tổng công ty công nghiệp tàu thủy việt nam
công ty cơ khí - điện - điện tử tàu thủy
_________________________________________________

Chơng trình KHCN cấp nhà nớc KC 06
"ứng dụng công nghệ tiên tiến trong sản xuất sản phẩm xuất
khẩu và sản phẩm chủ lực"

Dự án

Chế tạo một số phần tử và thiết bị điều khiển,
đo lờng quan trọng trên tàu thủy
bằng phơng pháp chuẩn module và ứng dụng
các công nghệ tiên tiến
Mã số KC 06. DA.13.CN
______________________________________________________

Chuyên đề: hồ sơ chuẩn hóa:
module đo báo tập trung các két dầu

kS phạm thị thu phơng

5473-20

Hà Nội - 5/2005


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

Mục lục
Lời nói đầu..........................................................................................3
Chơng I Giới thiệu chung ...........................................................4
1.1. Tổng quan về đo lờng, điều khiển và tự động. ............................. 4
1.2. Vai trò và ứng dụng đo lờng, điều khiển và tự động trên tàu
thuỷ. ................................................................................................................. 6
1.3. Yêu cầu thiết bị lắp đặt trên tàu. ...................................................... 8
Chơng II Hiện trạng ngành công nghiệp tàu thuỷ ......9
Việt Nam...............................................................................................9
2.1. Tình hình ứng dụng KHCN trên tàu của Việt Nam. .................... 9
2.2. Đặc điểm đo lờng, điều khiển và tự động trên các tàu thủy
đang hoạt động tại Việt Nam. .................................................................. 10
2.3. Hớng phát triển đo lờng, điều khiển tự động trên tàu thuỷ
của Việt Nam trong những năm tới........................................................ 13
Chơng III Nội dung hoàn thiện thiết kế kỹ thuật ......16
3.1. ứng dụng số hoá.................................................................................. 16
3.2. ứng dụng xử lý số vào xử lý thông tin đo. ..................................... 17
3.3. ứng dụng mạng truyền thông công nghiệp................................... 21
3.4. Chuẩn hoá vào ra (I/O). ..................................................................... 25
Chơng IV nội dung hoàn thiện thiết kế công nghệ và
công nghệ chế tạo ......................................................................28
4.1. Phần mềm thiết kế. ............................................................................ 28
4.2. Công nghệ phủ Epoxy. ....................................................................... 29
4.3. Công nghệ làm mạch in và thiết kế vỏ hộp................................... 36
a. Công nghệ làm mạch in. ................................................................... 36
b. Công nghệ làm vỏ hộp. ...................................................................... 40
Chơng V Chuẩn về mẫu mã và kiểu dáng công nghiệp 42
5.1. Chuẩn về kích thớc hộp và panel. ................................................. 42
5.2. Chuẩn về jack đấu và ốc xiết cáp. ................................................... 43
5.3. Chuẩn về các thiết bị lắp đặt trên mặt panel............................... 43

5.4. Chuẩn về Font chữ và các ký hiệu. ................................................. 43
Chơng VI Nội dung thiết kế và chế tạo chuẩn module
đo báo mức các két Dầu ............................................................45
-1KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

6.1. Chức năng của module. ...................................................................... 45
6.2. Sơ đồ khối tổng quan. ......................................................................... 45
6.3. Nguyên lý làm việc của module. ...................................................... 47
6.4. Sai số và xử lý tín hiệu đo. ................................................................ 48
a. Các sai số gặp phải trong quá trình thiết kế. ............................... 48
b. Xử lý tín hiệu đo.................................................................................. 49
c. Bù sai số. ............................................................................................... 51
6.5. Quá trình thử nghiệm và chế tạo hoàn chỉnh. ............................. 52
a. Thử nghiệm tại xởng. ...................................................................... 52
b. Qui trình bảo vệ mạch bằng epoxy. ................................................ 53
c. Thử nghiệm tại hiện trờng.............................................................. 54
d. Bảo dỡng và duy trì hoạt động...................................................... 55
Chơng VII Hớng dẫn sử dụng và lắp đặt.........................57
7.1. Giao diện thiết bị................................................................................. 57
7.2. Phạm vi ứng dụng của module......................................................... 59
Kết luận ............................................................................................62
Phụ lục ..............................................................................................63
Bản đấu lắp dây chi tiết: ........................................................................... 63
Sơ đồ tổng quan của main xử lý:.............................................................. 64
Lu đồ giải thuật: ....................................................................................... 65

Phần mềm:.................................................................................................... 71
Tài liệu tham khảo ................................................................................79

-2KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

Lời nói đầu
Ngành vận chuyển hàng hải là một ngành vận chuyển quan trọng
của mỗi quốc gia. Phơng tiện chủ yếu để vận chuyển là tàu thuỷ, vì vậy
việc hiện đại hoá công nghiệp tàu thuỷ sẽ đẩy mạnh việc giao lu hàng hoá
giữa các quốc gia với nhau. Đặc biệt đây là phơng tiện vận chuyển hàng
hoá trọng tải nặng, với khối lợng vận chuyển lên đến hàng trăm nghìn
tấn.
Hiện tại, ở Việt Nam ngành công nghiệp còn hạn chế ở nhiều mặt, thể
hiện ở việc chế tạo các trang thiết bị trên tàu thuỷ với tỷ lệ nội địa hoá các
thiết bị này là rất thấp. Nhà Nớc và Chính Phủ có chủ trơng triển khai
cho tổng công ty tàu thuỷ Việt Nam dần dần nội địa hoá các sản phẩm để
thay thế đợc các sản phẩm ngoại nhập. Đáp ứng yêu cầu đó dự án nghiên
cứu khoa học KC.06.DA.13.CN đợc acông ty Cơ khí Điện Điện tử tàu thuỷ
(Vinamarel) triển khai. Dự án này nhằm chế tạo các thiết bị đo lờng, điều
khiển và tự động phục vụ trên tàu. Mục tiêu đề ra của dự án là hoàn thiện
công nghệ vốn có trên các tàu thuỷ cùng với chế tạo mới các thiết bị đã lạc
hậu. Yêu cầu đề ra của các sản phẩm này phải có tuổi thọ và độ tin cậy cao,
giá thành thấp hơn nhiều so với nhập ngoại.
Trong chuyên đề này giới thiệu qui trình thiết kế và hoàn thiện
module đo báo mức 15 két dầu. Có khả năng giao tiếp với mạng toàn tàu,

thành lập đợc hệ thống giám sát tập trung bằng cách tích hợp các module.
Qua thiết kế có thể áp dụng không những cho tàu chở hàng và khách mà
còn áp dụng cho các tàu chở dầu.

Hà nội, ngày

tháng

năm

200

-3KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

Chơng I
Giới thiệu chung
1.1. Tổng quan về đo lờng, điều khiển và tự động.
Đi song song với sự tiến bộ của KHKT thì ngành đo lờng, điều
khiển và tự động cũng trải qua các giai đoạn lịch sử phát triển khác
nhau:
Cho đến những năm 40 của thế kỷ trớc cơ sở lý thuyết điều
khiển tự động hình thành. Giai đoạn này đợc coi là điều khiển cổ
điển với phơng pháp khảo sát single input, single output (SISO).
Xung quanh những năm 1960 là giai đoạn phát triển của kỹ
thuật điều khiển tự động gọi là điều khiển hiện đại (Modern

Control). Khảo sát theo phơng pháp multi-input, multi-output
(MIMO), hệ thống càng trở lên phức tạp.
Giai đoạn từ năm 1980 đến nay là giai đoạn Điều khiển bền
vững hệ đa biến. Với sự ứng dụng của toán học và phần mềm máy
tính đã đa ra các phơng pháp thiết kế bộ điều khiển để hệ kỹ thuật
vẫn đảm bảo các tính năng sử dụng khi có tác động của nhiễu và sai
số, từ đó hình thành các nhánh mới về điều khiển nh là nonlinear,
adaptive, fuzzy, nơron
Ngày nay với sự phát triển của Khoa học Công nghệ ngành đo
lờng, điều khiển và tự động đã đạt những thành tựu hết sức to lớn.
Nó đóng vai trò quan trọng quyết định đến năng suất chất lợng sản
phẩm, khả năng linh động, đáp ứng các thay đổi của thị trờng. Hiện
nay, thị trờng các hệ điều khiển đang thay đổi nhanh chóng. Một
điều cũng đáng lu ý ở đây là trị giá phần cứng giảm đi nhng chức

-4KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

năng của nó ngày càng nhiều hơn, đồng thời trị giá phần mềm và các
dịch vụ đi kèm thì tăng lên, điều này quyết định giá trị đóng góp của
trí tuệ vào sản phẩm ngày càng lớn.
Về mặt kỹ thuật, hệ điều khiển tự động thực hiện đợc các chức
năng điều khiển truyền thống. Các chức năng đó bao gồm kết hợp
điều khiển giám sát và thu thập số liệu, điều khiển theo mẻ, khối,
điều khiển liên tục, điều khiển lai, điều khiển chất lợng. Các chức
năng này đợc thực hiện qua sự kết hợp các phần cứng, phần mềm và

các dịch vụ khác nhau. Các hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình
sản xuất xuất hiện trong những năm gần đây đều có một số đặc điểm
chung:
+ Tính mở.
+ Các giao thức truyền thông đợc chuẩn hoá, tốc độ truyền dữ
liệu cao.
+ Có hệ thống bus trờng (fieldbus) kết nối từ các bộ điều khiển
xuống các bộ vào ra phân tán hoặc các thiết bị trờng thông minh.
+ Tích hợp hệ thống.
Một đặc điểm nữa là trong công nghệ cần điều khiển rất nhiều
các tham số dạng không điện: áp suất, nhiệt độ, lu lợng, tốc độ, tỷ
lệ các thành phầncác tham số này có quan hệ chặt chẽ tác động đa
chiều, biến đổi phức tạp và ảnh hởng lớn tới chất lợng sản phẩm ra.
Để điều khiển các thông số này cần phải đo và kiểm tra trạng thái của
chúng. Vì vậy trong một hệ tự động thì khâu đo lờng đóng vai trò
quyết định tính chất sản phẩm đầu ra. Đòi hỏi càng cao về tính an
toàn thì càng cần tự động hoá cao và càng cần giám sát chặt chẽ
thông tin. Đặc biệt đối với việc đo các chất dễ gây cháy nổ.

-5KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

1.2. Vai trò và ứng dụng đo lờng, điều khiển và tự động
trên tàu thuỷ.
Trên tàu thuỷ cũng là một hệ thống nhà máy khép kín nhng
nó còn mang nhiều đặc điểm đặc trng riêng, với môi trờng làm việc

của các thiết bị lắp ráp trên tàu cũng có những đặc điểm khác đó là
những đặc điểm sau:
+ Đặc điểm khí hậu thay đổi thờng xuyên, môi trờng nhiễm
mặn cao.
+ Điều kiện tác động cơ học do lắc của thân tàu, dao động của
sóng cơ tác động lên tàu.
+ Điều kiện về độ tin cậy trong phục vụ thấp.
+ Điều kiện về giới hạn không gian, tập trung thiết bị trong diện
tích hẹp.
+ Điều kiện về công tác an toàn, phòng tránh cháy nổ cũng ở cấp
cao hơn bất kỳ một phơng tiện hay nhà máy xí nghiệp nào.
Với những điều kiện trên thì việc ứng dụng đo lờng, điều khiển
và tự động cũng có những đặc điểm chung nhng cũng mang nhiều
đặc điểm riêng. Thể hiện trong việc điều khiển hoạt động toàn tàu, ta
cần đo và xác định hàng nghìn thông số, chúng có thể chia thành các
cụm sau:
+ Thông số khí hậu, môi trờng nh nhiệt độ không khí, độ ẩm,
nồng độ muối trong không khí...
+ Thông số của máy chính và máy phụ: nhiệt độ dầu bôi trơn,
nhiệt độ nớc làm mát, nhiệt độ khí xả, áp suất dầu bôi trơn, tốc độ
động cơ...
+ Thông số về mức các két: két nớc thải, két dầu thải, két dầu
máy, két ballast, két nớc ngọt...
-6KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu


+ Thông số môi trờng toàn tàu nh độ ẩm nhiệt độ phòng làm
việc, nhiệt độ, phòng máy chính...
+ Đo thông số khói, nhiệt độ phòng để kiểm tra cháy nổ.
Thiết lập hệ điều khiển trên tàu:
Những thông số này rất quan trọng trong việc điều khiển hệ
thống toàn tàu. Đặc biệt tàu các thông số này lại nằm rải rác trên tàu,
vì vậy cần điều khiển tức thời tại chỗ nhiều tham số thích hợp nhất là
thiết lập hệ thống điều khiển phân tán DCS (Disstributed Control
System). Hệ điều khiển phân tán trên tàu với nhiều u điểm phù hợp
trên tàu thuỷ đó là khả năng quản lý các đầu vào ra analog rất tốt,
khả năng hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông, độ tin cậy cao, cơ sở dữ
liệu trong hệ là cơ sở dữ liệu toàn cục và thống nhất, khả năng mở
rộng tích hợp cao, tuổi thọ ứng dụng lớn (15 20 năm). Với những u
điểm hệ DCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về một giải pháp điều khiển
tự động tổng thể.
Thiết lập hệ thống giám sát tập trung:
Đặc biệt trên những tàu trọng tải lớn với hàng nghìn thông số
cần thiết lập hệ thống giám sát tập trung. Trong đó hệ thống các két
trên tàu chiếm tỷ lệ rất lớn trong các thông số giám sát. Mỗi két có
chiều cao đến chục mét, đồng thời gồm nhiều két chứa dầu và nớc
phục vụ trên tàu. Nh vậy việc giám sát mức các két cũng trở lên
quan trọng và khối lợng két cần theo dõi cũng rất lớn việc giám sát
và báo động là cần thiết và không thể thiếu. Nhiều nhà thiết kế đã
vận dụng đa hàng loạt các hệ giám sát khác nhau lên tàu thuỷ
nhng hệ thống SCADA (Supervisor Control And Data Acquisition )
tỏ ra có u điểm vợt trội.
-7KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ


Module đo báo tập trung các két dầu

1.3. Yêu cầu thiết bị lắp đặt trên tàu.
Với tình hình thực tế và môi trờng làm việc của thiết bị thì các
sản phẩm đợc chế tạo và lắp đặt trên tàu thuỷ phải đảm bảo đợc
các tiêu chí sau:
- Nhỏ gọn, chính xác, đảm bảo mỹ quan công nghiệp.
-

An toàn và bền vững với môi trờng nớc biển, điện từ trờng
cao, sự dao động lớn của thân tàu

- Tính chuẩn hóa cao, xây dựng theo một tiêu chuẩn nhằm sản
xuất hàng loạt và lắp ghép các module theo một chuẩn.
- Độ tin cậy cao, có tính mở, tích hợp cao.
-

Giá thành hoàn toàn thấp hơn rất nhiều so với sản phẩm cùng
loại đợc nhập từ các nớc tiên tiến mà chất lợng không thua
kém.

-8KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

Chơng II

Hiện trạng ngành công nghiệp tàu thuỷ
Việt Nam
2.1. Tình hình ứng dụng KHCN trên tàu của Việt Nam.
Hiện nay, đợc sự quan tâm của nhà nớc và chính phủ, ngành
công nghiệp tàu thuỷ của Việt Nam trong thời gian qua đã có sự đầu
t rất lớn và đã có những thành tựu vợt bậc, thậm chí đã xuất khẩu
tàu cho các nớc tiên tiến, nhng hiện tại chúng ta chỉ dừng ở việc gia
công phần vỏ và lắp ráp các thiết bị mua của nớc ngoài. Thực tế,
chúng ta đã chế tạo đợc vài phần tử đơn lẻ với chức năng hạn chế và
chất lợng còn thấp so với các sản phẩm cùng loại tại các nớc tiên
tiến. Để đáp ứng nhu cầu rất cần thiết cho ngành công nghiệp tàu
thuỷ cần phải thiết kế chế tạo hàng loạt các sản phẩm mang đặc
trng của ngành tàu thuỷ, đặc biệt là hệ thống điều khiển tự động.
Qua khảo sát thực trạng ngành tàu thuỷ đa ra những mặt còn tồn
tại sau:
+ Tồn tại nhiều thế hệ tàu thuỷ khác nhau, với nhiều tàu có độ
an toàn thấp, hiệu quả hoạt động kém.
+ Cha có nhiều cơ sở trong nớc cung cấp thiết bị phục vụ tàu
thuỷ, ít cơ sở tham gia nghiên cứu chế tạo các hệ thống thiết bị trên
tàu.
+ Khả năng đóng mới các tàu trọng tải lớn còn hạn chế.
+ Các tàu đóng mới chất lợng còn thấp so với các nớc trong
cùng khu vực.

-9KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu


Dựa trên những nhận định trên thì đây sẽ là khối lợng sản
phẩm khổng lồ cần nội địa hoá theo chủ trơng của nhà nớc và chính
phủ. Điều này nằm hoàn toàn trong tầm tay của chúng ta. Thực hiện
công việc này các dự án nghiên cứu đợc tổng công ty công nghiệp tàu
thuỷ chuyển giao cho các đơn vị thành viên đa vào triển khai.
2.2. Đặc điểm đo lờng, điều khiển và tự động trên các
tàu thủy đang hoạt động tại Việt Nam.
Do tình trạng ứng dụng chậm trễ KHCN vào hiện đại hoá tàu
thuỷ với những mặt hạn chế nhất định trong triển khai sản phẩm nên
trong ngành điều khiển còn tồn tại nhiều hệ thống điều khiển lạc hậu
với nhiều thế hệ tàu khác nhau, chất lợng cũng khác nhau, khó
đồng bộ hoá trong sửa chữa và thay thế. Điều này chúng ta có thể
hiểu đợc do những hạn chế của đất nớc và cũng đặc tính phục vụ
vận chuyển tàu thuỷ. Qua khảo sát thực tế các tàu đang hoạt động tại
Việt Nam chúng ta có thể đa ra các thế hệ tàu thuỷ với tỷ lệ ứng
dụng KHCN nói chung và ứng dụng tự động hoá nói riêng:
+ Điều khiển bằng cơ cấu truyền động cơ khí:
Những thế hệ tàu thuỷ này cha đạt đợc tính năng tự động,
thông thờng là do ngời điều khiển quan sát và tính toán rồi đa ra
lệnh điều khiển, cha có các thiết bị đo tự động. Thờng là các tàu
trọng tải nhỏ, hoạt động trong vùng nớc nông với hiệu quả làm việc
thấp.
Dùng các cơ cấu cơ khí nh bánh răng, khớp nối, thanh răng
với những cơ cấu cơ khí này thì có độ chắc chắn nhng tuổi thọ rất
kém, điều hạn chế nhất của phơng pháp này là khối lợng cồng
kềnh, thiết bị tiếp xúc với môi trờng nớc biển rất lớn gây gỉ sét

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



Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

nhiều, hệ thống hay bị kẹt, trọng tải của tàu vì vậy cũng tăng lên rất
nhiều, độ an toàn và chính xác thấp. Hơn thế đối với ngời điều khiển
là rất khó khăn, thao tác nặng nề, các cần gạt hay bị kẹt do gỉ sét nên
không thể áp dụng cho những thế hệ tàu cấp tự động hoá cao ngày
nay. Đối với những thao tác chính xác hay thực hiện vi điều khiển gần
nh hoàn toàn không thể thực hiện, các công tác kiểm tra thờng chỉ
thao tác thủ công nh dùng nhiệt kế, áp kế điều này càng khó thực
hiện để đo thông số của máy chính khi tàu đang hoạt động vì phải
thực hiện tại chỗ, nơi có nhiệt độ cao và không di dời. Dần dần các cơ
cấu này phải đã đợc thay thế hoàn toàn bằng thiết bị hiện đại.
+ Đo và điều khiển tự động bằng mạch điện tử tơng tự:
Phơng pháp này dùng các bóng trờng, transistor, tụ, trở để
thiết kế mạch điện tử. Công nghệ này so với dùng cơ cấu cơ khí có sự
tiến bộ hơn hẳn về mặt chính xác và an toàn, cùng với sự thu gọn về
kích thớc, giảm nhẹ trọng tải. Đồng thời cho phép thao tác nhanh
kết hợp các nút điều khiển rất nhẹ nhàng. Từ khi đa các mạch điện
bán dẫn vào trong hệ thống điện, điện tử của tàu đã nâng ngành công
nghiệp đóng tàu lên một bớc. Với những mạch điện này ta có thể
thực hiện kiểm tra giám sát các hệ thống trên tàu. Đặc biệt công tác
đo nh đo nhiệt độ, áp suất, mức chất lỏng đã trở lên dễ dàng, có
thể truyền xa kết hợp với hiển thị kim chỉ đã cho ra hệ thống kiểm tra
trực quan. Những công nghệ này đã đợc triển khai rất nhiều trên các
tàu thuỷ của thập niên 60 và 70. Nhng những năm gần đây, đặc biệt
là thế kỷ này, công nghệ tơng tự tỏ ra kém hiệu quả, không còn thích
với việc điều khiển tự động hoàn toàn. Dùng các mạch tơng tự

thờng làm cho mạch điện tử thờng rất lớn, các thiết bị to, bề mặt
tiếp xúc lớn dễ bị môi trờng mặn xâm nhập gây h hại và đứt mạch.
- 11 KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

Vì vậy chiếm nhiều diện tích, kích thớc của thiết bị cũng trở lên to
và cồng kềnh trong khi các thiết bị tự động trên tàu càng nhiều. Đòi
hỏi các thiết bị này có kích thớc, diện tích chiếm dụng phải nhỏ. Qua
đây để thực hiện đo và điều khiển thì phơng pháp mạch điện tử
tơng tự có nhiều nhớc điểm sau:
- Độ chính xác không cao, hiển thị dạng kim chỉ, quán tính lớn.
- Xử lý sai số và bù sai số kém gây sai số nhiều.
- Chống nhiễu kém, chịu tác động của nhiều yếu tố bên ngoài.
- Tín hiệu truyền xa hay bị suy hao trên đờng dây.
- Cha chuẩn hoá thành các module chuẩn, không có các chuẩn
vào ra để tích hợp thành hệ thống đo lờng điều khiển hiện đại.
- Tính linh động cha cao, thờng là các phần tử rời rạc.
- Mặt bảng điều khiển thờng to và thô, hạn chế mặt mỹ quan,
khó khăn khi quan sát, khả năng tập trung trên panel điều
khiển kém.
+ Đo và điều khiển tự động bằng công nghệ số:
Các linh kiện bán dẫn đợc thay thế bằng công nghệ số hoá.
Thực tế thì ở Việt Nam vẫn còn tồn tại rất nhiều công nghệ mạch bán
dẫn. Điều này cần đòi hỏi đa công nghệ số vào kịp thời hiện đại hoá
ngành công nghiệp tàu thuỷ. Dùng số hoá có những u điểm vợt trội
so với dùng mạch bán dẫn và mạch điện tơng tự. Đó là sự nhỏ gọn về

kích thớc, tốc độ xử lý cao, chuẩn hoá thành module, dễ dàng tích
hợp Nhiều nhà nghiên cứu cũng nh các cơ sở sản xuất đã cho thử
nghiệm và đa vào sản xuất nhng những sản phẩm này còn nhiều
hạn chế, điều đáng nói là các sản phẩm này chỉ áp dụng trong những
điều kiện môi trờng bình thờng. Trong môi trờng nhiễm mặn và

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


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

đặt trên các tàu thuỷ thì việc áp dụng còn biểu hiện những nhợc
điểm sau:
- Cha chuẩn hoá theo các chuẩn công nghiệp tàu thuỷ.
- Hỗ trợ truyền thông công nghiệp kém, cha thành lập chuẩn
chung cho giao tiếp, gây khó khăn khi kết nối, cần các bộ chuyển
đổi giao thức.
- Không thực hiện module hoá các phần tử điều khiển.
2.3. Hớng phát triển đo lờng, điều khiển tự động trên tàu
thuỷ của Việt Nam trong những năm tới.
Mục tiêu của nhà nớc và chính phủ là xây dựng cho ngành tàu
thuỷ Việt Nam một vị trí đứng trong khu vực cũng nh thế giới. Điều
này đòi hỏi chúng ta phải từng bớc xây dựng nền tảng khoa học cơ
bản cho ngành đóng tàu. Dựa trên đội ngũ cán bộ kỹ s nghiên cứu
từng bớc chúng ta thực hiện nội địa hoá từng phần. Trong đó, ngoài
phần vỏ thép và phần máy chính thì hệ thống điện và điều khiển trên
tàu là rất quan trọng. Đặc biệt trong sự tiến bộ của thế giới cùng
những ngặt nghèo của đăng kiểm tàu thuỷ, hệ thống đo lờng điều

khiển trở thành nhân tố quy định chất lợng tàu thuỷ. Hớng mục
tiêu trớc mắt của ngành tàu thuỷ là bằng nội lực phải chủ động đợc
công nghệ và nghiên cứu tiếp thu các ứng dụng khoa học tiên tiến. Để
đạt đợc điều này cần phát triển theo các hớng sau:
Chế tạo các thiết bị điều khiển, thay thế dần các sản phẩm nhập
ngoại. Muốn làm điều này hớng đặt ra là thực hiện chuẩn hoá và
hoàn thiện công nghệ. Tranh thủ sự hỗ trợ của các nớc công nghiệp
tàu thuỷ phát triển. Chúng ta cần chuyên môn hoá sản xuất, tự động
trên dây truyền sản xuất hàng loạt. Tức là phân chia thành các phòng
- 13 KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

ban thiết kế chuyên nghiệp. Mỗi một đơn vị này chịu trách nhiệm
thiết kế một phần của sản phẩm.
Chủ động công nghệ, không phụ thuộc vào các hãng sản xuất
thiết bị trên thế giới. Điều này là cần thiết, một khi chúng ta chế tạo
đợc các sản phẩm thì việc lắp đặt và bảo trì trở lên thuận tiện và dễ
dàng hơn rất nhiều. Muốn chủ động đợc công nghệ chúng ta cần phải
chuẩn hoá và chế tạo đợc các hệ thống và module sau:
- Hệ thống đo báo tập trung các thông số Diesel.
- Các module điều khiển thiết bị và máy móc.
- Hệ thống điều khiển phân tán DCS.
- Hệ thống lái tự động.
- Hệ thống đo báo tập trung các thống số toàn tàu.
- Hệ thống các tủ bảo vệ thiết bị trên tàu.
- Đồng hồ multimet đo các thông số điện.


Kết luận:
Trong khi nền khoa học thế giới đã tiến những bớc dài mà việc
ứng dụng KHCN nớc nhà vẫn chỉ là những bớc chuyển biến chậm.
Đặc biệt trên tàu thuỷ thì các hệ thống đo lờng điều khiển và tự
động còn rất kém. Đợc sự đồng ý của nhà nớc và chính phủ, tổng
công ty công nghiệp tàu đã triển khai dự án nghiên cứu khoa học
KC.06.DA.13.CN nhằm nội địa hoá dần dần các thiết bị lắp đặt trên
tàu, chủ yếu là phần đo lờng và điều khiển. Mục đích của dự án là
xây dựng các module chuẩn lắp đặt trên tàu, cùng với xây dựng cho
hệ thống mạng lới điện, điện tử trên tàu thành một hệ thống nhất và
đồng bộ phù hợp với tình hình Việt Nam.

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


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

Để đạt đợc điều này cần thiết phải triển khai các bớc cho
ngành công nghiệp tàu thuỷ các hớng đi lên. Đối với những thế hệ
tàu thủy lạc hậu, chất lợng và hiệu quả hoạt động thấp cần đa vào
thay thế và phục hồi hoàn toàn. Những thế hệ tàu sử dụng thiết bị
điện tử công suất cồng kềnh và nhiều nhợc điểm cần sửa chữa và
thay thế từng phần. Đối với thế hệ tàu đã cập nhật đợc công nghệ
hiện đại cần chuẩn công nghiệp về giao tiếp và lắp đặt.
Trong khi tàu trở dầu càng phát triển ở Việt Nam. Với trọng tải
rất lớn, trên mỗi tàu bao gồm nhiều khoang chứa, mỗi khoang chứa có
chiều cao từ 5m trở lên nên việc thiết kế những module đo báo là rất

cần thiết và rất hợp lý. Những module này có thể đợc ghép thành hệ
thống giám sát trên tàu dầu. Ngoài ra trên những tàu trọng tải lớn
thì số két chứa dầu cũng rất nhiều, chiều cao mỗi két khác nhau, việc
lắp đặt module này là rất hợp lý, phù hợp với điều kiện trên tàu. Vì
vậy, việc thiết kế là rất cần thiết và mang tính hiệu quả cao.

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


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

Chơng III
Nội dung hoàn thiện thiết kế kỹ thuật
Hoàn thiện công nghệ là quá trình ứng dụng KHKT vào sản
xuất các thiết bị. Mục tiêu là chế tạo đợc các sản phẩm mang nhãn
hiệu Việt Nam. Bằng cách chúng ta phải hoàn thiện dần các bớc
thiết kế, chế tạo và đa vào thử nghiệm sao cho các sản phẩm mang
tính đồng bộ về chức năng cũng nh kiểu dáng sản phẩm. Vì vậy,
chuẩn hoá thiết bị nhằm hoàn thiện sản phẩm là mục tiêu của chuyên
đề, công nghệ kỹ thuật đợc áp dụng bao gồm:
3.1. ứng dụng số hoá.
Qua công tác nghiên cứu và tìm hiểu các công nghệ hiện đại số
hoá hay áp dụng công nghệ mới, tích hợp IC để thiết lập thế hệ tàu
thuỷ với tính năng tự động hoá cao chúng ta không đi theo hớng cũ
tức là hoàn chỉnh và chuẩn hoá các mạch điện tơng tự mà thay vào
đó là sử dụng ngay công nghệ số hoá, thay thế các phần tử điều khiển
cồng kềnh bằng các mạch vi điều khiển nh 8051, Motorola, AVR,
Atmel và các công nghệ mới nh PSOC, FPGA, ASIC để thiết lập

mạch xử lý tín hiệu và điều khiển. Vận dụng công nghệ số hoá sẽ đạt
đợc nhiều u điểm hơn hẳn.
+ Về mặt kích thớc và cấu trúc luôn nhỏ gọn, chuyên nghiệp
cao. Cùng một chức năng, vai trò nh nhau nhng dùng thiết bị số có
kích thớc nhỏ hơn hẳn.
+ Về mặt tính năng hơn hẳn ở khả năng tích hợp cao, tính mở.
Đồng thời cho tốc độ xử lý cao.

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


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

+ Về mặt chống nhiễu và xử lý tín hiệu thì công nghệ số tỏ ra u
điểm vợt trội. Do thực hiện trên các bit 0 và 1 nên quá trình xử lý tín
hiệu ít sai số, không bị nhiễu của môi trờng xung quanh nh điện từ
trờng hay các dao đông cơ học.
+ Về mặt bù sai số bằng phần mềm trở lên dễ dàng hơn và có
nhiều giải pháp thực hiện bù sai số.
+ Khả năng giao tiếp mạng là hơn hẳn, truyền xa tốt và tính
tích hợp hệ thống cao. Cho phép thành lập các hệ thống tập trung.
ứng dụng công nghệ số có thuận tiện là chủ động đợc công
nghệ, không phụ thuộc và các hãng sản xuất thiết bị đo lờng điều
khiển và tự động trên thế giới. Thông thờng mỗi khi nhập thiết bị từ
các hãng trên thế giới ta đều phải nhập hệ thống đồng bộ, khi xảy ra
sự cố thì khắc phục rất khó. Chúng ta lại thuê chuyên gia sửa chữa
hoặc mua các module để thay thế với giá thành cao. Thời gian khắc
phục lại chậm trễ.

3.2. ứng dụng xử lý số vào xử lý thông tin đo.
Thông tin thu đợc thờng ở dạng phi tuyến, để xử lý thông tin
chính xác cần đa các phơng pháp xử lý. Trong chuyên đề này là việc
đo mức các két, quá trình xử lý thông tin thờng chỉ sử dụng các
phơng pháp xử lý thông thờng. Dới đây là phần trình bầy về
phơng pháp xử lý thông tin đo thờng đợc áp dụng trên tàu thuỷ.
Thuật toán lọc:
Để tăng độ ổn định của các giá trị đo, đồng thời giảm bớt d
thừa thông tin, cần thực hiện thuật toán lọc.
Thuật toán lọc bao gồm:
- Lấy giá trị trung bình:
- 17 KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ
Dtth =

Module đo báo tập trung các két dầu



Dti/n

= n. Ta.

T
Trong đó:
Ta: Thời gian trích mẫu.
n: Số lần đo.


Ta và n phải đợc chọn sao cho : n > , Ta > Tck/2.
: hàng số quán tính của đại lợng đo.

- Thuật toán lọc nhiễu:
Để chống nhiễu điện từ trờng gây ra bởi môi trờng xung
quanh. Dùng thuật toán lọc và loại bỏ các giá trị đột biến ra khỏi
chuỗi giá trị đo.
Dtn-1 - max < Dtn < Dtn-1 + max.
Sai lệch max đợc chọn trong quá trình hiệu chỉnh thiết bị. Nếu
giá trị đo tại thời điểm n vợt quá max so với giá trị đo đợc ở thời
điểm đó thì loại bỏ giá trị đo đó.
- Lọc tơng quan:
Lọc tơng quan cho phép chúng ta tách đợc tín hiệu có ích ra
khỏi nhiễu ngay cả khi tín hiệu nhiễu trùng cả tín hiệu có ích:
y(t)

Tơng quan kế

Ry( )

Ry( ) = Rx( ) + Rn( ) + Rxn( )
Hàm tơng quan là một hàm tiền định nó đặc trng cho mối liên
hệ ngẫu nhiên giữa hai thời điểm t1, t2 không liên hệ với nhau.

{ [ (t ) Mx(t )] [x(t ) Mx(t )]}

Rx(t1, t2 ) = M x

1


1

2

2

Trong đó:
Rx( )

: Hàm tơng quan của tín hiệu x.

Rxn( )

: Hàm hỗ tơng quan giữa tín hiệu và nhiễu.

Rn( )

: Hàm tự tơng quan của nhiễu.

- Lọc số:
- 18 KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

Lọc số không phải là một thiết bị mà là Angôrit.
x(t) + n(t)


A/D

xi

yj

Angôrit lọc

Nếu theo đáp ứng xung ngời ta chia làm 2 loại FIR (Finiti
Impulse Response), IIR (Infiniti Impulse Response).
Phơng trình sai phân:
y(n) =
y(n) =

N
1 M

.
x
(
n
r
)
y (n k )


b r

a
k

k =1

a0 r =0

M br

. x ( n r )
r =0 a0


1 M

b r . x ( n r ) =

a0 r =0

* Bộ lọc FIR:
x[n]

y[n]

Lọc không đệ quy

Vậy đáp ứng xung của hệ thống : h(k) =

b
a

r


với 0 k M

0

h(k) = 0

với k còn lại.

Bộ lọc FIR có đáp ứng xung chiều dài hữu hạn (M+1 mẫu) là hệ
thống luôn luôn ổn định.
* Bộ lọc IIR là hệ thống có đáp ứng xung chiều dài vô hạn nên
không phải lúc nào bộ lọc cũng ổn định. Do đó trớc khi sử dụng loại
bộ lọc này cần phải xem xét tính ổn định của nó.

y(n) =

N
1 M

.
x
(
n
r
)
y (n k )


b r


a
k
k =1

a0 r =0

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


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

x[n]

y[n]
Lọc đệ quy

Nếu phân chia theo đáp ứng biên độ gồm các loại sau: Bộ lọc
thông thấp, bộ lọc thông cao, bộ lọc thông dải, bộ lọc chắn dải.
Các thuật toán lọc và thiết kế các bộ lọc trên còn đợc ứng dụng
trong kỹ thuật viễn thông, xử lý hình ảnh, các hệ thông anten, kỹ
thuật audio số, xử lý tín hiệu radar. Điều này đặc biệt quan trong đối
với hệ thống thông tin trên tàu thuỷ.
Thuật toán tuyến tính hoá:
Thờng thì các cảm biến đo là phi tuyến. Vì vậy sau khi lọc phải
đợc sửa phi tuyến. ở đây sử dụng hai phơng pháp sửa phi tuyến:
- Phơng pháp tuyến tính hoá từng đoạn:
Với phơng pháp này đại lợng đo sẽ đợc tính qua một hàm
tuyến


tính hoá
y = a.x + b.

Trong đó:
x: Là giá trị đo đợc.
y: Là giá trị sau khi đã chỉnh phi tuyến.
Phơng pháp này giảm đợc dung lợng bộ nhớ, nhng đòi hỏi
phải tờng minh đợc hàm tuyến tính hoá trong từng đoạn.
- Phơng pháp tra bảng mẫu:
Thành lập một bảng mẫu chuẩn. Các giá trị nhận về đợc so
sánh với bảng mẫu để cho ra kết quả của phép đo.
Phơng pháp đo này tuy chiếm dung lợng bộ nhớ lớn, nhng
hay đợc sử dụng do đạt độ chính xác cao và giảm đợc thời gian tính
toán.
- 20 KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

3.3. ứng dụng mạng truyền thông công nghiệp.
Mạng công nghiệp là khái niệm chỉ các hệ thống mạng truyền
thông số, truyền bit nối tiếp, đợc sử dụng để ghép nối các thiết bị
công nghiệp. Sự liên kết mạng hiện nay cho phép liên kết ở nhiều mức
khác nhau, từ bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành cho đến những các máy
tính điều khiển, thiết bị giám sát, điều hành, quản lý của toàn bộ hệ
thống công ty, xí nghiệp, phơng tiện.
Trên tàu thuỷ rất nhiều thông tin hay tham số cần truyền đi,

những tín hiệu này đợc truyền đi bằng cách mã hoá dới nhiều
phơng thức truyền thông công nghiệp. Từ hệ thống thông tin liên lạc
trên tàu cho đến các hệ thống giám sát điều khiển tập trung. Đồng
thời hệ thống mạng công nghiệp còn cho phép kết nối mở với hệ thống
mạng toàn cầu nh mạng Internet. Việc giám sát định vị tàu ngày
này không còn mang tính độc lập mà có thể thực hiện giám sát từ một
trung tâm đặt trên đất liền. Mọi thông tin trên tàu có thể cập nhật tại
bất kỳ nơi nào trên thế giới nhờ giao tiếp của mạng công nghiệp với
mạng toàn cầu. Vậy thì dùng mạng công nghiệp trên tàu thuỷ là rất
phù hợp.
Ngày nay mạng truyền thông công nghiệp đợc ứng dụng để
thiết lập hệ thống giám sát tập trung. Đặc biệt là hệ SCADA với sự
linh hoạt trong việc triển khai. Hệ thống này có thể áp dụng trên
nhiều dạng tàu thuỷ khác nhau. Dới đây trình bày về hệ thống
SCADA.
Hệ thống SCADA là hệ thống thu thập, xử lý thông tin và báo
động tại các cấp khác nhau thông qua mạng truyền tin toàn tàu.
Ngày nay việc phân chia mô hình thành các cấp khác nhau đã trở lên

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


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

thông dụng, nhằm giám sát chi tiết và chính xác hơn. Sơ đồ dới đây
thể hiện sự phân cấp đó.

Internet


- Win NT
- Win XP

Bussiness management
Computer

Ship network

`

- Win NT
- Win XP

- Win NT
- Win XP
RT/history Data
Sever

- Win NT
- Win XP

Plant Network

Plant Network

Process
management

Scene network


Control
system

Fieldbus

-

Sensor:
Level meas.
Temperature meas.
Pressure meas.
Flow meas.

Camera
- Analog I/O
- Discrete I/O
- TC/RTD

- Analytical
- Simple
- Complex

Supervise

field management

Hình1. Mô hình hệ thống SCADA trên tàu

+ Cấp quản lý hiện trờng (field managenment).

Trong cấp này, các bộ điều khiển nối trực tiếp với các thiết bị tại
hiện trờng nh các bộ đo, transmitter, các bộ chấp hành, các thiết bị
cảnh báo... để thực hiện chức năng đo và điều khiển. Đồng thời cấp
này đợc nối với cấp quản lý quá trình nhằm chuyển các số liệu về đặc
tính thiết bị, số liệu về các tham số tại hiện trờng trong thời gian
thực. Việc thu thập và xử lý trở lên dễ dàng khi mà các thiết bị thông
- 22 KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

minh đợc đa vào sử dụng hàng loạt. Toàn bộ các thiết bị tại hiện
trờng cũng nh các bộ điều khiển đợc nối với nhau thành một mạng
các thiết bị hiện trờng (fieldbus). Tất cả thông tin từ mạng đợc cung
cấp cho ngời sử dụng cũng nh chơng trình xử lý một cách thống
nhất.
+ Cấp quản lý quá trình (Process managerment).
Cấp này bao gồm các trạm quản lý nh trạm thao tác, trạm công
trình s, trạm giám sát. Cấp này có nhiệm vụ tự động thu thập, tổng
hợp thông tin về hiện trờng từ các trạm ở cấp quản lý hiện trờng,
hiển thị tập trung, thay đổi các tham số điều khiển và báo động tức là
đặt ngỡng.
+ Cấp quản lý kinh doanh (Bussiness managerment).
Cấp này thờng chỉ có trong các hệ SCADA có tính mở và thực
hiện các nhiệm vụ tích hợp thông tin thu thập đợc từ cấp hiện dới
vào hệ thống quản lý. Đây là một cấp quản lý mang tính doanh
nghiệp thực hiện nhiệm vụ kinh doanh, phân tích thống kê đặt hàng,
sử dụng, xuất kho, điều tiết... Doanh nghiệp có thể sử dụng thông tin

thu đợc từ hệ thống SCADA vào tích hợp hệ thống, xây dựng cơ sở dữ
liệu, lập bảng biểu thống kê.
Ngoài việc phân cấp để quản lý, hệ thống phải mang tính linh
hoạt khi đa vào sử dụng, tức là có thể thêm bớt các khâu khác nhau
cho phù hợp với tình hình thực tế. Nhng tựu chung thì hệ thống phải
đảm bảo các mục tiêu sau:
- Dễ dàng thực thi.
- Mềm dẻo, linh hoạt đáp ứng đợc yêu cầu của ngời sử dụng.
- Chức năng phong phú.
- Hoạt động hiệu quả.
- 23 KC.06.DA.13.CN-MDL:OL.05


Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ

Module đo báo tập trung các két dầu

Xuất phát từ cấu trúc phân cấp và nhiệm vụ của từng cấp, phần
mềm ứng dụng cũng cần phải phân chia cho phù hợp với mỗi cấp.
+ Đó là phần mềm giao tiếp giao diện ngời - máy (Man
Machine Interface), hiện tại có nhiều giao diện đợc thiết lập, những
phần mềm thiết lập giao diện này có thể là Visual Basic 6.0, Visual C,
C++, Labview... Phần mềm này phải thiết lập đợc các bảng biểu đồ
thị, mặt số để hiện thị thông tin về trạng thái các tham số, đồng thời
có các tín hiệu cảnh báo đi kèm trên màn hình. Ngoài ra, phần mềm
này còn đảm bảo nhiệm vụ lu trữ dữ liệu theo thời gian, tự động tổ
chức dữ liệu thành các cụm nhóm cho ngời quản lý.
+ Phần mềm liên kết dữ liệu (Connect Server) cho phép liên kết
dữ liệu của hệ thống với các cơ sở dữ liệu có sẵn nh SQL server,
Access Database. Phần mềm này đợc thiết lập để trao đổi thông tin

từ cấp quản lý xuống các cấp thấp hơn.
+ Phần mềm liên kết mạng thiết bị (Data Server) là phần mềm thiết
lập cấu hình các thiết bị ghép nối, cho phép định nghĩa các giao thức
truyền đảm bảo các chức năng vào ra I/O server.
Các thiết bị đi kèm trên hệ thống giám sát tập trung, đó là hệ
thống cảnh báo bằng còi đèn. Thực hiện cảnh báo có thể tại mọi cấp
hay tại ngay gần thiết bị. Thiết bị lu trữ dữ liệu bằng bộ nhớ ngoài
hay máy tính.
Nhờ mạng công nghiệp mà trên tàu ta lắp đặt đợc các hệ thống
giám sát tập trung hay điều khiển phân tán. Cho phép liên lạc trên
toàn tàu thông qua hệ thống thông tin liên lạc. Thành lập đợc các
buồng điều khiển và giám sát trung tâm, nhờ vậy cả hệ thống thiết bị
trên tàu trở thành một hệ thống nhất.

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