ระบบบริหารจัดการอาคาร (BMS): หัวควบคุมแบบเปิดด้วย BACnet และรูปแบบการติดตั้งเสริมในอาคารเดิม

ระบบบริหารจัดการอาคาร (BMS) คือชั้นการควบคุมที่ตัดสินว่าเครื่องทำความเย็นจะทำงานเมื่อใด แดมเปอร์จะปรับการเปิดปิดอย่างไร วงจรไฟส่องสว่างจะจ่ายไฟหรือไม่ และประตูควบคุมการเข้าออกจะปลดล็อกเมื่อใด ในไซต์งานที่ออกแบบมาอย่างดี BMS จะทำงานอยู่เบื้องหลังโดยไม่เป็นที่สังเกต ส่วนในไซต์งานที่ออกแบบมาไม่ดี BMS คือสาเหตุที่ทำให้เครื่องส่งลมเย็นทำงานขัดแย้งกันเอง และระบบน้ำเย็นต้องทำงานเพื่อรักษาค่าเซ็ตพอยต์ที่ไม่มีผู้ใช้อาคารคนใดสนใจ

หน้านี้ครอบคลุมว่า BMS ควบคุมอะไรและจงใจไม่ควบคุมอะไร โปรโตคอลและสถาปัตยกรรมหัวควบคุมที่ EcoXplore ติดตั้ง รูปแบบการติดตั้งเสริม BMS ทับบนระบบเดิม และวิธีที่ BMS เชื่อมต่อกับข้อมูลของ EMS และ PQMS

BMS ควบคุมอะไร

ขอบเขตทั่วไปของ BMS:

• HVAC ระบบน้ำเย็น (เครื่องทำความเย็น ปั๊ม หอผึ่งเย็น) เครื่องส่งลมเย็น เทอร์มินอลปริมาณลมแปรผัน ระบบดูดอากาศ และการลดความชื้น
• ไฟส่องสว่าง การใช้แสงธรรมชาติ การหรี่ไฟตามการมีผู้ใช้งาน และวงจรตามกำหนดเวลา ปัจจุบันขอบเขตของไฟส่องสว่างมักถูกแยกออกไปเป็นระบบควบคุมเฉพาะที่สื่อสารกับ BMS ผ่าน BACnet/IP แทนที่จะอยู่ภายใน BMS เอง
• การเชื่อมต่อระบบควบคุมการเข้าออกและระบบความปลอดภัยต่อชีวิต สถานะประตู สถานะลิฟต์ สถานะเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และการควบคุมควัน BMS อ่านค่าเหล่านี้แต่ไม่ได้เป็นเจ้าของ แผงควบคุมสัญญาณเตือนเพลิงไหม้ (FACPs) ยังคงอยู่ภายใต้ SS 575, NFPA 72 หรือมาตรฐานเทียบเท่าในท้องถิ่น และต้องไม่ถูกแทนที่ด้วยฟังก์ชันของ BMS
• ระบบประปา สถานะปั๊มเพิ่มแรงดัน ระดับน้ำในถัง และสัญญาณเตือนการรั่วซึม
• การดึงข้อมูลมิเตอร์ย่อย ในกรณีที่ไม่ได้ติดตั้ง EMS แบบบูรณาการ BMS มักทำหน้าที่เป็นตัวรวมข้อมูลมิเตอร์สำหรับมิเตอร์ย่อยด้านสาธารณูปโภค

BMS ไม่ได้ทำงานแทนแผงควบคุมสัญญาณเตือนเพลิงไหม้ ขอบเขตนี้สำคัญในสิงคโปร์ ซึ่ง SCDF กำหนดให้ FACP ต้องเป็นระบบที่ผ่านการรับรอง ขึ้นทะเบียน และทำงานแบบสแตนด์อโลน BMS ที่เฝ้าดูสถานะ FACP ผ่านหน้าสัมผัสรีเลย์นั้นใช้ได้ แต่ BMS ที่ออกคำสั่งสัญญาณเตือนเพลิงไหม้ถือว่าไม่เป็นไปตามข้อกำหนด

หัวควบคุมแบบเปิดเทียบกับแบบเฉพาะของผู้ผลิต

หัวควบคุมของ BMS คือชั้นซอฟต์แวร์ควบคุมระดับสูงที่ใช้แสดงผลจุดข้อมูล ตั้งค่ากำหนดเวลา และจัดเก็บแนวโน้ม การเลือกหัวควบคุมเป็นตัวกำหนดทุกการตัดสินใจในภายหลังเกี่ยวกับการขยายระบบ การเชื่อมต่อ และการผูกขาดกับผู้รับเหมา

ระบบควบคุมส่วนกลางแบบเปิด รองรับ BACnet/IP, BACnet MS/TP, Modbus TCP และ OPC UA โดยตรง ผู้รับเหมารายใหม่สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ใหม่ได้โดยไม่ต้องจ่ายค่าลิขสิทธิ์สำหรับการเชื่อมต่อแต่ละครั้ง Niagara Framework ระบบควบคุมส่วนกลางที่ใช้ Tridium และ Schneider EcoStruxure หลายรุ่นจัดอยู่ในประเภทนี้

หัวควบคุมแบบเฉพาะของผู้ผลิต รองรับโปรโตคอลของผู้ผลิตโดยตรง (เช่น Johnson Metasys N2, Siemens APOGEE FLN, Honeywell C-Bus) การเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างยี่ห้อต้องใช้เกตเวย์แปลโปรโตคอล ซึ่งเพิ่มต้นทุนการบำรุงรักษาและสร้างจุดล้มเหลวเพียงจุดเดียว

สำหรับอาคารสร้างใหม่ EcoXplore แนะนำหัวควบคุมแบบเปิดในเกือบทุกกรณี ผู้ผลิตจะได้กำไรคืนจากฮาร์ดแวร์ การตรวจรับระบบ และการบริการ ส่วนลูกค้ายังคงรักษาสิทธิ์ในการเลือกผู้บูรณาการระบบรายอื่นในการปรับปรุงครั้งถัดไป

ทำไม BACnet จึงสำคัญ

BACnet (ASHRAE 135) เป็นโปรโตคอลแบบเปิดที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการควบคุมอาคารในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ อเมริกาเหนือ และยุโรป โปรโตคอลนี้กำหนด:

• ชนิดออบเจ็กต์มาตรฐาน (อินพุตแบบอนาล็อก เอาต์พุตแบบไบนารี กำหนดการ บันทึกแนวโน้ม ฯลฯ) เพื่อให้คอนโทรลเลอร์จากผู้ผลิต A ถูกอ่านค่าได้โดยหัวควบคุมจากผู้ผลิต B โดยไม่ต้องใช้ไดรเวอร์เฉพาะ
• BIBBs (BACnet Interoperability Building Blocks) ที่ระบุอย่างชัดเจนว่าอุปกรณ์ต้องรองรับบริการใดบ้างเพื่ออ้างความสอดคล้องในระดับที่กำหนด
• กรอบการทดสอบ ผ่าน BACnet International เพื่อให้การอ้างความสอดคล้องสามารถตรวจสอบได้

Modbus เก่ากว่า เรียบง่ายกว่า และพบได้ทั่วไปในระดับมิเตอร์และ VFD แต่ Modbus ไม่มีโมเดลออบเจ็กต์ในตัว การเชื่อมต่อ Modbus ทุกครั้งเป็นงานทำแผนผังรีจิสเตอร์เฉพาะกิจ ส่วนการเชื่อมต่อ BACnet สามารถทำซ้ำได้

สำหรับการกำหนดข้อกำหนดงาน BMS ในสิงคโปร์ มาตรฐานอ้างอิงคือ ASHRAE Guideline 13 (การกำหนดข้อกำหนดการควบคุม DDC) และคู่มืองานเครื่องกลและไฟฟ้าของ Green Mark โดย BCA

รูปแบบการติดตั้งเสริม: การติดตั้งทับบนระบบเดิม

งาน BMS ส่วนใหญ่ในอาคารที่ใช้งานมานานเป็นงานติดตั้งเสริม รูปแบบที่ประสบความสำเร็จคือ:

1. สำรวจสิ่งที่มีอยู่ เดินตรวจตู้ควบคุมร่วมกับทีมบำรุงรักษาเดิม จัดทำแผนผังคอนโทรลเลอร์ เกตเวย์ และโปรโตคอลทุกตัว ถ่ายภาพการเดินสายที่ตู้แต่ละจุด การติดตั้งของ Honeywell หรือ Siemens รุ่นเก่ามักมีการเดินสายภาคสนามที่ไม่มีเอกสารและไม่มีใครที่ยังมีชีวิตอยู่จดจำได้
2. ตัดสินใจว่าจะเก็บอะไรไว้ คอนโทรลเลอร์ AHU ที่ยังทำงานดีและมีอายุการใช้งานเหลืออีกสามปีไม่ใช่ตัวเลือกที่ต้องเปลี่ยน ส่วนคอนโทรลเลอร์แฟนคอยล์ที่กำลังเสียและไม่มีอะไหล่อาจต้องเปลี่ยน เก็บสิ่งที่ยังใช้งานได้ไว้
3. เลือกขอบเขตการเชื่อมต่อ โดยทั่วไปที่ชั้นคอนโทรลเลอร์ระดับชั้นหรือระดับโซน โดยคงคอนโทรลเลอร์ระดับเทอร์มินัลยูนิตไว้ แล้วติดตั้งหัวควบคุมระดับสูงตัวใหม่ทับ ใช้ BACnet/IP ที่ขอบเขต และใช้โปรโตคอลภาคสนามเดิมไม่ว่าจะเป็นแบบใดในชั้นล่าง
4. เดินระบบคู่ขนาน เปิดใช้หัวควบคุมตัวใหม่ในโหมดเฝ้าดูอย่างเดียวเป็นเวลาสองถึงสี่สัปดาห์ เปรียบเทียบคำสั่งของมันกับระบบเดิมก่อนถ่ายโอนการควบคุม
5. สลับการทำงานและปลดระวาง ย้ายแต่ละโซนของระบบทีละโซน คงหัวควบคุมตัวเดิมให้ทำงานในโหมดอ่านอย่างเดียวต่อไปอีกสองสัปดาห์เพื่อเป็นเครือข่ายความปลอดภัย

การข้ามขั้นตอนที่ 4 คือสาเหตุที่ทำให้วันสลับระบบกลายเป็นข่าวใหญ่

การเชื่อมต่อกับ EMS และ PQMS

BMS คือระบบปฏิบัติการ EMS คือระบบรายงานพลังงาน ส่วน PQMS คือระบบเฝ้าติดตามคุณภาพการจ่ายไฟ ทั้งสามระบบเชื่อมต่อกันที่จุดเชื่อมต่อที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน:

• BMS ↔ EMS ใช้ BACnet/IP สำหรับการแบ่งปันจุดข้อมูลแบบเรียลไทม์ (kW, kWh, สถานะ) EMS อาจดึงข้อมูลย้อนหลังโดยตรงจาก BMS ในกรณีที่หัวควบคุมของ BMS เปิดเผยบันทึกแนวโน้มผ่านอินเทอร์เฟซ SQL หรือ REST
• BMS ↔ PQMS พบได้น้อยกว่าในชั้นการควบคุมแบบเรียลไทม์ เพราะเหตุการณ์คุณภาพไฟฟ้าเกิดในระดับต่ำกว่าหนึ่งรอบคลื่น ขณะที่อัตราการสแกนของ BMS อยู่ในระดับวินาที ในกรณีที่มีความสำคัญ (เช่น แผนการถ่ายโอนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) เหตุการณ์คุณภาพไฟฟ้าจะกระตุ้นเอาต์พุตสัญญาณเตือนแบบแยกส่วนไปยัง BMS แทนการสตรีมข้อมูลคุณภาพไฟฟ้า
• EMS ↔ PQMS ใช้มิเตอร์เก็บค่าใช้จ่ายร่วมกันในกรณีที่ฮาร์ดแวร์รองรับทั้งสองอย่าง ดูการเปรียบเทียบ EMS เทียบกับ PQMS

การกำหนดข้อกำหนดการเชื่อมต่อไว้ในข้อกำหนดของโครงการ ไม่ใช่เป็นคำสั่งเปลี่ยนแปลงระหว่างการตรวจรับระบบ คือความแตกต่างระหว่างระบบที่ทำงานได้กับชุดรีเลย์ที่ถูกต่อพ่วงเข้าด้วยกันแบบลวก ๆ ในช่วงส่งมอบงาน

แนวทางของ EcoXplore

งาน BMS ของ EcoXplore ยึดตามหลักการชุดเล็ก ๆ ดังนี้:

1. หัวควบคุมแบบเปิดเป็นค่าเริ่มต้น ใช้ระบบปิดเฉพาะในกรณีที่ข้อกำหนดเฉพาะของผู้เช่าหรือสัญญากับผู้ผลิตเดิมบังคับให้ต้องใช้เท่านั้น
2. ข้อกำหนดที่เน้น BACnet เป็นหลัก ใช้ Modbus ในกรณีที่เหมาะสม (มิเตอร์, VFD) และใช้ BACnet/IP ในที่อื่นทั้งหมด
3. การตรวจรับระบบที่มีเอกสารกำกับ การทดสอบทีละจุดพร้อมบันทึกที่ลงนาม การทดสอบลำดับการทำงานเทียบกับเอกสารเจตนาการออกแบบ และการฝึกอบรมที่ส่งมอบให้แก่ทีมบำรุงรักษาประจำไซต์
4. ความสามารถในท้องถิ่น BCA ME02 L5 หมายความว่าทีมงานมีคุณสมบัติในการนำงาน M&E ในสิงคโปร์ การควบคุมคุณภาพตาม ISO 9001 ครอบคลุมไปถึงบันทึกการตรวจรับระบบ ไม่ใช่เพียงกระบวนการในสำนักงานเท่านั้น

คำถามที่พบบ่อย

ใช้ BMS เป็นระบบบริหารจัดการพลังงานได้หรือไม่ ได้บางส่วน BMS เก็บข้อมูลมิเตอร์แบบเรียลไทม์และสร้างแดชบอร์ดได้ แต่โดยทั่วไปไม่สามารถสร้างรายงานในรูปแบบ ISO 50001 หรือปรับเทียบการใช้พลังงานกับตัวแปรขับเคลื่อนได้ สำหรับการใช้งานเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนด ควรวาง EMS เฉพาะทางทับลงไป

BMS กับ EMS ต่างกันอย่างไร BMS ควบคุมอุปกรณ์ ส่วน EMS วัดและรายงาน โดยปกติเป็นระบบที่แยกจากกันซึ่งแบ่งปันข้อมูลกันผ่าน BACnet/IP

จำเป็นต้องเปลี่ยนหัวควบคุม หรือขยายระบบเดิมได้ บ่อยครั้งที่ระบบเดิมสามารถขยายได้ผ่านเกตเวย์ การเปลี่ยนใหม่มีเหตุผลรองรับเมื่อหัวควบคุมเดิมหมดอายุการใช้งาน (ไม่มีอะไหล่ ไม่มีการสนับสนุนเฟิร์มแวร์) หรือเมื่อการผูกขาดแบบเฉพาะขัดขวางการเชื่อมต่อที่จำเป็น

การติดตั้งเสริมใช้เวลานานเท่าใด การติดตั้งเสริมทีละชั้นในอาคารพาณิชย์ขนาดกลางใช้เวลาสี่ถึงเก้าเดือนนับจากเริ่มโครงการจนถึงการสลับระบบเต็มรูปแบบ ขึ้นอยู่กับความร่วมมือของผู้เช่าและช่วงเวลาทำงานนอกเวลา

BACnet ปลอดภัยหรือไม่ BACnet/IP ทำงานบนเครือข่าย IP มาตรฐานและสืบทอดแนวปฏิบัติด้านความปลอดภัยเครือข่ายมาตรฐาน การแบ่งเครือข่ายลงบน VLAN ควบคุมเฉพาะพร้อมกฎไฟร์วอลล์เป็นมาตรฐานพื้นฐาน BACnet/SC (BACnet Secure Connect) เพิ่ม TLS ที่ชั้นโปรโตคอลสำหรับการติดตั้งใหม่

ปรึกษาทีมระบบควบคุมของ EcoXplore

สำหรับการประเมินการติดตั้งเสริม BMS ข้อกำหนดสำหรับอาคารสร้างใหม่ หรือการย้ายไปสู่หัวควบคุมแบบเปิด ติดต่อทีมงาน EcoXplore