Hệ thống đóng cắt điện và thiết bị chiếu sáng

Lắp đặt điện gia đình hoặc văn phòng công sở

A. Building Management Level : trung tâm điều khiển, mức quản lý bao gồm các hệ thống máy chủ dữ liệu, trạm làm việc được cài đặt các phần mềm quản lý bảo dưỡng, máy in và máy tính dành cho việc lập trình và cấu hình hệ thống.

B. Building Control Level : kết nối từ trung tâm điều khiển tới mức điều khiển các ứng dụng trong tòa nhà thông qua cácp điều khiển BAS với giao diện BACnet TCP/IP, bao gồm các bộ DDC (Digital Direct Controller - điều khiển số trực tiếp), các giao diện tới các hệ thống phụ trợ như : điều hòa không khí, báo cháy, chữa cháy, hệ thống điện…

C. Application Control Level : mức điều khiển các ứng dụng bao gồm các thiết bị như cảm biến (sensor), bộ chấp hành (actuator), các bộ field controller để giao tiếp trục tiếp với các khu vực có các ứng dụng cần điều khiển.

Mạng điều khiển cấp cao, điều khiển – giám sát

Những chuẩn giao tiếp mức cao trong BMS là OPC, BACNet, MODBUS, LNS, P2, Active X và MetaSys... và BMS sẽ điều khiển những dịch vụ thông qua hệ thống con và bộ điều khiển có nghiã là BMS sẽ đưa ra các yêu cầu thích hợp hoặc những chỉ thị tới những hệ thống con thông minh hoặc khởi động những thao tác cần thiết.

Nếu nhà cung cấp bộ điều khiển chỉ cung cấp giao thức không theo chuẩn TCP/IP thì những nhà tích hợp hệ thống BMS sẽ vẫn phát triển được giao diện để kết nối tới hệ thống.

Mạng thông tin liên lạc của BMS chia làm 3 cấp (hoặc 02 cấp) tùy vào từng nhà cung cấp:

- Mạng trục backbone : thường là mạng Ethernet TCP/IP hoặc Bacnet/IP 10100/1000Mb nối các bộ điều khiển tòa nhà ( Builiding controllers) với nhau và nối với các Server của hệ thống ( thường có 2 server chạy nóng và dự phòng).

- Mạng điều khiển tầng: là mạng dây chạy trực tiếp trong từng tầng, thường là mạng RS485, chuẩn truyền thông thường là LON, Bacnet MS/TP, N2, P2, ... mạng này do bộ điều khiển tầng quản lý và liên kết các bộ điều khiển nhỏ hơn đặt tại từng thiết bị cụ thể trong tầng của tòa nhà.

Thường các hệ BMS đơn giản chỉ có 02 phân lớp mạng như vậy. Các hệ thống lớn và yêu cầu tích hợp cao thường có thêm phân lớp mạng thứ 3 nằm trên 2 lớp trên : ALN ( Application Level network). Phân lớp này thường là lớp mạng interconnect giữa rất nhiều hệ thống khác nhau trong tòa nhà, cùng chia sẻ thông tin và quản lý, nó sẽ có 1 hệ thống trung tâm để thu thập và phân phối thông tin cho các Client trong hệ thống mạng.

Cấp điều khiển khu vực – cấp trường

Các bộ điều khiển ở cấp độ khu vực là các bộ điều khiển sử dụng bộ vi xử lý, cung cấp chức năng điều khiển số trực tiếp cho các thiết bị ở từng khu vực, bao gồm:

• Các bộ FCU (FCU - Fan Coil Unit), VAV (VAV – Variable Air Volume)
• Các bơm nhiệt
• Các bộ điều hòa không khí cục bộ
• Các relay đóng cắt ánh sáng
• ....

Các hệ thống phần mềm quản lý năng lượng cũng được tích hợp trong các bộ điều khiển cấp khu vực. Ở cấp khu vực, các cảm biến và cơ cấu chấp hành giao tiếp thẳng với các thiết bị được điều khiển. Các bộ điều khiển cấp khu vực sẽ được nối với nhau trên một đường bus, do vậy có thể chia sẻ thông tin cho nhau và với các bộ điều khiển ở cấp hệ thống và cấp điều hành, quản lý.

Cấp điều khiển hệ thống

Các bộ điều khiển hệ thống có khả năng lớn hơn so với các bộ điều khiển ở cấp khu vực về số lượng các điểm vào ra (I/O), các vòng điều chỉnh và cả các chương trình điều khiển. Các bộ điều khiển hệ thống được tích hợp sẵn các chức năng quản lý, lưu trữ và thường được sử dụng cho các ứng dụng lớn hơn như hệ thống điều hòa trung tâm, hệ thống điện + máy phát trung tâm,...

Các bộ điều khiển này trực tiếp giao tiếp với thiết bị điều khiển thông qua các cảm biến và cơ cấu chấp hành hoặc gián tiếp thông qua việc kết nối với các bộ điều khiển cấp khu vực.

Các bộ điều khiển hệ thống có thể hoạt động độc lập trong trường hợp bị mất đường tín hiệu truyền thông với các máy trạm vận hành (client application).

Cấp vận hành, giám sát và quản lý

    Các máy trạm vận hành và giám sát chủ yếu giao tiếp với các nhân viên vận hành.
    Các trạm vận hành ở cấp độ này chủ yếu là các máy tính (client PC).
    Một trạm vận hành thường bao gồm các gói phần mềm ứng dụng sau:

An toàn hệ thống:

• Giới hạn quyền truy cập và vận hành đối với từng cá nhân.

• Xâm nhập hệ thống: Cho phép những người có quyền được truy cập và lấy dữ liệu hệ thống thông qua máy tính các nhân hoặc các thiết bị lưu trữ khác.

• Định dạng dữ liệu: Lắp ghép các điểm dữ liệu rời rạc vào trong các nhóm định dạng có quy tắc phục vụ cho việc in ấn và hiển thị.

• Tùy biến các chương trình: Người sử dụng có thể tự thiết kế, lập trình các chương trình riêng tùy theo yêu cầu sử dụng của mình.

• Giao diện: Xây dựng giao diện dựa trên ứng dụng của khách hàng, có sử dụng các công cụ vẽ đồ thị và bảng biểu.

• Lập báo cáo: Có khả năng lập báo cáo tự động, định kỳ hoặc theo yêu cầu về các cảnh báo và các sự kiện, hoạt động vận hành. Đồng thời cung cấp các khả năng tóm tắt báo cáo.

• Quản lý việc bảo trì bảo dưỡng: Tự động lập kế hoạch và tạo ra các thứ tự công việc cho các thiết bị cần bảo trì dựa trên lịch sử thời gian làm việc hoặc kế hoặch theo niên lịch.

• Tích hợp hệ thống: Cung cấp giao diện và điều khiển chung cho các hệ thống con (HVAC, báo cháy, an toàn, giám sát truy nhập,...) và cung cấp khả năng tổng hợp thông tin từ các hệ thống con để từ đó đưa ra các mệnh lệnh có tính toàn cục trong hệ thống.

• Quản lý năng lượng và tài nguyên: thu thập, lưu trữ và xử lý dữ liệu lịch sử như năng lượng sử dụng, chi phí vận hành và các cảnh báo và tạo ra các báo cáo để cung cấp các công cụ cho quá trình quản lý và việc sử dụng thiết bị lâu dài.

Mạng điều khiển cấp trường Slave

Đối với những dịch vụ mà không có hệ thống con thông minh thì những dịch vụ này sẽ được điều khiển trực tiếp thông qua bộ mã hoá của BMS hoặc trực tiếp tới bộ điều khiển. BMS sẽ giao tiếp sử dụng kết nối vật lý RS232/RS485 và những giao thức truyền thông thích hợp bởi những nhà cung cấp DDC/PLC.

Có rất nhiều bộ điều khiển trên thị trường, chúng có thể sử dụng cho giao diện cấp trường slave phù hợp với từng hệ thống cụ thể. Dưới đây đưa ra một số loại bộ điều khiển chung BMS hợp với những hệ thống sau đây :

• Hệ thống cung cấp và phân phối điện (Máy cắt, Tủ hạ thế, tủ phân phối đầu tầng và máy phát điện dự phòng…) thường là chuẩn Modbus

• Điều hòa trung tâm (Chiller hoặc VRV)

• Chiếu sáng công cộng (Public Lighting)

• Điều khiển truy nhập (Access control)

• Hệ thống Camera an ninh

• Hệ thống PCCC

• Thang máy (lift, elevator)

• Hệ thống cấp – thoát nước / xử lý nước thải sinh hoạt .

Tích hợp hệ thống điều hoà trung tâm

Hệ thống điều hòa trung tâm là một trong những hệ thống quan trọng nhất của tòa nhà.
Hệ thống này bao gồm các mạch điện cũng như các mạch điều khiển đảm bảo cho hệ thống làm việc một cách hiệu quả.

Thông thường các nhà cung cấp điều hòa sẽ ưu tiên chọn các bộ điều khiển từ những nhà cung cấp mà có thể tích hợp vào hệ thống một cách dễ dàng.

Để tích hợp với hệ thống, các nhà cung cấp điều hòa cần phải cung cấp các thiết bị có khả năng kết nối với hệ thống bên ngoài thông qua các giao thức mở như OPC, BACNet, MODBUS hoặc LNS. Để có khả năng cung cấp tính năng gia hạn thời gian sử dụng tự động, hệ thống BMS phải có tính năng định nghĩa điểm họat động cho từng vùng.

Thiết bị BMS cần phải có tính năng logic bên trong để có thể điều khiển các Chiller, AHU, FCU, VRF bật hoặc tắt theo từng vùng riêng biệt.

Việc điều khiển độ nóng, thông gió và các dịch vụ điều hoà khác thông thường đều thông qua các bộ điều khiển số trực tiếp của hệ thống BMS.

Hệ thống BMS sẽ điều khiển và/hoặc giám sát các thiết bị sau :

• Các máy lạnh trung tâm
• Các bộ điều chuyển không khí
• Chỉnh lượng không khí
• Quạt khí thải/ khí tươi
• Nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời
• Nhiệt độ và độ ẩm phòng
• Thời gian hoạt động của tất cả các khối.
• Các thông số môi trường khác.

Hệ thống BMS sẽ giám sát và điều khiển các thông qua các thiết bị điều khiển này và cung cấp ít nhất là các tính năng sau:

• Tình trạng của các thiết bị
• Công suất hệ thống
• Các mức quá nhiệt của hệ thống
• Mức quá tải của hệ thống
• Giám sát các trạng thái hoạt động
• Thời gian hoạt động của tất cả hệ thống hoặc cục bộ
• Tính toán hoạt động với hiệu suất cao nhất.

Tích hợp vào hệ thống chiếu sáng

Hiện có tương đối nhiều các tiêu chuẩn điều khiển chiếu sáng được áp dụng trên thế giới vì chiếu sáng được coi như một bộ phận quan trọng cấu thành nên một công trình, đóng góp quan trọng trong kiến trúc nội thất building. Hơn nữa, hệ thống chiếu sáng cũng là một trong những

thành phần tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong tòa nhà, do đó, sử dụng ánh sáng một cách hiệu quả và tiết kiệm cũng là một trong những trọng tâm cuả việc thiết kế building.

Các tiêu chuẩn điều khiển chiếu sáng thông dụng ở trên thế giới bao gồm : KNX/EIB ( châu Âu), Lutron (Mỹ), LON, DALI, C-bus ( Clipsal – Úc)...

Hầu hết các hệ điều khiển chiếu sáng kể trên đều có các giao diện với BMS ở mức cao (OPC server) hay mức thấp (DO – Digital Output, DI – Digital Input hay dry relay – tiếp điểm khô).

Hệ thống điều khiển chiếu sáng thường được phân theo các vùng điều khiển. BMS sẽ lên lịch trình và điều khiển ánh sáng theo mức vùng trong tòa nhà . Đầu vào của hệ thống này sẽ bao gồm:

• Yêu cầu của người dùng cần có ánh sáng ngay khi xuất hiện tại khu vực.
• Yêu cầu của người dùng cần lên lịch trình cho việc chiếu sáng.
• Hệ thống cho phép bật tắt hoặc đặt cấu hình để điều khiển cho các đèn/dãy đèn cố định từ máy tính điều khiển trung tâm hay hệ thống các phím điều khiển khu vực.

Hệ thống BMS sẽ bao gồm các chức năng điều khiển mức vùng như sau.

• Ánh sáng có thể được bật lên hoặc tắt đi ở một vùng xác định.
• Giám sát trạng thái cuả các bộ chuyển mạch điều khiển, khẳng định các lệnh đưa ra.
• Giám sát trạng thái hiện tại cuả các đèn bao gồm độ sáng đèn (dimming control).
• Bỏ qua hệ thống điều khiển của phòng và đặt sẵn chế độ hoạt động cho các đèn.
• Có khả năng đặt lại cấu hình cho hệ thống điều khiển chiếu sáng để thay đổi bộ chuyển mạch chính hoặc bộ chuyển mạch phụ cho các vùng chiếu sáng mà đang được chuyển mạch bởi các công tắc trong phòng.
• Giám sát tất cả các modul điều khiển của hệ thống điều khiển chiếu sáng. Hệ thống sẽ cung cấp việc hiển thị đồ họa toàn phần cho phần ngoại thất, và cho mỗi tầng sẽ hiển thị trạng thái của các vùng chiếu sáng, các mạch điện, các bộ phát hiện chuyển động, các bộ cảm biến mức độ sáng.

Tích hợp vào hệ thống báo cháy và chống cháy

Hệ thống báo cháy cũng là hệ thống thông minh với các phần điều khiển của riêng nó. Hệ thống này sẽ giao tiếp với hệ

thống BMS thông qua một cổng giao tiếp thông minh. Cổng giao tiếp này là dạng giao diện RS232 hay RS485 và nhà tích hợp hệ thống BMS sẽ viết tiếp thủ tục (protocol) giao tiếp riêng tiêu chuẩn. Thủ tục này có thể là mức thấp với điều kiện những chi tiết về định dạng gói thông tin phải được cung cấp cho nhà tích hợp BMS.

Thông qua cổng giao tiếp (gateway), các dòng thông tin sau cần được cung cấp:

• Trạng thái của tất cả các bộ bơm phục vụ cứu hoả
• Mức nước trong các bể chứa nước cứu hoả
• Giám sát áp lực nước trong các bình chứa chính của hệ thống cứu hỏa
• Trạng thái của bảng điều khiển.

Hệ thống BMS sẽ cung cấp sơ đồ bố trí và sơ đồ chức năng hoạt động của các dịch vụ cứu hoả. Sơ đồ sẽ được mô phỏng động để chỉ ra trạng thái của các thiết bị và sự vận hành của hệ thống.

Tích hợp vào các hệ thống phân phối điện

Hầu hết các thiết bị bảo vệ máy điện (Circuit Breaker) sử dụng bộ bảo vệ điện tử (electronci trip) đều có khả năng liên kết ở các mức độ khác nhau. Nhà cung cấp hệ thống điện có khả năng cung cấp bộ điều khiển với thủ tục giao diện hoặc cổng giao diện cần thiết (thường là Modbus) để giao tiếp với hệ thống BMS.

Cổng giao tiếp sẽ cung cấp giao diện RS232 hoặc RS485 và nhà tích hợp hệ thống BMS sẽ biến chúng thành các thủ tục giao tiếp riêng chuẩn.

Bảng điều khiển của hệ thống điện có thể có các điểm kiểm tra để có thể đo được điện áp, dòng, tần số, công suất và năng lượng của hệ thống điện. Nhà cung cấp thiết bị điện thông thường sẽ lựa chọn các bộ điều khiển mà có thể nối với các điểm kiểm tra trên bảng điều khiển bằng module DI (Digital Input), và nối với các bộ biến đổi bằng chuẩn điểm đầu vào loại AI (Analogue Input). Thông qua giao diện này, hệ thống BMS sẽ giám sát các thông tin và trạng thái của hệ thống điện từ trạm biến áp đến tủ phân phối. Hệ thống BMS có thể giám sát và điều khiển được như sau:

• Công suất tiêu thụ
• Nhu cầu tối đa/tối thiểu
• Giám sát trạng thái của các mạch điện
• Giám sát và điều khiển trạng thái của các máy cắt/ áptômát
• Điện áp, dòng và tần số điện nguồn.
• Giám sát trạng thái của tất cả các tủ điện, điện áp và dòng của điện cung cấp.

Hệ thống BMS sẽ cung cấp việc hiển thị đồ hoạ của hệ thống điện, hiển thị hạ tầng kết nối và các mạch điện. Màn hình đồ hoạ sẽ hiển thị sơ đồ nguyên lý đấu điện và chỉ ra tên và số của các mạch, các cầu chì/CB cùng với các lượng điện tiêu thụ, các giá trị đọc được của điện áp và dòng điện.

Trạng thái của tất cả các điểm giám sát thiết bị điện cũng được hiển thị. Bộ hiển thị xu hướng sẽ có khả năng điều chính theo nhu cầu để hiển thị xu hướng tiêu thụ điện cho một thiết bị đo hoặc một nhóm các thiết bị đo dựa trên ngày tháng được chỉ định bởi người dùng.

Tích hợp với máy phát điện

Các bộ điều khiển của BMS sẽ cho phép hệ thống BMS giám sát và điều khiển máy phát và hệ thống nhiên liệu và cung cấp các thông tin sau:

• Trạng thái của từng máy phát
• Giám sát tình trạng và mức độ chất lượng của hệ thống phát điện
• Giám sát các cảnh báo của các khối của máy phát điện
• Giám sát thời gian hoạt động của tất cả các máy phát
• Giám sát các mức nhiên liệu trong tất cả các bình chứa.
• Giám sát nguồn cung cấp năng lượng và các cảnh báo về rò rỉ.

Màn hình đồ hoạ mô phỏng động chỉ ra các hoạt động và trạng thái của các máy phát sẽ được cung cấp. Màn hình sẽ chỉ ra quá trình hoạt động cũng như là bố trí về mặt vật lý của các máy phát, hệ thống cung cấp nhiên liệu và hệ thống lưu trữ nhiên liệu.

Tích hợp vào hệ thống thang máy

Hệ thống thang máy thường đi kèm với một phần mềm trên máy PC để giám sát và điều khiển. Hệ thống cũng có thể cung cấp một cơ chế giao tiếp để cho các nhà tích hợp BMS để truy nhập và lấy thông tin.

Một giao tiếp mức cao cũng có thể được cung cấp cho hệ thống điều khiển thang máy và thang trung tâm (tùy nhà sản xuất). Thông qua giao diện này, hệ thống BMS sẽ có thể giám sát và điều khiển các thông tin liên quan đến thang máy và cũng giao tiếp với hệ thống thông báo, hệ thống nhắn tin, và màn hình hiển thị của thang máy. Các nhà cung cấp thang máy thường cung cấp các giao thức như OPC, BACNet, MODBUS, LNS, P2 hoặc đơn giản hơn là TCP/IP. Mỗi một hệ thống thang máy sẽ cung cấp các chức năng sau để có thể dùng BMS điều khiển chúng (thông qua cổng giao tiếp của BMS):

Tất cả các điểm kiểm tra trạng thái của thang máy và các điểm cảnh báo sẽ được giám sát
• Vị trí của mỗi thang máy.
• Trạng thái hoạt động của thang máy
• Các thông báo bằng hình ảnh đang hiển thị hoặc được lên lịch trình hiển thị cũng sẽ xem được bằng hệ thống BMS.
• Các bản thông báo bằng hình ảnh cho mỗi hay cả một nhóm thang sẽ thể thiết lập và được đưa vào ngay lập tức hoặc lên lịch để đưa vào hiển thị.
• Hiển thị tầng nghỉ của thang máy
• Hướng đi của thang máy
• Giám sát được trạng thái dừng khẩn cấp của thang máy.
• Giám sát trạng thái của các cảnh báo của thang máy : Các cảnh báo chung của hệ thống thang máy sẽ không cần phải đưa ra. Hệ thống BMS sẽ nhận các thông tin cảnh báo và trạng thái chi tiết của hệ thống. Hệ thống BMS sẽ cung cấp màn hình đồ hoạ mô phỏng động để chỉ ra các chuyển động và trạng thái của tất cả thang máy.

Tích hợp vào hệ thống cung cấp nước và xử lý nước thải

Các nhà cung cấp hệ thống cung cấp nước cần có các thiết bị và các bộ điều khiển cần thiết để có thể tích hợp vào BMS. Các giao thức sử dụng cho kết nối này có thể là các giao thức cấp thấp nhưng phải phù hợp để có thể tích hợp vào BMS. Khi được tích hợp vào BMS, có thể thực hiện được các công việc sau.

Theo dõi tình trạng của các bơm nước
• Bật tắt các máy bơm
• Theo dõi mức nước trong các bể chứa
• Giám sát mức nước trong các hố ga thu nước, tự động khởi động bơm chống lụt.

Hệ thống BMS sẽ đưa ra sơ đồ bố trí và sơ đồ chức năng của hệ thống ống nước và hệ thống dịch vụ vệ sinh. Màn hình đồ hoạ sẽ được mô phỏng động để chỉ ra trạng thái của các thiết bị và tình trạng hoạt động của hệ thống.