Thiết kế hệ thống iBMS cho tòa nhà (P1)

Bài viết liên quan

1. Hệ thống điện năng
Hệ thống điện năng trong tòa nhà bao gồm các thành phần sau:

• Hệ thống máy biến áp: điện năng từ lưới điện trung áp của thành phố sẽ được đưa đến trạm biến áp của tòa nhà. Trạm biến áp có chức năng đưa điện thế trung áp về điện thế hạ áp 220VAC để sử dụng trong tòa nhà.
• Hệ thống máy phát điện: trong trường hợp xảy ra sự cố tại trạm biến áp, hoặc sự cung cấp điện năng từ lưới điện thành phố tới tòa nhà bị trục trặc, hoặc trong trường hợp quá tải trong việc cấp điện cho tòa nhà. Khi đó máy phát điện sẽ đựơc khởi động.
• Hệ thống chuyển mạch ATS: trong trường hợp máy phát điện hoạt động, tủ ATS có nhiệm vụ chuyển mạch điện của tòa nhà sang hệ thống máy phát để sử dụng, nếu trong trường hợp điện năng từ thành phố bị quá tải, hệ thống còn có nhiệm vụ hòa đồng bộ điện năng của hệ thống máy biến áp và máy phát nhằm cung cấp cho tòa nhà.
• Hệ thống phân phối điện hạ áp: hệ thống bao gồm các MCCB, phân phối điện cho toàn tòa nhà
• Hệ thống tủ điện tầng: bao gồm các MCCB ở tủ điện tầng, cung cấp điện năng cho 1 khu vực nhất định trong tòa nhà.

Chức năng của hệ thống iBMS với hệ thống điện năng:
Nắm bắt được tầm quan trọng của hệ thống điện: có nguồn cung cấp tới thì hệ thống thiết bị tòa nhà tồn tại và hoạt động, ngừng cung cấp điện hệ thống kỹ thuật sẽ ngừng hoạt động nên việc giám sát hệ thống điện trong hệ thống iBMS là một ứng dụng không tách rời.
Hệ thống điện sẽ được kết nối với hệ thống iBMS thông qua việc tích hợp mức cao là Modbus để giám sát các bộ đo đếm điện năng. Và kết nối mức thấp để điều khiển và giám sát các MCCB, ACB.

Các thông tin sau khi nhận được từ hệ thống điện thì sẽ được điều khiển và giám sát trên màn hình của hệ thống iBMS. Trên phần mềm quản lý iBMS phải được tạo các giao diện đồ hoạ phù hợp cho việc hiển thị thuận tiện cho quá trình quản lý.

Thông qua hệ thống iBMS có thể quản lý các thiết bị bảo vệ nguồn điện nằm trong các tủ điện phân phối nguồn điện chính và các tủ điện phân phối nguồn phụ cho các tầng, các thiết bị bằng việc thu nhận các thông tin về trạng thái làm việc cũng như quá tải của các thiết bị này. Tại các máy tính điều khiển trung tâm, nhân viên vận hành thực hiện việc giám sát các thiết bị bảo vệ của các tủ điện phân phối nguồn chính và các tủ điện phân phối nguồn phụ trên màn hình đồ hoạ của các máy tính điều khiển của hệ thống iBMS. Mỗi thay đổi của các điểm trạng thái làm thay đổi màu sắc của điểm điều khiển trên màn hình đồ hoạ cũng như có các báo cáo báo lỗi tại thời điểm xảy ra sự cố tại máy in báo sự kiện theo thời gian.

Để quản lý tốt hệ thống điện hệ thống iBMS giám sát điện năng tiêu thụ của tòa nhà, thiết bị giám sát theo dõi được các thông số kỹ thuật chính của các nguồn thông qua các bộ đồng hồ đo đếm điện năng. Các thông số này được giám sát chặt chẽ vì nó sẽ ảnh hưởng rất lớn tới việc vận hành của tất cả các thiết bị sử dụng điện của tòa nhà, quản lý tốt các tham số chính này cũng đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành của tòa nhà, nâng cao hiệu quả sử dụng thiết bị. Các tham số này cần thiết được đo đếm nhờ bộ đo đếm điện năng kỹ thuật số có khả năng nối mạng và thể hiện các thông số đo lường trên giao diện màn hình máy tính điều khiển, có khả năng lưu giữ tại máy tính của hệ thống khi người quản lý có yêu cầu.

Bảng điểm giám sát/điều khiển của hệ thống iBMS tới hệ thống điện năng:

Điều khiển	Điều khiển đóng cắt các tủ điện phân phối tầng, tủ điện hạ thế, tủ điện tổng
Giám sát	Giám sát trạng thái hoạt động của các thiết bị đóng cắt nguồn điện tại các tủ phân phối tầng, tủ điện hạ thế, tủ điện tổng, tủ điện ATS Giám sát các sự cố quá tải của các thiết bị đóng cắt chính Công suất hữu ích của tòa nhà P Công suất biểu kiến S Công suất phản kháng Q 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)
Các cảnh báo	Báo động sự cố quá tải các thiết bị đóng cắt

Giao diện đồ họa hệ thống quản lý chất lượng điện điển hình
Việc quản lý điện năng được vận hành thông qua giao diện đồ họa. 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.

Giám sát trạng thái hoạt động của các thiết bị Đóng – Cắt nguồn điện tại các tủ phân phối tầng, tủ điện hạ thế, tủ điện tổng, tủ điện ATS: Mục đích việc quản lý này nhằm quản lý các thiết bị điện từ máy tính điều khiển của phòng điều khiển trung tâm.

Giám sát các sự cố quá tải của các thiết bị đóng cắt chính tại các tủ phân phối, tủ điện hạ thế, tủ điện tổng, tủ điện ATS (Áp tô mát tổng, Áp tô mát cấp nguồn chính của các nhánh)

Điều khiển đóng cắt các tủ điện phân phối tầng, tủ điện hạ thế, tủ điện tổng. Để thực hiện việc quản lý tốt các thiết bị Đóng – Cắt, các thiết bị điện nằm trong diện cần quản lý giám sát cần đáp ứng các yêu cầu về phần cứng:

• Có khả năng cung cấp các điểm tín hiệu báo trạng thái của chính bản thân của chúng dạng tiếp điểm khô (dry-contact), tín hiệu đầu ra trạng thái là tín hiệu On/ Off của công tắc báo trạng thái.
• Nếu không có sẵn các điểm tín hiệu báo trạng thái này, thiết bị đóng cắt cần phải được lắp thêm các công tắc phụ trợ (Auxilary Contact).

Màn hình quản lí các thiết bị điện trong tòa nhà 

Màn hình giám sát thông số điện năng 

2.1 Hệ thống chiếu sáng
Hệ thống chiếu sáng trong toà nhà đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp đủ ánh sáng cho các nhu cầu sinh hoạt, làm việc, giải trí, an ninh… cho toà nhà.

Hệ thống đèn chiếu sáng trong toà nhà gồm rất nhiều loại sử dụng vào nhiều mục đích nhưng chung quy lại được điều khiển với hai ứng dụng chính là bật/tắt và điều chỉnh cường độ sáng.

Hệ thống điều khiển chiếu sáng không những mang lại nhiều lợi ích tiện nghi cho người sử dụng, ngoài ra còn đem lại hiệu quả cao về tiết kiệm năng lượng điện tiêu thụ cho toà nhà. Do đó chúng mang lại những lợi ích lớn:

Tiết kiệm năng lượng: Ngày nay khi nhu cầu năng lượng ngày càng tăng, trong khi nguồn năng lượng trên thế giới đang cạn kiệt. Đòi hỏi các quốc gia phải có những chính sách sử dụng nguồn năng lượng hợp lý. Tại các đô thị lớn tốc độ đô thị hóa diễn ra rất nhanh, kéo theo đó nhiều tòa nhà mọc lên. Để phù hợp với chính sách phát triển của đất nước thì phải đặt ra vấn đề tiết kiệm điện năng trong các tòa nhà. Trong các tòa nhà hệ thống chiếu sáng sử dụng nhiều điện năng. Do vậy nếu đưa tự động hóa vào để quản lý hệ thống chiếu sáng, sẽ giúp ta quản lý được điện năng tiêu thụ.

Ta có thể quản lý được thời gian sử dụng của các thiết bị chiếu sáng. Điều khiển hệ thống đèn theo thời gian đặt trước, theo sự kiện, quản lý mức độ chiếu sáng của hệ thống đèn.

•  Quản lý linh hoạt: Toàn bộ hệ thống đèn sẽ được quản lý tại phòng điều khiển trung tâm của iBMS. Do vậy ta dễ dàng điều khiển tắt bật hệ thống thay vì phải ra tận nơi, xuống từng phòng để tắt bật hệ thống.
• Vận hành đơn giản: Toàn bộ hệ thống đèn của tòa nhà sẽ được hiển thị bằng giao diện tại màn hình điều khiển giám sát iBMS. Trên giao diện thể hiện trạng thái của từng vị trí quan trọng, vị trí của từng khu vực, từng lộ đèn. Giúp người vận hành dễ dàng quản lý và điều khiển hệ thống qua giao diện trực quan.

Chức năng của hệ thống iBMS với hệ thống chiếu sáng:
Điện năng dùng cho điều khiển chiếu sáng trong một toà nhà chiếm một tỷ trọng khá lớn so với điện năng tiêu thụ tổng. Việc quản lý tốt vấn đề chiếu sáng không chỉ đem lại môi trường làm việc đủ ánh sáng mà còn nâng cao hiệu quả đầu tư do việc tiết kiệm điện và chi phí vận hành. Với quy mô và tính chất như vậy, hệ thống điều khiển chiếu sáng cho toà nhà cần phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

• Quản lý điều khiển chiếu sáng tập trung
• Có khả năng điều khiển chiếu sáng theo chương trình, theo lịch đặt trước
• Có khả năng kết hợp điều khiển chiếu sáng tự động theo chương trình và chiếu sáng tại chỗ
• Giám sát trạng thái on/off của các lộ đèn
• Có khả năng kết nối với hệ thống quản lý toà nhà để tối ưu hoá vận hành
• Có khả năng mở rộng hệ thống không chỉ về số lượng thiết bị điều khiển chiếu sáng mà cả các thiết bị hỗ trợ điều khiển chiếu sáng như các cảm biến cường độ sáng, các thiết bị an ninh…

Hệ thống iBMS sử dụng các bộ điều khiển số trực tiếp DDC tác động tới MCCB nằm trong tủ cấp điện chiếu sáng để giám sát On/Off và điều khiển tắt/bật các lộ đèn tương ứng với các MCCB trên.

Sơ đồ nguyên lý điều khiển giám sát

Bảng điểm giám sát/điều khiển của hệ thống iBMS tới hệ thống chiếu sáng :

Điều khiển	Điều khiển đóng cắt thiết bị chiếu sáng từ sever theo các tình huống lập trình theo thời gian, chế độ khẩn cấp và một số chế độ chiếu sáng được lập trình sẵn (ngày lễ, ngày nghỉ…)
Giám sát	Giám sát tình trạng on/off các lộ chiếu sáng thông qua giao diện đồ họa.

Giao diện đồ họa hệ thống quản lý chiếu sáng điển hình
Hệ thống đèn chiếu sáng công cộng trong và ngoài tòa nhà sẽ được thiết kế dựa trên những tiện ích cho người sử dụng và quản lý hệ thống.
Toàn bộ các đèn/tuyến đèn chiếu sáng công cộng sẽ được điều khiển bởi hệ thống iBMS. Hệ thống sẽ trang bị các công tắc điều khiển mềm trên giao diện iBMS nhằm đảm bảo tính linh hoạt. Trong trường hợp bình thường các đèn chiếu sáng sẽ được bật tắt theo lịch biểu đặt trước. Tuy nhiên, trong những trường hợp yêu cầu riêng hệ thống iBMS vẫn bật/tắt tức thì một cách linh hoạt trên giao diện iBMS.

Toàn bộ hình ảnh của các tuyến đèn, các khu vực sẽ được hiển thị trên giao diện hệ thống iBMS. Ngoài ra, hệ thống sẽ hỗ trợ hiển thị theo mặt bằng và theo màu sắc. Các khu vực đèn sáng sẽ hiển thị màu “trắng”, các khu vực đèn tắt sẽ được thể hiện màu tối. Việc hiển thị theo đồ hoạ màu sắc trên sẽ làm đơn giản công tác giám sát và làm tăng khả năng bao quát toàn bộ toà nhà cho Người quản lý.

Màn hình giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng 

2.2 Hệ thống chiếu sáng EIB
Trong hệ thống điện thông thường, mỗi chức năng cần có một cáp riêng và mỗi hệ thống điều khiển có một mạng riêng. Tuy vậy với mạng EIB tất cả chức năng và các quá trình đều có thể điều khiển, giám sát được sử dụng chung một cáp đơn. Điều này có nghĩa là hệ thống cấp điện có thể nối trực tiếp đến các thiết bị tiêu thụ mà không phải đi đường vòng.

Ưu điểm của hệ thống là lắp đặt các thiết bị trong toà nhà khá đơn giản nhưng cũng rất dễ dàng khi mở rộng cũng như thay đổi. Nếu mục đích sử dụng hay cấu trúc trong toà nhà có thay đổi , hệ thống mạng EIB cũng dễ dàng sửa lại cho phù hợp bằng cách thay đổi các thông số của các thiết bị mà không cần phải đi thêm dây. Lợi thế lớn nữa là trên mạng EIB có thể lắp lẫn hoặc bổ sung rất nhiều thiết bị của các nhà sản xuất thành viên của Hiệp hội EIB. Điều đó tạo lợi ích cao nhất cho người sử dụng.

Các thông số này có thể đặt lại bằng cách nối máy tính với hệ thống mạng EIB và sử dụng phần mềm ETS (EIB Tool Software) để cấu hình và đưa thiết bị vào hoạt động. Phần mềm ETS được phát triển chung cho tất cả các nhà sản xuất của hiệp hội EIB

Với giao diện trên hệ thống mạng EIB có thể nối với trung tâm điều khiển của hệ thống quản lý và tự động hoá của toà nhà (iBMS, BAS) hay với hệ thống điện thoại công cộng. Điều này giúp giảm bớt chi phí khi sử dụng mạng EIB trong các toà nhà, biệt thự, các cao ốc đa chức năng, toà nhà thương mại, văn phòng…

Giao thức mạng của hệ thống EIB 

Sơ đồ cấu trúc hệ EIB 

Sơ đồ lắp đặt hệ thống EIB so với hệ thống điện cổ điển đơn giản hơn rất nhiều

Hệ thống điện thường:

Hệ thống EIB

Khái quát vế hệ thống:

• Với việc bổ sung nâng cao sự tiện lợi, hiêu quả trong bảo toàn năng lượng cũng như nâng cao về mặt an toàn và độ mềm dẻo, hệ thống điện thông minh có cấu trúc dạng EIB đã mang lại cho công trình với tất cả những lợi thế kể trên. Hệ thống được cấu trúc cho 3 chế độ làm việc điều khiển/giám sát chiếu sáng.
• Chế độ điều khiển cục bộ sẽ tạo ra tính chủ động cho mỗi phòng, điều khiển theo vùng sẽ mang lại sự chủ động cho từng tầng, trong khi đó điều khiển trung tâm đặt tại phòng điều hành công trình sẽ quản lí toàn bộ toàn nhà.
• Máy tính điều khiển trung tâm trong phòng điều hành sẽ giữ vai trò như hệ thống trung tâm có thể điều khiển, giám sát chiếu sáng cũng như lập trình để thay đổi chương trình ứng dụng khi cần thiết theo yêu cầu của người sử dụng. Máy tính trung tâm sẽ theo dõi việc Điều Khiển & Giám Sát toàn bộ việc chiếu sáng cho tòa nhà.
• Hệ thống điều khiển chiếu sáng trong toà nhà có thể hoạt động theo mong muốn một cách dễ dàng hoặc có thể thích ứng với hệ thống điện chiếu sáng từ thời điểm này tới thời điểm khác. Một số cơ cấu chấp hành đóng cắt và bộ cấp nguồn cho hệ thống EIB được dùng trong các tủ điều khiển của hệ thống EIB :
  
  

 Bảng điểm giám sát/điều khiển của hệ thống iBMS tới hệ thống chiếu sáng EIB:

Điều khiển

Điều khiển đóng cắt thiết bị chiếu sáng tại chỗ thông qua hệ thống nút nhấn hoặc từ xa thông qua sever theo các tình huống lập trình theo thời gian, chế độ khẩn cấp, chế độ sửa chữa và một số chế độ chiếu sáng được lập trình sẵn (ngày lễ, ngày nghỉ…). Có khả năng điều chỉnh ánh sáng theo ý thích người dùng, kịch bản định truớc hoặc tự động theo biến động thời tiết, ánh sáng ngoài trời.

Giám sát

Giám sát tình trạng on/off của các lộ đèn chiếu sáng thông qua giao diện đồ họa. Giám sát ảnh hưởng của chuyển biến môi trường tới tình trạng chiếu sáng.

3. Hệ thống cung cấp và thoát nước
Hệ thống cung cấp nước sinh hoạt cho tòa nhà bao gồm các thiết bị chính sau:

• Bể chứa nước sinh hoạt: nước cấp từ đường nước của thành phố được chứa trong bể chứa nước sinh hoạt nhằm cung cấp nước cho toàn bộ tòa nhà.
• Bơm nước sinh họat, bơm bù áp

Hệ thống thoát nước gồm các thiết bị chính sau:

• Bơm nước thải
• Bơm thoát nước mưa thả chìm
• Bể chứa nước thải

Chức năng của hệ thống iBMS với hệ thống cung cấp và thoát nước:

Hệ thống IBMS sẽ giám sát mức nước của bể nước sinh hoạt, bể nước thải, đưa ra màn hình đồ họa vận hành, cảnh báo mức cao/thấp của bể, và có thể vận hành bơm trong trường hợp yêu cầu.

Hoạt động của các bơm cấp thoát nước được giám sát bởi hệ thống iBMS. Các bơm này ngoài việc được điều khiển và giám sát bởi hệ thống iBMS còn được điều khiển theo nhu cầu điều khiển bằng tay, tự động theo mức nước... Trên màn hình đồ hoạ các bơm này được giám sát về trạng thái hoạt động cũng như tình trạng sự cố, quá tải. Trong tủ điều khiển máy bơm phải có khóa chuyển đổi chế độ điều khiển từ iBMS sang điều khiển bằng tay hoặc ngược lại.

Bảng điểm giám sát/điều khiển của hệ thống iBMS tới hệ thống cấp và thoát nước :

Điều khiển	Điều khiển các bơm cấp nước sinh hoạt, bơm nước thải
Giám sát	Trạng thái On/Off của bơm nước sinh hoạt, bơm nước thải. Trạng thái lỗi bơm Chế độ chạy tự động/bằng tay của bơm. Mức nước bể nước ngầm cao/thấp, bể nước trên tầng mái. Mức nước rãnh hố chứa nước thải …
Các cảnh báo	Báo động sự cố quá tải của bơm cấp và thoát nước. Báo động mức nước trong bể ngầm cao/thấp, bể nước tầng ...

Giao diện đồ họa hệ thống quản lý hệ thống cấp thoát nước điển hình
Việc quản lý hệ thống cấp thoát nước được vận hành thông qua giao diện đồ họa. 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.

Giám sát trạng thái hoạt động của các bơm cấp thoát nước, mức nước của các bể và lưu lượng nước tổng (có thể giám sát cả lưu lượng nước từng tầng/từng căn hộ).

Màn hình giám sát hệ thống cấp thoát nước

Xem tiếp phần 2, thiết kế cho hệ thống điều hòa không khí VRV, Hệ thống điều hòa không khí Chiller ở đây

Chia sẻ bài viết