ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ TRUNG ĐỊNH

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG
BMS ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN CHIẾU SÁNG
TRONG TÒA NHÀ
Chuyên ngành: Thiết Bị, Mạng Và Nhà Máy Điện
Mã số ngành: 605250

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 06/2013


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TPHCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: …………………………………………………….
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1: ………………………………………………………...
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: ………………………………………………………...
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM
ngày ……. tháng ……. năm …….
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)
1. …………………………………………………….
2. …………………………………………………….
3. …………………………………………………….
4. …………………………………………………….

5. …………………………………………………….
Xác nhận của Chủ Tịch Hội Đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA …………………


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viện:

Lê Trung Định

MSHV:

11184058

Ngày, tháng, năm sinh:

01/01/1978


Nơi sinh:

Quãng Ngãi.

Mã số:

605250

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện

I.

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HỆ THỐNG BMS ĐỂ
ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN CHIẾU SÁNG TRONG TÒA NHÀ.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Nghiên cứu tính năng điều khiển, giám sát và phối hợp bởi các thiết bị phân tán
lắp đặt trong hệ thống BMS; các vấn đề truyền thơng giữa các thiết bị đó với trung
tâm điều khiển; các giao thức được sử dụng trong hệ thống BMS. Nghiên cứu về
giao thức truyền thông IEC 61850, các khả năng của tiêu chuẩn IEC61850 trong
ứng dụng tự động hố.

-

Nghiên cứu cấu hình phần mền cho các ứng dụng tự động hoá hệ thống BMS của
hãng HONEYWELL, AZBIL.

-


II.
III.
IV.

Áp dụng kết quả nghiên cứu để đưa ra giải pháp xây dựng, cải tạo và nâng cấp hệ
thống BMS điển hình.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

21/01/2013
21/06/2013
PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt
Tp.HCM, ngày 21 tháng 06 năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA ……………………
(Họ tên và chữ ký)

Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh LV.


LỜI CÁM ƠN

Trong cuộc sống, có mấy ai biết được tất cả, bởi vì kiến thức là
vơ cùng, vơ tận. Chính vì thế tơi đã học, khơng chỉ cho riêng chính
tương lai của bản thân tơi mà cịn để đền đáp công ơn của những người
yêu thương, luôn động viên và giúp đỡ tôi để tôi được đi trên con đường
mà tôi đã chọn.
Tôi luôn ghi nhớ công ơn của những người thầy cô trong quá
khứ - những người đã dắt tôi những bước đi đầu tiên trên con đường
học vấn. Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn
Hồng Việt, cùng q thầy cơ trong khoa Điện – Điện Tử trường Đại
Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn tơi hồn thành
luận văn thạc sĩ này. Tôi cũng không quên công ơn của cha mẹ - người
sinh ra và nuôi tôi khôn lớn. Một lần nữa, tôi xin cám ơn tất cả !.
Đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống BMS để điều khiển
điện chiếu sáng trong tòa nhà” hiện nay đã trở nên cấp thiết và là xu
hướng chung của thế giới, nhằm mục đích tiết kiệm chi phí trong việc
điều khiển vận hành và giám sát hoạt động của tòa nhà, ..vv. Đó là lý do
tơi tìm hiểu và nghiên cứu về lĩnh vực này !.
Tp. Hồ Chí Minh ngày 18 tháng 6 năm 2013.
Người viết ký tên.

LÊ TRUNG ĐỊNH.


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, ngành điện nói
chung và tự động hóa trong hệ thống điện nói riêng cũng đã phát triển vượt bậc.
Nó đã mang lại những lợi ích to lớn về kinh tế cho đất nước.
Điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng trong tòa nhà cao tầng là một
lĩnh vực trong hệ thống BMS, nó đã đóng góp một phần quan trọng trong việc
tiết kiệm điện năng, nâng cao hiệu suất hoạt động của tịa nhà. Hệ thống

internet đã phát triển tồn cầu, vì vậy mà mọi hệ thống ME trong nhà cao tầng
đã được điều khiển từ xa qua internet. Đây là phương pháp điều khiển từ xa có
độ tin cậy và tính an toàn tuyệt đối.
Ngày nay, việc ứng dụng hệ thống BMS để điều khiển và giám sát mọi
trạng thái vận hành của tòa nhà từ xa qua mạng trở nên cấp thiết, bởi vì nó
mang lại lợi ích kinh tế, sự tiện lợi và thỏa mái cho người vận hành, điều khiển
cũng như giám sát.

THESIS SUMMARY
Along with the development of technical sciences, general industry
electrical and automation of power systems in particular have also boom. It has
brought tremendous benefits for the country economically.
Control and monitoring of the lighting system for building is a field in
the BMS system, it has contributed an important part in saving power, improve
the performance of a building. Internet systems has developed in the global, so
that every ME system in high building has controlled on the internet. This is a
remote reliability method and absolute security.
Today, the application of BMS system to control and supervise all
operational status of a building remotely over a network becomes imperative,
because it brings economic benefits, the convenience and comfort to the
operators, as well as monitoring controls.


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu thực sự
của cá nhân tơi được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Nguyễn
Hoàng Việt.
Các số liệu, những nghiên cứu được trình bày trong luận văn này
chưa từng được cơng bố dưới hình thức nào. Tôi xin chịu mọi trách
nhiệm về sự nghiên cứu của mình.

Tp. Hồ Chí Minh ngày 18 tháng 6 năm 2013.
Người viết ký tên.

LÊ TRUNG ĐỊNH


Trang 1

MỤC LỤC
Trang

I. PHẦN MỞ ĐẦU. ........................................................................4
1

Lý do chọn đề tài. ............................................................................. 4

2

Mục tiêu và các nội dung nghiên cứu của đề tài. ............................ 4

3

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. .................................................. 5

4

Phương pháp nghiên cứu. ................................................................ 5

II. NỘI DUNG LUẬN VĂN........................................................... 6
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS (BUILDING

MANAGEMENT SYSTEM). ........................................................ 6
1.1

Tổng quan về hệ thống BMS. ............................................................. 6

1.2

Các hệ thống cơ bản trong tòa nhà được điều khiển và giám sát bởi hệ
thống BMS. ........................................................................................ 6

1.3

Cấu trúc cơ bản của hệ thống BMS. ................................................... 7

1.4

Lịch sử phát triển của hệ thống BMS. .............................................. 10

1.5

Thực trạng nhà cao tầng ở Việt Nam hiện nay. ................................. 10

Chương 2: MỘT SỐ CHUẨN VÀ GIAO THỨC TRUYỀN
THÔNG ỨNG DỤNG CỦA HỆ THƠNG BMS. ........................ 12
2.1

Giao thức truyền thơng. .................................................................... 12

2.2


Các giao thức truyền thông trong hệ BMS. ....................................... 13
2.2.1

Giao thức truyền thông Ethernet...................................... 13

2.2.2

Giao thức truyền thông BACnet. ...................................... 17

2.2.3

Giao thức LonMark. ......................................................... 18

2.2.4

Giao thức Modbus............................................................ 20

2.2.5

Giao thức KNXnet. .......................................................... 21

2.3

Minh họa về sự giao tiếp truyền thông giữa các thiết bị trong một hệ
thống. ............................................................................................... 23

2.4

Mạng truyền thông trong hệ BMS. ................................................... 24



Trang 2

2.5

Một số chuẩn về truyền thông. ......................................................... 25
2.5.1 Chuẩn truyền thông RS-232. ................................................... 25
2.5.2 Chuẩn truyền thông RS-485. ................................................... 29

Chương 3: THIẾT KẾ MỘT HỆ THỐNG BMS CHUẨN ĐIỀU
KHIỂN ĐIỆN CHIẾU SÁNG TRONG HỆ BMS. ..................... 31
3.1

Các thiết bị cơ bản trong hệ BMS..................................................... 31

3.2

Hệ thống BMS tích hợp - IBMS. ...................................................... 31

3.3

3.3.1

Tích hợp hệ thống điều hồ trung tâm. ............................. 32

3.3.2

Tích hợp vào hệ thống chiếu sáng. ................................... 34

3.3.3


Tích hợp vào hệ thống báo cháy và chống cháy. .............. 36

3.3.4

Tích hợp hệ thống phân phối điện. ................................... 37

3.3.5

Tích hợp với máy phát điện. ............................................ 38

3.3.6

Tích hợp với hệ thống thang máy. ................................... 40

3.3.7

Tích hợp vào hệ thống cấp nước và xử lý nước thải. ........ 42

3.3.8

Tích hợp vào hệ thống an ninh (Card Access/ Camera quan
sát). .................................................................................. 43

3.3.9

Tích hợp vào hệ thống thông tin công cộng (PA). ............ 44

3.3.10


Tích hợp vào hệ thống tổng đài điện thoại. ....................... 45

3.3.11

Tích hợp vào hệ thống chống sét/ chống sét lan truyền..... 45

Thiết kế một hệ BMS điều khiển điện chiếu sáng. ............................ 46
3.3.1

Các thiết bị....................................................................... 46

3.3.2

Phương pháp điều khiển. ................................................. 50

3.3.3

Lưu đồ điều khiển. .......................................................... 51

Chương 4: MƠ HÌNH – MƠ PHỎNG .......................................52
4.1

4.2

MƠ HÌNH PHẦN CỨNG. ............................................................... 52
4.1.1

Giới thiệu mơ hình. ......................................................... 52

4.1.2


Phần cứng của mơ hình. .................................................. 52

4.1.3

Điều khiển mơ hình. ........................................................ 53

MƠ PHỎNG. ................................................................................... 56
4.2.1

Phần mềm mơ phỏng điều khiển chiếu sáng. .................... 56


Trang 3

4.2.2

Giao diện mô phỏng. ........................................................ 71

4.2.3

Hiển thị kết quả mơ phỏng điều khiển. ............................. 77

4.2.4

Mã Code của chương trình điều khiển. ............................. 80

III. KẾT LUẬN. ...........................................................................95
IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO. .................................................... 95
DANH MỤC HÌNH ẢNH. ........................................................... 96

DANH MỤC BẢNG BIỂU. ......................................................... 98
PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG. ............................................98


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký Tự

Tiếng Anh

Tiếng Việt

BMS

Building Management Systems

Hệ thống quản lý tòa nhà

TCP

Transmission Control Protocol

Điều khiển truyền dữ liệu

IP

Internet Protocol

Địa chỉ

HTTP


Hyper Text Transfer Protocol

Chuyển giao dữ liệu văn bản

FTP

File Transfer Protocol

Chuyển giao dữ liệu dạng file

SMTP

Simple Mail Transfer Protocol

Gửi thư điện tử qua internet

POP

Post Office Protocol

Nhận thư điện tử qua internet

MIME

Multipurpose

WAP

Internet


Mail Mở rộng – gởi nhiều loại file

Extension

qua internet

Wireless Application Protocol

Địa chỉ mạng không dây

CSMA/CD Carrier-Sense Multiple Access/ Phương thức truyền gói dữ

RTT

Collision Detect

liệu

Round Trip Time

Thời gian của dữ liệu từ
nguồn đến đích và về nguồn
trở lại

BACnet

Building

Automation


Control network Protocol
SNVT

Standard

and Giao thức truyền thơng và tự
động hóa trong tòa nhà

Network

Variable Loại mạng internet tiêu chuẩn

Home

Systems Địa chỉ của hệ thống tòa nhà

Type
EHS

EIB

European
Protocol

theo tiêu chuẩn châu Âu

European Installation Bus

Tiêu chuẩn lắp đặt châu Âu

về cáp cáp mạng


Trang 4

I. PHẦN MỞ ĐẦU.
1

Lý do chọn đề tài.
Hiện nay việc ứng dụng cơng nghệ điều khiển tích hợp hệ thống BMS trong

việc điều khiển, giám sát và vận hành tòa nhà trở thành xu hướng chung của thế giới
nhằm giảm chi phí đầu tư, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Đó là lý do chính để
tơi chọn lĩnh vực nghiên cứu về BMS.
Các công ty - tập đoàn sản xuất thiết bị điện và điện tử nổi tiếng trên thế giới
như ABB, SIEMENS, HONEYWELL, AZBIL, vv… đã đưa ra thị trường những hệ
thống BMS khác nhau, tuy nhiên vấn đề khó khăn nhất là khả năng tương thích về
tiêu chuẩn kết nối giữa các thiết bị của các hãng khác nhau, đồng thời hạn chế về
tốc độ xử lý nên việc xây dựng các ứng dụng trên nền tảng các giao thức truyền
thống khá khó khăn. Trên cơ sở kiến trúc truyền thông đa dụng UCA 2.0, từ năm
2003 tổ chức kỹ thuật điện quốc tế IEC (International Electrotechnical Commission)
ban hành phiên bản đầu tiên về tiêu chuẩn truyền thơng IEC 61850, tạo ra khả năng
tích hợp cao cho các hệ thống BMS cũng như các thiết bị truyền thông, vấn đề
không tương đồng giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau dần dần được giải
quyết.
Để nâng cao tính cạnh tranh, thuận lợi cho quá trình mở rộng phát triển hệ
thống, tiêu chuẩn truyền thơng IEC 61850 được tập đồn sản xuất thiết bị điện lựa
chọn cho các ứng dụng tự động hoá trong hệ thống BMS.

2


Mục tiêu và các nội dung nghiên cứu của đề tài.
Đề tài này đặt ra mục tiêu chính là nghiên cứu và điều khiển điện chiếu sáng

trong hệ thống BMS trên nền tảng của giao thức truyền thông IEC 61850. Để thực
hiện mục tiêu, các nội dung chính cần thực hiện như sau:
-

Nghiên cứu tính năng điều khiển, giám sát và phối hợp bởi các thiết bị phân
tán lắp đặt trong hệ thống BMS; các vấn đề truyền thơng giữa các thiết bị đó
với trung tâm điều khiển; các giao thức được sử dụng trong hệ thống BMS.


Trang 5

-

Nghiên cứu về giao thức truyền thông IEC 61850, các khả năng của tiêu
chuẩn IEC 61850 trong ứng dụng tự động hố.

-

Nghiên cứu cấu hình phần mền cho các ứng dụng tự động hoá hệ thống BMS
của hãng HONEYWELL.

-

Áp dụng kết quả nghiên cứu để đưa ra giải pháp xây dựng, cải tạo và nâng
cấp hệ thống BMS điển hình.


3

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
-

Đối tượng, phạm vi nghiên cứu của đề tài là các chuẩn giao thức, các cấu
trúc truyền thơng tích hợp, giao diện người sử dụng, giao diện truyền thơng.

-

Nghiên cứu khả năng tương thích về tiêu chuẩn kết nối giữa các thiết bị của
các hãng khác nhau như hãng ABB, SIEMENS, HONEYWELL, AZBIL, …

-

Nghiên cứu các phần mềm ứng dụng và các giao thức kết nối, trao đổi dữ
liệu giữa máy tính và thiết bị ngoại vi.

-

Nghiên cứu cách thức điều khiển từ xa của hệ thống BMS qua mạng Internet.
Điều khiển các thiết bị sử dụng điện – đèn chiếu sáng trong hệ thống BMS.

4

Phương pháp nghiên cứu.
Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, đề tài đưa ra phương pháp nghiên cứu

như sau:
-


Tìm hiểu hiện trạng, thu thập số liệu các hệ thống BMS của các hãng khác
nhau.

-

Phân tích đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ điều khiển để cải tạo, nâng
cấp và điều khiển các hệ thống BMS.


Trang 6

II. NỘI DUNG LUẬN VĂN.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BMS
(BUILDING MANAGEMENT SYSTEM).
1.1 Tổng quan về hệ thống BMS.
Hệ thống BMS - hệ thống quản lý tòa nhà, là hệ thống tập trung hóa và đơn
giản hóa việc giám sát, vận hành và quản lý tòa nhà nhằm mục đích nâng cao hiệu
suất hoạt động của tịa nhà.
Trong tịa nhà, thường có hai hệ thống chính là hệ thống điện và hệ thống cơ.
Thường được gọi tắt là hệ thống cơ – điện. Khi tòa nhà được trang bị hệ thống BMS
thì hai hệ thống trên được điều khiển tập trung, hiển thị đầy đủ thông tin trong q
trình hoạt động trên màn hình giám sát, các thơng số hoạt động được ghi chép vào
dữ liệu lưu trữ, .. Đây cịn gọi là tịa nhà thơng minh, tịa nhà hiệu năng cao.

1.2 Các hệ thống cơ bản trong tòa nhà được điều khiển và
giám sát bởi hệ thống BMS.
Hai hệ thống cơ bản của tòa nhà được giám sát và điều khiển bởi hệ thống
BMS là hệ thống điện và hệ thống cơ. Hệ thống điện bao gồm các hệ thống sau:
1. Hệ thống cung cấp điện động lực.

2. Hệ thống điều khiển chiếu sáng.
3. Hệ thống điện nhẹ: Hệ thống camera quan sát, hệ thống mạng điện thoại,
hệ thống mạng máy tính, hệ thống báo cháy tự động, hệ thống báo động
xâm nhập, hệ thống điều khiển ra vào.
Hệ thống cơ bao gồm các hệ thống sau đây:
1. Hệ thống điều hịa khơng khí.
2. Hệ thống thống gió.
3. Hệ thống chữa cháy vách tường.
4. Hệ thống chữa cháy tự động.
5. Hệ thống cấp thoát nước.


Trang 7

Mục đích đạt được:
– Quản lý, tiết kiệm năng lượng điện.
– Vận hành hệ thống tối ưu nhất, hỗ trợ cho bảo hành, bảo trì hệ thống.
– Giám sát, cảnh báo.
– Chia sẽ các dữ liệu như trình trạng hoạt động, số giờ chạy của thiết bị cho
hệ thống office automation, hệ thống quản lý bảo trì, bảo dưỡng hệ thống.
Mục tiêu:
– Là tập trung hóa và đơn giản hóa giám sát, hoạt động và quản lý một hay
nhiều tịa nhà để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của tịa nhà bằng cách
giảm chi phí nhân cơng và lượng tiêu thụ điện năng, và cung cấp môi
trường làm việc an toàn, thoải mái hơn cho người cư ngụ. Trong quá trình
đáp ứng các mục tiêu này, BMS đã “tiến hóa” từ hệ điều khiển giám sát
đơn giản trở thành hệ điều khiển vi tính hóa tích hợp tồn diện (totally
integrated computerize control).

1.3 Cấu trúc cơ bản của hệ thống BMS.

Một hệ thống BMS thường có các cấp sau đây theo từ cao xuống thấp:

– Cấp vận hành và quản lý.

– Cấp điều khiển hệ thống.

– Cấp điều khiển khu vực.

VH & QL
HT
KHU VỰC

Cấp cao hơn có quyền truy xuất và can thiệp trực tiếp ở cấp thấp hơn, nhưng
điều ngược lại khơng được. Đây là hình thức phân quyền trong hệ thống BMS.
Toàn bộ các thiết bị mà BMS quản lý sẽ được điều khiển, cài đặt hoạt động theo
thời gian làm việc hoặc các điều kiện tiên quyết do người vận hành cài đặt, điều
khiển nhờ vào giao diện máy tính và phần mềm thơng qua máy tính, hệ thống BMS
sẽ thơng báo đến người vận hành tình trạng hoạt động của các hệ thống, các thiết bị


Trang 8

mà BMS quản lý cũng như thông báo các sự cố ra màn hình của trạm vận hành và
gởi tín hiệu ra máy in.

Hình 1. Cấu trúc của hệ thống BMS.
Cấp khu vực:
Là cấp thấp nhất trong cấu trúc hệ thống BMS. 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 bơm nhiệt, các bộ điều

hịa khơng khí cục bộ, ... 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 diện trực tiếp 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 thơng
tin cho nhau và với các bộ điều khiển ở cấp điều khiển hệ thống và cấp điều hành,
quản lý.


Trang 9

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, các vịng 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 máy lạnh 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 truyền thông với các trạm
vận hành.

Cấp vận hành và quản lý:
Là cấp cao nhất trong cấu trúc hệ thống BMS. Các 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 PC. Một trạm vận hành thường bao gồm các gói phần mềm ứng
dụng sau:
-

An tồn 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 thơng 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.


Trang 10


-

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 hoạch theo niên lịch.

-

Tích hợp hệ thống: Cung cấp giao diện và điều khiển chung cho các hệ
thống con (Chiller, VRV, 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 tác
động có tính tồn 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 cơng cụ cho q trình quản lý và việc sử dụng thiết bị
lâu dài.

1.4 Lịch sử phát triển của hệ thống BMS.
Tính đến thời điểm này, hệ thống quản lý tịa nhà BMS đã có lịch sử ra đời
vào khoảng năm 1950. Tuy nhiên việc áp dụng hệ thống BMS chỉ được phổ biến
trong nửa cuối của thế kỷ XX khi các quốc gia phương Tây và một số nước châu Á
đi vào giai đoạn phát triển mạnh 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.
Tại Việt Nam, 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 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.

1.5 Thực trạng nhà cao tầng ở Việt Nam hiện nay.
Khoảng 90% số nhà cao tầng ở Việt Nam đều có các hệ thống cung cấp và
thải nước, hệ thống cung cấp điện, hệ thống quạt trần hoặc điều hòa và hệ thống báo
cháy. Đây là những tịa nhà lọai thơng thường.
Khoảng 50% số tịa nhà có trang bị hệ thống điều hịa tập trung, hệ thống bảo
vệ và báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập và giám sát bằng camera nhưng chưa
có hệ thống quản lý tòa nhà BMS. Tất cả thiết bị của các hệ thống điều hòa, báo
cháy,.. được điều khiển riêng biệt, các bộ điều khiển này không trao đổi thông tin


Trang 11

với nhau, khơng có quản lý và giám sát chung và phần quản lý điện năng thì mới ở
mức thấp. Đây là những tịa nhà đã có hệ thống điều khiển và giám sát tập trung,
nhưng chưa có hệ thống quản lý tòa nhà BMS.
Khoảng 30% số tòa nhà có trang bị hệ thống điều hịa tập trung, hệ thống bảo
vệ và báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập và giám sát bằng camera có trang bị
hệ thống BMS. Tất cả thiết bị của các hệ thống điều hịa, báo cháy, được điều khiển
riêng biệt và tích hợp từng phần. Hệ BMS cho phép trao đổi thông tin, giám sát giữa
các hệ thống, cho phép quản lý tập trung. Hệ BMS cho phép quản lý điện năng ở
mức cao. Đây là lọai tòa nhà cao tầng được trang bị hệ thống tự động hóa BMS.
Hầu hết các tịa nhà cao tầng ở Việt nam hiện nay đều không được trang bị
hệ thống BMS hoặc chỉ trang bị ở mức thấp. Khi được trang bị hệ thống này, tất cả
các hệ thống điều hòa, báo cháy, ... được điều khiển tập trung, tương tác bởi hệ
BMS. Các hệ thống được tích hợp đầy đủ hệ thống thơng tin, giám sát và lưu trữ dữ
liệu.
Với các con số trên, chúng ta có thể thấy thực trạng về hệ thống nhà cao tầng
của chúng ta phần lớn chưa được trang bị hệ thống BMS. Nếu xét về mặt chất lượng

và hiệu quả sử dụng của các tịa nhà thì chưa đạt so với u cầu đặt ra cho các tịa
nhà đó. Do vậy tính chất lượng và hiệu năng sử dụng là không cao. Nếu chúng ta
xét về mặt kinh doanh thì các nhà cao tầng này sẽ khơng có tính cạnh tranh về lâu
dài.


Trang 12

Chương 2: MỘT SỐ CHUẨN VÀ GIAO THỨC
TRUYỀN THÔNG ỨNG DỤNG CỦA HỆ THƠNG
BMS.
2.1 Giao thức truyền thơng.
Giao thức giao tiếp hay cịn gọi là giao thức truyền thơng; giao thức liên
mạng; giao thức tương tác, vv… giao thức trao đổi thông tin (tiếng Anh là
communication protocol) - trong công nghệ thông tin gọi tắt là giao thức (protocol),
tuy nhiên, tránh nhầm với giao thức trong các ngành khác - là một tập hợp các quy
tắc chuẩn dành cho việc biểu diễn dữ liệu, phát tín hiệu, chứng thực và phát hiện lỗi
dữ liệu - những việc cần thiết để gửi thông tin qua các kênh truyền thông, nhờ đó
mà các máy tính (và các thiết bị) có thể kết nối và trao đổi thông tin với nhau. Các
giao thức truyền thơng dành cho truyền thơng tín hiệu số trong mạng máy tính có
nhiều tính năng để đảm bảo việc trao đổi dữ liệu một cách đáng tin cậy qua một
kênh truyền thơng hồn hảo.
Có nhiều giao thức được sử dụng để giao tiếp hoặc truyền đạt thông tin trên
Internet, dưới đây là một số các giao thức tiêu biểu:
 TCP (Transmission Control Protocol): thiết lập kết nối giữa các máy tính để
truyền dữ liệu. Nó chia nhỏ dữ liệu ra thành những gói (packet) và đảm bảo
việc truyền dữ liệu thành công.
 IP (Internet Protocol): định tuyến (route) các gói dữ liệu khi chúng được
truyền qua Internet, đảm bảo dữ liệu sẽ đến đúng nơi cần nhận.
 HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): cho phép trao đổi thông tin (chủ yếu

ở dạng siêu văn bản) qua Internet.
 FTP (File Transfer Protocol): cho phép trao đổi tập tin qua Internet.
 SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): cho phép gởi các thông điệp thư
điện tử (e-mail) qua Internet.
 POP3 (Post Office Protocol, phiên bản 3): cho phép nhận các thông điệp thư
điện tử qua Internet.


Trang 13

 MIME (Multipurpose Internet Mail Extension): một mở rộng của giao thức
SMTP, cho phép gởi kèm các tập tin nhị phân, phim, nhạc, ... theo thư điện
tử.
 WAP (Wireless Application Protocol): cho phép trao đổi thông tin giữa các
thiết bị không dây, như điện thoại di động.

2.2 Các giao thức truyền thông trong hệ BMS.
Giao thức truyền thông là một yếu tố quan trọng trong cấu hình của BMS vì
nó ảnh hưởng trực tiếp đến dữ liệu được truyền từ điểm này đến điểm khác và bởi vì
các bộ điều khiển phân tán có thể phải lấy dữ liệu của nhau.
Sử dụng giao thức truyền thông ngang hàng (Peer Communication Protocol).
So với giao thức hỏi vòng giao thức ngang hàng có các lợi ích sau:
– Việc truyền thơng khơng phụ thuộc vào một thiết bị đơn lẻ nào – trạm chủ.
– Việc truyền thông được thực hiện trực tiếp giữa các thiết bị trong mạng mà
không cần phải thông qua một trạm trung gian nào.
– Các thông điệp hệ thống được truyền trực tiếp đến tất cả các trạm trên mạng.

2.2.1

Giao thức truyền thông Ethernet.


Lịch sử phát triển của Ethernet:
– Ethernet được phát triển bởi Robert Metcalfe và các đồng nghiệp của ông tại
Xeror vào những năm 1970.
– Robert Mecalfe nhận được bằng PhD từ MIT, luận văn của ông là về
ARPAnet - tiền thân của mạng Internet và ALOHA. Sau khi hồn thành
chưong trình học PhD, ơng vào làm việc tại Xeror và phát triển Ethernet tại
đây.
– Vào những năm 1980 và 1990, có một vài cơng nghệ dành cho mạng LAN là các mạng cục bộ giống như mạng của một công ty hay của một trường đại
học, như Token Ring, FDDI, Ethernet và ATM.
– Ethernet là công nghệ mạng LAN phổ biến và thành công nhất. Nguyên nhân
chủ yếu là do nó rất đơn giản. Do đó một mạng LAN dùng Ethernet rất dễ
quản lý, và các thiết bị Ethernet thì khơng đắt tiền và cho hiệu năng khá cao.


Trang 14

– Ethernet hay còn biết đến dưới tên gọi IEEE 802.3 là một giao thức mạng
chuẩn hóa việc truyền thơng tin gói trong mạng cục bộ. Giao thức Ethernet
được xếp vào lớp thứ hai trong mơ hình OSI tức tầng data link.
Giao thức Ethernet:
– Phương thức truyền gói tin của Ethernet là Carrier-Sense Multiple Access/
Collision Detect (CSMA/CD):
 Trước khi một trạm truyền một frame, nó nghe ngóng mơi trường truyền.
 Nếu mơi trường đó đang rãnh, nó sẽ truyền frame đó.
 Trong q trình truyền, nó theo dõi mơi trường truyền để phát hiện
xung đột.
 Nếu có xung đột xảy ra, trạm đó hủy việc truyền frame đó.
 Nếu mơi trường đang bận, sẽ có 3 phương án:
 1-persistent: liên tục nghe ngóng mơi trường truyền, ngay khi mơi

trường hết bận, nó sẽ bắt đầu truyền frame.
 non-persistent: chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên, sau đó tiếp tục
nghe ngóng mơi trường truyền
 p-consistent: liên tục nghe ngóng mơi trường truyền. Khi môi trường
hết bận, với xác suất p% nó sẽ truyền frame đó, và với xác suất 1-p
phần trăm nó sẽ tiếp tục đợi để nghe ngóng sau.
 Khi đang truyền một frame, trạm truyền theo dõi môi trường để phát hiện
xung đột. Nếu có xung đột thì nó sẽ hủy việc truyền, và dùng giải thuật
Truncated Binary Exponential Backoff để truyền lại frame đó.
Kích thước Ethernet frame:
 Kích thước frame của Ethernet tốc độ 10Mbps là từ 64 Bytes cho tới 1518
Bytes.
 Thời gian truyền tối thiểu của một frame phải lớn hơn RTT, nhờ đó
mà một trạm có thể phát hiện ra xung đột trước khi việc truyền tải
hồn tất.
 Kích thước frame tối thiều = RTT * Tốc độ truyền = 50 microsecond
* 10Mbps = 512 bít =64 bytes.


Trang 15
 Kích thước frame tối đa phải đủ lớn để đạt được hiệu năng sử dụng
mạng cao, tuy nhiên nó khơng được lớn q, nếu khơng các trạm sẽ
phải chờ trong một thời gian rất lâu.
 1518 Bytes được chọn làm kích thước frame tối đa.
 RTT (Round Trip Time) là khoảng thời gian một tín hiệu hoặc một
gói tin chạy từ nguồn (source) đến nơi nhận (destination) và quay
ngược lại.
Thiết bị Ethernet:
a.


Ethernet Card: có hai chế độ hoạt động
 Chế độ Half-Duplex:
 Ở chế độ này, mỗi trạm giả định rằng môi trường truyền được chia sẻ
bởi nhiều hơn hai trạm, do đó nó dùng CSMA-CD.
 Ở chế độ này, một trạm không thể vừa nhận vừa gửi dữ liệu tại cùng
một thời điểm.
 Tất cả các cáp mạng Ethernet đều hỗ trợ chế độ Half-Duplex, ví dụ
cáp đồng trục - hiện không được dùng nữa mà chủ yếu dùng cho cable
TV, cáp xoắn - loại này phổ biến nhất, và cáp quang -dùng cho các
mạng Ethernet nhanh với phạm vi rộng.
 Chế độ Full-Duplex:
 Ở chế độ này, một trạm giả định rằng môi trường truyền được chia sẻ
bởi chỉ hai máy trạm, và có kênh truyền riêng cho việc gửi và nhận dữ
liệu. Do đó, CSMA-CD khơng cịn cần thiết nữa, mỗi trạm có thể gửi
và nhận dữ liệu cùng lúc
 Cáp xoắn và cáp quang hỗ trợ chế độ này.
 Chú ý: Mặc dù cáp xoắn và cáp quang cung cấp các kênh truyền riêng
cho việc gửi và nhận dữ liệu, một máy trạm ở chế độ half-duplex vẫn
không thể gửi và nhận dữ liệu cùng lúc được, điều này là do với
CSMA-CD, nếu một trạm nhận được một frame trong khi đang truyền
một fram khác, nó sẽ coi đấy là xung đột.

b.

Bộ lặp:


Trang 16
 Đây là một thiết bị ở Physical Layer: nó thao tác với các bit chứ
khơng phải với các frame.

 Dùng để nối hai cáp Ethernet với nhau.
 Khuếch đại tín hiệu từ một cáp và gửi tín hiệu đó qua đoạn cáp kia.
 Trong trường hợp nó nhận được tín hiệu đồng thời từ hai đoạn cáp,
một tín hiệu jamming sẽ được gửi tới cả hai đoạn cáp, thơng báo xung
đột.
 Ví dụ, một mạng Ethernet 10Mbps có thể dùng 4 bộ lặp để mở rộng
chiều dài tối đa của cáp từ 500m tới 2500m.
c.

Thiết bị Hub:
 Đây là một thiết bị ở Physical Layer: nó thao tác với các bit chứ
không phải với các frame.
 Dùng để kết nối các máy trạm hoạt động ở chế độ Half-Duplex với
nhau.
 Sao chép tín hiệu từ một trạm tới các trạm khác. Một vài loại hub
khuếch đại tín hiệu, các loại khác thì khơng.
 Trong trường hợp nó nhận được nhiều tín hiệu đồng thời từ các trạm
khác nhau, một tín hiệu jamming sẽ được gửi tới tất cả các trạm,
thông báo xung đột.
 Tất cả các trạm kết nối với một hub có cùng một miền xung đột.

d.

Ethernet switch
 Đây là một thiết bị ở Data Link Layer: nó thao tác với các frame, có
thể đọc được header của một frame.
 Thường được dùng để kết nối các máy trạm hoạt động ở chế độ FullDuplex với nhau.
 Truyền frame tới một máy trạm thích hợp dựa trên địa chỉ MAC đích
của frame.
 Thơng thường, một Ethernet switch có vùng đệm để lưu và truyền các

frame.


Trang 17
 Lưu ý rằng ở chế độ Full-Fuplex không có xung đột, nên khơng có
frame nào bị mất do xung đột, tuy nhiên, một vài frame có thể bị mất
do tràn bộ đệm.

2.2.2

Giao thức truyền thông BACnet.
BACnet (Building Automation and Control network Protocol) là Giao thức

truyền thông của hệ thống điều khiển và tự động hố tồ nhà. Ngày nay, BACnet đã
và đang được các nhà cung cấp thiết bị chấp nhận một cách rộng rãi như một chuẩn
quốc tế trong lĩnh vực tự động hố tồ nhà. BACnet được sáng lập bởi một hiệp hội
các kỹ sư trong lĩnh vực cơ điện lạnh tại Mỹ có tên là ASHRAE.
Với tư cách là một chuẩn truyền thông mở giành cho tịa nhà nó tạo ra nền
chuẩn cho phép các thiết bị của các hãng khác nhau trao đổi thông tin với nhau
trong toà nhà như: Cảnh báo, lịch biểu, theo dõi bằng đồ thị và báo cáo. Chính vì
vậy, BACnet tỏ ra rất cạnh tranh so với các chuẩn giao thức khác thể hiện ở chỗ:
– Chi phí tích hợp hệ thống thấp.
– Tính năng tích hợp hệ thống cao.
– Thu việc điều hành về một máy chủ.
– Loại bỏ sự ràng buộc vào một nhà cung cấp thiết bị.
BACnet là một tiêu chuẩn thông tin giao tiếp không độc quyền, có tính mở.
Nó có thể được áp dụng trong thực tế vào bất kỳ hệ thống nào của tòa nhà ngày nay,
bao gồm HVAC, chiếu sáng (lighting), an tồn sinh mạng (life safety), kiểm sốt
truy cập (access control), vận chuyển (transportation) và bảo trì (maintenance).
Theo thiết kế, tiêu chuẩn này có thể sử dụng trong phạm vi rộng các cơng nghệ

mạng và truyền thơng. Nó được viết ra bao gồm mọi thứ từ việc phải chọn kiểu cáp
nào cho đến việc khởi gán lệnh hoặc yêu cầu thông tin đặc thù ra sao. Các quy tắc
giao tiếp của BACnet được thiết kế đặc thù cho các thiết bị điều khiển và tự động
hóa tịa nhà, bao gồm các tác vụ như đọc nhiệt độ yêu cầu ra sao, gửi trạng thái báo
động (status alarm).
Cách giải quyết mà các nhà phát triển BACnet triển khai khi thiết lập tiêu
chuẩn đề ra rằng, cho một hệ thống thực sự có tính đổi lẫn được cần phải có một vài
điều khoản tiêu chuẩn hóa cho hai thành phần chính sau đây: một là sự vận hành


Trang 18

toàn thể hệ thống và hai là các thành phần hệ thống riêng lẻ. Họ thực hiện việc này
bằng cách sử dụng giải pháp hướng đối tượng (object-oriented) trong các việc xét
duyệt, điều khiển, sửa đổi và tương tác với thông tin từ các thiết bị khác nhau. Một
mô hình hướng đối tượng BACnet (object-oriented model) bao gồm hai thành phần
chính sau: các đối tượng (objects) và các dịch vụ (services). Dịch vụ ở đây có thể
hiểu là tập hợp các lệnh logic.
Với BACnet, objects là một tập hợp các thuộc tính (properties), mỗi thuộc
tính đại diện cho một số bit thơng tin . Bên cạnh các thuộc tính mang tính tiêu
chuẩn, objects có thể bao gồm các thuộc tính của nhà sản xuất miễn là chúng thi
hành chức năng tuân theo tiêu chuẩn. BACnet cũng định nghĩa các trạng thái có thể
xảy ra cho mỗi thuộc tính của một object. Điều làm cho giải pháp hướng đối tượng
hoạt động đó là mọi object và thuộc tính được định nghĩa bởi hệ thống thì có thể
truy cập được một cách chính xác theo cùng một cách thức.
Q trình đọc và ghi một thuộc tính BACnet gọi là service. Services là
những phương thức được sử dụng bởi bất kỳ thiết bị BACnet nào khi nó giao tiếp
với một thiết bị BACnet khác, bao gồm việc nhận, truyền tải thông tin hoặc xử lý
một hành động (action). Tiêu chuẩn đề ra một phạm vi rộng lớn các services cho
việc truy xuất các objects và thuộc tính của chúng.

Để đảm bảo rằng các sản phẩm được phát triển bởi các nhà sản xuất khác
nhau tn theo tiêu chuẩn BACnet, một phịng thí nghiệm kiểm tra được lập ra.
Phịng thí nghiệm này kiểm tra và cấp chứng nhận cho mọi thiết bị được tn theo
tiêu chuẩn. Phịng thí nghiệm cũng phát triển một bộ hồn chỉnh các quy trình kiểm
tra để cho các nhà sản xuất sử dụng.

2.2.3

Giao thức LonMark.
Giao thức thứ hai, LonMark đưa ra cách giải quyết theo kiểu khác đối với

vấn đề tính đổi lẫn. Khơng như BACnet, LonMark là giao thức sở hữu độc quyền
bởi tập đoàn Echelon Corporation liên kết với Motorola vào đầu thập niên 1990.
Tiêu chuẩn LonMark được dựa trên giao thức thơng tin có sở hữu với tên gọi
LonTalk. Giao thức LonTalk thiết lập một bộ quy tắc quản lý việc giao tiếp thông
tin trong một mạng các thiết bị cùng hợp tác. Để đơn giản hóa việc thực thi giao