Tòa nhà thông minh BMS :Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ Điện

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÕA NH THÔNG MINH MS

SINH VIÊN : TẠ VIẾT MINH TIẾN

MSSV : 14039631

LỚP : DHDKTD10C

GVHD : THS. NGUYỄN ĐỨC TO N

TP. HCM, NGÀY 15 THÁNG 06 NĂM 2018

I

PHIẾU GIAO ĐỀ T I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài

(1): Võ Mạnh Cƣờng, MSSV: 14136991

(2): Bùi Trần Trung Thái, MSSV: 14074781

(3): Tạ Viết Minh Tiến, MSSV: 14039631

2. Tên đề tài

T NHÀ TH NG MINH BMS

3. Nội dung

Tìm hiểu và xây dựng một mô hình T MS

4. Kết quả

Nắm đƣợc kiến thức chuyên môn cần thiết, cách thức xây dựng một hệ BMS

và hoàn thành mô hình một T MS vận hành đƣợc.

Giảng viên hƣớng dẫn Tp. HCM, y á ă 20..

Sinh viên

II

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

III

MỤC LỤC

PHIẾU GIAO ĐỀ T I ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP...................................................... 1

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ..................................................... 2

MỤC LỤC................................................................................................................... 3

D NH SÁCH CÁC HÌNH VẼ................................................................................... 7

D NH SÁCH CÁC BẢNG...................................................................................... 10

CHƢƠNG 1: LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI........................................................................ 1

1.1. Đặt Vấn Đề........................................................................................................1

1.2. Mục Tiêu Đề Tài ...............................................................................................1

CHƢƠNG 2: TỔNG QU N VỀ H THỐNG T NHÀ TH NG MINH BMS.... 2

2.1. Khái Niệm Về Hệ Thống Quản Lý Tòa Nhà (BMS)........................................2

2.2. Tính Năng Chính, Cấu Trúc, Ƣu Điểm Của Hệ Thống BMS...........................3

2.2.1. Tính năng chính của hệ thống BMS...........................................................3

2.2.2. Cấu trúc của hệ thống BMS .......................................................................4

2.2.3. Khác biệt, ƣu điểm của hệ thống BMS so với các hệ thống khác..............5

2.3. Giới Thiệu Một Tòa Nhà BMS Thực Tế...........................................................7

CHƢƠNG 3: MẠNG TRUYỀN TH NG CHO BMS TRONG ĐỀ TÀI.................. 9

3.1. Khái Niệm Truyền Thông, Mạng, Giao Thức Và Mạng Truyền Thông Công

Nghiệp .................................................................................................................................9

3.2. Chuẩn Truyền Thông MODBUS ......................................................................9

3.2.1. Tổng quan...................................................................................................9

3.2.2. Ứng dụng của giao thức modbus .............................................................10

3.2.3. So sánh giữa profibus và modbus ............................................................11

3.3. TCP-IP Trong Modbus....................................................................................12

IV

3.3.1. Tổng quan.................................................................................................12

3.3.2. Các tầng giao thức của bộ giao thức TCP-IP...........................................12

3.3.3. Những đặc tính quan trọng của TCP-IP...................................................13

3.4. Chuẩn Truyền Thông I2C................................................................................14

CHƢƠNG 4: CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI.............................. 17

4.1. TIA Portal V13-SP1........................................................................................17

4.2. Desigo CC .......................................................................................................18

4.2.1. Giới thiệu tổng quan về Desigo CC .........................................................18

4.2.2. Giao diện desigo.......................................................................................18

4.2.3. Các chức năng chính của Desigo CC.......................................................19

4.3. Arduino IDE....................................................................................................20

4.3.1. Những phần cơ bản của giao diện phần mềm Arduino IDE:...................20

4.3.2. Các chức năng cơ bản của các biểu tƣợng trên phần mềm......................21

CHƢƠNG 5: CÁC THIẾT BỊ TRONG M HÌNH T NHÀ .............................. 22

5.1. Các Thiết Bị Xây Dựng Mạng Truyền Thông ................................................22

5.1.1. Cấu trúc chung .........................................................................................22

5.1.2. Nguồn.......................................................................................................22

5.1.3. Modem TP_LINK TL-SF1005D..............................................................23

5.1.4. PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC ...................................................24

5.1.4.a Tổng quan PLC S7-1200 SIEMENS..................................................24

5.1.4.b CPU S7-1200 .....................................................................................25

5.1.4.c Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC................26

5.1.5 DRUINO UNO R3 và Arduino ETHERNET SHIELD.........................26

5.1.5.a ADRUINO UNO R3 ..........................................................................26

5.1.5.b ADRUINO SHIELD- ETHERNET – HANRUN..............................27

5.2. Các Thiết Bị Trong Mô Hình Tòa Nhà BMS Thực Hiện ...............................28

V

5.2.1. Các tầng: 3 tầng lầu + 1 tầng hầm............................................................29

5.2.1.a Tầng lầu..............................................................................................29

5.2.1.b Tầng hầm............................................................................................30

5.2.2. Hành lang .................................................................................................31

5.2.3. Hệ thống lạnh ...........................................................................................31

5.2.4. Nguồn, truyền thông và điều khiển..........................................................33

CHƢƠNG 6: THI C NG M HÌNH T NHÀ TH NG MINH BMS................ 35

6.1. Kết Nối Phần Cứng .........................................................................................35

6.2. Giao Tiếp Phần Mềm ......................................................................................36

6.2.1. Lập trình trên Tia Portal V11 ...................................................................36

6.2.1.a Tạo Project..........................................................................................36

6.2.1.b Định dạng T G cho các biến thiết bị trong mô hình.........................39

6.2.1.c Làm việc với trạm PLC......................................................................41

6.2.1.d Viết chƣơng trình truyền nhận dữ liệu trên PLC ...............................43

6.2.2. Lập trình trên druino .............................................................................50

6.2.3. Thiết kế giao diện các hệ thống trên Desigo............................................51

6.3. Thi Công Các Hệ Thống Trong Mô Hình Tòa Nhà........................................51

6.3.1. Hệ Chiller.............................................................................................52

6.3.2. Hệ bơm chữa cháy................................................................................53

6.3.3. Hệ cấp thoát nƣớc.................................................................................53

6.3.4. FCU ......................................................................................................54

6.3.5. AHU .....................................................................................................55

6.3.6. Hệ quạt tầng hầm .................................................................................57

6.3.7. Chiếu sáng các tầng..............................................................................57

6.3.8. Báo khói các tầng .................................................................................58

6.3.9. Quạt hút khói các tầng..........................................................................59

6.3.10. Đồng hồ điện ......................................................................................60

6.3. Hƣớng Phát Triển Thêm Cho Đề Tài..............................................................61

VI

6.4. Kết Quả Thi Công ...........................................................................................67

KẾT LUẬN............................................................................................................... 75

TÀI LI U THAM KHẢO......................................................................................... 77

PHỤ LỤC.................................................................................................................. 78

Code PLC chƣơng trình giao tiếp ..........................................................................78

Code Adruino Master.............................................................................................89

Code Adruino Slave 1 ............................................................................................91

Code Adruino Slave 2 ............................................................................................92

Code PLC chƣơng trình hệ Chiller ........................................................................93

Code PLC ứng dụng cảm biến khí ga cho hệ quạt tầng hầm.................................94

Code PLC lập trình giả lập sự cố hỏa hoạn............................................................94

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... 95

VII

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Hình ảnh tổng quan một hệ thống BMS .......................................................3

Hình 2.2 Ví dụ BMS điều khiển liên động các hệ thống cơ điện trong tòa nhà tùy

theo từng trƣờng hợp sự cố xảy ra . ........................................................................................4

Hình 2.3 Ba cấp của hệ thống BMS.............................................................................4

Hình 2.4 Ví dụ một hệ thống điều khiển Nhà thông minh ( Smart Home ).................5

Hình 2.5 Hình ảnh tòa nhà điều hành viễn thông Mobifone Cần Thơ.........................7

Hình 3.1 Minh họa mạng Modbus .............................................................................10

Hình 3.2 Minh họa Modbus TCP/IP ..........................................................................10

Hình 3.3 Minh họa các tầng giao thức của TCP-IP ...................................................12

Hình 3.4 Minh họa các giao thức tƣơng ứng với các lớp trong mô hình TCP-IP......13

Hình 3.5 Minh họa giao tiếp I2C................................................................................14

Hình 4.1 Phần mềm TIA Portal..................................................................................17

Hình 4.2 Ví dụ giao diện Desigo CC .........................................................................18

Hình 4.3 Giao diện phần mềm Arduino IDE .............................................................20

Hình 5.1 Minh họa cấu trúc mạng truyền thông MODBUS TCP/IP của đồ án.........22

Hình 5.2 Hình ảnh bộ nguồn PLC đồ án sử dụng ......................................................23

Hình 5.3 Hình ảnh bộ nguồn 5V đồ án sử dụng.........................................................23

Hình 5.4 Hình ảnh bộ nguồn 12V đồ án sử dụng.......................................................23

Hình 5.5 Hình ảnh Modem TP_LINK TL-SF1005D.................................................24

Hình 5.6 Các khối chức năng CPU S7-1200..............................................................25

Hình 5.7 PLC S7-1200 CPU 1214C sử dụng.............................................................26

Hình 5.8 Hình ảnh ADRUINO UNO R3 ...................................................................26

Hình 5.9 DRUINO SHIELD- ETHERNET – HANRUN sử dụng .........................27

Hình 5.10 Mô hình tòa nhà BMS nhóm thực hiện.....................................................28

Hình 5.11 Các tầng trong mô hình .............................................................................29

Hình 5.12 Quạt tản nhiệt 12V trong mô hình.............................................................29

VIII

Hình 5.13 LED trong mô hình ...................................................................................29

Hình 5.14 Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ trong mô hình..................................................30

Hình 5.15 Cảm biến MQ-2 trong mô hình.................................................................30

Hình 5.16 Tầng hầm trong mô hình ...........................................................................31

Hình 5.17 Hành lang trong mô hình...........................................................................31

Hình 5.18 Bơm và sò lạnh trong mô hình ..................................................................31

Hình 5.19 Bình đựng nƣớc tản nhiệt trong mô hình ..................................................32

Hình 5.20 Quạt tản nhiệt 12V trong mô hình.............................................................32

Hình 5.21 Đƣờng ống dẫn khí lạnh lên các tầng trong mô hình................................32

Hình 5.22 Bộ nguồn và PLC trong mô hình .............................................................33

Hình 5.23 Các bộ relay trong mô hình.......................................................................33

Hình 5.24 Các board DRUINO trong mô hình .......................................................34

Hình 5.25 Modem TP_LINK trong mô hình .............................................................34

Hình 6.1 Sơ đồ đi dây các thiết bị..............................................................................35

Hình 6.2 Biểu tƣợng của phần mềm TIA PORTAL ..................................................36

Hình 6.3 Màn hình chính của phần mềm TIA PORTAL...........................................37

Hình 6.4 Tạo dự án mới trên phần mềm TIA PORTAL............................................37

Hình 6.5 Chọn configure a device..............................................................................37

Hình 6.6 Chọn add new device ..................................................................................38

Hình 6.7 Chọn loại CPU PLC....................................................................................38

Hình 6.8 Loại CPU PLC đã chọn...............................................................................38

Hình 6.9 Bảng địa chỉ Tag .........................................................................................39

Hình 6.10 Biểu tƣợng download chƣơng trình lên PLC............................................42

Hình 6.11 Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface.............42

Hình 6.12 Chọn start all nhƣ hình vẽ và nhấn finish .................................................42

Hình 6.13 Giám sát chƣơng trình trên màn hình cách 1 ............................................43

Hình 6.14 Giám sát chƣơng trình trên màn hình cách 2 ............................................43

Hình 6.15 Màn hình khi giám sát...............................................................................43

Hình 6.16 Giao diện hệ Chiller ..................................................................................52

Hình 6.17 Giao diện hệ bơm chữa cháy.....................................................................53

IX

Hình 6.18 Giao diện hệ cấp thoát nƣớc......................................................................54

Hình 6.19 Giao diện hệ FCU......................................................................................55

Hình 6.20 Giao diện hệ AHU.....................................................................................56

Hình 6.21 Giao diện hệ quạt tầng hầm.......................................................................57

Hình 6.22 Giao diện hệ chiếu sáng các tầng ..............................................................58

Hình 6.23 Giao diện báo khói các tầng ......................................................................59

Hình 6.24 Giao diện quạt hút khói các tầng...............................................................59

Hình 6.25 Giao diện đồng hồ điện .............................................................................60

Hình 6.26 Các bƣớc tạo Alarm ..................................................................................65

Hình 6.27 Giao diện larm khi có sự cố ...................................................................66

Hình 6.28 Xác nhận sự cố Alarm...............................................................................67