Hệ thống BMS là gì? Cấu trúc 3 tầng và protocol kết nối chi tiết

Hệ thống BMS (Building Management System) là giải pháp quản lý và điều khiển tích hợp, giúp vận hành hiệu quả các hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà, nhà máy và Data Center.

BMS thường được xây dựng theo cấu trúc 3 tầng: Field – Automation – Management, mỗi tầng có nhiệm vụ riêng và kết nối thông qua các protocol truyền thông.

1. Tầng hiện trường (Field Level) – Cảm biến và thiết bị chấp hành

Thiết bị chính:

• Cảm biến: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, lưu lượng, khói.
• Actuator: van, damper, motorized valve.
• Công tắc, relay, contact tín hiệu ON/OFF.

Protocol & kết nối:

• Tín hiệu Analog: 4-20mA, 0-10V cho nhiệt độ, áp suất.
• Digital Input/Output (DI/DO): cho trạng thái chạy/dừng, fault.
• Modbus RTU (RS485): kết nối đồng hồ lưu lượng, đồng hồ điện.

M-Bus: dùng cho đồng hồ đo nhiệt lượng.

Chức năng:

• Thu thập dữ liệu từ môi trường thực.
• Gửi tín hiệu về tầng Automation.
• Nhận lệnh điều khiển (đóng/mở van, khởi động bơm).

Ví dụ: Cảm biến nhiệt độ gửi tín hiệu 0-10V đến DDC; van điều khiển nhận lệnh ON/OFF từ DDC qua DO.

2. Tầng tự động hóa (Automation Level) – Bộ não điều khiển

Thiết bị chính: DDC (Direct Digital Controller), Gateway, I/O Module.

Protocol & kết nối:

• BACnet MS/TP: điều khiển thiết bị HVAC cục bộ. 
• Modbus RTU/RS485: giao tiếp biến tần, đồng hồ điện.
• LonWorks: tồn tại ở một số hệ HVAC cũ.
• Gateway chuyển đổi: từ Modbus RTU sang BACnet/IP để đẩy dữ liệu lên tầng quản lý.

Chức năng:

• Xử lý logic điều khiển (PID, sequence).
• Quản lý alarm, trend cục bộ.
• Truyền dữ liệu lên server qua BACnet/IP, Modbus TCP.

Ví dụ: DDC AHU nhận dữ liệu cảm biến CO₂, điều chỉnh lưu lượng gió qua VSD (giao tiếp Modbus RTU), đồng thời gửi báo cáo trạng thái lên server qua BACnet/IP.

3. Tầng quản lý (Management Level) – Trung tâm giám sát

Thiết bị chính: Server BMS, Workstation, HMI, Web Client, Mobile App.

Protocol & kết nối:

• BACnet/IP, Modbus TCP/IP: kết nối trực tiếp với DDC, gateway.
• OPC/OPC UA: giao tiếp SCADA, hệ thống sản xuất.
• SNMP: giám sát thiết bị IT, switch, PDU/iPDU trong Data Center.
• QL Database: lưu trữ trendlog, báo cáo.
• Web API/MQTT: kết nối IoT, cloud, ERP, DCIM.

Chức năng:

• Hiển thị giao diện BMS (graphic).
• Quản lý báo động (alarm).
• Lưu trữ dữ liệu dài hạn, xuất báo cáo.
• Tích hợp với hệ thống khác (DCIM, ERP).

Ví dụ: Quản lý Data Center xem báo cáo tiêu thụ điện rack iPDU qua SNMP, đồng thời xuất report từ SQL Database.

4. Sự phối hợp 3 tầng và các protocol

Field → Automation: Modbus RTU, M-Bus, DI/DO, Analog.

Automation → Management: BACnet/IP, Modbus TCP, OPC.

Management → Enterprise: SNMP, Web API, MQTT, SQL.

Sự phối hợp này giúp dữ liệu từ hiện trường được xử lý ở tầng Automation và hiển thị tập trung tại tầng Management, bảo đảm vận hành thông minh – mở rộng linh hoạt – tiết kiệm năng lượng.

 5. Lợi ích của cấu trúc 3 tầng và protocol kết nối

• Khả năng mở rộng: Dễ tích hợp thêm thiết bị mới từ nhiều hãng.
• Tối ưu chi phí: Sử dụng chuẩn mở (BACnet, Modbus) thay vì protocol độc quyền.
• Quản lý tập trung: Một giao diện duy nhất cho toàn bộ hệ thống.
• Độ tin cậy cao: Cảnh báo và báo cáo kịp thời.
• Hướng đến IoT & AI: Sẵn sàng kết nối cloud, phân tích dữ liệu lớn.

6. Ứng dụng thực tế hệ thống BMS

• Tòa nhà văn phòng: BACnet/IP cho HVAC, Modbus cho điện, SQL cho báo cáo.
• Nhà máy: SCADA + BMS kết hợp qua OPC.
• Data Center: SNMP cho IT, BACnet/IP cho HVAC, SQL + DCIM cho giám sát tổng thể. 

Hệ thống BMS với cấu trúc 3 tầng cùng các protocol kết nối mở giúp quản lý tòa nhà, nhà máy và Data Center hiệu quả. Khi được triển khai đúng quy trình T&C (Testing & Commissioning), hệ thống đảm bảo ổn định – tiết kiệm – dễ mở rộng.