BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
HOÀNG THANH LAM
HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ MÁY THÔNG
MINH GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG
ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY PROCTER &
GAMBLE (P&G)
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
HOÀNG THANH LAM
HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ MÁY THÔNG
MINH GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG
ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY PROCTER &
GAMBLE (P&G)
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 9 năm 2016
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày 25 tháng 9 năm 2016
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
Họ và tên
PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH PGS.TS ĐỒNG VĂN HƯỚNG
TT 1 2 3 TS. VÕ VIẾT CƯỜNG 4 TS. VÕ CÔNG PHƯƠNG 5 TS. NGUYỄN HÙNG Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện 1 Phản biện 2 Ủy viên Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày 10 tháng 9 năm 2016
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: HOÀNG THANH LAM Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 19/5/1986 Nơi sinh: Kiên Giang
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV:1441830012
I- Tên đề tài:
HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHÀ MÁY THÔNG MINH GIẢI PHÁP TỐI ƯU HÓA HỆ
THỐNG ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY PROCTER & GAMBLE (P&G)
II- Nhiệm vụ và nội dung:
Nhiệm vụ của Luận Văn “Hệ Thống Quản Lý Nhà Máy Thông Minh Giải
Pháp Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điện Trong Nhà Máy Procter & Gamble” này là
nắm vững cấu trúc, nguyên lý giám sát điều khiển của một hệ thống BMS đối với
các hệ thống cơ điện trong nhà máy. Trình tự thiết kế một hệ thống BMS, tính toán
được hiệu quả kinh tế của nhà máy khi được tích hợp hệ thống BMS. Mô phỏng
điều khiển và giám sát nhà máy bằng phần mềm Window Viewer.
III- Ngày giao nhiệm vụ: 20/4/2016
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/9/2016
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn
gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
Hoàng Thanh Lam
LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được sự
giúp đỡ,hướng dẫn và góp ý nhiệt tình của quý Thầy Cô Trường Đại Học Công Nghệ
Thành Phố Hồ Chí Minh.
Tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU đã dành rất
nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thiện luận văn tốt
nghiệp này.
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và
năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận
được sự đóng góp quý báo của quý thầy cô và các bạn để tiếp tục hoàn thành tốt nhất,
đầy đủ nhất luận văn cao học này.
Thành Phố Hồ Chí Minh,ngày....tháng.....năm 2016
Học Viên
Hoàng Thanh Lam
TÓM TẮT
Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế và xã hội Việt Nam hiện nay đặc
biệt là nền công nghiệp. Ngày nay nhiều tập đoàn trong và ngoài nước đã và đang
đầu tư rất nhiều nhà máy sản xuất hiện đại với qui mô lớn cũng như các cao ốc văn
phòng ở nước ta. Một hệ thống hiện đại đòi hỏi phải có một giải pháp điều
khiển,giám sát va thu thập dữ liệu từ các thiết bị như điều hòa nhiệt độ, chống cháy,
chống trộm, tích hợp camera quan sát... Hệ thống quản lý tòa nhà(nhà máy)
BMS(Building Managerment System) là một giải pháp cần thiết và hợp lý cho vấn
đề này.
Hệ thống BMS đã được nghiên cứu và phát triển từ nhiều năm qua ở các
nước tiên tiến trên thế giới. Nhưng ở Việt Nam thì việc tích hợp BMS trong các nhà
máy hay tòa nhà còn chưa được phổ biến, do chi phí ban đầu cho hệ thống BMS
thường khá cao nên các chủ đầu tư rất đắn đo trong việc tích hợp hệ thống này.
Trong hiện tại và tương lai thì việc tối ưu hóa hệ thống điện phải được ưu
tiên hàng đầu, việc nâng cao tiêu chuẩn về an toàn và hiệu suất sử dụng năng lượng
trong các nhà máy hay tòa nhà là điều tất yếu.
Luận văn giải quyết các vấn đề sau: Đưa ra cấu trúc,nguyên lý giám sát điều
khiển của một hệ thống BMS đối với các hệ thống cơ điện trong nhà máy
PROCTER & GAMBLE. Trình tự thiết kế sơ bộ của hệ thống BMS, tính toán hiệu
quả kinh tế của nhà máy khi được tích hợp hệ thống BMS. Mô phỏng quản lý hệ
thống nhà máy PROCTER & GAMBLE bằng phần mềm Window Viewer.
ABSTRACT
With the strong growth of the economy and social Vietnam today especially .
date this industry many domestic and foreign corporations have been investing a lot
of modern factory with large scale as well as office buildings in the country ta.Mot
modern systems require a control solution, monitor and collect data from devices
such as air conditioning, fire protection, anti-theft area where the building
management system (factory) BMS (building Managerment system) is a solution
needed and reasonable for this problem.
BMS has been researching and developing for many years in the advanced
countries in the world in Vietnam. System BMS integration in factories or buildings
have not been popular, due to the initial cost BMS systems are usually quite high so
very deeply invested in integrating this system.
In the future, the present and optimizing electrical systems must be a top
priority, improving the standards of safety and energy efficiency in factories or
buildings is inevitable.
Essays addressing the following issues: Provide structure, the principle of a
supervisory control system BMS for electrical systems in factories PROCTER &
GAMBLE.Trinh self preliminary design of BMS, calculate the economic efficiency
of the plant as integrated systems management BMS. Simulation systems Procter &
Gamble plant in software Window Viewer.
MỤC LỤC
Chương 1: Tổng quan về hệ thống BMS ............................................................... 1
1.1 Khái niệm về BMS ........................................................................................... 1
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống quản lý tòa nhà BMS trên thế giới và tại Việt Nam ............................................................................................ 1
1.1.2 Khái niệm và các lợi ích của hệ thống quản lý tòa nhà BMS ................. 1
1.1.3 Các chức năng cơ bản của hệ thống BMS ............................................... 3
1.2 Một số hãng cung cấp giải pháp hệ thống quản lý tòa nhà BMS trên thế giới .... 5
1.2.1 Thị phần của thị trường BMS. ................................................................ 5
1.2.2 Giải pháp công nghệ của một số hãng cung cấp giải pháp BMS ............. 7
1.3 Thị trường BMS tại Việt Nam ........................................................................... 8
Chương 2: Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống quản lý tòa nhà BMS .................... 13
2.1 Tổng quan ....................................................................................................... 13
2.2 Mô hình hệ thống tự động hóa của hệ thống BMS ........................................... 14
2.3 Phòng điều khiển trung tâm. ............................................................................ 17
2.4 Các ứng dụng điều khiển giám sát ................................................................... 19
2.4.1 Giám sát thông số môi trường .............................................................. 19
2.4.2 Điều khiển đèn chiếu sáng ................................................................... 20
2.4.3 Giám sát điều khiển quạt thông gió ....................................................... 21
2.4.4 Giám sát nguồn điện và năng lượng điện............................................... 21
2.5 Kết nối tích hợp và điều khiển hệ thống .......................................................... 22
2.5.1 Tích hợp hệ thống điều hòa thông gió .................................................. 22
2.5.1.1 Kết nối hệ thống điều hòa VRV và Water Chiller .................................. 22
2.5.1.2 Kết nối hệ thống báo cháy và chữa cháy ............................................... 26
2.5.1.3 Kết nối hệ thống giám sát an ninh ......................................................... 26
2.5.1.4 Giám sát hệ thống thang máy ................................................................ 27
2.5.1.5 Kết nối hệ thống phát thanh nội bộ........................................................ 28
2.6 Phần mềm điều khiển ...................................................................................... 29
2.7 Thiết bị điều khiển trực tiếp kỹ thuật số DDC (Direct Digital Controller) và các thiết bị giám sát ................................................................................................. 30
2.7.1 Bộ đo lường giám sát điện năng WM14-96 .......................................... 30
2.7.2 Bộ cảm biến nhiệt độ phòng QAA2071................................................. 32
2.7.3 Bộ cảm biến chất lượng không khí trong phòng BA/AQSR-10 .............. 33
2.7.4 Thiết bị đo áp suất không khí QBM81-3 ............................................... 33
2.7.5 Cảm biến áp suất tĩnh đường ống nước ................................................. 34
Chương 3: Cơ sở lý thuyết và logic điều khiển trong hệ thống BMS .................. 36
3.1 Mạng truyền thông trong hệ thống BMS ......................................................... 36
3.1.1 Khái niệm về mạng truyền thông ......................................................... 36
3.1.2 Cơ sở truyền dẫn .................................................................................. 36
3.1.2.1 Chuẩn truyền dẫn RS232 ...................................................................... 36
3.1.2.2 Chuẩn truyền dẫn RS485 ...................................................................... 37
3.1.3 Cấu trúc mạng...................................................................................... 37
3.2 Logic điều khiển trong hệ thống BMS ............................................................. 39
3.2.1 Điều khiển tỷ lệ P ................................................................................ 39
3.2.2 Điều khiển tích phân PI ........................................................................ 40
3.2.3 Điều khiển PID .................................................................................... 41
Chương 4: Tính toán hiệu quả khi đầu tư hệ thống BMS ................................... 43
4.1 Tổng quan về hiệu quả tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà ............................... 43
4.2 Hiện trạng sử dụng năng lượng của nhà máy P&G .......................................... 46
4.3 Tính toán hiệu quả khi đầu tư hệ thống BMS cho nhà máy P&G ..................... 47
4.3.1 Chi phí đầu tư hệ thống BMS cho nhà máy P&G ................................. 47
4.3.2 Tính toán công suất tiêu thụ của hệ thống HVAC và hiệu quả đầu tư BMS ............................................................................................................ 50
4.3.2.1 Tính toán điện năng tiêu thụ khi tích hợp bộ điều khiển tốc độ............. 50
4.3.2.2 Hiệu quả đầu tư.................................................................................... 51
Chương 5: Mô phỏng hệ thống giám sát, điều khiển nhà máy bằng chương trình Window Viewer ............................................................................................ 53
5.1 Tổng quan phần mềm Window viewer ............................................................ 53
5.1.1 Giới thiệu ............................................................................................. 53
5.1.2 Tính năng phần mềm .......................................................................... 53
5.2 Vận hành chương trình .................................................................................... 54
5.2.1 Hệ thống kiểm soát BFA đầu vào......................................................... 54
5.2.2 Quá trình tạo White Base ..................................................................... 55
5.2.3 Quá trình chạy White Base .................................................................. 56
5.2.3.1 Qui trình CLP1 .................................................................................... 56
5.2.3.2 Qui trình CLP2 .................................................................................... 57
5.2.4 Quá trình tạo Bulk ............................................................................... 58
5.2.4.1 Nhánh LPD1 ........................................................................................ 58
5.2.4.2 Nhánh LPD2 ........................................................................................ 59
5.2.4.3 Nhánh LPD3 ........................................................................................ 60
5.2.5 Kết nối bulk với các tank chứa ............................................................. 61
5.2.5.1 Khu vực Kimchee ................................................................................ 61
5.2.5.2 Khu vực Surtic ..................................................................................... 62
5.2.6 Hệ thống cảnh báo nguyên vật liệu ...................................................... 63
5.2.7 Hệ thống báo cháy, chữa cháy tự động và hướng dẫn di tản khi gặp sự cố ............................................................................................................ 64
5.2.8 Hệ thống camera quan sát thông minh ................................................. 65
Chương 6: Kết luận và kiến nghị .......................................................................... 66
6.1 Kết luận .......................................................................................................... 66
6.2 Kiến nghị ........................................................................................................ 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 68
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
1.P&G: Procter & Gamble
2.BMS: Building Managerment System
3.HVAC: Heating,Ventilation and Air-Conditioning
4.FCU: Fan Coil Unit
5.AHU: Air Handling Unit
6.MCN: Mạng Công Nghiệp
7.WB: White Base
8.CLP: Control Liquid Program
9.LPD: Liquid Program Digital
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Thị trường BMS trên thế giới năm 2001 và 2006 theo nguồn của ARC Advise Group ............................................................................................................ 5
Bảng 1.2 Thị phần của các nhà cung cấp giải pháp BMS trên thế giới ....................... 6
Bảng 4.1 Bảng thống kê tính hiệu quả của tòa nhà khi tích hợp hệ thống BMS của hiệp hội điện lạnh Hoa Kỳ ASHRAE ....................................................................... 44
Bảng 4.2 Bảng thống kê chi phí thay thế, bảo dưỡng ............................................... 45
Bảng 4.3 Chi phí đầu tư hệ thống BMS cho nhà máy P&G ..................................... 47
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Chương 1: Tổng quan về hệ thống BMS Hình 1.1 Biểu đồ thị phần của các nhà cung cấp BMS trên thế giới .......................... 6
Hình 1.2 Nhà máy sản xuất xe hơi Volkswagen ...................................................... 10
Hình 1.3 Nhà máy sản xuất máy bay Boeing. ......................................................... 11
Hình 1.4 Nhà máy sản xuất vải của Lauma,latvia ................................................... 12
Chương 2: Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống quản lý tòa nhà BMS
Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển, giám sát tòa nhà. ............................................ 14
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống quản lý nhà máy .............................................. 16
Hình 2.3 Bộ đo lường giám sát điện năng WM14-96. ............................................. 30
Hình 2.4 Bộ cảm biến nhiệt độ phòng QAA2071 .................................................... 32
Hình 2.5 Bộ cảm biến chất lượng không khí trong phòng model BA/AQSR-10 ...... 33
Hình 2.6 Thiết bị đo áp suất không khí QBM81-3 ................................................... 33
Hình 2.7 Cảm biến áp suất tĩnh đường ống nước. .................................................... 34
Chương 3: Cơ sở lý thuyết và logic điều khiển trong hệ thống BMS
Hình 3.1 Cấu trúc mạch vòng.................................................................................. 39
Hình 3.2 Sơ đồ khâu khuếch đại tĩnh....................................................................... 40
Hình 3.3 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PI ............................................................... 40
Hình 3.4 Đáp ứng của bộ điều khiển PI ................................................................... 41
Hình 3.5 Đáp ứng của bộ điều khiển PID ................................................................ 42
Chương 4: Tính toán hiệu quả khi đầu tư hệ thống BMS
Hình 4.1 Biểu đồ thể hiện sử dụng năng lượng trong tòa nhà.. ................................ 43
Chương 5: Mô phỏng hệ thống giám sát, điều khiển nhà máy bằng chương trình Window Viewer
Hình 5.1 Hệ thống kiểm soát BFA đầu vào ............................................................. 54
Hình 5.2 Quá trình tạo White Base(WB) ................................................................. 55
Hình 5.3 Qui trình CLP1(Control Liquid Program 1) .............................................. 56
Hình 5.4 Qui trình CLP2(Control Liquid Program 2) .............................................. 57
Hình 5.5 Quá trình tạo bulk ở LPD1 ....................................................................... 58
Hình 5.6 Quá trình tạo bulk ở LPD2 ....................................................................... 59
Hình 5.7 Quá trình tạo bulk ở LPD3 ....................................................................... 60
Hình 5.8 Kết nối bulk khu vực Kimchee ................................................................. 61
Hình 5.9 Kết nối bulk khu vực Suftic ...................................................................... 62
Hình 5.10 Hệ thống cảnh báo nguyên vật liệu ......................................................... 63
Hình 5.11 Nguyên lý hệ thống báo cháy. ................................................................ 64
Hình 5.12 Sơ đồ hệ thống báo cháy ......................................................................... 64
Hình 5.13 Hệ thống camera quan sát thông minh .................................................... 65
1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS
1.1 Khái niệm về BMS
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển hệ thống quản lý quản lý tòa nhà BMS
trên thế giới và tại Việt Nam
Thuật ngữ BMS ra đời từ những năm 1950, và từ đó đến bây giờ BMS đã thay
đổi rất nhiều kể cả trên phương diện phạm vi và cấu hình hệ thống dựa trên sự phát
triển không ngừng của ngành khoa học kỹ thuật số vi xử lý. Cách thức liên lạc của
hệ thống phát triển từ đi dây cứng đấy đi dây hỗn hợp (multiplex) và giờ đây là hệ
thống hai dây liên lạc số hoàn toàn. Ở các nước phát triển, hệ thống quản lý tòa nhà
đã có lịch sử phát triển hơn 50 năm. Tuy nhiên, việc áp dụng BMS chỉ được phổ
biến trong những thập niên cuối thế kỷ 20 khi các quốc gia châu Âu và một số nước
châu Á đi vào giai đoạn phát triển toàn diện về kinh tế kỹ thuật. Trong giai đoạn này
đã hình thành nên hầu hết các chuẩn phổ biến trong công nghệ BMS và BMS dần
trở thành một yêu cầu khi xây dựng các tòa nhà. Hiện nay, thị phần chủ yếu của
BMS tập trung chủ yếu ở các nước Bắc Mỹ, Châu Âu và Nhật Bản. Các nhà cung
cấp dịch vụ hàng đầu trên thế giới về tích hợp hệ thống BMS bao gồm: Siemens,
Johnson Controls, Honeywell, Trane, Yamatake, Invensys, Tyco, GE Interlogix,
Nowar PLC, Matshushita – Denko, Mitsubishi, TAC/CSI, Carrier…
1.1.2 Khái niệm và các lợi ích của hệ thống quản lý tòa nhà BMS
BMS (Building Management System): Là hệ thống điều khiển dựa trên máy
tính được tích hợp trong các tòa nhà để điều khiển và giám sát các hệ thống cơ điện
trong tòa nhà như: hệ thống chiếu sáng, hệ thống điều hòa thông gió, hệ thống
nguồn điện cung cấp cho tòa nhà, hệ thống báo cháy và chữa cháy tự động, hệ thống
an ninh… Một hệ thống BMS bao gồm các chương trình phần mềm và các thiết bị
phần cứng, hệ thống thường được thiết lập cấu hình theo kiểu phân cấp và sử dụng
2
các chuẩn giao thức như C-bus, Profibus… Các nhà sản xuất cũng sản xuất các hệ
thống BMS tích hợp sử dụng các chuẩn giao thức Internet và các chuẩn mở như
DeviceNet, SOAP, XML, BACNet, Lonworks, và Modbus.
Hệ thống quản lý tòa nhà BMS là hệ thống điều khiển và quản lý toàn nhà hiện
đại mang tính tổng thể. Đối với hệ thống sử dụng phần mềm điều khiển chuyên
dụng, các yêu cầu giải pháp của các nhà đầu tư hoàn toàn đáp ứng về các tính năng
điều khiển cũng như công nghệ tiên tiến được ứng dụng trên từng thiết bị của hệ
thống. Hệ thống BMS thực hiện được đầy đủ các nhiệm vụ điều khiển và quản lý
các hạng mục kỹ thuật trong tòa nhà, quản lý toàn bộ các thông số kỹ thuật của các
thiết bị của các hệ thống nối tới. Thông qua trao đổi thông tin, BMS điều khiển vận
hành các thiết bị chấp hành hoạt động của từng hệ thống kỹ thuật hoạt động theo
yêu cầu của người quản lý, đảm bảo các yếu tố kỹ thuật cũng như các yếu tố an
toàn, an ninh, và tiết kiệm được năng lượng, giảm được chi phí vận hành, nâng cao
tính chủ động trong quá trình vận hành, bảo trì nâng cấp hệ thống.
BMS là một hệ thống hiện đại, được ứng dụng nhiều trong việc vận hành các
tòa nhà ở nhiều nước tiên tiến trên thế giới. Khi các tòa nhà được tích hợp hệ thống
BMS sẽ mang lại nhiều lợi ích như: vận hành hiệu quả, chính xác, độ an toàn cao,
mang lại cảm giác thoải mái cho người làm việc trong tòa nhà, tạo ra hiệu quả trong
công việc. Ngoài ra hệ thống BMS có còn có khả năng giám sát, lập trình lịch vận
hành các hệ thống cơ điện, cũng như các kế hoạch bảo trì, sữa chữa qua đó có thể
tiết kiệm được năng lượng điện tiêu hao một cách đáng kể. Các lợi ích do BMS
mang lại:
Giảm điện năng tiêu thụ (trung bình 15 – 20%).
Tiết kiệm chi phí vận hành, thời gian quản trị, nhân lực và các tài nguyên khác.
Tăng hiệu quả, độ bền, an toàn các thiết bị vận hành.
Tăng hiệu suất làm việc của người sinh hoạt trong tào nhà ( 2- 5 %).
3
Dễ dàng thay đổi, mở rộng, nâng cấp để đáp ứng nhu cầu phát triển.
Lập trình linh hoạt theo nhu cầu của từng tòa nhà.
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.
1.1.3 Các chức năng cơ bản của hệ thống BMS
Hệ thống quản lý tòa nhà có thể thực hiện được các chức năng cơ bản như sau:
Giám sát và điều khiển hệ thống điều hòa thông gió
Quản lý tòa bộ hệ thống điều hòa thông gió của tòa nhà từ trung tâm điều khiển.
Toàn bộ bảng biểu, sơ đồ nguyên lý hoạt động, mặt bằng bố trí thiết bị, thông số kỹ
thuật, trạng thái hoạt động thiết bị của hệ thống điều hòa không khí được thể hiện
trên màn hình giám sát trung tâm cho phép giám sát và điều khiển một cách trực
quan thông qua việc điều khiển các thiết bị như: Chiller, Bơm nước chiller, AHU,
VAR, FAN...
Quản lý hệ thống điện
Điều khiển và giám sát hệ thống cấp điện nguồn, hệ thống máy phát dự phòng,
máy biến thế và các tủ phân phối điện chính và phân phối điện khu vực.
Hệ thống chiếu sáng
Hệ thống đèn chiếu sáng trong và ngoài tòa nhà sẽ được thiết kế dựa trên
những tiện ích cho người sử dụng và quản lý hệ thống. Các đèn chiếu sáng tại các
khu vực được điều khiển đóng/mở từ xa tại phòng điều khiển trung tâm, từ các công
tắc khả trình được lắp đặt tại các khu vực hoặc các công tắc trên Relay điều khiển
RCM tại các tủ điều khiển. Các khu vực nhạy cảm như khu chế tác, khu trưng bày,
khu văn phòng của công ty, hệ thống chiếu sáng được điều khiển liên động với hệ
thống an ninh chống đột nhập bất hợp pháp. Khi có tín hiệu truy nhập bất hợp pháp
4
từ các khu vực này, đèn chiếu sáng được điều khiển tự động bật sáng để tăng cường
độ chiếu sáng cho khu vực phục vụ cho việc thu hình của hệ thống các camera giám
sát.
Hệ thống an ninh
Cho phép giám sát, lưu trữ các hình ảnh thu được từ camera và điều khiển
camera từ hệ thống BMS, giám sát các hoạt động truy xuất tại các cửa ra vào, ra
lệnh đóng mở trong các tình huống khẩn cấp từ máy chủ hệ thống BMS như có sự
xâm nhập trái phép hoặc các sự cố cháy nổ.
Hệ thống báo cháy và chữa cháy tự động
Giám sát và phát ra các tín hiệu cảnh bảo trên máy chủ hệ thống BMS và khi có
sự cố cháy nổ, đồng thời phát tín hiệu cảnh báo qua hệ thống truyền thanh, báo
động đến cơ quan chữa cháy. Điều khiển liên động tới hệ thống điều hòa không khí
để hạn chế cháy lan truyền, cắt điện hệ thống điện nguồn và hệ thống chiếu sáng
thoát hiểm được bật lên để dẫn mọi người ra lối thoát hiểm. Đồng thời các tín hiệu
được đưa đến hệ thống phòng cháy tự động. Ngoài ra, khi ở trạng thái bình thường,
hệ thống BMS giám sát toàn bộ trạng thái hoạt động của bơm chữa cháy, trạng thái
của hệ thống chữa cháy tự động, mức nước tại các bể nước chữa cháy.
Hệ thống truyền thanh nội bộ
Đưa ra các cảnh báo nội bộ (khi cố sự cố kỹ thuật hệ thống hoặc xảy ra sự cố
cháy nổ) bởi các nhân viên kỹ thuật hay từ máy chủ hệ thống BMS khi có sự cố.
Quản lý hệ thống thang máy
Giám sát trạng thái hoạt động của thang máy bao gồm nhiệt độ buồng thang,
nồng độ Oxy buồng thang máy, trạng thái hoạt động của động cơ, vị trí thang máy.
Điều khiển liên động đến thang máy khi có sự cố cháy nổ, điều khiển on/off động
cơ thang máy.
5
1.2 Một số hãng cung cấp giải pháp hệ thống quản lý tòa nhà BMS trên
thế giới
1.2.1 Thị phần của thị trường BMS
Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều nhà cung cấp giải pháp BMS cho các tòa
nhà, tập trung ở các nước Bắc Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản... Theo sự khảo sát của tổ
chức ARC Advisory Group vào năm 2006 thì Bắc Mỹ dẫn đầu thế giới về thị
trường BMS với hơn 12 tỷ đô la, chiếm 49,5% thị trường toàn thế giới. Tiếp sau là
các nước châu Âu với 7,5 tỷ đô, chiếm 30% thì trường toàn thế giới. Tiếp sau là
Nhật Bản, các nước châu Á và Châu Mỹ Latinh.
Bảng 1.1 Thị trường BMS trên thế giới năm 2001 và 2006 theo nguồn của ARC
Advise Group
Về thị phần của các nhà cung cấp thì Siemens dẫn đầu về thị trường BMS ở
châu Âu và trong những năm gần đây đã tập trung đến thị trường Bắc Mỹ. Siemens
có khả năng mang đến giải pháp quản lý tòa nhà hoàn chỉnh về sự thoải mái, an
ninh, an toàn trong cháy nổ, hiệu quả trong việc sử dụng năng lượng và vận hành.
6
Ngoài ra, Siemens còn tham gia phát triển chương trình giải pháp vận hành
để cung cấp cho các khách hàng nâng cấp việc điều khiển tòa nhà cũng như vận
hành và bảo trì nó.
Hãng Johnson Controls nhà cung cấp BMS hàng đầu tại thị trường Bắc Mỹ.
Johnson Controls thành công tại thị trường Bắc Mỹ là do hãng có thể cung cấp cho
khách hàng được tất cả các giải pháp tự động hoàn chỉnh cho những tòa nhà. Ngoài
ra, Johnson Control còn cung cấp các hệ thống chiếu sáng tự động, các thiết bị báo
cháy, chữa cháy và các thiết bị an ninh, truy nhập.
Trên đây là hai hãng cung cấp giải pháp BMS hàng đầu trên thế giới với lần
lượt chiếm 14,4% và 12,5% thị phần trên toàn thế giới theo khảo sát của ARC
Advise Group.
Hình 1.1 Biểu đồ Thị phần của các nhà cung cấp giải pháp BMS trên thế giới
7
Ngoài Siemens và Johnson Controls thì còn có các nhà cung cấp giải pháp
BMS lớn như là Honeywel với 11,9%; Trane với 6.5% Yamatake và Invensys lần
lượt là 6,5% và 6.1%. Còn lại khoảng 22,2% thị phần của các nhà cung cấp khác
không nằm trong biểu đồ trên.
1.2.2 Giải pháp công nghệ của một số hãng cung cấp giải pháp BMS
Siemens
Nền tảng BMS của Siemens là hệ thống quản lý tòa nhà Apogee. Apogee
được thiết kế thành một hệ thống mở, linh hoạt, tương thích theo những yêu cầu của
khách hàng. Sự linh hoạt và tương thích của hệ thống Apogee đạt được thông qua
sự điều khiển và quản lý hoàn chỉnh, khả năng truyền thông tiên tiến và dễ dàng liên
kết với các hệ thống khác, chuẩn giao thức và các thiết bị. Siemens đưa ra một dải
tiêu chuẩn rộng và các chọn lựa giao thức tương ứng bao gồm: Modbus, BACNet
và Lonworks.
Bộ phận cốt lõi của hệ thống BMS Apogee Siemens là MBC (Modular
Equipment Controller). MBC có khả năng thực hiện việc điều khiển các thiết bị
trong việc thực thi các điều khiển phức tạp, giám sát và quản lý năng lượng. Apogee
Siemens phát triển phần mềm Insight 3.3 GUI để giúp các khách hàng dễ dàng tích
hợp hệ thống quản lý tòa nhà vào trong nhiều tòa nhà. Phần mềm Insight giúp khách
hàng giảm chi phí vận hành tòa nhà, đảm bảo tốt vấn đề an tòa cho người sử dụng
tòa nhà và các công cụ lưu giũ thông tin hoạt động. Apogee được thiết kế chạy trên
máy chủ cài hệ điều hành Windows2000 hoặc WindowsNT4.0.
Johnson Controls
Johnson Controls là nhà cung cấp giai pháp quản lý BMS hàng đầu thế giới,
bao gồm hệ thống hệ thống chiếu sáng tự động, hệ thống điều hòa thông gió HVAC
tự động cũng như là các thiết bị báo cháy và chữa cháy. Các khách hàng hàng nổi
tiếng của Johnson Controls là Americantech, Bank of American, IBM, Glaxo....
8
Phần chính của Johnson Controls ở lĩnh vực BMS là hệ thống Metasys với hệ
thống cơ điện tự động trong tòa nhà cung cấp mức thoải mái tối ưu nhất, giám sát
cảm biến báo cháy và truy nhập vào ra trong tòa nhà, điều khiển chiếu sáng, hướng
dẫn bảo trì thiết bị và giúp người quản lý tòa nhà đưa ra các quyết định chính xác
nhất. Hệ thống Metasys có thể giao tiếp với hàng trăm thiết bị của các hệ thống điều
khiển khác nhau. Bên cạnh đó Johnson Controls cũng thiết kế các phần mềm ký
thuật với mục đích thiết lập các dự đoán, loại bỏ sự mất điện do sự cố về nguồn, an
ninh. Ngoài ra, Johnson controls cũng phát triển phần mềm Data Visualization,
phần mềm này tự động sắp xếp và đưa các thông tin ưu tiên đến cho người vận hành
trong số rất nhiều các dự liệu thông tin giúp người vận hành có thể biết trước được
các điều kiện vận hành trong tương lai.
Honeywell
Honeywell được thành lập năm 1885 tại Mỹ, năm 2001 Honeywell mua lại
công ty Pittway có trụ sở lại Chicago, Mỹ với lĩnh vực kinh doanh chính là cung
cấp giải pháp tự động trông các tòa nhà cao tầng và nhà biệt thự. Pittway có khả
năng cung cấp đến cho khách hàng tất cả các giải pháp tự động kết hợp giữa báo
cháy, an ninh và HVAC...
Hệ thống quản lý tòa nhà của Honeywell là hệ thống EXCEL 5000 được phát
triển dựa trên tiêu chuẩn hệ thống mở cho các thiết bị phần cứng cơ bản, phần mềm
và mạng lưới. Với việc tập trung vào cấu trúc mở, Honeywell co thể cung cấp cho
khách hàng khả năng tích hợp nhiều các hệ thống phụ với nhau. Honeywell cũng
phát triển các phần mềm ứng dụng như Lifesatify Manager, Building Manager và
Security Manager.
1.3 Thị trường BMS tại Việt Nam
Tại Việt Nam, trong giai đoạn hiện nay có khoảng 50% số nhà có trang bị hệ
thống điều hòa tập trung, hệ thống bảo vệ và báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập
9
và giám sát bằng camera nhưng chưa có hệ thống quản lý tòa nhà BMS. Các hệ
thống điều hòa thông gió, báo cháy, an ninh… được điều khiển riêng biệt và không
trao đổi thông tin với nhau, không có quản lý giám sát chung. Việc áp dụng BMS
mới chỉ được quan tâm trong những năm gần đây. Tỷ lệ các tòa nhà sử dụng BMS ở
Việt Nam còn thấp (chỉ khoảng 10%) và chưa đồng bộ. Việt Nam cũng chưa hình
thành nên các chuẩn nhất định cho việc áp dụng BMS khi xây dựng các tòa nhà.
Tuy nhiên, theo xu hướng tất yếu của công cuộc hội nhập với nền kinh tế toàn cầu,
dần dần hệ thống BMS sẽ trở thành một tất yếu được áp dụng khi xây dựng các tòa
nhà.
Trong những năm gần đây, rất nhiều các cao ốc đang được xây dựng nhằm
đáp ứng các yêu cầu phát triển của xã hội. Việc quản lý hiệu quả chi phí hoạt động,
năng lượng thời gian, con người, an toàn, thông tin liên lạc, và bảo trì vận hành các
cao ốc này là một nhu cầu cần thiết của các chủ đầu tư. Hệ thống quản lý tòa nhà
BMS đã ra đời để giải quyết các yêu cầu về việc vận hành và giám sát hiệu quả các
hệ thống được vận hành trong các tòa nhà. Trong khoảng 10 năm trở lại đây, tại
Việt Nam ngày càng có nhiều những tòa nhà cao ốc được trang bị hệ thống quản lý
tòa nhà BMS để mang lại mức độ tiện nghi, sự an toàn và hiệu quả sử dụng cao nhất
cho tòa nhà. Các nhà cung cấp giải pháp BMS ở Việt Nam hầu hết là các hãng nổi
tiếng trên thế giới như hệ thống Apogee của Siemens, Honeywell, Johnson Control,
Yamakate...
Theo tính toán của các nhà đầu tư khi sử dụng hệ thống BMS trên thế giới thì
mặc dù chi phí trang bị hệ thống BMS ban đầu cao hơn so với các nhà máy có phân
hệ điều khiển bình thường nhưng tiết kiệm chi phí vận hành và năng lượng khoảng
40% so với nhà máy khác. Do vậy giảm được giá thành đáng kể khi sản xuất. Với
diện tích sàn sử dụng mỗi nhà máy vào khoảng từ vài nghìn đến vài chục nghìn m2
thì hiệu quả đầu tư rất đáng kể, tạo ra lợi thế cạnh tranh và thời gian hoàn vốn đầu
tư trang bị hệ thống BMS ban đầu ngắn. Do vậy, xu hướng sử dụng BMS để quản lý
10
vận hành các nhà máy là tất yếu đối với các chủ đầu tư các nhà máy sản xuất lớn
như:
Một số nhà máy tiêu biểu tích hợp hệ thống BMS:
Hình 1.2 Nhà máy sản xuất xe hơi Volkswagen
Đây được coi là nhà máy sản xuất ô tô lớn nhất thế giới với diện tích sàn lên
tới 6.500.000 m2. Nó lớn đến mức nhân viên được tự do sử dụng xe đạp để di
chuyển xung quanh. Hàng năm nhà máy này cung cấp hơn 40 triệu ô tô ra thị
trường thế giới. Tòa tháp đôi 20 tầng chứa đầy xe hơi là một trong những điểm ấn
tượng nhất của nhà máy này. Nhà máy sử dụng hệ thống BMS vô cùng hiện đại,sử
dụng giải pháp điều khiển của Honeywell.
Chi phí dành cho hệ thống BMS của nhà máy này vào khoảng 90 triệu USD.
11
Hình 1.3 Nhà máy sản xuất máy bay Boeing
Nhà máy của Boeing ở Everett Washington Mỹ là một trong những nhà
xưởng vĩ đại nhất trên thế giới. Nó có diện tích sàn lên tới 398.000 m2 và trải rộng
trên diện tích khoảng 98,3 ha. Đây là nơi những chiếc máy bay dân dụng lớn nhất
thế giới như siêu máy bay vận tải 747-8 Intercontinental và 2 loai máy bay chở
khách hàng đầu thế giới là 777 Worldliner và 787 Dreamliner được lắp ráp. Nhà
máy được trang bị hệ thống BMS rất hiện đại sử dụng công nghệ Apogee của
Siemens.
Chi phí dành cho hệ thống BMS của nhà máy này vào khoảng 50 triệu USD.
12
Hình 1.4 Nhà máy sản xuất vải của Lauma,Latvia
Lauma hiện là một trong những công ty lớn nhất trong nghành công nghiệp
dệt may,vì vậy nhà máy này là một trong những nhà máy lớn nhất thế giới.Nhà
máy có tổng diện tích 115.645 m2 với chiều dài 505m,chiều rộng 225m.Nhà máy
được trang bị hệ thống BMS sử dụng công nghệ Apogee cua Siemens.
Chi phí dành cho hệ thống BMS của nhà máy này vào khoảng 20 triệu USD.
13
1.4 Tính cấp thiết và tầm quan trọng của đề tài
Tình hình sử dụng năng lượng ở các nhà máy sản xuất là vô cùng lớn, do đặc
thù sản xuất hầu như liên tục. Vì vậy vấn đề tiết kiệm năng lượng trong sản xuất
được quan tâm hàng đầu.
Kết quả nghiên cứu của đề tài cộng với các công trình nghiên cứu khác trên
thế giới, sẽ là nền tảng để những mô hình nhà máy sản xuất tham khảo để áp dụng
cho nhà máy của mình để tối ưu hóa trong việc sử dụng năng lượng.
1.5 Mục tiêu và nội dung của đề tài
Mục tiêu mà đề tài này hướng đến là xây dựng thành công một phần cơ sở
lý thuyết tính toán thiết kế hệ thống BMS cho mô hình nhà máy. T ính toán
được hiệu quả kinh tế của nhà máy khi được tích hợp hệ thống BMS. Mô phỏng
điều khiển và giám sát nhà máy bằng phần mềm Window Viewer.
1.6 Giới hạn của đề tài
Đề tài sẽ xây dựng phần cơ sở lý thuyết dùng để tính toán thiết kế mô hình
BMS cho nhà máy P&G. Do hệ thống BMS ra đời chủ yếu tích hợp cho các
tòa nhà, cao ốc nên khi áp dụng mô hình này cho nhà máy sản xuất còn gặp
rất nhiều khó khăn cho khâu thiết kế và tính toán. Tài liệu tham kh ảo còn
rất hạn chế nên rất cần sự đóng góp của mọi người để luận văn ngày một
hoàn thiện hơn và sát với thực tế hơn.
14
CHƯƠNG 2
ĐẶC ĐIỂM KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG
QUẢN LÝ TÒA NHÀ BMS
2.1 Tổng quan
Mô hình của hệ thống quản lý tòa nhà BMS được xây dựng trên nền tảng của
điều khiển giám sát và quản lý, hệ thống có đầy đủ các tính năng “Điều khiển –
Giám sát – Kết nối tích hợp” các hệ thống kỹ thuật khác.
Hệ thống BMS có đầy đủ các chức năng cơ bản sau:
Giám sát các thông số nồng độ chất lượng không khí.
Điều khiển đèn chiếu sáng tại các khu vực hành lang, các khu công
cộng trong và ngoài tòa nhà.
Giám sát các thông số điện áp, của nguồn điện cung cấp.Kết nối tích
hợp với hệ thống điều khiển điều hoà thông gió, chuẩn giao thức
BacNet, đáp ứng được các yêu cầu đặt ra trong thiết kế để điều khiển hệ
thống điều khiển điều hòa thông gió HVAC.
Kết nối các tín hiệu báo động với hệ thống báo cháy và chữa cháy, thu
nhận các thông tin báo động cháy, chữa cháy để phối kết hợp điều khiển
các thiết bị khác trong các hệ thống kỹ thuật khác.
Kết nối tín hiệu báo động với hệ thống an ninh theo đúng yêu cầu thiết
kế kỹ thuật.
Hệ thống cho phép lưu trữ các tham số của hệ thống thu nhận được để sử
dụng làm báo cáo, cho phép viết các chương trình điều khiển để thực hiện điều
15
khiển hệ thống điều hoà thông gió khi nhận được các tín hiệu báo cháy, tín hiệu từ
hệ thống giám sát thông số môi trường.
Hệ thống cũng cho phép viết các chương trình điều khiển ứng dụng tiết kiệm
năng lượng, giảm thiểu các thao tác vận hành tay, tiết kiệm thời gian, nhân công và
chi phí vận hành cũng như kéo dài tuổi thọ của các thiết bị được điều khiển. Hướng
tới tương lai, hệ thống BMS là một hệ thống mở, cho phép mở rộng nâng cấp cấu
hình phần cứng, cho phép mở rộng hệ thống, các sản phẩm thế hệ mới cũng luôn
tương thích với các thiết bị đã được lắp đặt trong hệ thống BMS của toà nhà và có
thời gian thích ứng mà không bị lạc hậu so với công nghệ.
2.2 Mô hình hệ thống tự động hoá của hệ thống BMS
Hình 2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển, giám sát tòa nhà
16
Cấu trúc của hệ thống điều khiển là hệ thống có cấu trúc mở và hoàn toàn
đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống BMS giám sát kỹ thuật – điều khiển của
Tòa nhà cũng như đáp ứng được các yêu cầu về nâng cấp mở rộng trong tương lai.
Với cấu trúc mở, giao thức mở và được xây dựng trên cơ sở của khoa học công
nghệ tiên tiến hiện đại nhất hiện nay, hệ thống điều khiển tự động hóa tòa nhà cho
phép tích hợp các hệ thống kỹ thuật đơn lẻ khác có sử dụng các giao thức chuẩn như
Bacnet, LONmark, ModBus, Profibus, EIB, M-Bus …, và giúp người quản lý dễ
dàng trong quản lý và vận hành điều khiển các hệ thống kỹ thuật tòa nhà.
Hệ thống BMS có cấu trúc của hệ điều khiển phân tán Distributed Control
System, phần mềm điều khiển đóng vai trò giao diện người máy HMI giữa máy tính
điều khiển với các bộ điều khiển kỹ thuật số. Hệ thống sẽ hoạt động ổn định tại các
thiết bị điều khiển số DDC (Direct Digital Controller) như MEC (Modular
Equipment Controller), PXC (Programable Controller) Compact, PXC Modular…
cho dù có các gián đoạn truyền thông trong mạng điều khiển hay có sự cố đối với
các máy tính điều khiển của hệ thống mạng tại cấp quản lý điều khiển tại phòng
điều khiển trung tâm.
Các bộ điều khiển này trao đổi với nhau trên mạng Ethernet LAN TCP/IP.
Trên mạng này các bộ điều khiển được kết nối ngang hàng với nhau và được nhận
biết bởi 01 địa chỉ IP.
17
Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống quản lý nhà máy
18
2.3 Phòng điều khiển trung tâm
Máy tính điều khiển của hệ thống sẽ được đặt tại phòng điều khiển. Máy tính
này được cài đặt phần mềm chuyên dụng, chương trình điều khiển này hoạt động
được trên nền của các hệ điều hành Window XP pro/ Window 2000/ W2003/
Window 2000 server/ Window 2003 server. Máy tính lưu trữ toàn bộ các chương
trình điều khiển dữ liệu cần thiết cho hoạt động của toàn bộ hệ thống BMS, đóng
vai trò giao diện người máy trong vận hành điều khiển.
Tại đây người vận hành thực hiện được đầy đủ các chức năng yêu cầu trong
Quản lý – Giám sát - Điều khiển các hạng mục kỹ thuật kết nối vào hệ thống BMS.
Máy tính hệ thống lưu giữ các thông tin dữ liệu liên quan đến tất quản lý
giám sát - điều khiển, do đó cần có hiệu suất, độ tin cậy và sẵn sàng cao, đảm bảo
luôn sẵn sàng cung cấp thông tin 24/24 cho toàn bộ hệ thống. Máy tính hệ thống
BMS được trang bị một bộ cấp nguồn không gián đoạn UPS đủ cung cấp nguồn
nuôi cho toàn bộ hệ thống khi mất điện lưới là 25 phút.
Máy in thông báo, báo lỗi, báo cáo của hệ thống cũng được đặt tại phòng
điều khiển. Máy in này có nhiệm vụ in ra tất cả các trạng thái sự cố của hệ thống
BMS và các hệ thống có liên quan.
Máy tính điều khiển trung tâm
Sử dụng các máy tính điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm sẽ có nhiều
tiện ích. Nhân viên vận hành sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian và công sức để vận
hành hệ thống mà vẫn đảm bảo hiệu quả cao trong việc điều khiển giám sát hệ
thống.
Tại phòng điều khiển trung tâm, người vận hành sẽ truy cập vào máy tính hệ
thống điều khiển quản lý tòa nhà tùy theo phân quyền của mình để điều khiển giám
sát hệ thống điện hay điều khiển điều hòa.
19
Tại phòng điều khiển, nhân viên kỹ thuật vận hành thực hiện được việc điều
khiển – giám sát các thiết bị có liên quan trong phạm vi hệ thống BMS và các hệ
thống được kết nối đến. Trên máy tính này, người quản lý hệ thống cũng thực hiện
được việc tạo mới các điểm điều khiển, điều chỉnh cấu hình, nâng cấp mở rộng hệ
thống BMS…
Thao tác điều khiển được thực hiện trên màn hình đồ hoạ của hệ thống, màn
hình đồ hoạ này được Việt hoá đối với các vị trí, tên của thiết bị được điều khiển,
đồ hoạ được thiết kế mô phỏng theo cấu tạo của thiết bị, theo địa hình của khu vực
lắp đặt các thiết bị để tăng sự thuận tiện cho nhân viên vận hành trong quá trình
điều khiển.
Người vận hành điều khiển được các máy điều hòa, các bơm cấp nước, giám
sát được các thông số môi trường, điều khiển được đèn chiếu sáng hay giám sát các
thông số nguồn điện được cung cấp… vị trí các thang máy trong hành lang thang
máy, trạng thái làm việc, báo lỗi của các thiết bị truyền động điện tại các hạng mục
trong tòa nhà được quản lý, giám sát bởi hệ thống BMS.
Phần mềm điều khiển hệ thống cho phép thực hiện chức năng “Kéo - Thả”
sử dụng chuột, là ứng dụng của hệ điều hành Microsoft Window, làm tăng hiệu quả
vận hành, góp phần đảm bảo tăng tính chính xác, đáp ứng yêu cầu thời gian thực
của quá trình điều khiển.
Thao tác trên các máy tính điều khiển, người vận hành thay đổi được các giá
trị, tham số cần điều khiển hay viết các chương trình điều khiển giám sát hệ thống.
Thu nhận các thông tin sau điều khiển
Hệ thống sẽ lưu giữ tất cả các thông tin liên quan xảy ra trong phạm vi hệ
thống BMS và các hệ thống liên quan, các thông tin trạng thái, sự cố, hay số giờ vận
hành các bơm, quạt, nhiệt độ khu vực, vvv… được hệ thống xử lý, phân loại và lưu
20
giữ. Tín hiệu kết nối đến từ báo động đột nhập, tín hiệu báo cháy, bơm chữa cháy
hoạt động…cũng được lưu giữ tại đây.
In báo cáo
Máy in báo cáo được cài đặt để in tất cả các báo cáo về các sự kiện xảy ra
theo thời gian. Bất kể sự kiện gì xảy ra (trạng thái báo lỗi, xóa dữ liệu hệ thống,
thay đổi cấu hình, chương trình điều khiển), máy tính điều khiển cũng sẽ ra lệnh cho
máy in này hoạt động in.
Máy in còn thực hiện nhiệm vụ in các báo cáo vận hành hệ thống, các thông
tin liên quan đến chỉ số tiêu thụ điện, nước, nhiệt độ, báo cáo vận hành vv… được
hệ thống lưu giữ theo thời gian
2.4 Các ứng dụng điều khiển giám sát
2.4.1 Giám sát thông số môi trường
Hệ thống BMS đảm bảo cung cấp những thông số chính xác, kịp thời, liên
tục về môi trường nhiệt độ tại các khu vực, nồng độ khí CO tại tầng hầm, cho phép
giám sát chặt chẽ điều kiện làm việc an toàn của con người. Nồng độ khí CO tại
tầng hầm được quản lý bởi sensor carbon monoxide sensor, đây là loại sensor có
thiết kế đặc biệt có tín hiệu đầu ra biến đổi theo nồng độ khí CO được kết nối vào
các ngỏ vào chuẩn điểm AI của tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR 1 tại
tầng hầm, có chỉ tiêu dòng điện 4-20mA. Các quạt hút khí thải tầng hầm sẽ được
điều khiển tốc độ theo nồng độ khí CO, khi nồng độ cao quạt hút sẽ được điều khiển
tăng tốc và ngược lại.
Hệ thống tự động hoá BMS đáp ứng được yêu cầu quản lý các thông số môi
trường làm tăng hiệu quả quản lý của người quản lý đối với từng khu vực cụ thể của
tòa nhà Tòa nhà mà không cần phải thường xuyên kiểm tra các khu vực, hay cũng
với giá trị của từng khu vực mà người quản lý.
21
Các thông tin đo lường từ các thiết bị cảm biến sẽ được gửi về các máy tính
điều khiển trung tâm thông qua tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR, các
thông tin này sẽ được theo dõi trên các màn hình đồ họa của máy tính điều khiển..
2.4.2 Điều khiển đèn chiếu sáng
Để điều khiển các tuyến đèn chiếu sáng trong và ngoài tòa nhà, hệ thống tự
động hoá BMS thực hiện được tất cả các yêu cầu do thiết kế kỹ thuật đặt ra. Máy
tính điều khiển có khả năng điều khiển được các tuyến đèn chiếu sáng tại các khu
vực của Tòa nhà và có khả năng quan sát các thông tin, thu nhận phản hồi từ các
khởi động từ để giám sát trạng thái bật hay tắt của các tuyến đèn đó.
Từ phòng điều khiển người vận hành cũng sẽ thực hiện được các thao tác
điều khiển, viết các chương trình tự động cho các tuyến đèn chiếu sáng ngoài trời,
trong nhà theo yêu cầu để thực hiện tiết kiệm điện năng.
Đồ họa điều khiển của tuyến đèn được thể hiện trên máy tính điều khiển. Tại
phòng điều khiển trung tâm người vận hành có thể dễ dàng nhận biết các khu vực
cần bật hay tắt đèn, tiết kiệm thời gian, công sức của nhân viên vận hành trong vận
hành hệ thống đèn chiếu sáng.
Đáp ứng yêu cầu thiết kế kỹ thuật, hệ thống điều khiển BMS cũng cho phép
thiết lập song song với hệ thống tự động một chế độ vận hành bằng tay sử dụng các
công tắc chuyển mạch gắn trên tủ điện để thuận lợi cho việc bảo trì, sửa chữa, bật
tắt bằng tay hoặc giả thiết trong trường hợp có gián đoạn điều khiển, được yêu cầu
vận hành khẩn cấp tại chỗ.
Tại các hành lang, các nút nhấn khởi động hoàn toàn độc lập được lắp đặt
trên hành lang của các khu vực trong Tòa nhà, các nút nhấn này được kết nối với
các bộ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR của hệ thống điều khiển – giám sát
– quản lý BMS. Người sử dụng chỉ cần nhấn nút, đèn sẽ hoạt động, sau khoảng thời
22
gian đủ để đi hết hành lang, đèn sẽ được hệ thống điều khiển tắt để tiết kiệm điện
năng.
2.4.3 Giám sát điều khiển quạt thông gió
Các quạt thông gió tầng hầm được điều khiển tốc độ hoạt động theo nồng
độ khí CO tại bại đỗ xe. Tốc độ quạt sẽ tăng hay giảm tỉ lệ thuận với chỉ số đo nồng
độ khí CO, quạt được điều khiển và giám sát bởi hệ thống BMS.
Quạt điều áp thang được hoạt động theo lệnh đưa tới từ hệ thống báo cháy -
chữa cháy để tạo hành lang an toàn cho người thoát hiểm hệ thống BMS không thực
hiện điều khiển các quạt này. Tuy nhiên, tín hiệu báo quạt đã hoạt động được hệ
thống BMS quản lý, dựa trên nguyên lý báo có áp suất luồng khí trong ống dẫn khí.
Khi không có tín hiệu phản hồi quạt đã hoạt động từ quạt điều áp, nhân viên vận
hành sẽ thông báo cho người có trách nhiệm giải quyết sự cố.
2.4.4 Giám sát nguồn điện và năng lượng điện
Để quản lý hệ thống điện, hệ thống BMS kết nối đến các điểm tín hiệu báo
trạng thái đầu ra của các thiết bị đóng cắt - bảo vệ MCCB hay PXC MODULAR
của hệ thống điện, “điểm có tín hiệu dạng chuẩn DO” là các điểm đầu ra dạng dry
contact (công tắc khô). Các điểm tín hiệu này của các tủ điện sẽ được nối đến các
ngõ vào chuẩn điểm DI của các tủ điều khiển PXC MODULAR. Khi có thay đổi
trạng thái của các điểm đầu ra tại các tủ điện, BMS sẽ nhận biết đây là sự thay đổi
trạng thái, sự cố của các thiết bị điện tương ứng với các điểm đầu vào. Các tín hiệu
báo lỗi, báo trạng thái của hệ thống điện sẽ được thể hiện trên màn hình đồ hoạ,
màn hình báo lỗi - trạng thái, máy in của hệ thống BMS.
BMS sử dụng các bộ đo lường kỹ thuật số Digital Energy Monitoring chuẩn
(WM14-96) giám sát điện năng tiêu thụ của tòa nhà, WM14-96 hoàn toàn đáp ứng
được các yêu cầu giám sát theo dõi được các thông số kỹ thuật chính của các nguồn
23
điện được cấp đến từ trạm Biến thế hạ áp – Máy phát điện dự phòng, tủ điện phân
phối nguồn chính theo yêu cầu của thiết kế kỹ thuật:
+ Công suất hữu công của tòa nhà P (kW)
+ Công suất biểu kiến S (kVA)
+ Công suất phản kháng Q (kVAr)
+ Công suất tiêu thụ của tòa nhà (kWh)
+ Hệ số Cosφ
+ Điện áp dây tại tủ cấp nguồn chính (V)
+ Điện áp các pha tại tủ cấp nguồn chính (V)
+ Dòng điện của các pha tại tủ cấp nguồn chính (A)
Đồ họa sau mô phỏng quản lý điện năng tại một tủ điện phân phối nguồn cấp
chính cho một tòa nhà. Trong đồ họa, các giá trị được thể hiện là số đo đếm
được, các tham số được Việt hóa về tên và vị trí thiết bị để đơn giản hóa quá trình
vận hành của người giám sát, quản lý hệ thống.
2.5 Kết nối, tích hợp và điều khiển hệ thống
2.5.1 Tích hợp hệ thống điều hoà thông gió
2.5.1.1 Kết nối hệ thống điều hòa VRV và Water Chiller
Hệ thống BMS có thể kết nối với cả hai hệ thống điều hòa thông gió theo
kiểu điều chỉnh lưu lượng môi chất lạnh VRV (Variable Refrigerant Volume) hoặc
hệ thống điều hòa theo kiểu điều hòa trung tâm với môi chất lạnh là nước Water
Chiller. Phần mềm BMS thực hiện việc tích hợp hai hệ thống này thông qua chuẩn
truyền thông BACnet/LON đối với hệ điều hòa VRV và chuẩn ModBus đối với hệ
điều hòa Water Chiller.
Sử dụng tín hiệu đầu ra của hệ thống điều hòa chuẩn giao thức BacNet/
ModBus kết nối vào đầu vào module vi xử lý giao thức BacNet/ModBuss của tủ
24
điều khiển PXC MODULAR đặt tại phòng điều khiển trung tâm, hệ thống BMS sẽ
thực hiện các giao tiếp với hệ thống điều hòa.
Các thông tin của hệ thống điều hòa được thu nhận và thể hiện trên màn hình
đồ họa của hệ thống BMS. Hệ thống BMS cũng thực hiện việc điều khiển các thiết
bị thuộc hệ điều hòa, quản lý các tham số của hệ thống điều hòa thông gió tại máy
tính điều khiển hệ thống BMS.
Điều kiện quyết định để thực hiện tích hợp hai hệ thống hệ thống điều hoà và
BMS là: hệ thống điều hoà phải đưa đến đầu ra tín hiệu để thực hiện tích hợp, tín
hiệu này có chuẩn BacNet/ModBus theo đúng yêu cầu kỹ thuật.
Việc kết nối giữa hai hệ thống điều hoà và hệ thống BMS đảm bảo sẽ không
gây nên bất cứ xung đột nào giữa hai hệ thống.
Điều khiển hệ thống điều hòa:
Chiller và bơm nước lạnh:
Hệ thống BMS điều khiển các chiller hoạt động theo các chương trình vận
hành tự động theo các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, độ sạch của không khí dựa trên
các chương trình điều khiển được lập theo các yêu cầu vận hành của tòa nhà. Tại
phòng điều khiển trung tâm, người vận hành theo dõi được tình trạng hoạt động của
hệ thống, nhiệt độ vào ra của từng các Chiller, chế độ hoạt động của các bơm theo
yêu cầu vận hành của người quản lý thông qua giao diện đồ họa.
Hệ thống BMS sẽ tự động tính tải lạnh tiêu thụ thực tế của tòa nhà và tính số
bơm, phần trăm công suất bơm, số máy nén Chiller cần chạy. Bộ điều khiển DDC
(có thể là MBC hoặc PXC) có thể lập trình chu trình chạy và dừng của hệ thống
hoàn toàn tự động, khởi động các thiết bị dự phòng khi cố sự cố quá tải. Hệ thống
BMS có thể cho phép cụm máy nén Chiller vận hành theo 3 chế độ:
25
• Chế độ vận hành hoàn toàn tự động theo thời gian biểu.
• Chế độ vận hành từ trung tâm theo yêu cầu của người vận hành.
• Chế độ vận hành bằng tay (Manual) từ mỗi thiết bị.
Hệ thống BMS cũng cho phép quản lý thông tin vận hành, trạng thái, các lỗi
và sự cố của các cụm máy chiller. Cơ sở dữ liệu cho phép lưu trữ và truy cập các
thông tin này theo các thời điểm khác nhau. Các thông số tải hệ thống, nhiệt độ, áp
suất, mức nước được thu thập và theo dõi trong từng thời điểm.
Các máy sản xuất nước lạnh Chiller đóng một vai trò hết sức quan trọng,
toàn bộ hệ thống điều hòa đều phụ thuộc vào hệ thống các máy lạnh này. Hệ thống
điều khiển Chiller sẽ nhận các thông số phản hồi từ các thiết bị cảm biến của hệ
thống như sau:
• Tín hiệu báo dòng chảy của nước lạnh trong hệ thống đường ống.
• Áp suất nước trong hệ thống ống dẫn.
• Nhiệt độ của nước lạnh đầu vào và đầu ra các Chiller.
• Nhiệt độ nước hồi về từ các máy điều hòa không khí sau quá trình
trao đổi nhiệt.
Các thông số này được thể hiện trên màn hình đồ họa tại máy tính điều
khiển, người vận hành có thể dễ dàng quan sát trạng thái hoạt động của các chiller,
nhận diện lỗi trong hệ thống và qua đó giải quyết các lỗi kỹ thuật một cách nhanh
chóng và chính xác. Người vận hành có thể dễ dàng thực hiện thao tác On/Off hay
thay đổi chế độ hoạt động dự phòng của hệ thống Chiller mà không cần phẩn đến
tận nơi các thiết bị hay tủ điều khiển. Các lỗi về hệ thống như nhiệt độ nước quá
cao, bơm nước không hoạt động, quá tải…thì báo lỗi của hệ thống sẽ hiển thị trên
màn hình.
26
Các chiller được giám sát chặt chẽ về thời gian chạy, nhiệt độ của nước lạnh
cần đáp ứng để cung cấp cho các máy điều hòa, các trạng thái sự cố, làm việc quá
tải… Lập chương trình điều khiển theo chu trình “nhu cầu tải”: khi tải lạnh thấp thì
tự động cắt giảm số lượng các chiller tham gia hoạt động, khi tải lạnh cao thì tự
động khởi động thêm các chiller để đưa vào vận hành. Qua đó đáp ứng được yêu
cầu tiết kiệm năng lượng, kéo dài tuổi thọ của các máy lạnh chiller cũng như giảm
chi phí sữa chữa thay thế.
Điều khiển bơm nước lạnh:
Các bơm nước lạnh có nhiệm vụ là tạo sự tuần hoàn nước lạnh trong chu
trình làm lạnh khép kín. - Các bơm nước lạnh được điều khiển theo yêu cầu đáp ứng
tải lạnh của các mạy lạnh trung tâm Chiller, nó cho phép hệ thống vận hành với lưu
lượng nước cấp tối thiểu cần thiết và tiết kiệm tối đa điện năng.
Số lượng bơm nước lạnh tham gia hoạt động sẽ được quyết định bởi lưu
lượng nước làm lạnh yêu cầu của hệ thống điều hòa, theo số lượng các chiller tham
gia vận hành hoặc theo yêu cầu của tải lạnh.
Hệ thống BMS sẽ giám sát áp lực trong hệ thống ống dẫn nước nước lạnh,
Van Bypass sẽ tự động được đóng, mở để điều hòa áp suất giữa đầu cung cấp và trở
về (Supply & Return) khi có sự chênh lệch áp suất giữa hai tuyến ống Cấp và Hồi.
Điều khiển FCU/AHU (Fan Coil Unit/Air Handling Unit):
FCU sử dụng nước lạnh:
Từng các FCU/AHU có trang bị bộ điều khiển nhiệt độ riêng biệt, bộ điều
khiển này được lắp đặt cụ thể của từng FCU và có nhiệm vụ điều chỉnh tố độ quạt,
cái đặt nhiệt độ và điều chỉnh các Van nước lạnh của các FCU/AHU. Việc điều
chỉnh từ xa các FCU được thực hiện bởi bộ điều khiển DDC. Người vận hành hệ
thống BMS có thể thực hiện được việc On/Off đối với từng nhóm FCU/AHU và
27
cũng có thể lập trình vận hành cho từng nhóm FCU/AHU theo yêu cầu vận hành cụ
thể.
FCU hệ thống VRV:
• Các FCU/AHU này được điều khiển nhờ bộ điều khiển trung tâm
VRV,được điều tiết lưu lượng môi chất lạnh Refrigerant qua dàn trao đổi nhiệt và
điều chỉnh tốc độ của các máy nén hệ thống điều hòa trên nguyên tắc nhiệt độ, tải
lạnh yêu cầu của môi trường.
• Hệ thống điều hòa VRV được kết nối tới tủ điều khiển kỹ thuật số DDC và
được điều khiển thông qua màn hình máy tính tại phòng điều khiển trung tâm.
2.5.1.2 Kết nối hệ thống báo cháy & chữa cháy
Phương án kết nối hệ thống báo cháy được đặt ra như sau: Kết nối “Điểm -
Điểm” giữa các điểm đầu ra báo động cháy dạng biến đổi trạng thái “0 – 1” là tín
hiệu không điện dry contact. Tín hiệu báo động cháy sẽ được đưa đến điểm đầu vào
chuẩn DI của tủ điều khiển PXC MODULAR tại phòng điều khiển trung tâm. -
Các tín hiệu báo cháy sẽ được thực hiện để điều khiển các thiết bị thông gió trong
hệ thống, đáp ứng được các yêu cầu chữa cháy bằng việc cắt nguồn cấp không khí
tới đám cháy, hay hệ thống báo cháy đã cấp tín hiệu điều khiển cho các quạt điều áp
thang hoạt động tạo hành lang thoát hiểm.
Khi kết nối vào hệ thống BMS, các tín hiệu báo có nguồn nuôi sẵn sàng
đáp ứng yêu cầu chữa cháy, mức nước bể chứa chữa cháy, áp lực nước sẵn sàng đáp
ứng yêu cầu chữa cháy hay trạng thái bơm làm việc, sẽ được kết nối vào tủ điều
khiển kỹ thuật số PXC MODULAR của hệ thống BMS. Các tín hiệu này được giám
sát trên màn hình đồ họa của hệ thống BMS.
2.5.1.3 Kết nối hệ thống giám sát an ninh
Phương án kết nối hệ thống an ninh của Tòa nhà được thực hiện như sau:
28
Kết nối “điểm - điểm” theo yêu cầu đặt ra của thiết kế kỹ thuật, các thông tin
báo động từ đầu ra hệ thống an ninh sẽ được kết nối đến các tủ điều khiển kỹ thuật
số PXC MODULAR của hệ thống BMS, các thông tin này được hiển thị trên màn
hình tín hiệu cảnh báo alarm của hệ thống BMS và được in ra trên máy in của hệ
thống.
Việc kết nối được thực hiện theo phương án “thông tin một chiều”, hệ thống
tự động hóa BMS không có các điều khiển tương tác ngược lại hệ thống an ninh, nó
chỉ thu nhận tín hiệu cảnh báo, giúp nhân viên vận hành nhanh chóng có các hành
động hợp lý ứng phó với các tình huống xảy ra.
Hệ thống an ninh đưa ra các đầu nối “điểm có tín hiệu dạng chuẩn DO” là
các điểm đầu ra dạng dry contact (công tắc khô) không mang điện để thực hiện việc
kết nối đến điểm đầu vào chuẩn DI tại tủ điều khiển kỹ thuật số của hệ thống BMS.
2.5.1.4 Giám sát hệ thống thang máy
Khi kết nối hệ thống thang máy, hệ thống BMS cho phép hệ thống thang
máy kết nối ở giao diện mức cao BacNet hoặc ModBus tuỳ theo đầu ra để thực hiện
kết nối tích hợp của hệ thống thang máy. Để thực hiện được việc kết nối mức cao,
hệ thống thang máy cần phải đưa được đến đầu ra các giao diện kết nối có chuẩn
giao thức như trên. Hệ thống BMS sẽ thực hiện việc kết nối tại đầu vào module tích
hợp của tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR đặt tại phòng kỹ thuật thang
máy tầng mái.
Khi không thực hiện được kết nối ở mức cao, hệ thống BMS cho phép hệ
thống thang máy kết nối đến tủ điều khiển kỹ thuật số PXC MODULAR ở giao diện
mức thấp, chuẩn kết nối “điểm - điểm”.
Khi hệ thống thang máy được kết nối vào hệ thống BMS, trên đồ hoạ máy
tính điều khiển tại phòng điều khiển trung tâm, hệ thống BMS sẽ thể hiện được vị
29
trí các thang tại các tầng và chế độ hoạt động, tình trạng các thiết bị truyền động
điện khi hoạt động đúng như yêu cầu thiết kế kỹ thuật.
Nhờ các bộ cảm biến nhiệt độ được lắp đặt tại phòng máy hệ thống thang
máy, hệ thống BMS cũng quản lý nhiệt độ tại khu vực đặt thang máy.
Trong tình huống sự cố có thoát hiểm, hệ thống BMS khi kết nối sẽ cho phép
kiểm soát tình trạng, vị trí các thang máy trong hành lang thang, người vận hành hệ
thống BMS chắc chắn rằng thang máy đã ở tầng thông ra mặt đất, không có người
bị kẹt trong thang máy.
Đúng như yêu cầu thiết kế kỹ thuật, để thực hiện được kết nối tới BMS, hệ
thống thang máy cần đáp ứng các yêu cầu:
Nếu thang máy cho phép tích hợp ở mức cao, giao thức điều khiển yêu cầu là
BacNet, ModBus.
Có các tín hiệu đầu ra về vị trí các thang tại các tầng đầu nối “điểm có tín
hiệu dạng chuẩn DO” là các điểm đầu ra dạng dry contact (công tắc khô) không
mang điện để thực hiện việc kết nối đến điểm đầu vào chuẩn DI tại tủ điều khiển kỹ
thuật số của hệ thống BMS
Có các tín hiệu đầu ra báo tình trạng hoạt động, tình trạng sự cố các thang có
chuẩn điểm tương tự chuẩn điểm vị trí.
2.5.1.5 Kết nối hệ thống phát thanh nội bộ
Hệ thống BMS cung cấp “02 đầu ra chuẩn DO” theo yêu cầu thiết kế kỹ
thuật. Các điểm đầu ra này được lập trình theo tình trạng khẩn cấp, tình huống thoát
hiểm báo cháy, báo lỗi kỹ thuật hệ thống. Khi có các báo lỗi kỹ thuật tương tự được
lập trình sẵn, các điểm DO tương ứng sẽ hoạt động cấp tới hệ thống PA để điều
khiển phát thông báo đến các khu vực qua hệ thống âm thanh công cộng.
30
Hệ thống PA cần cung cấp hệ thống Amplifier cần có đủ đầu vào để nhận
các tín hiệu cấp đến từ hệ thống BMS, hệ thống PA cũng cần phải có tính năng phát
thông báo theo tín hiệu điều khiển đầu vào mà hệ thống BMS cấp đến.
2.6 Phần mềm điều khiển
Phần mềm điều khiển tự động hoá BMS dựa trên cấu trúc phàn cứng của
từng nhà cung cấp dịch vụ. Mỗi nhà cung cấp có những phần mềm khác nhau
nhưng đều có các chức năng cơ bản như sau:
Biên tập cơ sở dữ liệu điểm điều khiển, tồn trữ và tải xuống các cơ sở dữ liệu
điều khiển
Quan sát bằng đồ họa thực tại và kiểm soát môi trường
Hiển thị điểm dữ liệu năng động thông qua chức năng, điều khiển các
điểm điều khiển qua phần đồ hoạ, hỗ trợ thể hiện các vị trí, tên thiết bị của các hệ
thống được giám sát bằng tiếng Việt.
Định nghĩa và cấu tạo các hiển thị đồ họa màu năng động
Thu thập và phân tích các dữ liệu
Tường trình các cảnh báo
Báo cáo, truy nguồn, gửi thông điệp và nhận thông điệp
Biên tập chương trình
Chuyển dữ liệu hướng đến phần mềm của bên thứ ba, tích hợp với các hệ thống
kỹ thuật với ngôn ngữ giao diện khác
Lập lịch các báo cáo tự động
Lập kế hoạch và vận hành các hoạt động
31
Ghi nhật ký hoạt động, điều hành
Có các hỗ trợ đảm bảo an ninh, tính bảo mật mặc dù được dùng trong môi
trường có nhiều người cùng sử dụng….
Có khả năng can thiệp điều khiển vào chu trình vận hành của các thiết bị của
các hệ thống kỹ thuật được kết nối đến hệ thống
Phần mềm ứng dụng được thiết kế cho hệ thống tự động hóa tòa nhà, hoạt
động trên nền của hệ điều hành Microsoft Window. Nó được thiết kế dưới dạng các
chức năng đặc trưng. Các chức năng được thể hiện dưới dạng Icon mang tính biểu
tượng cao.
2.7 Thiết bị điều khiển trực tiếp kỹ thuật số DDC (Direct Digital Controller) và
các thiết bị giám sát.
2.7.1 Bộ đo lường giám sát điện năng WM14-96
Hình 2.3 Bộ đo lường giám sát điện năng WM14-96
Thiết bị Giám sát Năng lượng Kỹ thuật số (Digital Energy Monitor) là họ
thiết bị chuyển đổi điện kỹ thuật số dùng kết nối trực tiếp với mạng cấp trường
(FLN) của hệ thống BMS thông qua bộ chuyển đổi giao thức tích hợp Modbus .
Thiết bị WM14-96 kết hợp máy chuyển đổi điện trên cơ sở sử dụng các bộ vi xử lý
32
liên lạc độc đáo với các máy biến dòng loại split-core (CT) độ chính xác cao. Thiết
bị này là một bộ 3 CT dùng điện 3 pha (kWH), các thiết bị đo lường dự báo điện và
mệnh lệnh. Toàn bộ việc xử lý và thông tin liên lạc gói gọn trong máy CT chính.
Tính năng
Các đầu dây điện có cầu chì tự động chấp nhận bất kỳ điện thế nào từ 208-
480 VAC, không cần máy biến thế ngoài, giúp giảm chi phí lắp đặt.
Thiết bị WM14-96 có thể lắp đặt trực tiếp trên mặt tủ điện.
Tự động bù để định hướng CT , giúp lắp đặt dễ dàng
Điện thế liên tục tích luỹ và duy trì trong khi mất điện để ổn định dữ liệu.
Ứng dụng
Dùng để lắp đặt tại tủ điện động lực đo đếm các chỉ số điện năng:
• Điện áp pha UL-N (V)
• Điện áp dây UL-L (V)
• Dòng điện các pha I (A)
• Công suất toàn phần S (kVA)
• Công suất hữu công (kW)
• Công suất vô công (kVAr)
• Chỉ số công suất tiêu thụ (kWh)
• Hệ số Cosϕ.
Khi nối mạng điều khiển cấp trường về các tủ điều khiển PXC MODULAR,
tại các máy tính điều khiển trung tâm các chỉ số tiêu thụ, các chỉ tiêu chất lượng của
nguồn điện sẽ được thể hiện trên màn hình các máy tính điều khiển trung tâm
33
2.7.2 Bộ cảm biến nhiệt độ phòng QAA2071
Hình 2.4 Bộ cảm biến nhiệt độ phòng QAA2071
Đo nhiệt độ phòng:
• Dải đo từ 0÷500C
• Điện áp sử dụng AC 24 V
• Tín hiệu đầu ra của nhiệt độ 0÷10 DCV
Sử dụng
Thiết bị được sử dụng tại phòng điều khiển trung tâm và phòng kỹ thuật
thang máy.
Nhiệt độ
Bộ cảm ứng hấp thụ nhiệt độ với yếu tố cảm ứng Pt1000 ΩΩ có độ cách
điện thay đổi theo nhiệt độ xung quanh. Một mạch đo sẽ chuyển đổi giá trị cách
điện thành tín hiệu DC 0÷10 V, tương ứng với dải nhiệt độ từ 0÷50°C.
34
2.7.3 Bộ cảm biến chất lượng không khí trong phòng model BA/AQS-R-10
Hình 2.5 Bộ cảm biến chất lượng không khí trong phòng model BA/AQS-R-10
Nguồn cấp : 24VAC (+10%, - 50%) hoặc 24VAC
Tín hiệu ra : 0 – 10 VDC hoặc 0 – 5VDC
Phạm vi đo :CO2, CO, H2S, CH3…
Ứng dụng:
Giám sát chất lượng không khí trong phòng.
Cảm biến này có thể sử dụng như một cảm biến phòng để đo nồng độ khí
CO.
2.7.4 Thiết bị đo áp suất không khí QBM81-3
Hình 2.6 Thiết bị đo áp suất không khí QBM81-3
35
• Giám sát filter lọc, lưu lượng khí, dây cuaroa quạt
• Giám sát áp suất phòng sạch, bếp…
• Dễ dàng lắp đặt
Ứng dụng
Thiết bị đo chênh áp QBM81-3 sử dụng để giám sát chênh áp, dưới ngưỡng
và vượt ngưỡng áp suất trong các máy điều hòa thông gió. Bằng việc đo chênh áp,
ta có thể giám sát trạng thái các fil lọc, lưu lượng khí thường thổi trong một khu
vực, dây cuaroa quạt bị đứt và các sự cố vượt ngưỡng áp suất trong các phòng sạch,
bếp…
Các chức năng
Chênh áp giữa hai điểm đo làm lõm màng chắn. Màng chắn đặc biệt này đảm
bảo sự ổn định của các tiếp điểm đóng mở mạch.
Mỗi thiết bị đo chênh áp đều có các thang đo riêng cho mục đích điều chỉnh
với độ chính xác cao.
2.7.5 Cảm biến áp suất tĩnh đường ống nước
Hình 2.7 Cảm biến áp suất tĩnh đường ống nước
36
• Tín hiệu đầu ra 0..10V DC
• Phép đo không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường
• Tính ổn định nhiệt độ cao
• Không có sự lão hóa cơ khí
• Đặc tính EMC tốt
Ứng dụng
Cảm biến áp suất 510.930S03150 thích hợp trong việc đo áp suất tĩnh và áp
suất động trong các đường ống dẫn nước, cụ thê trong các hệ thống ống cứu hoả, hệ
thống ống áp lực.
Thiết kế kỹ thuật
Cảm biến áp suất hoạt động trên nguyên lý đo piezo-resistive. Màng chắn
ceramics (thick-film hybrid technology) đo áp suất bằng tiếp xúc trực tiếp với chất
dẫn. Giá trị đo được được chuyển đổi điện sang tín hiệu đầu ra tuyến tính 0..10
VDC
Đo áp suất chất lỏng
Điểm gá lắp đo áp suất nên đặt ở bên cạnh, gần đáy đường ống. Không nên đo
áp suất ở phía trên đường ống do có thể bị ảnh hưởng bởi nút không khí và ở dưới
đường ống do có thể bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn.
37
CHƯƠNG 3
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ LOGIC ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ
THỐNG BMS
3.1 Mạng truyền thông trong hệ thống BMS
3.1.1 Khái niệm về mạng truyền thông
Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp (MCN) là một khái
niệm chung để chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit dữ liệu nối tiếp
được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp. - Các hệ thống truyền thông
công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ
các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến các máy tính điều
khiển, thiết bị giám sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính trên cấp điều
hành xí nghiệp, quản lý công ty. - Đối tượng của mạng công nghiệp thuần tuý là các
thiết bị công nghiệp. Vì vậy dạng thông tin được quan tâm để truyền đi trong mạng
công nghiệp là dữ liệu.
3.1.2 Cơ sở truyền dẫn
3.1.2.1 Chuẩn truyền dẫn RS232
Chuẩn RS-232 được dùng chủ yếu trong việc giao tiếp điểm-điểm giữa hai
DTE ( Data Terminal Equitment), ví dụ giữa hai máy tính , giữa máy tính và máy in
hoặc giữa một DTE và một DCE (Data Circuit – Terminating Equipment) như giữa
PC và MODEM.
Chế độ làm việc của chuẩn RS-232 là hai chiều toàn phần, trong chế độ này
hai thiết bị tham gia có thể thu và phát tín hiệu cùng một lúc. Như vậy việc truyền
thông cần ít nhất là 3 dây dẫn. Trong đó, hai dây dẫn tín hiệu nối chéo các đầu thu
phát của hai trạm và một dây đất. RS-232 sử dụng phương thức truyền dẫn không
đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn với đất.
38
Mức điện áp được sử dụng dao động trong khoảng từ -15V đến +15V.
Trong đó: 3V đến 15V: Ứng với giá trị logic 0. -15V đến 3V: Ứng với giá trị
logic 1
Ưu điểm: Chuẩn RS-232 sử dụng công suất phát tương đối thấp, nhờ trở
kháng đầu vào và hạn chế trong phạm vi từ 3-7k.
3.1.2.2 Chuẩn RS-485
Khác với RS-232, RS-485 sử dụng điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây
dẫn, nhờ vậy giảm được nhiễu và cho phép tăng chiều dài dây dẫn một cách đáng
kể. Đặc điểm của RS-485 là khả năng ghép nối được nhiều điểm, vì thế được dùng
phổ biến trong các bus trường. Cụ thể, 32 trạm có thể ghép nối, được định địa chỉ và
giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-485 mà không cần bộ lặp. Để đạt được điều
này, trong một thời điểm chỉ có một trạm được phép kiểm soát đường dẫn và phát
tín hiệu, vì thế mỗi bộ kích thích đều phải đưa về chế độ trở kháng cao mỗi khi rỗi,
tạo điều kiện cho các bộ kích thích ở các trạm khác tham gia. Chế độ này được gọi
là Tri - State. Một số vi mạch RS-485 tự động xử lý tình huống này, trong nhiều
trường hợp khác, việc đó thuộc về trách nhiệm của phần mềm điều khiển truyền
thông.Là chuẩn được cải tiến từ RS-422 nhưng RS-485 có thêm điều khiển ba trạng
thái ở mạch phát. - Mức logic ''1'' nằm trong khoảng từ -1,5V đến -6V.
Mức logic ''0'' nằm trong khoảng từ +1,5V đến +6V. - Khoảng cách tối đa
giữa trạm đầu và trạm cuối trong một đoạn mạng là 1200m, không phụ thuộc vào số
trạm tham gia. Tốc độ truyền dẫn có thể lên tới 10Mbit/s
Có thể sử dụng bộ lặp để tăng chiều dài dây dẫn lên nhiều lần cũng như số
trạm trong một mạng, đồng thời đảm bảo được chất lượng tín hiệu. - Do tốc độ
truyền thông và chiều dài dây dẫn có thể khác nhau rất nhiều trong các ứng dụng,
hầu như tất cả các bus RS-485 đều yêu cầu sử dụng trở đầu cuối tại hai đầu dây. Sử
39
dụng trở đầu cuối có tác dụng chống các hiệu ứng phụ trong truyền dẫn tín hiệu như
sự phản xạ tín hiệu.
3.1.3 Cấu trúc mạng
Là cấu trúc liên kết của một mạng hay chính là tổng hợp của các liên kết.
Topology có thể hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng nhưng cũng
có thể hiểu là cách sắp xếp logic của các nút mạng. Mạng truyền thông công nghiệp
bao gồm các cấu trúc cơ bản sau:
Cấu trúc Bus
Với cấu trúc này các thành viên của mạng đều được nối trực tiếp với một
đường dẫn chung. Đặc điểm cơ bản của cấu trúc bus là việc sử dụng chung một
đường dẫn duy nhất cho tất cả các trạm. Vì vậy, tiết kiệm được cáp dẫn và công lắp
đặt. Có ba kiểu cấu hình trong cấu trúc bus: Daisy-chain, Trunk-link/Drop-line và
mạch vòng không tích cực.
Cấu trúc mạch vòng
Với cấu trúc này các thành viên trong mạng được nối từ điểm này đến điểm
khác một cách tuần tự trong một mạch vòng khép kín. Ưu điểm cơ bản của cấu trúc
này là mỗi nút đồng thời có thể là một bộ khuếch đại. Vì vậy, khi thiết kế mạng theo
kiểu này có thể thực hiện với khoảng cách và số trạm rất lớn, mỗi trạm có khả năng
vừa nhận vừa phát tín hiệu cùng một lúc. Có hai kiểu mạch vòng phổ biến sau:
40
Hình 3.1 Cấu trúc mạch vòng
Kiểu mạch vòng không có điều khiển trung tâm: Các trạm đều bình đẳng như
nhau trong việc phát/nhận tín hiệu.
Kiểu có điều khiển trung tâm: Một trạm chủ sẽ đảm nhiệm việc kiểm soát
truy cập đường dẫn
Cấu trúc hình sao
Cấu trúc hình sao là cấu trúc mà trong đó trạm trung tâm quan trọng hơn tất
cả các nút khác. Trạm trung tâm sẽ điều khiển sự truyền thông của toàn mạng, các
thành viên được kết nối gián tiếp với nhau qua trạm trung tâm. Nhược điểm của cấu
trúc hình sao là khi sự cố trạm trung tâm sẽ làm tê liệt hoàn toàn các hoạt động
truyền thông trong mạng. Với cấu trúc này sẽ tốn số lượng nhiều dây dẫn.
3.2 Logic điều khiển trong hệ thống BMS
3.2.1 Điều khiển tỷ lệ P
Điều khiển tỷ lệ là tín hiệu đầu ra là khuếch đại của tín hiệu đầu vào
Tín hiệu đầu ra được cho bởi: y=Kpx
Trong đó Kp là độ khuếch đại hoặc độ lợi tỷ lệ
41
Hình 3.2 Sơ đồ khâu khuếch đại tĩnh
Độ lợi của khâu tỉ lệ lớn là do thay đổi lớn ở đầu ra mà sai số thay đổi nhỏ.
Nếu độ lợi của khâu tỉ lệ quá cao, hệ thống sẽ không ổn định . Ngược lại, độ lợi nhỏ
là do đáp ứng đầu ra nhỏ trong khi sai số đầu vào lớn, và làm cho bộ điều khiển
kém nhạy, hoặc đáp ứng chậm. Nếu độ lợi của khâu tỉ lệ quá thấp, tác động điều
khiển có thể sẽ quá bé khi đáp ứng với các nhiễu của hệ thống.
3.2.2 Điều khiển tích phân PI
Bộ điều khiển tích phân PI là bộ điều khiển hồi tiếp bao gồm khâu tích phân
và khâu tỷ lệ mắc song song với nhau:
Hình 3.3 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PI
Tín hiệu đầu ra được cho bởi:
MV = KP∆ + KI ∫ ∆dt
Trong đó: ∆ là độ sai lệch của tín hiệu đặt SP (Set Point) và tín hiệu hồi tiếp PV
∆ = SP − PV
Bộ điều khiển PI là sự kết hợp khâu tích phân cộng thêm khâu tỉ lệ sẽ tăng
tốc chuyển động của quá trình tới điểm đặt và khử số dư sai số ổn định với một tỉ lệ
42
chỉ phụ thuộc vào bộ điều khiển. Tuy nhiên, vì khâu tích phân là đáp ứng của sai số
tích lũy trong quá khứ, nó có thể khiến giá trị hiện tại vọt lố qua giá trị đặt (ngang
qua điểm đặt và tạo ra một độ lệch với các hướng khác).
Hình 3.4 Đáp ứng của bộ điều khiển PI
Khi tải thay đổi, biến điều khiển thay đổi tạo ra độ sai lệch, điều khiển tỷ lệ
sẽ hiệu chỉnh ngay lặp tức để loại bỏ sự sai lệch, điều khiển tích phân sẽ hiệu chỉnh
tín hiệu điều khiển về giá trị đặt sau một khoảng thời gian.
3.2.3 Điều khiển PID
Một bộ điều khiển PID tính toán một giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị
đo thông số biến đổi và giá trị đặt mong muốn. Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối
đa sai số bằng cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào. Trong hệ thống điều khiển
công nghiệp, bộ điều khiển PID là bộ điều khiển tốt nhất. Tuy nhiên, để đạt được
kết quả tốt nhất, các thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính
chất của hệ thống, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thù của hệ thống. Giải thuật
tính toán bộ điều khiển PID bao gồm 3 thông số riêng biệt, điều khiển ba khâu: các
giá trị tỉ lệ,tích phân và đạo hàm, viết tắt là P, I, và D. Giá trị tỉ lệ xác định tác động
của sai số hiện tại, giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ,
và giá trị vi phân xác định tác động của tốc độ biến đổi sai số. Tổng chập của ba tác
động này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều khiển như vị trí
của van điều khiển hay bộ nguồn của phần tử gia nhiệt. Nhờ vậy, những giá trị này
có thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại, I phụ thuộc
43
vào tích lũy các sai số quá khứ, và D dự đoán các sai số tương lai, dựa vào tốc độ
thay đổi hiện tại.
Tín hiệu đầu ra được cho bởi:
MV=KP∆+Ki ∫∆ dt + Kd
Với ∆ = e(t) = SP − PV
Trong đó các thông số điều khiển là:
• Độ lợi tỉ lệ, Kp: giá trị càng lớn thì đáp ứng càng nhanh do đó sai số càng
lớn, bù khâu tỉ lệ càng lớn. Một giá trị độ lợi tỉ lệ quá lớn sẽ dấn đến quá trình mất
ổn định và dao động.
• Độ lợi tích phân, Ki: giá trị càng lớn kéo theo sai số ổn định bị khử càng
nhanh. Đổi lại là độ vọt lố càng lớn: bất kỳ sai số âm nào được tích phân trong suốt
đáp ứng quá độ phải được triệt tiêu tích phân bằng sai số dương trước khi tiến tới
trạng thái ổn định.
• Độ lợi vi phân, Kd: giá trị càng lớn càng giảm độ vọt lố, nhưng lại làm
chậm đáp ứng quá độ và có thể dẫn đến mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu
Hình 3.5 Đáp ứng của bộ điều khiển PID
trong phép vi phân sai số.
44
CHƯƠNG 4
TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ KHI ĐẦU TƯ HỆ THỐNG BMS
4.1 Tổng quan về hiệu quả tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà
Mức độ tiêu thụ năng lượng của các hệ thống cơ/điện trong tòa nhà sẽ như
sau ( theo số liệu thống kê của hiệp hội ASHRAE – Hiệp hội cơ điện lạnh Mỹ) :
Tiêu thụ cho hệ thống điều hòa: 60% - 70 %
Hệ thống điện chiếu sáng 20% - 25%
Các hệ thống kỹ thuật khác 5 -10%
Cũng theo các số liệu thống kê của hiệp hội này, năng lượng tiêu thụ trong
các tòa nhà chiếm từ 20 – 50% lượng năng lượng tiêu thụ của mỗi quốc gia, do vậy
việc giảm năng lượng tiêu thụ và đảm bảo môi trường đang là một yêu cầu hết sức
cấp bách đối với các tòa nhà hiện đại. Để quản lý tốt vấn đề này thì cần làm tốt các
yếu tố điều khiển kết hợp chặt chẽ với giám sát hoạt động của các thiết bị cơ/điện
trong tòa nhà.
Hình 4.1 Biểu đồ thể hiện sử dụng năng lượng trong tòa nhà
45
Bảng 4.1 Bảng thống kê tính hiệu quả của tòa nhà khi tích hợp hệ thống BMS của hiệp hôi điện lạnh Hoa Kỳ ASHRAE:
TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG
Ghi chú STT Hệ thống thiết bị Tòa nhà có trang bị hệ thống BMS Hệ số tiết kiệm Tòa nhà không trang bị hệ thống BMS
10%
1 Hệ thống điều hòa thông gió HVAC -Lãng phí trong việc sử dụng năng lượng từ thói quen của người sử dụng. Các hệ thống vận hành bằng tay hoặc hệ thống điều khiển riêng rẽ không kết nối. Các hệ thống được kết nối,tích hợp với nhau tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh.
2 Hệ thống 3% Không có điều khiển Điều khiển hoàn toàn các khu vực chiếu sáng -Lãng phí sử dụng năng lượng do không phối hợp vận hành giữa các hệ thống 3 2%
Các hệ thống khác Không điều khiển giám sát
Điều khiển,kết nối giám sát và phối hợp hoạt động với các hệ thống cơ điện khác.
-Lãng phí năng lượng do vận hành thiết bị cơ điện không đúng qui trình,vận hành bằng tay,không tối ưu.
-Lãng phí năng lượng do các hệ thống cơ điện chạy dư công suất cần thiết.
15% Tổng cộng
46
Bảng 4.2 Bảng thống kê chi phí thay thế,bảo dưỡng
TIẾT KIỆM CHI PHÍ THAY THẾ,VẬN HÀNH,BẢO DƯỠNG
Ghi chú
STT Hệ thống thiết bị Tòa nhà có trang bị hệ thống BMS Tòa nhà không trang bị hệ thống BMS Hệ số tiết kiệm
40% 1
Chi phí bảo dưỡng và thay thế Hệ thống điều hòa thông gió HVAC
Các thiế bị thường xuyên phải làm việc trong điều kiện không tốt như:quá tải dài hạn, non tải,đóng cắt liên tục... Các thiết bị được phối hợp và bảo vệ chống sốc, chống quá tải, vận hành đúng công suất tối ưu,cắt giảm tải khi nhu cầu giảm
30% 2
Chi phí bảo dưỡng và thay thế Hệ thống chiếu sáng
Các đèn chiếu sáng thường vận hành liên tục, đóng cắt thường xuyên, điện áp đầu vào không tốt,tuổi thọ giảm. Các đèn được điều khiển tùy theo thời gian, cường độ sáng, yêu cầu chiếu sáng... Nâng cao tuổi thọ đèn.
20% 3
Các hệ thống khác Các hệ thống được phối hợp hoàn chỉnh. Chi phí bảo dưỡng và thay thế Các hệ thống vận hành rời rạc, không thống nhất dễ gây sự cố cho nhau.
47
4.2 Hiện trạng sử dụng năng lượng của nhà máy P&G hiện nay
4.2.1 Năng lượng dùng cho HVAC
Hệ thống HVAC tiêu tốn khoảng 70% năng lượng của nhà máy P&G. Các
thành phần của hệ thống hoạt động riêng rẽ với nhau, không được tích hợp thống
nhất với nhau, gây lãng phí một số nguồn năng lượng không cần thiết như:
Hết giờ làm việc nhưng máy lạnh vẫn chạy
Bơm hoạt động liên tục, quá tải hoặc non tải
Các băng tải vẫn hoạt động dù cho không sản xuất...
4.2.2 Năng lượng dùng cho chiếu sáng
Hệ thống chiếu sáng tiêu tốn khoảng 20% nguồn năng lượng của nhà máy
P&G. Hệ thống này hoạt động hoàn toàn bằng tay do con người điều khiển nên hiệu
quả sử dụng không cao, gây lãng phí và làm giảm tuổi thọ của thiết bị.
4.2.3 Năng lượng dùng cho các hệ thống khác
Các hệ thống phụ trợ còn lại chiếm khoảng 7% nguồn năng lượng của nhà
máy như: camera, báo cháy, thang máy, màn hình HMI.. Lượng tiêu tốn điện năng
này không đáng kể do thời gian hoạt động của các thiết bị này là liên tục.
48
4.3 Tính toán hiệu quả khi đầu tư hệ thống BMS cho nhà máy P&G
4.3.1 Chi phí đầu tư hệ thống BMS cho nhà máy P&G
Bảng 4.3 Chi phí đầu tư hệ thống BMS cho nhà máy P&G
TT Thiết bị Hãng sản xuất
Số lượng Đơn giá (USD) Đ V T Thành tiền (USD)
I
DDC Electrical System Control
Room Temperature Sensor set Siemens/Switzer 25 152.2 3,805.0 land
TX-IO Power suplly set Siemens/USA 415.8 415.8 1
Oil Level Sensor set Omron/Asia 250.0 10,000.0 40
Module Input 8DI set Siemens/Switzer 450.5 450.5 1
land
Module Input 8UI set Siemens/Switzer 886.5 886.5 1 land
Module Output 6DO set Siemens/Switzer 25 675.7 16,892.5 land
PCX 100 Modular set Siemens/USA 1 5,270.1 5,270.1
Module Input 16DI set Siemens/Switzer 10 612.8 6128.0 land
Relay 24V set Omron/Asia 120 17.0 2,040.0
Power Meter set Conzert/Indian 350.0 2,800.0 8
Modbus converter set HongKong 749.6 749.6 1
Modbus driver license set Siemens/USA 6,602.0 6,602.0 1
II DDC Chiller Plant Control
set Siemens/Switzer 5 350.0 1,750.0
Air Temperature and humidity Sensor land
49
HEX Testing set Siemens/USA 2 50,000.0 100,000.0
set Siemens/Switzer 30 162.6 4,878.0 ImmersionWater Temperature Sensor land
Water Press. Sensor (0-10 bar) set Siemens/Switzer 872.9 2,618.7 3 land
Module Output 6DO set Siemens/Switzer 675.7 2,702.8 4
land
Relay 24V set Omron/Asia 20 17.0 340.0
Flow Switch set Siemens/Germa 271.4 2,171.2 8
ny
PCX 100 Modular set Siemens/USA 5,270.1 5,270.1 1
TX-IO Power suplly set Siemens/USA 415.8 415.8 1
Flow meter set Siemens/USA 3,000.0 75,000.0 25
Module Input 16DI set Siemens/Switzer 612.8 6,128.0 10 land
Module Universal Input 8X set Siemens/Switzer 1 1,005.1 1,005.1 land
III DDC Fans System Control
Module Output 6DO set Siemens/Switzer 12 675.7 8,108.4 land
Relay 24V set Omron/Asia 150 17.0 2,550.0
Air Different Pressure Sensor set Siemens/Switzer 25 552.3 13,807.5 land
Module Input 8UI set Siemens/Switzer 10 886.5 8,865.0
land
PCX 100 Modular set Siemens/USA 5,270.1 5,270.1 1
TX-IO Power suplly set Siemens/USA 415.8 415.8 1
Module Input 16DI set Siemens/Switzer 20 612.8 12,256.0
50
land
set IV DDC for AHU system
set Siemens/Switzer 52 143.4 7,456.8
Different Pressure Switch Sensor land
CO2 Sensor set HUBA/Italy 350.4 28,032.0 80
Duct Air Temperature Sensor set Siemens/Switzer 152.2 12,632.6 83
land
PXC 24 Compact set Siemens/USA 18 2,000.5 36,009.0
Relay 24V set Omron/Asia 145 17.0 2,465.0
Modulating valve DN80 set Siemens/China 1,823.6 72,944.0 40
Smoke detector set HUBA/Italy 450.0 29,700.0 66
V DDC for FCU Control
Control Valve DN360 set Siemens/China 671.2 55,038.4 82
Thermostat set Siemens/Switzer 186.2 13,034.0 70
land
FCU Controler set Siemens/USA 70 409.9 28,693.0
VI DDC Fire Alarm System
PXC 36 Compact set Siemens/USA 3,609.7 18,048.5 5
Smoke Detector set Siemens/USA 75.0 4,875.0 65
VII Work Station
asia 12 2,000.0 24,000.0 set Main work station PC core i7, LCD 40”,Keyboard,Mouse
1,500.0 6,000.0 4 set asia
UPS 1.5 KVA for workstation only
Switch 24 port 400.0 400.0 1 set China
Printer color 10 500.0 5,000.0 set asia
51
653.920 Tổng USD
Tổng chi phí đầu tư hệ thống BMS của nhà máy P&G vào khoảng 1.000.000
USD bao gồm là 653.920 USD (tính tại thời điểm đầu tư) giá trị thiết bị và khoảng
350.000 USD giá trị dây cáp, máng cáp và chi phí nhân công.
4.3.2 Tính toán công suất tiêu thụ của hệ thống HVAC và hiệu quả đầu
tư BMS
Công suất hệ thống HVAC của nhà máy P&G là 3330kW bao gồm công suất
máy làm lạnh nước chiller, hệ thống bơm, hệ thống AHU, hệ thống FCU và hệ
thống quạt thông gió:
Công suất HT chiller: 1330KW
Công suất HT bơm :1050KW
Công suất hệ thống AHU: 500KW
Công suất hệ thống FCU: 50KW
Công suất hệ thống quạt thông gió: 400KW
Trong đó, hệ thống chiller, hệ thống Bơm, AHU, hệ thống quạt được tích
hợp bộ biến tần điều khiển tốc độ để tiết kiệm năng lượng.
Thời gian hoạt động của hệ thống HVAC theo lịch trình trong các ngày làm
việc là liên tục 24h do đặc thù của nhà máy sản xuất. Trong đó hệ thống được tính
hoạt động trong giờ cao điểm là từ 8h30 đến 16h30.
4.3.2.1 Tính toán điện năng tiêu thụ khi tích hợp bộ điều khiển tốc độ VSD:
Biểu thức tính công suất động cơ khi lắp bộ biến tần điều khiển tốc độ:
52
P = Pđm x (%tốc độ định mức)3 (trích dẫn SGK Máy Điện II)
Trong thời gian hoạt động thì động cơ thường hoạt động với:
100% tốc độ trong 40% thời gian
80% tốc độ trong 60% thời gian
Do đó, điện năng tiêu thụ của hệ thống HVAC khi lắp đặt bộ biến tần điều
khiển tốc độ trong một ngày:
AHVAC = PHVACđm* (1)3 9.6 (h) + PHVACđm* (0.8)3 14.4 (h)
AHVAC = 3330* (1)3 9.6 (h) + 3330* (0.8)3 14.4 (h) =56519(kWh)
4.3.2.2 Hiệu quả đầu tư:
Theo bảng thống kê tính hiệu quả của tòa nhà khi tích hợp hệ thống BMS của
hiệp hội CABA và hiệp hội điện lạnh Hoa Kỳ ASHRAE thì điện năng tiết kiệm
được khoảng 10% so với tòa nhà khi không tích hợp hệ thống BMS
Do đó điện năng tiêu thụ trong 1 ngày của hệ thống HVAC là:
AHVAC_BMS = AHVAC * 0.9 =50867 (kWh)
Điện năng tiết kiệm được:
Ahvac_save = 56519– 50867 = 5652 (kWh)
Điện năng tiết kiệm của hệ thống trong 1 năm:
A = Ahvac_save * 365 = 2.062.980 (kWh)
Với giá điện trung bình tại của Điện lực tại thời điểm này là 2100 VNĐ =
0,1 USD với tỷ giá là 1USD=21.000VND
53
Số tiền điện tiết kiệm trong 1 năm
Stk = A * 0.1 = 206298 (USD)
Với Tổng chi phí đầu tư hệ thống BMS của tòa nhà là 1.000.000 USD
Thời gian hoàn vốn = (tổng chi phí)/stk ≈ 5 (năm)
Với chủ đầu tư có thể hoàn vốn hệ thống sau 5 năm hoạt động. Với tuổi thọ
của hệ thống BMS>20 năm, lợi nhuận của chủ đầu tư sau thời gian khấu hao chi phí
đầu tư là:
Slợi nhuận = Stk * ( 20 – 5) = 206298 * 15= 3094470(USD)
Đối với nhà máy P&G thì năng lượng điện tiêu thụ của hệ thống HVAC
chiếm khoảng 70% tổng lượng điện tiêu thụ của nhà máy.
Thực tế thì thời gian hoàn vốn khi đầu tư hệ thống BMS có thể ngắn hơn do
có thể tiết kiệm được lượng điện tiêu thụ cho hệ thống chiếu sáng và các hệ thống
khác như thang máy, bơm cấp nước sinh hoạt. Ngoài ra khi lắp đặt hệ thống BMS
còn có thể tiết kiệm được chi phí vận hành, bảo dưỡng và thay thế các thiết bị.
Kết Luận:
Qua việc phân tích và so sánh ở trên ta đi đến các kết luận sau:
Hệ thống BMS sẽ được hoàn vốn trong 5 năm hoạt động.
Sau thời gian hoàn vốn, lợi ích mà hệ thống BMS đem lại tính cho 20
năm hoạt động là : 3.094.470 USD
54
CHƯƠNG 5
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT, ĐIỀUKHIỂN NHÀ
MÁY P&G BẰNG CHƯƠNG TRÌNH WINDOW VIEWER
5.1 Tổng quan phần mềm Window Viewer
5.1.1 Giới thiệu
Window Viewer là phần mềm được thiết kế riêng biệt cho tập đoàn P&G để
giải quyết những thách thức trong việc xây dựng các ứng dụng tự động hóa.
Window Viewer cung cấp một nền tảng phong phú giúp giải quyết đáng kể bài toán
chi phí dành cho nhà máy.
Window Viewer tích hợp trong việc quản lý tất cả các tính năng của một hệ
thống BMS hoàn chỉnh đồng thời quản lý cả hệ thống sản xuất phức tạp cũng như
đảm bảo tính an toàn cao nhất cho nhà máy.
Nhà máy P&G chỉ sử dụng duy nhất một phần mềm tích hợp điều khiển đó là
Window Viewer.
5.1.2 Tính năng phần mềm
Kiến trúc phân bố:Kiến trúc Window Viewer cho phép các thiết bị làm
việc chung với nhau,tạo nên tính thống nhất cho cả nhà máy.
Khả năng mở rộng:Phần mềm rất linh hoạt trong việc mở rộng ra các môi
trường khác nhau.
Tích hợp khả năng điều khiển và internet:Chương trình tự động gởi report
đến email người vận hành khi có sự cố hoặc có độ dao động ngoài ngưỡng
cho phép.độ chính xác được đánh giá là 99%.
55
5.2 Vận hành chương trình
5.2.1 Hệ thống kiểm soát BFA đầu vào
Hình 5.1 Hệ thống kiểm soát BFA đầu vào
BFA là nguyên liệu đầu vào quan trọng nhất của quá trình sản xuất chất tạo
nền cho sản phẩm nước xả vải Downy.đây là quá trình nhận nguyên liệu từ nhà
cung cấp vào nhà máy P&G.Nguyên liệu BFA phải được bảo quản ở nhiệt độ từ 0-
>5 độ C,do đây là chất dễ cháy và hậu quả cháy là rất lớn nên khâu vận chuyển và
bảo quản rất nghiêm ngặt,đòi hỏi độ an toàn rất cao.Toàn bộ quá trình này được
thực hiện hoàn toàn tự động bằng chương trình Window Viewer nhằm đảm bảo tính
an toàn cao.
Kho chứa BFA luôn được đảm bảo ở trạng thái từ -5->0 độ C. Khi nhiệt độ
kho chứa dao động và tăng về hướng 0 độ C thì chương trình sẽ tự động gởi cảnh
báo đến người quản lý nhằm tìm ra nguyên nhân và khắc phục.
56
5.2.2 Quá trình tạo White Base(WB)
Hình 5.2 Quá trình tạo White Base(WB) Đây là quá trình hình thành nên chất tạo nền cho sản phẩm Downy. Có 2 loại
WB để dùng cho tất cả các sản phẩm là WB Winner và WB Kimchee.
Quá trình này là quan trọng nhất trong tất cả các bước sản xuất.BFA được
đưa qua hệ thống xử lý HEX Testing,pha trộn với nước và kết hợp với các nguyên
liệu cần thiết.khi đạt yêu cầu về độ nhớt,độ PH thì hệ thống cho phép bơm WB vào
tank chứa và chờ đợi quá trình tiếp theo.
57
5.2.3 Quá trình chạy White Base(WB)
5.2.3.1 Qui trình CLP1(Control Liquid Program 1)
Hình 5.3 Qui trình CLP1(Control Liquid Program 1)
Sau khi WB đã được đưa vào tank chứa và đạt số lượng yêu cầu thì hệ thống
sẽ tiến hành quá trình chạy WB.
Đây là quá trình bổ sung các chất hóa học để tạo nên thành phần của nước xả
vải Downy thông qua các flowmeter để adjust như:HCL,Cacl2,axit formic, silicon...
Tốc độ của CLP1 là 15 tấn/h.có thể vận hành liên tục 72h mà không cần khởi
động lại.
58
5.2.3.2 Qui trình CLP2(Control Liquid Program 2)
Hình 5.4 Qui trình CLP2(Control Liquid Program 2)
Sau khi WB đã được đưa vào tank chứa và đạt số lượng yêu cầu thì hệ thống
sẽ tiến hành quá trình chạy WB.
Đây là quá trình bổ sung các chất hóa học để tạo nên thành phần của nước xả
vải Downy thông qua các flowmeter để adjust như:HCL,Cacl2,axit formic, silicon...
Tốc độ của CLP2 là 15 tấn/h.có thể vận hành liên tục 72h mà không cần khởi
động lại.
Về nguyên tắc thì CLP1 và CLP2 có chế độ làm việc giống y như nhau.cả 2
CLP có nhiệm vụ backup cho nhau khi một trong 2 bị sự cố thì CLP còn lại sẽ vận
hành đảm bảo cho hệ thống vận hành liên tục.
Khi cùng một lúc cần nhiều sản phẩm cho nhiều thị trường khác nhau thì 2
CLP sẽ hoạt động cùng lúc và độc lập với nhau để tạo ra 2 loại WB khác nhau.
59
5.2.4 Quá trình tạo Bulk
5.2.4.1 Nhánh LPD1(Liquid Program Digital 1)
Hình 5.5 Quá trình tạo bulk ở LPD1
Ở quá trình này chương trình sẽ bổ sung các chất còn lại để tạo ra một sản
phẩm hoàn chỉnh như:màu,lupamin,glycerol...
Khi muốn chạy một sản phẩm khác thị trường với sản phẩm trước đó thì phải
thực hiện quá trình làm sạch hệ thống LPD bằng nước nóng với thời gian mỗi lần là
45 phút.
Tốc độ của LPD1 là 8 tấn/h
60
5.2.4.2 Nhánh LPD2 (Liquid Program Digital 2)
Hình 5.6 Quá trình tạo bulk ở LPD2
Ở quá trình này chương trình sẽ bổ sung các chất còn lại để tạo ra một sản
phẩm hoàn chỉnh như:màu,lupamin,glycerol...
Khi muốn chạy một sản phẩm khác thị trường với sản phẩm trước đó thì phải
thực hiện quá trình làm sạch hệ thống LPD bằng nước nóng với thời gian mỗi lần là
45 phút.
Tốc độ của LPD2 là 8 tấn/h
61
5.2.4.3 Nhánh LPD3 (Liquid Program Digital 3)
Hình 5.7 Quá trình tạo bulk ở LPD3
Ở quá trình này chương trình sẽ bổ sung các chất còn lại để tạo ra một sản
phẩm hoàn chỉnh như:màu,lupamin,glycerol...
Khi muốn chạy một sản phẩm khác thị trường với sản phẩm trước đó thì phải
thực hiện quá trình làm sạch hệ thống LPD bằng nước nóng với thời gian mỗi lần là
45 phút.
Tốc độ của LPD3 là 22 tấn/h
Trong nhà máy P&G sản xuất ở một thời điểm được 3 loại sản phẩm khác
nhau thông qua 3 LPD.
62
5.2.5 Kết nối Bulk với các tank chứa
5.2.5.1 Khu vực Kimchee
Hình 5.8 Kết nối bulk khu vực Kimchee Đây là khu vực chứa bulk của thị trường Hàn Quốc, Nhật Bản và Malaysia.
Khi LPD tạo ra bulk thì sẽ kết nối với các tank chứa thông qua control valve của các
tank chứa và từ đây sẽ kết nối tới các máy sản xuất và đóng thành sản phẩm cuối
cùng và đưa ra thị trường.
63
5.2.5.2 Khu vực Surtic
Hình 5.9 Kết nối bulk khu vực Surtic Đây là khu vực chứa bulk của thị trường Thailand,indonesia,VietNam.
Khi LPD tạo ra bulk thì sẽ kết nối với các tank chứa thông qua control valve
của các tank chứa và từ đây sẽ kết nối tới các máy sản xuất và đóng thành sản phẩm
cuối cùng và đưa ra thị trường.
64
5.2.6 Hệ thống cảnh báo nguyên vật liệu
Hình 5.10 Hệ thống cảnh báo nguyên vật liệu
Khi nguyên vật liệu bị một sự cố gì đó mà không đáp ứng được cho nhu cầu
sản xuất thì hệ thống sẽ cảnh báo bằng màu vàng trên màn hình HMI.khi đó người
vận hành sẽ kiểm tra lại các điểm này,nếu không có gì bất thường thì sẽ reset lại ở
màn hình trạng thái này.
65
5.2.7 Hệ thống báo cháy,chữa cháy tự động và hướng dẫn di tản khi gặp sự cố
Hình 5.11 Nguyên lý hệ thống báo cháy
Hình 5.12 Sơ đồ hệ thống báo cháy
Khi có sự cố cháy xảy ra thì hệ thống sẽ được kích hoạt và hệ thống đèn
thoát hiểm sẽ hướng dẫn cho nhân viên thoát hiểm theo lối gần nhất và an toàn.
Một đặc điểm nổi bật của hệ thống này là khả năng cô lập đám cháy rất hiệu
66
quả.khi có đám cháy xảy ra thì hệ thống sẽ cô lập nguồn điện nơi xảy ra cháy một
cách rất hiệu quả.
Vì đặc thù của nhà máy có những khu vực phải đảm bảo 100% không được
mất điện nên tính năng này rất hữu dụng và cần thiết.
5.2.8 Hệ thống camera quan sát thông minh
Hình 5.13 Hệ thống camera quan sát thông minh
Hệ thống camera giám sát thông minh giúp cho nhà máy theo dõi được mọi
hoạt động xảy ra đồng thời khi có sự cố xảy ra thì sẽ tìm ra nguyên nhân một cách
chính xác và nhanh chóng nhất.
67
CHƯƠNG 6
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.1 Kết luận
Chúng ta không thể phủ nhận những tiện ích mà hệ thống BMS mang lại đối
với cuộc sống và nhu cầu của con người hiện đại ngày nay.
BMS mang lại những ưu điểm cho nhà máy P&G như sau:
Tăng tính tiện nghi cho nhà máy
Tăng tính thẩm mỹ cho nhà máy
Mang lại sự an toàn cho con người cũng như thiết bị cần được bảo vệ
Tiết kiệm năng lượng một cách hiệu quả nhất
Tích hợp tính năng điều khiển của nhà máy thành duy nhất 1 khối thống
nhất,giúp cho người vận hành kiểm soát tổng thể nhà máy một cách dễ
dàng nhất....
Nhưng việc đầu tư cho hệ thống BMS tốn kém rất nhiều chi phí,đòi hỏi nhà
đầu tư phải có một chiến lược kinh doanh lâu dài và bền vững thì khi đó hệ thống
BMS mới phát huy được những ưu điểm mang tính đặc trưng của nó.
Mục đích trong đề tài Luận Văn “Hệ Thống Quản Lý Nhà Máy Thông
Minh Giải Pháp Tối Ưu Hóa Hệ Thống Điện Trong Nhà Máy Procter &
Gamble” này là nắm vững cấu trúc, nguyên lý giám sát điều khiển của một hệ
thống BMS đối với các hệ thống cơ điện trong nhà máy. Trình tự thiết kế một hệ
thống BMS, tính toán được hiệu quả kinh tế của nhà máy khi được tích hợp hệ
thống BMS. Mô phỏng điều khiển và giám sát nhà máy bằng phần mềm Window
Viewer.
Trong thời đại công nghiệp hóa hiện nay, nhiều nhà máy công nghiệp với qui
mô lớn đang và sẽ xây dựng rất nhiều ở nước ta, mong muốn lớn nhất của tác giả
trong việc thực hiện đề tài này là sẽ có nhiều nhà máy áp dụng hệ thống này nhằm
mang lại hiệu quả cao trong việc sản xuất và quản lý.
68
6.2 Kiến Nghị
Có nhiều lý do làm cho các nhà máy e ngại khi chuyển qua giải pháp điều
khiển BMS như:
Chi phí tốn kém
Ngại thay đổi hệ thống cũ
Sản xuất không ổn định...
Khi lắp đặt hệ thống BMS cho nhà máy, cần thiết kế chính xác và tối ưu
những khả năng hoạt động của các thiết bị thông minh như: sensor, đầu dò khói, các
thiết bị thu phát tín hiệu... Nhằm hạn chế tình trạng báo sai trạng thái, các thiết bị bị
nhiễu tín hiệu, làm cho hệ thống hoạt động không chính xác, gây thiệt hại cho nhà
đầu tư.
Những nhà máy có nhu cầu sản xuất lớn và liên tục, thì khi muốn chuyển
sang hệ thống BMS, thì hệ thống đó phải được vận hành thử song song với hệ thống
cũ nhằm làm giảm tổn thất cho nhà máy khi hệ thống này vận hành chưa ổn định.
69
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Integrated Building Management Systems in Data Central – Schneider Electric May – 2007
[2]. Engineering manual of automatic control for commercial buildings – Honeywell
[3]. “Inside Building Management Systems” by H.P. Scheepers
[4]. “BACnet, Various articles” by H. Michael Newman ASHRAE
[5]. Lonworks Various articles Echelon Corp
[6]. “Smart Building Management System” Tuomas Koskenranta
[7]. “Integrated Security & Building Management System” Risco group
[8]. “ Mạng truyền thông công nghiệp”
[9]. “General Topology” Jesper M. Moller Matematisk Institut, Universitetsparken 5, DK{2100 K_benhavn
[10].”Topology and Data” Gunnar Carlsson _Department of Mathematics, Stanford University Stanford, California 94305 Oct 2 - 2008
[11]. A. Bjorner, Topological methods, appears in Handbook of Combinatorics, Vol. 1, 2, 1819{1872, Elsevier, Amsterdam, 1995.
[12]. “A Protocol for Packet Network ntercommunication” VINTON G. CERF AND ROBERT E. KAHN, MEMBER, IEEE
[13]. “Command Module Modbus protocol” AirSense Technology Ltd.
[14]. D. L. A. Barber, “The European computer network project,” in Computer Communications: Impacts and Implications, S. Winkler, Ed. Washington , D.C. 1972, pp. 192-200.
[15]. “HVAC Training for professional design and operation of heating, ventilating, and air conditioning systems”
[16]. www.unex.berkeley.edu/cert/hvac.html
[17]. “ HVAC Handbook”
[18]. “HVAC Product” ABB
70
[19]. “Modular Building Controller” Siemens – Technical Specication Sheet [20]. “Power Modular Equipment Controller for BACnet Networks” Siemens – Technical Specication Sheet
[21]. “Communication Systems for Building Automation and Control” WOLFGANG KASTNER, GEORG NEUGSCHWANDTNER, STEFAN SOUCEK, AND H. MICHAEL NEWMAN
[22]. “Optimization of HVAC Control Strategies By Building Management Systems” MASTER OF SCIENCE - Izmir Institute of Technology Izmir, Turkey September, 2003