® và LONWORKS ®. Bộ điều khiển Web Excel ® có thể lưu trữ một lương khổng lồ các ứng dụng quản lí tòa nhà như ứng dụng điều hòa thông gió HVAC, ứng dụng quản lí năng lượng, bao gồm tối ưu hóa hoạt động bật/tắt, các ứng dụng điều khiển chiếu sáng, giám sát năng lượng và nhiều ứng dụng khác. Bộ điều khiển Excel web ® không phụ thuộc vào tính khả dụng của hệ thống quản lí giám sát cũng như các bộ điều khiển ứng dụng mạng khác. Excel web cho phép tích hợp liên tục với hệ thống quản lí tòa nhà Enterpise Buildings Integrator ™ (EBI) của Howneywell. Chương 2 - Hệ thống thiết bị và phần mềm điều khiển hệ thống BMS Trang 49 ™ Các đặc tính chung: Giảm tổng chi phí lắp đặt: Cho phép thiết bị truyền thông dựa trên hệ thống mạng hạ tầng (Ethernet/LAN), với các bộ điều khiển Excel web khác, các bộ điều khiển BACnet của bên thứ 3, cũng như việc truyền thông với hệ thống quản lí tòa nhà Vận hành đa năng: Cho phép vận hành bộ điều khiển Excel ® web từ bất kỳ nơi nào, từ bất kỳ máy tính tích hợp! Hệ thống Web-server tích hợp cho phép vận hành cục bộ hoặc từ xa bằng các trình duyệt chuẩn. Độc lập về nhà cũng cấp: Việc truyền thông dựa trên chuẩn quốc tế ISO 16484-5 BACnet® và LONWORKS®. Tương kết với các bộ điều khiển 3rd-party BACnet®, tương kết với các bộ điều khiển phòng, khu vực, các thiết bị trường, các mô đun vào ra trên chuẩn LONWORKS®. Bộ nhớ lịch sử có khẳ năng mở rộng: Cho phép có thể lưu đến 64,000 hướng mục, và có thể sử mở rộng bằng việc sử dụng thẻ nhớ chuẩn Compact Flash Cards. Ứng dụng điều khiển nhanh: Cho phép chọn ưu tiên kiểm soát vòng lặp, bảng đổi biểu cho phù hợp và kiểm soát các ứng dụng có hiệu quả cao. Điều khiển hiệu năng và tin cậy: Hệ điều hành nhúng Embedded Linux, đảm bảo đáng tin cậy, độc lập, và đảm bảo bảo mật hoạt động, đặc biệt là đối với các hệ thống truy cập Internet. An ninh mạng: Dựa trên những thiết kế như là thiết bị IP, Excel ® Web có thể dễ dàng được tích hợp vào bất kỳ cơ chế an ninh mạng hiện có. Lắp đặt linh hoạt: Cho phép lựa chọn lắp đặt trên DIN-rail, tường, hoặc gắn cửa trước của bảng điều khiển. Giao diện vận hành Chương 2 - Hệ thống thiết bị và phần mềm điều khiển hệ thống BMS Trang 50 Hình 2-6. Giao diện vận hành phần mềm Excel web Các Excel ® web được điều hành thông qua một trình duyệt chuẩn. Thông qua các phần mềm tiêu chuẩn, bất kỳ nền tảng máy tính có thể được sử dụng như là một nhà điều hành giao diện. Ngoài các máy tính xách tay, máy tính để bàn máy tính cá nhân, hoặc máy tính công nghiệp, các bảng điều khiển, hoặc máy tính PC màn hình cảm ứng cũng có thể được sử dụng để gắn trực tiếp vào cửa trước tủ điều khiển. Ngoài việc sử dụng hệ điều hành và trình duyệt Internet Explorer hay Mozilla Firefox không cần phần mềm cần phải được cài đặt thêm. ™ Các đặc tính kỹ thuật của Excel ® web Giao thức truyền thông BACnet/IP - ISO 16484-5 – ENV 13321-1 Truyền thông với các bộ điều khiển Web Excel ® khác, các thiết bị 3rd party BACnet với hệ thống quản lí tòa nhà Hơneywell Enterprise Buildings Integrator™ và SymmetrE® dựa trên giao thức BACnet. Excel ® web hỗ trợ tối đa 600 đối tượng vật lý và 100 đối tượng lịch trình Chương 2 - Hệ thống thiết bị và phần mềm điều khiển hệ thống BMS Trang 51 LonTalk® Truyền thông với các mô đun vào ra vật lý, với các bộ điều khiển phòng và khu vực và với các bộ điều khiển Excel 50/500 dựa trên giao thức LonTalk Bộ thu phát (FTT-10A or FT-X1) cho phép truyền thông tốc độ 78 Kbaud, Tối đa độ dài cáp truyền thông cho phép 320 m đến 2,200 m. HTTP Excel Web® cho phép vận hành bằng việc sử dụng các trình duyệt web chuẩn Internet Explorer hoặc Netscape. Độ phân giải màn hình tối thiểu 800 x 600 pixels. Trình duyệt cung cấp cookies, frames, CSS, và Java Script. FTP Vi chương trình và các ứng dụng được nạp tải thông quan chuẩn standard FTP (File Transfer Protocol). ™ Các giao diện phần cứng Cổng chuẩn Ethernet • Tốc độ 10/100 Mbit/s, RJ45, 1 LED “link”, 1 LED “activity” Cổng truyền thông LONWORKS • Tốc độ truyền 78 Kbit/s, FTT10A, FT-X1, • 2x Tiếp điểm cầu đấu • 1x RJ45 • Nút nhấn LONWORKS® Service • 1 đèn LED service Cổng RS232C Port 1 • Chức năng giao diện phục vụ (Service interface) • Tốc độ truyền dữ liệu: 9.6, 19.2, 76.8,or 115.2Kbaud tùy thuộc vào cấu hình • Cổng 9 chân Sub-D Cổng RS232C Port 2 • Chức năng giao diện trình duyệt • Tốc độ truyền dữ liệu: 9.6, 19.2, 76.8,or 115.2Kbaud tùy thuộc vào cấu hình • Cổng 9 chân Sub-D Chương 2 - Hệ thống thiết bị và phần mềm điều khiển hệ thống BMS Trang 52 Cổng RS232C Port 3 • Chức năng giao diện Modem cho các mô đem tương tự, các ISDN Adapter, hoặc các GSM Adapter • Tốc độ truyền dữ liệu: 9.6, 19.2, 76.8,or 115.2 Kbaud tùy thuộc vào cấu hình • Cổng 9 chân Sub-D Cổng USB • USB Spec. 2.0 (12 Mbit/s) • Sử dụng nạp tải chương trình từ phần mền lập trình DDC CARE Nút nhấn Reset ™ Đặc tính điện Điện áp hoạt động • 24 Vac ± 20% or 24...38 Vdc • Excel Web® và các thiết bị trường 24 Vac có thể dùng chung một bộ chuyển đổi nguồn. • 1 đèn LED báo nguồn "power" Công suất tiêu thụ: Max. 8 VA Bảo vệ quá áp: có cơ chế ngắt khi điện áp đầu vào nằm ngoài khoảng 24- 40VDC Đặc tính cơ khí: Kích thước vỏ bảo vệ (L x B x T): 278 x 190 x 61 mm Vật liệu vỏ bảo vệ: hỗn hợp ABS Trọng lượng: 1 kg Mức bảo vệ: IP 20 Gá lắp: Lắp trên thanh DIN, trên tường, mặt trước vỏ tủ Bộ vi xử lí (CPU) Bộ xử lí XL1000A/B: 32-Bit Motorola Power PC MPC 855T XL1000C: 32-Bit Motorola Power PC MPC 859 Chương 2 - Hệ thống thiết bị và phần mềm điều khiển hệ thống BMS Trang 53 Bộ đinh thời, đồng hồ thời gian • Rơ le cảnh báo bộ định thời (SPDT, thường đóng, 24VAC, tối đa 2 A) • 1 LED “Wathdog” Hệ điều hành: LINUX Bộ nhớ: • 128 MB (XL1000B) hoặc 64 MB SDRAM (XL1000A) • 128 kB RAM, Cho phép lưu dữ liệu 72h sau khi mất điện • Bố nhớ Boot Flash 2 MB • Bộ nhớ chương trình ứng dụng Flash 64 MB (XL1000A/B) or 256 MB (XL1000C) • Bộ nhớ lịch sử : 64,000 đầu mục Đồng hồ thời gian thực: • Độ chính xác: ± 20 ppm Môi trường • Nhiệt độ hoạt động: 0...50 °C; nhiệt độ lưu kho: -20...+70 °C • Độ ẩm tương đối (Hoạt động và lưu kho): 5 đến 93% Chứng chỉ và xác nhận: • CE • Meets FCC Part 15, Subpart J for Class A equipment • BTL (BACnet® Testing Laboratories) • LonMark® compliant – under preparation • UL 916 • DIN EN60730-1:2005-12, DIN EN60730-2-9:2005-10 Lập trình Excel Web® cho phép lập trình tùy ứng bằng sử dụng công cụ lập trình giao diện đồ họa CARE Engineering Tool Mã khóa bảo vệ Chương 2 - Hệ thống thiết bị và phần mềm điều khiển hệ thống BMS Trang 54 Excel Web® cho phép định nghĩa lên đến 6 mức người dùng, mỗi người dùng được gán với quyền đọc ghi khác nhau. Người dùng ở một phân mức có thể sử dụng mã khóa độc lập để truy cập 2.10.2. Các modul vào ra(I/O Module) Các modul vào ra ngoại vi bao gồm các loại sau: - Modul với 8 đầu vào số. - Modul với 16 đầu vào số. - Modul với 8 đầu ra rơle. - Modul với 16 đầu ra rơle. - Modul với 8 đầu ra rowle và 8 đầu vào số. - Modul với 4 đầu ra rơle điều khiển số. - Modul với 4 đầu vào đếm xung. - Modul với 16 đầu vào đếm xung. - Modul với 2 đầu ra dòng/áp. - Modul với 4 đầu ra dòng/áp. - Modul với 4 đầu vào dòng/áp. - Modul với 4 đầu vào nhiệt độ. - Modul với 2 đầu vào dong/áp và 2 đầu vào nhiệt độ. - Modul với 1 đầu vào động cơ Modutrol. - Modul với 3 đầu vào động cơ Modultrol. Đặc tính chung Mỗi mô đun vào ra cung cấp: • 1 đèn xanh LED power • 1 đèn vàng trạng thái LED Bảo vệ quá áp Tất cả đầu vào ra được bảo vệ quá áp 24 Vac, 40 VDC cũng như ngắn mạch Đèn dịch vụ LED Mỗi mô đun I/O được trang bị với một LED màu vàng phục vụ cho dễ dàng chẩn đoán các sự cố. Chương 2 - Hệ thống thiết bị và phần mềm điều khiển hệ thống BMS Trang 55 Bộ vi xử lí Mỗi I/O Module được trang bị riêng bộ vi xử lí. Mô đun vào ra LonWorks Các LonWorkS I/O module có thể được sử dụng với bất kỳ bộ điều khiển LonWorks, Các I/O mô đun cũng có riêng Neuron chip (3120). Mỗi LonWorks I/O Module được trang bị với một bộ truyền phát tín hiệu. Các đặc tính về môi trường Nhiệt độ môi trường • Nhiệt độ vận hành: 0...50 °C (32...122 °F) • Nhiệt độ lưu kho: -20...+70 °C (-4...+158 °F) Độ ẩm tương đối môi trường (vận hành và lưu kho) • 5 đến 93% r.h. Các đặc tính về cơ lí Kích thước (H x W x D): 110 X 90 X 93 mm Vật liệu vỏ bọc: nhựa, Plastic, chất dẻo chụi lửa Phương pháp gá lắp: Lắp trên thanh DIN-rail (trong tủ điều khiển) 2.11 Tóm tắt chương Chương 2 đã mô tả cụ thể các thiết bị phần cứng tiêu biểu của cấp trường và phần mềm điều khiển hệ thống. Tìm hiểu hai bộ điều khiển quan trọng trong hệ thống BMS là bộ điều khiển số trực tiếp DDC và bộ giao tiếp mạng NAE. Giới thiệu Bộ điều khiển số EXCEL WEB và các modul vào ra, phần mềm điều khiển giám sát hệ thống EBI. Chương 3 - Thiết kế hệ thống BMS cho tòa nhà Bộ Tài nguyên và Môi trường Trang 56 CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG BMS CHO TÒA NHÀ BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG 3.1. Yêu cầu BMS của toà nhà 3.1.1. Tổng quan về toà nhà Bộ tài nguyên và Môi trường Việt Nam Toà nhà Bộ tài nguyên và Môi trường được đặt tại khu đô thị mới Cầu giấy, xã Mỹ Đình - Từ Liêm, Hà Nội là một toà nhà văn phòng của Bộ tài nguyên và Môi trường Việt Nam. Công trình này được xây dựng trên diện tích trên 13.800m2, diện tích xây dựng là 4.448m2, tổng diện tích sàn 27.590m2. Tòa nhà cao 18 tầng và 1 tầng hầm, được thiết kế đảm bảo tiêu chuẩn làm việc cho 1.234 người. Tòa nhà còn có một hội trường đa năng 500 chỗ, nhà ăn 300 chỗ cùng nhiều phòng họp, hội thảo, tiếp khách quốc tế... Ngoài ra, công trình được đầu tư đồng bộ các hạng mục phụ trợ, hạ tầng kỹ thuật trên tổng thể khu đất như nhà bảo vệ, trạm điện, trạm bơm, bể nước ngầm, cổng tường rào. Toà nhà sử dụng các vật liệu bên ngoài cao cấp như hệ thống kính chống nhiệt khổ lớn, tấm ốp alucobond với tông màu chủ đạo đen-trắng nhằm tạo sự khác biệt và làm nổi bật công trình. Các hệ thống kỹ thuật trong toà nhà cũng là các hệ thống hiện đại nhất hiện nay ở Việt Nam như hệ thống theo dõi và quản lý toà nhà – BMS. Hệ thống quản lý toà nhà này được thiết kế để phối hợp toàn bộ sự hoạt động các hệ thống cơ điện (M&E) trong toà nhà nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng tiêu thụ của hệ thống và quản lý, giám sát các hệ thống một cách hiệu quả. Tất cả các thông tin về sự hoạt động của hệ thống điều hoà không khí, hệ thống điện, chiếu sáng, hệ thống camera giám sátđều sẽ được truyền về phòng điều khiển BMS. Tại đây, các thông tin sẽ được xử lý và gửi tín hiệu điều khiển đến các hệ thống. Với sự hỗ trợ của BMS, bảo vệ sẽ không cần phải đến từng phòng làm việc để tắt, bật đèn và điều hoà bởi các tác vụ đã được lập trình sẵn, hoặc đơn giản chỉ cần thực hiện các thao tác đấy ở phòng điều khiển của toà nhà. Chương 3 - Thiết kế hệ thống BMS cho tòa nhà Bộ Tài nguyên và Môi trường Trang 57 3.1.2. Nhiệm vụ thiết kế chung Công trình phải đảm bảo tính tiện nghi, hiện đại, tính kinh tế cao đáp ứng được nhu cầu sử dụng và không bị lạc hậu ít nhất sau 10 năm. Có tính đến khả năng dự trữ, mở rộng hệ thống trong tương lai và đáp ứng được hiệu quả sử dụng vốn đầu tư cao nhất. ™ Giải pháp thiết thiết kế Lựa chọn giải pháp thiết kế phù hợp, thoả mãn yêu cầu chung của một hệ thống quản lý tòa nhà, tuân thủ các quy chuẩn và hệ thống tiêu chuẩn hiện hành và các tiêu chuẩn thế giới được chấp thuận trong lĩnh vực tự động hoá toà nhà tại Việt Nam. Giải pháp thiết kế phải mang tính thời đại, phù hợp với các công nghệ tiên tiến hiện tại và đảm bảo không lạc hậu trong tương lai. ™ Mục tiêu thiết kế Điều khiển: hệ thống quản lý toà nhà có khả năng tự động điều khiển toàn bộ các hệ thống, thiết bị cơ điện với chức năng điều khiển tự động đã được tích hợp với hệ thống quản lý trong toà nhà để tối ưu quá trình vận hành và tiết kiệm năng lượng. Việc điều khiển có thể thực hiện với nhiều hình thức như tại chỗ, từ xa,... Các thao tác điều khiển được cho phép một cách linh hoạt, dưới nhiều hình thức đồng thời vẫn phải được kiểm soát chặt chẽ bởi các bảo vệ cần thiết như mật khẩu truy cập, phân quyền truy cập... Giám sát: Hệ thống BMS phải có khả năng giám sát liên tục tại chỗ, từ xa cho toàn bộ các hệ thống hạ tầng kỹ thuật trong toà nhà được tích hợp với BMS. Các giám sát sẽ được thực hiện thông qua các máy chủ, máy trạm tập trung dễ kiểm soát, tiện cho việc xử lý. Cảnh báo: hệ thống cảnh báo phải được thiết kế với rất nhiều các cấp độ khác nhau, bằng hình thức xử lý theo các mức độ ưu tiên. Các hình thức cảnh báo đa dạng, linh hoạt : bằng âm thanh, e-mail, SMS, pop-up, .... Ngoài ra, hệ thống cảnh báo cũng phải đảm bảo khả năng lưu trữ theo thời gian, sự kiện nhằm phục vụ công tác lưu trữ, quản lý sau này Chương 3 - Thiết kế hệ thống BMS cho tòa nhà Bộ Tài nguyên và Môi trường Trang 58 ™ Yêu cầu thiết kế • Độ an toàn tin cậy cao: hệ thống BMS đóng vai trò hết sức quan trọng, cần đạt yêu cầu cao về độ an toàn cho người vận hành và thiết bị. Các thiết bị vận hành một cách tự động, đảm bảo độ chính xác và tin cậy. • Tính tiện nghi: hệ thống BMS được thiết kế phải đảm bảo dễ vận hành sử dụng, môi trường làm việc thân thiện đảm bảo tiện nghi cho toà nhà. • Tính hiện đại: hệ thống được thiết kế với các mô đun điều khiển kết hợp các thiết bị vận hành cao cấp, tự động hoàn toàn hoạt động của các hệ thống hạ tầng kỹ thuật. Bên cạnh đó, thiết kế sẽ cho phép phối hợp sử dụng công nghệ “có dây” và “không dây” với các chuẩn truyền thông cao cấp phổ biến như BACnet, Lonwork, modbus... nhằm đảm bảo khả năng mở rộng và tương thích với thiết bị, hệ thống quản lý tòa nhà phổ biến hiện nay và trong tương lai. • Tính kinh tế: thiết kế BMS sẽ được tính toán sao cho phù hợp nhất với nhu cầu sử dụng cũng như công năng của toà nhà. Ngoài ra, hệ thống cũng phải được tính toán tối ưu hoạt động của thiết bị tiết kiệm chi phí năng lượng cho Chủ đầu tư. Tuy nhiên, thiết kế vẫn phải đảm bảo được tính dự phòng trong tương lai khi có nhu cầu mở rộng, nâng cấp hệ thống mà không phải đầu tư thêm chi phí. ™ Nh