Chế tạo một số phần tử và thiết bị điều khiển, đo lường quan trọng trên tàu thuỷ bằng phương pháp chuẩn module và ứng dụng các công nghệ tiên tiến - Hồ sơ chuẩn hoá: Module đo báo tập trung các két dầu

tæng c«ng ty c«ng nghiÖp tµu thñy viÖt nam

c«ng ty c¬ khÝ - ®iÖn - ®iÖn tö tµu thñy

_________________________________________________

Ch−¬ng tr×nh KHCN cÊp nhµ n−íc KC 06

"øng dông c«ng nghÖ tiªn tiÕn trong s¶n xuÊt s¶n phÈm xuÊt

khÈu vµ s¶n phÈm chñ lùc"

Dù ¸n

ChÕ t¹o mét sè phÇn tö vµ thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn,

®o l−êng quan träng trªn tµu thñy

b»ng ph−¬ng ph¸p chuÈn module vµ øng dông

c¸c c«ng nghÖ tiªn tiÕn

M· sè KC 06. DA.13.CN

______________________________________________________

Chuyªn ®Ò: hå s¬ chuÈn hãa:

module ®o b¸o tËp trung c¸c kÐt dÇu

kS ph¹m thÞ thu ph−¬ng

5473-20

Hµ Néi - 5/2005

C«ng ty c¬ khÝ ®iÖn ®iÖn tö tµu thuû Module ®o b¸o tËp trung c¸c kÐt dÇu

Môc lôc

Lêi nãi ®Çu..........................................................................................3

Ch−¬ng I Giíi thiÖu chung ...........................................................4

1.1. Tæng quan vÒ ®o l−êng, ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng. ............................. 4

1.2. Vai trß vµ øng dông ®o l−êng, ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng trªn tµu

thuû. ................................................................................................................. 6

1.3. Yªu cÇu thiÕt bÞ l¾p ®Æt trªn tµu. ...................................................... 8

Ch−¬ng II HiÖn tr¹ng ngµnh c«ng nghiÖp tµu thuû ......9

ViÖt Nam...............................................................................................9

2.1. T×nh h×nh øng dông KHCN trªn tµu cña ViÖt Nam. .................... 9

2.2. §Æc ®iÓm ®o l−êng, ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng trªn c¸c tµu thñy

®ang ho¹t ®éng t¹i ViÖt Nam. .................................................................. 10

2.3. H−íng ph¸t triÓn ®o l−êng, ®iÒu khiÓn tù ®éng trªn tµu thuû

cña ViÖt Nam trong nh÷ng n¨m tíi........................................................ 13

Ch−¬ng III Néi dung hoµn thiÖn thiÕt kÕ kü thuËt ......16

3.1. øng dông sè ho¸.................................................................................. 16

3.2. øng dông xö lý sè vµo xö lý th«ng tin ®o...................................... 17

3.3. øng dông m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp................................... 21

3.4. ChuÈn ho¸ vµo ra (I/O). ..................................................................... 25

Ch−¬ng IV

......................................................................28

néi dung hoµn thiÖn thiÕt kÕ c«ng nghÖ vµ

c«ng nghÖ chÕ t¹o

4.1. PhÇn mÒm thiÕt kÕ. ............................................................................ 28

4.2. C«ng nghÖ phñ Epoxy. ....................................................................... 29

4.3. C«ng nghÖ lµm m¹ch in vµ thiÕt kÕ vá hép................................... 36

a. C«ng nghÖ lµm m¹ch in. ................................................................... 36

b. C«ng nghÖ lµm vá hép. ...................................................................... 40

Ch−¬ng V ChuÈn vÒ mÉu m· vµ kiÓu d¸ng c«ng nghiÖp42

5.1. ChuÈn vÒ kÝch th−íc hép vµ panel. ................................................. 42

5.2. ChuÈn vÒ jack ®Êu vµ èc xiÕt c¸p. ................................................... 43

5.3. ChuÈn vÒ c¸c thiÕt bÞ l¾p ®Æt trªn mÆt panel............................... 43

5.4. ChuÈn vÒ Font ch÷ vµ c¸c ký hiÖu. ................................................. 43

- 1 -

Ch−¬ng VI

............................................................45

Néi dung thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o chuÈn module

®o b¸o møc c¸c kÐt DÇu

KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05

C«ng ty c¬ khÝ ®iÖn ®iÖn tö tµu thuû Module ®o b¸o tËp trung c¸c kÐt dÇu

6.1. Chøc n¨ng cña module....................................................................... 45

6.2. S¬ ®å khèi tæng quan.......................................................................... 45

6.3. Nguyªn lý lµm viÖc cña module. ...................................................... 47

6.4. Sai sè vµ xö lý tÝn hiÖu ®o. ................................................................ 48

a. C¸c sai sè gÆp ph¶i trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ. ............................... 48

b. Xö lý tÝn hiÖu ®o.................................................................................. 49

c. Bï sai sè................................................................................................ 51

6.5. Qu¸ tr×nh thö nghiÖm vµ chÕ t¹o hoµn chØnh. ............................. 52

a. Thö nghiÖm t¹i x−ëng. ...................................................................... 52

b. Qui tr×nh b¶o vÖ m¹ch b»ng epoxy. ................................................ 53

c. Thö nghiÖm t¹i hiÖn tr−êng.............................................................. 54

d. B¶o d−ìng vµ duy tr× ho¹t ®éng...................................................... 55

Ch−¬ng VII H−íng dÉn sö dông vµ l¾p ®Æt.........................57

7.1. Giao diÖn thiÕt bÞ................................................................................. 57

7.2. Ph¹m vi øng dông cña module......................................................... 59

KÕt luËn ............................................................................................62

Phô lôc ..............................................................................................63

B¶n ®Êu l¾p d©y chi tiÕt: ........................................................................... 63

S¬ ®å tæng quan cña main xö lý:.............................................................. 64

L−u ®å gi¶i thuËt: ....................................................................................... 65

PhÇn mÒm:.................................................................................................... 71

Tµi liÖu tham kh¶o ................................................................................79

- 2 -

KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05

C«ng ty c¬ khÝ ®iÖn ®iÖn tö tµu thuû Module ®o b¸o tËp trung c¸c kÐt dÇu

Lêi nãi ®Çu

Ngµnh vËn chuyÓn hµng h¶i lµ mét ngµnh vËn chuyÓn quan träng

cña mçi quèc gia. Ph−¬ng tiÖn chñ yÕu ®Ó vËn chuyÓn lµ tµu thuû, v× vËy

viÖc hiÖn ®¹i ho¸ c«ng nghiÖp tµu thuû sÏ ®Èy m¹nh viÖc giao l−u hµng ho¸

gi÷a c¸c quèc gia víi nhau. §Æc biÖt ®©y lµ ph−¬ng tiÖn vËn chuyÓn hµng

ho¸ träng t¶i nÆng, víi khèi l−îng vËn chuyÓn lªn ®Õn hµng tr¨m ngh×n

tÊn.

HiÖn t¹i, ë ViÖt Nam ngµnh c«ng nghiÖp cßn h¹n chÕ ë nhiÒu mÆt, thÓ

hiÖn ë viÖc chÕ t¹o c¸c trang thiÕt bÞ trªn tµu thuû víi tû lÖ néi ®Þa ho¸ c¸c

thiÕt bÞ nµy lµ rÊt thÊp. Nhµ N−íc vµ ChÝnh Phñ cã chñ tr−¬ng triÓn khai

cho tæng c«ng ty tµu thuû ViÖt Nam dÇn dÇn néi ®Þa ho¸ c¸c s¶n phÈm ®Ó

thay thÕ ®−îc c¸c s¶n phÈm ngo¹i nhËp. §¸p øng yªu cÇu ®ã dù ¸n nghiªn

cøu khoa häc KC.06.DA.13.CN ®−îc ac«ng ty C¬ khÝ §iÖn §iÖn tö tµu thuû

(Vinamarel) triÓn khai. Dù ¸n nµy nh»m chÕ t¹o c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng, ®iÒu

khiÓn vµ tù ®éng phôc vô trªn tµu. Môc tiªu ®Ò ra cña dù ¸n lµ hoµn thiÖn

c«ng nghÖ vèn cã trªn c¸c tµu thuû cïng víi chÕ t¹o míi c¸c thiÕt bÞ ®· l¹c

hËu. Yªu cÇu ®Ò ra cña c¸c s¶n phÈm nµy ph¶i cã tuæi thä vµ ®é tin cËy cao,

gi¸ thµnh thÊp h¬n nhiÒu so víi nhËp ngo¹i.

Trong chuyªn ®Ò nµy giíi thiÖu qui tr×nh thiÕt kÕ vµ hoµn thiÖn

module ®o b¸o møc 15 kÐt dÇu. Cã kh¶ n¨ng giao tiÕp víi m¹ng toµn tµu,

thµnh lËp ®−îc hÖ thèng gi¸m s¸t tËp trung b»ng c¸ch tÝch hîp c¸c module.

Qua thiÕt kÕ cã thÓ ¸p dông kh«ng nh÷ng cho tµu chë hµng vµ kh¸ch mµ

cßn ¸p dông cho c¸c tµu chë dÇu.

Hµ néi, ngµy th¸ng n¨m 200

- 3 -

KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05

C«ng ty c¬ khÝ ®iÖn ®iÖn tö tµu thuû Module ®o b¸o tËp trung c¸c kÐt dÇu

Ch−¬ng I

Giíi thiÖu chung

1.1. Tæng quan vÒ ®o l−êng, ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng.

§i song song víi sù tiÕn bé cña KHKT th× ngµnh ®o l−êng, ®iÒu

khiÓn vµ tù ®éng còng tr¶i qua c¸c giai ®o¹n lÞch sö ph¸t triÓn kh¸c

nhau:

Cho ®Õn nh÷ng n¨m 40 cña thÕ kû tr−íc c¬ së lý thuyÕt ®iÒu

khiÓn tù ®éng h×nh thµnh. Giai ®o¹n nµy ®−îc coi lµ “®iÒu khiÓn cæ

®iÓn” víi ph−¬ng ph¸p kh¶o s¸t “single input, single output” (SISO).

Xung quanh nh÷ng n¨m 1960 lµ giai ®o¹n ph¸t triÓn cña kü

thuËt ®iÒu khiÓn tù ®éng gäi lµ “®iÒu khiÓn hiÖn ®¹i” (Modern

Control). Kh¶o s¸t theo ph−¬ng ph¸p “multi-input, multi-output”

(MIMO), hÖ thèng cµng trë lªn phøc t¹p.

Giai ®o¹n tõ n¨m 1980 ®Õn nay lµ giai ®o¹n “§iÒu khiÓn bÒn

v÷ng hÖ ®a biÕn”. Víi sù øng dông cña to¸n häc vµ phÇn mÒm m¸y

tÝnh ®· ®−a ra c¸c ph−¬ng ph¸p thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn ®Ó hÖ kü thuËt

vÉn ®¶m b¶o c¸c tÝnh n¨ng sö dông khi cã t¸c ®éng cña nhiÔu vµ sai

sè, tõ ®ã h×nh thµnh c¸c nh¸nh míi vÒ ®iÒu khiÓn nh− lµ nonlinear,

adaptive, fuzzy, n¬ron…

- 4 -

Ngµy nay víi sù ph¸t triÓn cña Khoa häc C«ng nghÖ ngµnh ®o

l−êng, ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng ®· ®¹t nh÷ng thµnh tùu hÕt søc to lín.

Nã ®ãng vai trß quan träng quyÕt ®Þnh ®Õn n¨ng suÊt chÊt l−îng s¶n

phÈm, kh¶ n¨ng linh ®éng, ®¸p øng c¸c thay ®æi cña thÞ tr−êng. HiÖn

nay, thÞ tr−êng c¸c hÖ ®iÒu khiÓn ®ang thay ®æi nhanh chãng. Mét

®iÒu còng ®¸ng l−u ý ë ®©y lµ trÞ gi¸ phÇn cøng gi¶m ®i nh−ng chøc

KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05

C«ng ty c¬ khÝ ®iÖn ®iÖn tö tµu thuû Module ®o b¸o tËp trung c¸c kÐt dÇu

n¨ng cña nã ngµy cµng nhiÒu h¬n, ®ång thêi trÞ gi¸ phÇn mÒm vµ c¸c

dÞch vô ®i kÌm th× t¨ng lªn, ®iÒu nµy quyÕt ®Þnh gi¸ trÞ ®ãng gãp cña

trÝ tuÖ vµo s¶n phÈm ngµy cµng lín.

VÒ mÆt kü thuËt, hÖ ®iÒu khiÓn tù ®éng thùc hiÖn ®−îc c¸c chøc

n¨ng ®iÒu khiÓn truyÒn thèng. C¸c chøc n¨ng ®ã bao gåm kÕt hîp

®iÒu khiÓn gi¸m s¸t vµ thu thËp sè liÖu, ®iÒu khiÓn theo mÎ, khèi,

®iÒu khiÓn liªn tôc, ®iÒu khiÓn lai, ®iÒu khiÓn chÊt l−îng. C¸c chøc

n¨ng nµy ®−îc thùc hiÖn qua sù kÕt hîp c¸c phÇn cøng, phÇn mÒm vµ

c¸c dÞch vô kh¸c nhau. C¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh

s¶n xuÊt xuÊt hiÖn trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ®Òu cã mét sè ®Æc ®iÓm

chung:

+ TÝnh më.

+ C¸c giao thøc truyÒn th«ng ®−îc chuÈn ho¸, tèc ®é truyÒn d÷

liÖu cao.

+ Cã hÖ thèng bus tr−êng (fieldbus) kÕt nèi tõ c¸c bé ®iÒu khiÓn

xuèng c¸c bé vµo ra ph©n t¸n hoÆc c¸c thiÕt bÞ tr−êng th«ng minh.

+ TÝch hîp hÖ thèng.

- 5 -

Mét ®Æc ®iÓm n÷a lµ trong c«ng nghÖ cÇn ®iÒu khiÓn rÊt nhiÒu

c¸c tham sè d¹ng kh«ng ®iÖn: ¸p suÊt, nhiÖt ®é, l−u l−îng, tèc ®é, tû

lÖ c¸c thµnh phÇn…c¸c tham sè nµy cã quan hÖ chÆt chÏ t¸c ®éng ®a

chiÒu, biÕn ®æi phøc t¹p vµ ¶nh h−ëng lín tíi chÊt l−îng s¶n phÈm ra.

§Ó ®iÒu khiÓn c¸c th«ng sè nµy cÇn ph¶i ®o vµ kiÓm tra tr¹ng th¸i cña

chóng. V× vËy trong mét hÖ tù ®éng th× kh©u ®o l−êng ®ãng vai trß

quyÕt ®Þnh tÝnh chÊt s¶n phÈm ®Çu ra. §ßi hái cµng cao vÒ tÝnh an

toµn th× cµng cÇn tù ®éng ho¸ cao vµ cµng cÇn gi¸m s¸t chÆt chÏ

th«ng tin. §Æc biÖt ®èi víi viÖc ®o c¸c chÊt dÔ g©y ch¸y næ.

KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05

C«ng ty c¬ khÝ ®iÖn ®iÖn tö tµu thuû Module ®o b¸o tËp trung c¸c kÐt dÇu

1.2. Vai trß vµ øng dông ®o l−êng, ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng

trªn tµu thuû.

Trªn tµu thuû còng lµ mét hÖ thèng nhµ m¸y khÐp kÝn nh−ng

nã cßn mang nhiÒu ®Æc ®iÓm ®Æc tr−ng riªng, víi m«i tr−êng lµm viÖc

cña c¸c thiÕt bÞ l¾p r¸p trªn tµu còng cã nh÷ng ®Æc ®iÓm kh¸c ®ã lµ

nh÷ng ®Æc ®iÓm sau:

+ §Æc ®iÓm khÝ hËu thay ®æi th−êng xuyªn, m«i tr−êng nhiÔm

mÆn cao.

+ §iÒu kiÖn t¸c ®éng c¬ häc do l¾c cña th©n tµu, dao ®éng cña

sãng c¬ t¸c ®éng lªn tµu.

+ §iÒu kiÖn vÒ ®é tin cËy trong phôc vô thÊp.

+ §iÒu kiÖn vÒ giíi h¹n kh«ng gian, tËp trung thiÕt bÞ trong diÖn

tÝch hÑp.

+ §iÒu kiÖn vÒ c«ng t¸c an toµn, phßng tr¸nh ch¸y næ còng ë cÊp

cao h¬n bÊt kú mét ph−¬ng tiÖn hay nhµ m¸y xÝ nghiÖp nµo.

Víi nh÷ng ®iÒu kiÖn trªn th× viÖc øng dông ®o l−êng, ®iÒu khiÓn

vµ tù ®éng còng cã nh÷ng ®Æc ®iÓm chung nh−ng còng mang nhiÒu

®Æc ®iÓm riªng. ThÓ hiÖn trong viÖc ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng toµn tµu, ta

cÇn ®o vµ x¸c ®Þnh hµng ngh×n th«ng sè, chóng cã thÓ chia thµnh c¸c

côm sau:

+ Th«ng sè khÝ hËu, m«i tr−êng nh− nhiÖt ®é kh«ng khÝ, ®é Èm,

nång ®é muèi trong kh«ng khÝ...

+ Th«ng sè cña m¸y chÝnh vµ m¸y phô: nhiÖt ®é dÇu b«i tr¬n,

nhiÖt ®é n−íc lµm m¸t, nhiÖt ®é khÝ x¶, ¸p suÊt dÇu b«i tr¬n, tèc ®é

®éng c¬...

- 6 -

+ Th«ng sè vÒ møc c¸c kÐt: kÐt n−íc th¶i, kÐt dÇu th¶i, kÐt dÇu

m¸y, kÐt ballast, kÐt n−íc ngät...

KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05

C«ng ty c¬ khÝ ®iÖn ®iÖn tö tµu thuû Module ®o b¸o tËp trung c¸c kÐt dÇu

+ Th«ng sè m«i tr−êng toµn tµu nh− ®é Èm nhiÖt ®é phßng lµm

viÖc, nhiÖt ®é, phßng m¸y chÝnh...

+ §o th«ng sè khãi, nhiÖt ®é phßng ®Ó kiÓm tra ch¸y næ.

ThiÕt lËp hÖ ®iÒu khiÓn trªn tµu:

Nh÷ng th«ng sè nµy rÊt quan träng trong viÖc ®iÒu khiÓn hÖ

thèng toµn tµu. §Æc biÖt tµu c¸c th«ng sè nµy l¹i n»m r¶i r¸c trªn tµu,

v× vËy cÇn ®iÒu khiÓn tøc thêi t¹i chç nhiÒu tham sè thÝch hîp nhÊt lµ

thiÕt lËp hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph©n t¸n DCS (Disstributed Control

System). HÖ ®iÒu khiÓn ph©n t¸n trªn tµu víi nhiÒu −u ®iÓm phï hîp

trªn tµu thuû ®ã lµ kh¶ n¨ng qu¶n lý c¸c ®Çu vµo ra analog rÊt tèt,

kh¶ n¨ng hç trî nhiÒu giao thøc truyÒn th«ng, ®é tin cËy cao, c¬ së d÷

liÖu trong hÖ lµ c¬ së d÷ liÖu toµn côc vµ thèng nhÊt, kh¶ n¨ng më

réng tÝch hîp cao, tuæi thä øng dông lín (15 – 20 n¨m). Víi nh÷ng −u

®iÓm hÖ DCS hoµn toµn ®¸p øng yªu cÇu vÒ mét gi¶i ph¸p ®iÒu khiÓn

tù ®éng tæng thÓ.

ThiÕt lËp hÖ thèng gi¸m s¸t tËp trung:

- 7 -

§Æc biÖt trªn nh÷ng tµu träng t¶i lín víi hµng ngh×n th«ng sè

cÇn thiÕt lËp hÖ thèng gi¸m s¸t tËp trung. Trong ®ã hÖ thèng c¸c kÐt

trªn tµu chiÕm tû lÖ rÊt lín trong c¸c th«ng sè gi¸m s¸t. Mçi kÐt cã

chiÒu cao ®Õn chôc mÐt, ®ång thêi gåm nhiÒu kÐt chøa dÇu vµ n−íc

phôc vô trªn tµu. Nh− vËy viÖc gi¸m s¸t møc c¸c kÐt còng trë lªn

quan träng vµ khèi l−îng kÐt cÇn theo dâi còng rÊt lín viÖc gi¸m s¸t

vµ b¸o ®éng lµ cÇn thiÕt vµ kh«ng thÓ thiÕu. NhiÒu nhµ thiÕt kÕ ®·

vËn dông ®−a hµng lo¹t c¸c hÖ gi¸m s¸t kh¸c nhau lªn tµu thuû

nh−ng hÖ thèng SCADA (Supervisor Control And Data Acquisition )

tá ra cã −u ®iÓm v−ît tréi.

KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05