Bài giảng Hệ thống quản lý tòa nhà - Chương 1: Khái niệm chung

Nội dung text: Bài giảng Hệ thống quản lý tòa nhà - Chương 1: Khái niệm chung

1. HỆ THỐNG QUẢN LÝ TOÀ NHÀ (BMS-BUILDING MANAGEMENT SYSTEM) Bộ môn Thiết bị điện-điện tử, Viện Điện ĐHBK Hà Nội
2. NỘI DUNG Ø KHÁI NIỆM CHUNG Ø PHẦN TỬ, THIẾT BỊ HỆ BMS Ø CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN HỆ BMS Ø HỆ THỐNG GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG Ø THIẾT KẾ HỆ BMS
3. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Engineering Manual of Automatic Control for Commercial Buldings, Honeywell - 1997 [2] Hướng dẫn thiết kế hệ thống quản lý toà nhà, Nhà xuất bản xây dựng - 2010 [3] Web: www.scribd.com/document/Bulding-Program- BMS
4. KHÁI NIỆM CHUNG 1.1. Tổng quan hệ thống BMS 1.2. Chức năng, lợi ích hệ thống BMS 1.3. Phân cấp hệ thống 1.4. Hệ thống quản lý năng lượng (EMS-Energy Management System)
5. 1.1 Tổng quan hệ thống BMS 1) Một số thuật ngữ sử dung trong hệ BMS: § Hệ BMS có thể hiểu như Hệ thống tự động toà nhà (BAS - Building Automation System), Hệ thống quản lý và điều khiển toà nhà (BMCS – Building Management & Control System), Điều khiển số trực tiếp (DDC – Direct Digital Control) § Một số thuật ngữ đi cùng với hệ thống điều khiển: • SCADA (Supevisory, Control & Data Acquisition) - Giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu • PLC – Progammable Logic Controller • EMS (Energy Management System) - Hệ thống quản lý năng lượng • Các giao thức truyền thông như Modbus, Lonworks, Bacnet 5
6. 1.1 Tổng quan hệ thống BMS 2) BMS là gì? § BMS là hệ điều khiển dựa trên bộ vi xử lý “thông minh” (Intelligent) được cài đặt để giám sát và điều khiển các hệ thống dịch vụ kỹ thuật của tòa nhà như điều hòa không khí, thông gió, chiếu sáng và thủy lực § BMS liên kết chức năng của từng bộ phận thiết bị trong toà nhà để chúng hoạt động như một hệ thống tích hợp hoàn chỉnh § BMS đã được cài đặt trong nhiều tòa nhà có khả năng tích hợp trực tiếp vào tất cả các dịch vụ của toà nhà như hệ thống cung cấp điện, camera an ninh, cứu hỏa, thang máy và các hệ thống khác liên quan đến đời sống của cư dân § BMS thế hệ hiện nay dựa trên các giao thức truyền thông mở kết nối với WEB cho phép tích hợp các hệ thống từ nhiều nhà cung cấp và truy cập từ mọi nơi trên thế giới 6
7. 1.1 Tổng quan hệ thống BMS 3) Điều khiển vi sử lý thông minh là gì? Khái niệm: § Bộ vi sử lý trung tâm (CPU) § Lấy các tín hiệu vào (INPUTS) § Đưa các tín hiệu ra (OUTPUTS) CPU § Kết nối truyền thông (NETWORK) 7
8. 1.1 Tổng quan hệ thống BMS 3) Điều khiển vi sử lý thông minh là gì? Hệ BMS: Pumps Valve Actuators Fans Motors § Variable Speed INPUTS: các tín Drivers hiệu vào cho biết hiện trạng Điện, Nước, Khí, Nhiệt độ, Độ ẩm, Khí Chillers/Boilers Cooling Towers CO2 Dumper Actuators § OUTPUTS: Các tín hiệu ra điều khiển Điều hoà trung tâm, tốc độ Temperature bơm, quạt, van Humidity Electricity CO2 nước, khí Air Flows Water Flows Pressures Pressures 8
9. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 1) Chức năng hệ BMS: Ø GiaoBMS diệ nFeatures . người – máy: Tươ• Manng tác / Machine kết nố Interfacei với các - interact with the connected thiết btechnicalị được building tích h ợequipment.p trong - user friendly hệ th-ốforng; operators Sử dụng thân thiện- trongengineers . vận hành và - and building managers quản lý • System Security - To prevent unauthorized use - Password protection - Operator specific access - Operator log summary LOG-IN 9 5 File Number
10. BMS Features . • Man / Machine Interface - interact with the connected technical building equipment. - user friendly - for operators - engineers . - and building managers 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 1) Chức năng hệ BMS: Ø An toàn hệ thống: • System Security Ngăn chặn sử dụng trái phép với mật khẩu bảo vệ; Truy cập cụ thể, kịp thời của người vận hành/điều hành cùng với nhật - To prevent unauthorized use ký vận hành - Password protection - Operator specific access - Operator log summary LOG-IN 5 File Number 10
11. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 1) Chức năng hệ BMS: Ø Quản lý số liệu/dữ liệu thân thiện: BMS Features .Sơ đồ mặt bằng + thiết bị toà nhà được biểu diễn bằng đồ hoạ; Luồng thông tin của hệ thống thông qua đồ hoạ • User-friendly data presentation - co-ordination of the flow of information through the system by implementing customized graphics. - floor plans of the building - graphical representation of the equipment. 11 • Alarm Management - the presentation in the sequence of importance and time of potentially dangerous situations process value deviations - guiding the operator to take appropriate action through audible and visual indications Email, SMS - alarm summary Time, date, priority and description 6 File Number
12. BMS Features . • User-friendly data presentation - co-ordination of the flow of information through the system by implementing customized graphics. 1.2- floorCh plansức ofn theăng, building lợi ích hệ BMS - graphical representation of the 1)equipment. Chức năng hệ BMS: Ø Quản lý báo động: - Báo cáo theo trình tự mức độ quan trọng• Alarm và th ờManagementi gian của các tình - the presentation in the sequence of huống importancenguy hiểm and so vtimeới cácof giá trị đặt potentially dangerous situations process value deviations - Hướ-ngguiding dẫn ng theườ operatori vận hành to take th ực appropriate action through hiện hành audible động and thích visual h indicationsợp thông qua các chỉ d ẫEmail,n bằ SMSng âm thanh, hình - alarm summary ảnh, thư đTime,iện date,tử (Email), priority and tin description nhắn (SMS)6 File Number - Tổng hợp các báo động mô tả theo trình tự thời gian, mức độ 12
13. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 1) Chức năng hệ BMS: BMS Features . Ø Báo cáo: - Trình bày các dữ liệu tùy • Reporting - presentchỉnh customized theo người subsetssử of datadụng cho biết trạng thái - actualthực or tế historical hoặc lịch state sử thi ết - export as a word or excel documentbị, hệ th or ống - - toTh a printer.ể hiện dưới dạng file word, file excel hoặc bản in • Data Logging - The automatic gathering and storage of data from the field equipment for later analysis and 13 reporting - Dynamically or historical - Customized charts and graphs - Tabular reports 7 File Number
14. BMS Features . • Reporting - present customized subsets of data - actual or historical state - export as a word or excel document1.2 or Chức năng, lợi ích hệ BMS - to a printer. 1) Chức năng hệ BMS: Ø Thu thập dữ liệu: • Data -LoggingTự động thu thập và lưu - Thetr automaticữ dữ liệu t gatheringừ thiết bị hiandện storage of data from the field equipmenttrường để for phân later tíchanalysis và báo and reportingcáo sau này dưới dạng động - Dynamically or historical - Customizedhoặc dạng charts lịch s andử graphs - Tabular- Dữ reportsliệu được thu thập dạng bảng, biểu đồ hay đồ thị tùy chỉnh 7 File Number 14
15. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 1) Chức năng hệ BMS: BMS Features . Ø Lập kế hoạch/lịch: - Thời gian khởi động/dừng • Time Schedulingcủa các thiết bị nhằm tiết - time-basedkiệ mstart/stop năng lượ ofng the và hoạt equipment - saves energyđộng hicostệu quandả efficient operation- Kế hoạch có thể lập hàng - effective for lighting, occupancy control ngày, hàng tuần, cho ngày - can be aslễ daily, hoặc cácweekly, sự ki ệforn holidays or events 15 • Event recording - automatic logging of operator activities and commands processes related to connected devices workstations and printers. 8 File Number
16. BMS Features . • Time Scheduling - time-based start/stop of the equipment - saves energy cost and efficient operation - effective for lighting, occupancy control - can be as daily, weekly, for holidays or events1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 1) Chức năng hệ BMS: Ø Ghi sự kiện: • Event recordingTự động thu thập, ghi các - automaticsự ki loggingện vận hành, of lệnh điều operatorhành activitiesvà các quy and trình commands liên processes related to connected devicesquan đến kết nối các thiết workstationsbị, sự kiện and các printers.trạm (workstations) và máy in 8 File Number 16
17. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS BMS Features .1) Chức năng hệ BMS: Ø Kết nối từ xa: • Remote connectivityCho phép truy cập từ xa - provide remotevào h accessệ thống vtoớ i đầy đủ the system chwithức nfullăng thông qua functionality- Mthrough ạng cục bộ local area- Đnetworkiện thoại dial-up - Mạng internet thông qua internet via web browser trình duyệt web 17 9 File Number
18. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 1) Chức năng hệ BMS: Ø BMS dựa trên nền tảng của hệ điều khiển phân tán (DCS - Distributed Control System) Ø Phần mềm điều khiển đóng vai trò giao diện người máy (HMI) giữa máy tính điều khiển với các bộ điều khiển số trực tiếp (DDC) Ø Giám sát và vận hành theo thời gian thực (Real time) Ø Quan sát toàn diện và điều khiển đơn giản thông qua giao diện người dùng thân thiện 18
19. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 1) Chức năng hệ BMS: Ø Quản lý tất cả các điểm dữ liệu Ø Cung cấp khả năng lưu trữ và hiển thị lại dữ liệu trong quá khứ cho người sử dụng khi có yêu cầu Ø Trao đổi dữ liệu với các hệ thống kết nối tới BMS Ø Cung cấp khả năng truy cập vào hệ thống từ Internet Explorer bằng user name và mật khẩu Ø Các hoạt động truy cập đều sẽ được ghi lại, và tự động truy xuất khỏi hệ thống sau thời gian không dùng 19
20. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS BMS Benefits .2) Lợi ích hệ BMS: Ø Cải thiện chất lượng môi trường trong toà • Improved indoornhà environment quality - Comfortable- Môi living trườ andng s ốworkingng và làm environmentviệc – tho domesticải mái or commercial - Kiểm soát nhiệt độ và độ - Better temperature and humidity control ẩm tốt hơn - Good air quality- Chất lượng không khí tốt • Faster response to - occupant needs 20 - end-user complaints - trouble conditions 10 File Number
21. BMS Benefits . • Improved indoor environment quality - Comfortable living and working environment – domestic or commercial1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS - Better temperature and humidity control2) Lợi ích hệ BMS: - Good air quality Ø Phản ứng nhanh hơn: - Theo nhu cầu của cư dân • Faster- Theoresponse khiếu tonạ i của cư - occupantdân needs - end-user complaints - trouble- Khi conditions gặp các điều kiện rắc rối trong toà nhà 10 File Number 21 .
22. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 2) Lợi ích hệ BMS: BMS Benefits .Ø Tiết kiệm trong bảo trì, bảo dưỡng: • Maintenance- Ki Savings.ểm soát hiệu quả ít - efficient control gives less wear and strain of mechanicalhao mòn và equipment. biến dạng, hư - provides hlongerỏng các life thiết bị. - runtime monitoring alerts timely maintenance- Tă ngof equipment tuổi thọ các thiết bị - avoids expensive- Giám sát failures thời gian bảo trì thiết bị kịp thời - Tránh những sai lầm tốn • Energy Savingském - eliminates unnecessary system operation. - accurate energy usage information 22 - helps you to take steps to reduce energy consumption like Optimum-Start Night-Purging Time-Scheduling 11 File Number
23. BMS Benefits . • Maintenance Savings. - efficient control gives less wear and strain of mechanical equipment. - provides longer life - runtime1.2 monitoring Chức nalertsăng, timely lợ i ích hệ BMS maintenance of equipment - avoids 2)expensive Lợi ích failures hệ BMS: Ø Tiết kiệm năng lượng: - Hạn chế, loại bỏ những • Energy Savings - eliminateshoạt độ unnecessaryng hệ thống system không operation.cần thiết. - accurate energy usage information - helps- Cung you to c takeấp thông steps to tin reduce năng energy consumption like Optimum-Startlượng sử dụng chính xác Night-Purging Time-Scheduling- Trợ giúp thực hiện các bước để giảm tiêu thụ năng lượng: tối ưu khởi File Number 11 động/dừng thiết bị, lập kế hoạch vận hành 23
24. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 2) Lợi ích hệ BMS: BMS Benefits . Ø Giám sát, điều khiển hợp nhất dễ dàng: Consolidated facility control - One point- V centralizedận hành t ậoperationp trung - Simpler -operationVận hành đơn giản - Reduces time and resources - Giảm thời gian và tài nguyên • Reduced operator training - on-screen instructions - user-friendly graphic displays 24 - simpler .operation programmed for routine and repetitive operation 12 File Number
25. BMS Benefits . Consolidated facility control - One point centralized operation - Simpler operation - Reduces time and resources 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 2) Lợi ích hệ BMS: Ø Đào tạo vận hành dễ • Reduced operatordàng: training - on-screen instructions- Hướng dẫn đào tạo trên - user-friendlymàn graphic hình displays - simpler operation programmed for routine and -repetitiveMàn hình operation đồ họa thân thiện với người dùng - Chương trình vận hành đơn giản hơn được lập trình cho các hoạt động 12 File Number thường xuyên và lặp đi lặp lại 25
26. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS BMS Benefits .2) Lợi ích hệ BMS: Ø Cải thiện quản lý báo • Improved managementcáo: reporting - Provides valuable- Cung real-time cấp dữ lidataệu thời - Creates reports,gian charts thực - Critical information immediately sent to printers, -emailedThiết l ập báo cáo - or sent via SMS - Thông tin quan trọng được gửi ngay lập tức đến máy in, qua thư điện tử email hoặc gửi tin nhắn • Timely and effectiveSMS control - alerts your employees when your facility is not operating correctly - reduce troubleshooting and down 26 time. - Remote access connectivity without site visits. 13 File Number
27. BMS Benefits . • Improved management reporting - Provides valuable real-time data - Creates reports, charts - Critical information immediately sent to printers, emailed - or sent via SMS1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 2) Lợi ích hệ BMS: Ø Giám sát, điều khiển kịp thời, hiệu quả: • Timely and effective- Thông control báo cho nhân - alerts your employeesviên khi whenthiết b yourị hệ thống facility is not operating correctly - reduce troubleshootinghoạt động andkhông down chính time. xác - Remote access connectivity without site visits. - Giảm thời gian xử lý sự cố - Kết nối truy cập từ xa mà không cần truy cập 13 trang web. File Number 27
28. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 2) Lợi ích hệ BMS: BMS Benefits . Ø Nâng cao hiệu suất: - Đo lường hiệu suất tổng thể hệ thống - So sánh với điểm chuẩn hiệu suất đã cài đặt • Performance Benchmarking - Facilitates the overall system performance measurement - Comparison with set benchmarks . 28 14 File Number
29. 1.2 Chức năng, lợi ích hệ BMS 3) Yêu cầu đối với hệ BMS: Ø Đảm bảo chất lượng Ø Hoạt động tin cậy Ø Hiệu suất cao Ø Kéo dài tuổi thọ Thông thường hệ BMS tồn tại khoảng 40-50 năm theo vòng đời của các toà nhà, luôn phải bảo dưỡng, thay thế cập nhật à lưu ý rằng chi phí đầu tư ban đầu của một tòa nhà hiện đại (khoảng 11%) sẽ nhỏ hơn nhiều so với tổng chi phí vận hành (khoảng 75%) trong thời gian tồn tại 29
30. 1.3 Phân cấp hệ thống BMS 1) Hệ Typicalthống BMS: System Components - Networks
31. 1.3 Phân cấp hệ thống BMS Hệ thống BMS có cấu trúc một hệ thống điều khiển phân tán (DCS – Distributed Control System), được phân thành 3 cấp chính: Ø Cấp vận hành giám sát và quản lý (Management Level) Ø Cấp điều khiển hệ thống (Control Level) Ø Cấp trường (Field Level) 31
32. 1.3 Phân cấp hệ thống BMS Components2) Cấp of tr ườBMSng: Bao gồm: - Centralized WorkStation Computer WithØ powerfulCác thi user-friendlyết bị ch software.ấp hành được tích hợp vào hệ BMS: camera Used for everyday building operation. an ninh, thang máy, điều hoà trung tâm, thông gió, chiếu sáng, năng lượng . - DDCØ ControllersCác bộ điều khiển riêng Micro-processorDDC cho based từng thiết bị Pre-configured / Freely programmable Controlsch theấp HVAChành equipment kết nố iof d theạng building số DI/DO, dạng tương tự AI/AO hoặc kết nối mạng - Field devices Temperature,đa nă ngHumidity, theo Pressure các giao sensors thức Valves,chu Actuatorsẩn Modbus, RS232 32 4 File Number
33. Components of BMS - Centralized WorkStation Computer With powerful user-friendly software. Used for everyday building operation. - DDC Controllers Micro-processor based Pre-configured / Freely1.3 programmable Phân cấp hệ thống BMS Controls the HVAC equipment of the building 2) Cấp trường: Ø Các hệ cảm biến trong bộ điều khiển riêng: nước sạch, - Field devices Temperature, Humidity,nhi Pressureệt độ, độsensors ẩm, báo cháy, năng lượng Valves, Actuators 4 File Number Ø Bộ điều khiển khu vực sẽ nối với nhau trên 1 bus, chia xẻ thông tin với cấp Control Level và Management Level 33
34. 1.3 Phân cấp hệ thống BMS 3) Cấp điều khiển hệ thống: Bao gồm: ComponentsØ Card of giao BMS tiếp mạng (Network Interface Card) có cấu hình lớn hơn nhiều so với bộ điều khiển khu vực ở Centralized WorkStation Computer - cấp trường: số lượng tín hiệu vào/ra; With powerful user-friendly software. Used for everydayvòng building điều ch operation.ỉnh; chương trình điều khiển Ø Điều khiển hệ thống được tích hợp các chức năng quản lý, lưu trữ, có thể trực - DDC Controllerstiếp điều khiển các thiết bị chấp hành (hệ thống chấp hành lớn như điều hoà Micro-processor based trung tâm) hoặc kết nối với điều khiển Pre-configured / Freely programmable khu vực cấp trường 34 Controls the HVAC equipment of the building - Field devices Temperature, Humidity, Pressure sensors Valves, Actuators 4 File Number
35. 1.3 Phân cấp hệ thống BMS 4) Cấp vận hành, giám sát và quản lý: Giao tiếp với cấp điều khiển qua chuẩn Ethernet TCP/IP (Giao thức liên mạng Internet Protocol Suite) Bao gồm: Ø 1 bộ máy chủ Server + màn hình hệ BMS có chức năng thu thập dữ liệu từ DDC lên hệ BMS và chia xẻ dữ liệu với các máy trạm các hệ thống khác. What isØ BMS?1 bộ máy tính vận hành + màn hình máy trạm hệ BMS có chức năng theo dõi, điều khiển trực tiếp các thiết bị của toà nhà thông qua giao - A micro-processordiện đồ ho basedạ trực system quan which centralizes and simplifies controlling monitoring operation and management 35 of heating, air-conditioning, ventilation & other building services to achieve »safe and comfortable working environment » energy saving & efficient operation »at reduced time & cost 2 File Number
36. 1.4 Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) 1) EMS (Energy Management System) là gì? Ø EMS điển hình có chức năng của một bộ vi sử lý (microprocessor) trên cơ sở bộ điều khiển DDC. Ø Trong hầu hết các tòa nhà cỡ vừa đến lớn, quản lý năng lượng là một phần không thể thiếu của BMCS (Management & Control), với điều khiển tối ưu hóa được thực hiện ở cấp hệ thống, thông tin quản lý và quyền truy cập của người dùng được cung cấp bởi máy chủ BMS. 36
37. 1.4 Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) 1) EMS (Energy Management System) là gì? Ø Với EMS các thiết bị điện trong toà nhà (điều hoà, thông gió, thang máy, chiếu sáng ) được vận hành với chi phí nhỏ nhất, hiệu suất cao nhất theo nhu cầu sử dụng nhờ các hệ thống mạng giám sát và điều khiển. Ø Thực chất hệ EMS là hệ thống tiết kiệm năng lượng (chỉ tiêu rất quan trọng trong chính sách của Nhà nước) trong quản lý, vận hành: kiểm soát nhu cầu cùng với cân bằng phụ tải và chế độ vận hành các thiết bị điện 37
38. 1.4 Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) 2) Chức năng hệ EMS Máy chủ BMS quản lý năng lượng phải đảm bảo các chức năng: Ø Giám sát, ghi lại hiệu suất Ø Giám sát, ghi lại năng lượng sử dụng Ø Tổng năng lượng tiêu thụ theo thời gian, khu vực cho các chức năng của toà nhà Ø Biểu đồ năng lượng và xu thế 38
39. 1.4 Hệ thống quản lý năng lượng (EMS) 2) Chức năng hệ EMS Ø Tiếp cận các chiến lược quản lý năng lượng để điều chỉnh liên tục và thích ứng với các nhu cầu thay đổi - Lịch, kế hoạch sử dụng - Thông số sử dụng hợp lý, thoải mái - Điều chỉnh các tham số các vòng điều khiển DDC - Cài đặt lại thông số đặt. VD áp lực, nhiệt độ, Ø Sửa đổi và thêm vào các chương trình điều khiển DDC 39