Nghiên cứu thiết kế chế thử các thiết bị và hệ thống đo lường, cảnh báo điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100 000 t

TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP TÀU THUỶ VIỆT NAM
DỰ ÁN KH&CN: Phát triển KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô 100.000 DWT





BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC

Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ THỬ CÁC THIẾT BỊ
VÀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG, CẢNH BÁO, ĐIỀU KHIỂN
CHỦ YẾU TRÊN TÀU CHỞ DẦU 100.000 T”

Mã số: 07ĐT-DAKHCN


Cơ quan chủ quản: TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP
TÀU THỦY VIỆT NAM
Cơ quan chủ trì: CÔNG TY CỔ PHẦN
KỸ THUẬT ĐIỆN VINASHIN
Chủ nhiệm đề tài: Lê Minh Đức

7970
09/6/2010

Hà nội 2008

THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1-Tên Đề tài:
“Nghiên cứu, thiết kế, chế thử các thiết bị và hệ thống đo lường, cảnh
báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000T”
• Mã số: 07ĐT-DAKHCN


2- Thuộc Chương trình (nếu có):
Dự án KH&CN “Phát triển KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô
100.000 DWT”

3- Chủ nhiệm Đề tài: Lê Minh Đức

- Tổ chức chủ trì Đề tài:
CÔNG TY CỔ PHẦN KỸ THUẤT ĐIỆN VINASHIN
5- Thời gian thực hiện Đề tài: 20 tháng (từ tháng 03/2006 đến tháng
11/2007), được gia hạn đến hết tháng 06/2008
6- Cơ quan phối hợp chính:

Tên cơ quan Địa chỉ Điện thoại
1

Tập đoàn Công nghiệp
tàu thủy Việt Nam
109 Quán Thánh – Ba Đình – Hà Nội
2
Nhà máy đóng tàu
Dung Quất
Dung Quất – Quảng Ngãi
3
Nhà máy đóng tàu
Bạch Đằng
Số 3 –Phan Đình Phùng, phường Hạ
Lý, Hồng Bàng, Hải Phòng

4
Trường ĐH Hàng hải
Việt Nam
Số 484 Lạch Tray, Hải Phòng
5
Công ty CP Phần mềm
Công nghiệp tàu thủy
Số 20 TT Thủy sản, Thanh Xuân, Hà
Nội

6
Viện NC Điện tử, Tin
học, Tự động hóa
Số 156 Quán Thánh – Ba Đình – Hà
Nội

7

Công ty Cơ khí – Điện
– Điện tử tàu thủy
Tổ 6, Láng Thượng, Đống Đa, Hà
Nội


7- Danh sách những người thực hiện chính:

Họ và tên Cơ quan công tác Chữ ký
1
Chủ nhiệm đề tài
Lê Minh Đức
Công ty Cổ phần Kỹ thuật điện
Vinashin

2
Bùi Quang Việt
KS
Công ty Cổ phần Kỹ thuật điện
Vinashin

3
Nguyễn Duy Vượng
KS
Công ty Cổ phần Kỹ thuật điện
Vinashin

4
Vũ Văn Tráng
KS

Công ty Cổ phần Kỹ thuật điện
Vinashin

5
Bạch Xuân Long
KS
Công ty Cổ phần Kỹ thuật điện
Vinashin

6
Nguyễn Tiến Ban TS Viện KHCN Hàng hải
Trường ĐH Hàng hải Việt Nam

7
Vũ Tiến Mạnh
ThS
Viện KHCN Hàng hải
Trường ĐH Hàng hải Việt Nam

8
Trương Hoàng Cao
KS
Công ty đóng tàu Bạch Đằng
9
Nguyễn Sĩ Hiệp
Ths
Công ty Cơ khí – Điện – Điện tử
tàu thủy

10

Lê Thanh Bình
KS
Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động
hóa




















BÀI TÓM TẮT

Đề tài NCKH “Nghiên cứu, thiết kế, chế thử các thiết bị và hệ thống đo
lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000T” thuộc Dự án
KH&CN “Phát triển KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô 100.000 DWT”. Đề
tài nhằm mục đích thiết kế và chế thử một số hệ thống tự động và điều khiển hiện

đại tiến tới chủ động chế tạo, thay thế nhập khẩu cho các tàu 100.000 T và các tàu
khác, góp phần tăng hàm lượng nội địa hóa, giảm giá thành đóng mới tàu thủy tại
Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài này là trên cơ sở phân tính, đánh giá tổng
quan tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước, làm rõ các hệ thống điển
hình đang được sử dụng rộng rãi, công nghệ chế tạo chúng (của các hãng trên thế
giớ
i), các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu, khả năng công nghệ chế tạo ở Việt nam, đề tài
nghiên cứu này ứng dụng các kỹ thuật, công nghệ hiện đại nhất trong điều khiển, tự
động hóa, công nghệ thông tin và vi điện tử (kỹ thuật vi xử lý – vi điều khiển, công
nghệ nhúng, hệ thống thông minh, máy tính và truyền thông công nghiệp,.v.v ) để
thiết kế và chế thử 03 hệ thố
ng đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở
dầu 100.000T và cũng là các hệ thống phổ biến được sử dụng trên nhiều loại tàu:
- Hệ thống báo động và giám sát đa năng (All-in-One Alarm and Monitoring
System - SAM);
- Hệ thống quản lý trạm phát điện tàu thủy (Power Management System -
PMS);
- Hệ thống báo cháy tự động (Fire Automatic Alarm System - FAS)
Các kỹ thuật cơ bản được sử dụng trong nghiên cứu này là: kỹ thuật vi xử lý,
vi điều khiển, kỹ thuật mô phỏng các quá trình, kỹ thuật tích hợp hệ thống, kỹ thuật
xây dựng các module chuẩn.
Đề tài đã nghiên cứu, thiết kế và chế thử thành công 03 hệ nói trên, thỏa mãn
yêu cầu của Đăng kiểm Việt Nam. Các hệ này có thể giám sát bằng PC, sử d
ụng
chuẩn tín hiêu điện RS485 hoặc Ethernet để kết nối và truyền thông tin với các hệ
khác hoặc với hộp đen (VDR), do đó có khả năng thích ứng với các hệ liên quan
của các hãng nước ngoài.

CHÚ GIẢI CÁC CHỮ QUY ƯỚC, KÝ HIỆU DẤU,

ĐƠN VỊ VÀ THUẬT NGỮ


Ký hiệu Tên gốc Nghĩa tiếng Việt Ghi chú
σ

Mean Square Value,
(Standard Deviation)
Trị số trung bình bình
phương, độ lệch quân
phương

σ
2
Variance, Dispersion Phương sai
a

Mean Value Trị số trung bình cộng,
Vọng số E(x)

µP
Microprocessor Vi xử lý
A/D Analog – Digital Tương tự - số
ABS American Bureau of
Shipping
[Tổ chức] Đăng kiểm Hoa
Kỳ

ACK Acknowledge Thao tác xác nhận
AC Alternate current Dòng điện / nguồn xoay

chiều

AD Nguồn một chiều
ADC Analog digital converter Bộ biến đổi tương tự - số
ADC_lo
w
Giá trị ADC hiệu chỉnh
ngưỡng dưới

ADC_hi Giá trị ADC hiệu chỉnh
ngưỡng trên

AdF Adaptive functions Các chức năng thích nghi
AF Auxiliary functions Các chức năng phụ
ANSI American National
Standards Institute
Chuẩn quốc gia Hoa Kỳ
AGC Bộ điều khiển quá trình phát
công suất tự động

ALU Analog Logic Unit Khối logic
AIS Automation Integrated
System
Hệ thống tự động hóa tích
hợp toàn tàu

ASIC Application – Specific
Integrated Circuit
Mạch tích hợp ứng dụng đặc
biệt

AS - I Actuator Sensor Chuẩn mạng công nghiệp,

Interface khởi xướng bởi hãng
Siemens
AVR Automatic voltage
regulator
Vi điều khiển AVR
BC Bridge console Bàn điều khiển buồng lái
C Controller Thiết bị điều khiển
CAD Computer Aided Design Thiết kế với hỗ trợ của máy
tính

CAE Computer Aided
Engineering
Kỹ thuật với hỗ trợ của máy
tính

CAN Control Area Network Chuẩn mạng công nghiệp,
khởi xướng bởi hãng Bosch

CAL_low Giá trị thực chuẩn ngưỡng
dưới

CAL_hi Giá trị thự
c chuẩn ngưỡng
trên

CCRC Cargo Control Room
Console

Bàn điều khiển làm hàng
CMOS Complemantary Metal –
Oxide Semiconductor
Vi mạch kiểu bán dẫn – kim
loại

CMOS
VLSI
Very Large Scale
Intergration CMOS
Vi mạch tích hợp siêu lớn
CMOS

CNC Computer Numerical
Controller
Bộ điều khiển số dùng máy
tính

CNTT Công nghệ thông tin
PSoC Programable System-on-
Chip
Tên dòng vi mạch cao cấp
của hãng Cypress

COGES Combination of Gas
Electric and Stream
Hệ thống phát điện với tua
bin khí và tua bin hơi kết
hợp

CPP Controllable Pitch
Propeller Plants
Thiết bị chân vị
t biến bước
điều khiển được

CPU Centeral Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm
D/A Digital – Analog Số - tương tự
DAQ Data AcQuisition Mạch thu nhận dữ liệu
DCS Distributed Control Hệ thống điều khiển phân

System tán
DC Direct current Dòng điện / nguồn một
chiều

ĐKTĐ Automatic Control Điều khiển tự động
DSP Digital Signal Processing Khối xử lý tín hiệu số
DPs Design parameters Các thông số thiết kế
DP Dynamic position Hệ thống đinh vị động
e Deviation Sai lệch điều khiển
ECR Engine Control Room Buồng điều khiển máy chính
ECRC Engine Control Room
Console
Bàn điều khiển buồng máy
e
1
(iT) Tín hiệu vào của máy tính số
e
2
(iT) Tín hiệu ra của máy tính số

ER Buồng máy chính
ENC Vi mạch
EMC Electromagnetic
Compatible
Nguồn nhiễu tương thích
trực tiếp do bản thân các hệ
thống, trang thiết bị gây ra
ảnh hưởng các hệ thống
khác hoặc gây nhiễu chính
nó

EMI Electromagnetic
Interference
Nhiễu giao thoa, các loại
nhiễu xuất phát từ các nguồn
gây nhiễu khác nhau giao
thoa với nhau gây ảnh
hưởng tới các hệ thống

EMS Hệ thống quản lý năng
lượng

E (x) Mean Value V
ọng số
FAS Fire Automatic Alarm
System
Hệ thống báo cháy tự động
FPGA Field-Programable Gate
Arrays
Mảng cổng khả trình trường

FPP Fixed Propeller Plants Thiết bị chân vịt cố định
FIFOs First-in, first-out Một dạng bộ đệm theo kiểu
hàng đợi - một kỹ thuật lập


trình
f
i
(t) Tín hiệu nhiễu
GAL General Array Logic Logic mảng chung
HDL Hardware Description
Languages

HMI human - machine
interface
Giao diện người – máy
HVAC Air conditioning Hệ thống làm mát và điều
hòa không khí

I/O Input/Output vào/ra
IAS Integrated Automation
System
Hệ thống tự động hóa tích
hợp

IC Integrated Circuit Mạch tích hợp
ICSP In Circuit Serial
Programing
Lập trình nối tiếp trong
mạch

IEEE Institute of Electronic,
Electrical Engineering
Viện kỹ thuật điện, điện tử
IP Intellectual Properties Tài sản / sở hữu trí tuệ
IPD Integrated Product
Development
Sản phẩm tích hợp
IMAC L H
ệ thống tự động hóa tích
hợp IAS

iT là các thời điểm rời rạc với
thời gian cắt mẫu T.

LLC Logical Link Control Lớp liên kết dữ liệu của
mạng Ethernet

M Measuring Device Thiết bị đo lường
MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập của
mạng Ethernet

MCS Tên khác của họ vi điều
khiển tương thích Intel 8051

MEC Main Engine Control
System
Hệ thống điều khiể
n máy
chính

MCMs Multichip modules Các module đa chíp
MCU Micro-Controller Unit Bộ vi điều khiển
MHC Make hole conductive Kỹ thuật MHC

NAND Non-And Và-không
NMEA National Marine
Electronic Association
Hiệp hội điện hàng hải Hoa
Kỳ

NK Nippon Kaiji Kyokai [Tổ chức] Đăng kiểm Nhật
Bản

O Objective Đối tượng điều khiển
OCS Open control system Hệ thống điều khiển mở
OS Operation Stations Trạm hoạt động
PAL Programmable Array
Logic
Logic mảng khả trình
PC Personal computer Máy tính cá nhân
PCS Process control segment Trạm điều khiển quá trình
phân tán

PIC Tên dòng vi điều khiển của
hãng Microchip

PMS Power Management
System
Hệ thố

ng quản lý trạm phát
điện tàu thủy

PLA Programmable Logic
Array
Mảng logic khả trình
PLC Programmable logic
controller
Bộ điều khiển logic khả
trình

PHY Lớp vật lý
PLD Programmable Logic
Device
Thiết bị logic khả trình
PSoC Programmable System
on a Chip
Hệ thống khả trình trên một
con chip

PTH Platting through hole Nguyên tắc mạ xuyên lỗ
(hay đôi khi còn gọi là mạ
lỗ)

PTC Positive Temperature
Coefficient
Điện trở phụ thuộc nhiệt độ
PXI
PWM Pulse Width Modulation Bộ đi
ều biên độ rộng xung

RAM Random Access Memory
Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên


RCA Dự phòng và đánh giá mức

độ hỏng hóc
ROM Read-Only-Memory Bộ nhớ chỉ đọc
RTU Bộ thiết bị đầu cuối từ xa
SAMI Standard Architechture
of Measurement
Instrumentation
Mô hình kiến trúc chuẩn của
thiết bị đo

SAM All-in-One Alarm and
Monitoring System
Hệ thống báo động và giám
sát đa năng

SCADA Supervisor Control And
Data Acquisition
Hệ thống điều khiển giám
sát và thu thập dữ liệu

SCU Sub Control Unit
SSP Cổng nối tiếp đồng bộ
SPLD Simple programmable
logic device
Một dạng [đơn gi

ản nhất
của] vi mạch tích hợp số lập
trình được

TTL Transistor–transistor
logic
Một chuẩn mức điện áp
logic của vi mạch số, cụ thể
là 0/5 VDC

Telegraph Hệ thống điện báo
Transmitter Máy phát tín hiệu
UART Universal Asynchronous
Receiver/Transmitter
Vi mạch thu phát không
đồng bộ đa năng

u Input Tín hiệu vào
u(t) Tín hiệu điều khiển
VAC Voltage AC` Điện áp xoay chiều
VDC Voltage DC Điện áp một chiều
VDR Voltage Dependent
Resistor
Điện trở phụ thuộc điện áp
VAL Giá trị vật lý của thông số
VCC Nguồn cấp cho linh kiện
VHDL Very High Speed
Integrated Circuit
Hardware Description
Language

Ngôn ngữ lập trình bậc cao
VHDL

VR [Tổ chức] Đăng kiểm Việt
Nam


VME Tên riêng một chuẩn bus
truyền tin máy tính, tuân
theo chuẩn ANSI/IEEE

VHDL VHSIC hardware
description language
Ngôn ngữ mô tả phần cứng,
dùng để lập trình cho FPGA

x Control signal Tín hiệu điều khiển
y Output Tín hiệu ra
z Feedback Tín hiệu phản hồi

1
MỤC LỤC


Trang
MỞ ĐẦU
6
PHẦN I: TỔNG QUAN
9
Chương I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

9
I-

Đặc điểm chung của các thiết bị, hệ thống đo lường,
điều khiển trên tàu thủy
9

1- Thế hệ các thiết bị, hệ thống dùng truyền động cơ khí,
thủy lực
9

2- Thế hệ các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển tự
động sử dụng mạch điện tử t
ương tự
9

3- Thế hệ các thiết bị, hệ thống đo và điều khiển ứng
dụng công nghệ số
10
II- Một số đặc thù đối với tàu chở dầu
11

1- Đặc điểm, tính chất của môi trường làm việc của các
thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển trên tàu thuỷ
nói chung
11

2- M
ột số đặc điểm đặc thù đối với tàu chở dầu
12

III- Khảo sát, phân tích các sản phẩm tương tự của các
hãng sản xuất chính ở Châu Âu và Nhật bản
14

1- Các sản phẩm tương tự của các hãng Châu Âu
14

2- Các sản phẩm tương tự của các hãng Nhật Bản
26
IV-

Thực trạng kỹ thuật, công nghệ của các thiết b
ị, hệ
thống đo lường, điều khiển trên tàu thủy đã và đang
được chế tạo tại Việt nam
31

1- Các hệ thống cần đo lường, điều khiển chủ yếu trên
tàu thủy
31

2- Thực trạng khả năng kỹ thuật, công nghệ trong nước
32

2
Chương II: LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

37
I- Lựa chọn đối tượng nghiên cứu
37

1- Một số nguyên tắc lựa chọn:
37

2- Phân tích lựa chọn các thiết bị, hệ thống để nghiên
cứu, thiết kế, chế thử
37
II- Các hướng phát triển chủ yếu
39


PHẦN II: CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU,
THIẾT KẾ, CHẾ THỬ
42
Chương I: TÀU CHỞ DẦU THÔ 100.000 T VÀ CÁC
THIẾT BỊ, HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, TỰ ĐỘNG TRÊN
TÀU

42
I –

Tàu chở dầu thô 100.000 T và các yêu cầu đối với các
thiết bị, hệ thống điều khiển, tự động hóa trên tàu
42

1- Khái quát chung về tàu chở dầu thô 100.000T đóng
mới ở Việt Nam
42

2- Các yêu cầu đối chủ yếu với hệ thống điều khiển, tự

động trên tàu chở dầu thô 100.000T
43
II-

Xây dựng các đặc tính kỹ thu
ật của 03 thiết bị, hệ
thống đã được lựa chọn
48

1- Hệ thống báo động và giám sát đa năng (All-in-One
Alarm and Monitoring System - SAM)
48

2- Hệ thống quản lý trạm phát điện tàu thủy (Power
Management System - PMS)
48

3- Hệ thống báo cháy tự động (Fire Automatic Alarm
System - FAS)
49
III- Một số vấn đề mở rộng và phát triển 49

1- Thỏa mãn Qui phạm qu
ốc tế
50

2- Tính đồng bộ, chuẩn hóa của thiết bị, hệ thống
50

3- Định hướng của Việt Nam trong việc chế tạo các thiết

bị, hệ thống
51

3
Chương II: CÁC KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN
ĐƯỢC SỬ DỤNG

52
I-

Nghiên cứu, lựa chọn linh kiện điện tử số tiêu biểu
dùng cho tàu thủy
52

1- Các công nghệ vi điện tử tiêu biểu thường được dùng
cho tàu thủy
52

2- Các xu hướng chủ yếu sử dụng linh kiện vi điện tử
tiêu biểu dùng cho tàu thủy
53
II-

Nghiên cứu về các phần mềm nhúng
56

1- Một số ph
ần mềm nhúng điển hình
56

2- Ứng dụng phần mềm nhúng phục vụ chế thử
59
III-

Nghiên cứu về các mạng truyền thông công nghiệp
61

1- Phân loại hệ thống mạng truyền thông công nghiệp
61

2- Một số mạng truyền thông công nghiệp điển hình
62

3- Một số vấn đề về ứng dụng mạ
ng truyền thông công
nghiệp
63
Chương III: CÁC NỘI DUNG THIẾT KẾ
67
I-

Các nội dung thiết kế chung cho cả 03 hệ thống
67

1-
Thiết kế các thành phần chung cho các thiết bị trường

67

2- Thiết kế các khối cơ bản của thiết bị, hệ thống đo

lường, giám sát, cảnh báo, điều khiển
67

3- Lựa chọn chuẩn tín hiệu và thiết kế mạch truyền
thông công nghiệp
68

4-
Các vấn đề dự phòng trong hệ thống
71
II-

Thiết kế kỹ thuật từng hệ thống
71

1- Thiết kế kỹ thuậ
t hệ thống báo động và giám sát đa
năng (All-in-One Alarm and Monitoring System -
SAM)
71

2- Thiết kế kỹ thuật hệ thống quản lý trạm phát điện tàu
thủy (Power Management System - PMS)
73

3-
Thiết kế kỹ thuật hệ thống báo cháy tự động (Fire
76

4

Automatic Alarm System - FAS)
Chương IV: CÁC NỘI DUNG CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
CHỦ YẾU
79
I-

Các giải pháp công nghệ chế tạo
79

1- Một số yêu cầu chủ yếu đối với các thiết bị, hệ thống
do lường, cảnh báo và điều khiển trên tàu thủy
79

2- Các giải pháp công nghệ chế tạo
80

3- Một số thảo luận về ứng dụng các công nghệ tiên tiến
để chế tạo hệ thống
đo, báo, bảo vệ và điều khiển máy
chính tàu thủy
84
II-
Các qui trình công nghệ chế tạo, kiểm tra
86

1- Các qui trình công nghệ chế tạo
89

2- Các qui trình kiểm tra
89

III-

Kết quả chế tạo, kiểm tra và hoàn thiện sản phẩm
90

1-
Kiểm tra, thử nghiệm và hoàn thiện sản phẩm
90

2- Các hướng dẫn sử dụng
90
Chương V: BÁO CÁO NGHIÊN CỨU TIỀN KHẢ THI
92
II-

Các nội dung chủ yếu của báo cáo nghiên cứu tiền
khả thi
92

1- Cơ sở pháp lý và mục tiêu của Dự án
92

2- Công nghệ sản xuất và trang thiết bị, máy móc
93

3- Tiến độ đầu tư, hình thức thực hiện và hiệu quả kinh
tế của Dự án
96
III- Kết luận và đề xuất 98
Chương VI: ĐÁNH GIÁ CHUNG

99
I-

Các chỉ tiêu đánh giá của đề tài
99

1- Các sản phẩm chế thử
99

2- Các sản phẩm nghiên cứu, thiết kế và các sản phẩm
khác
102
II-

Đánh giá chung kết quả của đề tài
102



5
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
104
I-

Các kết luận chính
104
II-

Một số kiến nghị
106

PHẦN IV: LỜI CẢM ƠN
107
PHẦN V: TÀI LIỆU THAM KHẢO
108

6
MỞ ĐẦU

Việt Nam là một quốc gia có biển với hơn 3.200 km bờ biển và hàng triệu
km2 vùng lãnh hải; hơn nữa, biển đã đang và sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng
trong quá trình hình thành và phát triển của dân tộc ta, đất nước ta. Nghị quyết Hội
nghị Trung ương 4 (khóa X, 2/2007) về “Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020”
xác định rõ „Xây dựng và thực hiện chiến lược phát triển kinh tế biển toàn diện, có
tr
ọng tâm, trọng điểm; sớm đưa nước ta trở thành quốc gia mạnh về kinh tế biển
trong khu vực, gắn với bảo đảm quốc phòng, an ninh và hợp tác quốc tế. Phát triển
hệ thống cảng biển, vận tải biển, khai thác và chế biến dầu khí, hải sản, dịch vụ
biển; đẩy nhanh ngành công nghiệp đóng tàu biển và công nghiệp khai thác, chế
biến hải sản. Phát tri
ển mạnh, đi trước một bước một số vùng kinh tế ven biển và
hải đảo”. Như vậy, Đảng ta xác định cần phải sớm phát triển kinh tế biển, trong đó,
ngành công nghiệp đóng tàu cần được đẩy nhanh (phát triển trước, nhanh hơn).
Mặc dù ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam đã phát triển rất nhanh trong
thời gian vừa qua (với nhịp điệu tăng trưởng trung bình khoảng 40-50%/năm),
nhưng nếu nhìn nhận một cách thực tế, thì hầu hết các thiết bị, hệ thống, nguyên vật
liệu sử dụng trên tàu thủy đóng mới ở nước ta (đặc biệt là các tàu thủy đóng mới
theo đơn đặt hàng của chủ tàu nước ngoài) đã và đang được nhập ngoại. Để ngành
công nghiệp đóng tàu Việt Nam có thể phát triển bền vững, cạnh tranh quốc tế
thành công, thì việc phát tri

ển các ngành công nghiệp phụ trợ là một yêu cầu tất yếu
và cấp bách. Hiện nay, chúng ta đang chủ động sản xuất thép tấm đóng tàu, lắp ráp
diesel tàu thủy (tiến tới chế tạo từng phần) và một số trang thiết bị khác trên tàu, bởi
vì nếu sản xuất trong nước được các chủng loại vật tư, trang thiết bị đó thì chúng ta
có thể nâng tỉ lệ nội địa hóa của tàu thủ
y đóng mới lên tới 60-70%. Hiện nay trên
tàu thủy đóng mới (nhất là tàu thủy đóng cho chủ tàu nước ngoài) có sử dụng nhiều
thiết bị, hệ thống điều khiển, tự động hiện đại và gần như chúng ta phải nhập ngoại
100%. Tuy các thiết bị, hệ thống đó chiếm tỉ lệ không lớn trong giá thành con tàu
được đóng mới, nhưng có thể nói, chính các hệ thống đo lườ
ng, điều khiển, tự động
trên tàu giữ vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả hàng hải hàng
chục năm của con tàu, và đó là lý do mà các chủ tàu – dù muốn giảm chi phí đóng

7
mới – nhưng vẫn phải trang bị các thiết bị, hệ thống ngày càng hiện đại hơn. Mặt
khác, xem xét lịch sử ngành công nghiệp đóng tàu thế giới, có thể thấy rằng các
nước đã phát triển ngành công nghiệp đóng tàu, không nước nào lại không phát
triển các ngành công nghiệp phụ trợ, một số nước nay dù không còn giữ vị trí hàng
đầu trong ngành này, nhưng vẫn phát triển ngành công nghiệp phụ trợ, đặc biệt là
sản xu
ất các thiết bị và hệ thống điều khiển, tự động, và qua đó vẫn đóng góp vai
trò rất quan trọng trong ngành công nghiệp đóng tàu thế giới. Có thể nêu ra các điển
hình, đó là Anh (các thiết bị, hệ thống lái, các sen sơ), Na Uy, Đan Mạch, Thụy
Điển, Pháp, Đức (các thiết bị, hệ thống điện, điều khiển, tự động hóa); Nhật Bản,
Hàn Quốc (các thiết b
ị điện, điều khiển, nghi khí hàng hải). Như vậy, việc nghiên
cứu, thiết kế, chế thử, tiến tới chủ động chế tạo hàng loại các thiết bị, hệ thống đo
lường, điều khiển, tự động dùng cho tàu thủy là yêu cầu khách quan và cấp bách.
Nhằm mục đích đẩy mạnh hoạt động khoa học và công nghệ (KH&CN),

phục vụ thiết thự
c cho sự phát triển của ngành công nghiệp tàu thủy Việt Nam
thông qua việc đóng mới tàu chở dầu thô 100.000 DWT, Nhà nước đã cho phép Tập
đoàn Công nghiệp tàu thủy Việt Nam triển khai Dự án KH&CN “Phát triển
KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô 100.000 DWT”. Đề tài NCKH “Nghiên
cứu, thiết kế, chế thử các thiết bị và hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ
yếu trên tàu chở dầu 100.000T” đượ
c triển khai thực hiện trong khuôn khổ Dự án
KH&CN đó. Phạm vi nghiên cứu của đề tài này là các thiết bị và hệ thống đo
lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000 (cụ thể là 03 hệ
thống: Hệ thống báo động và giám sát đa năng; Hệ thống quản lý trạm phát điện tàu
thủy; Hệ thống báo cháy tự động). Đề tài nhằm mục đích thi
ết kế và chế thử các
thiết bị và hệ thống hiện đại đó, tiến tới chủ động chế tạo, thay thế nhập khẩu cho
các tàu 100.000 T và các tàu khác, góp phần tăng hàm lượng nội địa hóa, giảm giá
thành đóng mới tàu thủy tại Việt Nam. Có thể nói, các thiết bị, hệ thống này một
mặt đã được nghiên cứu trong nước (cho các tàu cỡ nhỏ) hàng chục năm nay, nhưng
lại ch
ưa có thiết bị, hệ thống nào được ngành đóng tàu chấp nhận, nhất là đối với
các tàu cỡ lớn, tàu có tính năng đặc biệt thì chưa có nghiên cứu, chế thử nào.
Xuất phát từ điều kiện kỹ thuật, công nghệ trong nước (nhất là thời gian gần
đây, với sự phát triển rất nhanh của công nghệ thông tin kết hợp với tự động hóa) và

8
khảo sát, phân tích các thiết bị, hệ thống tương tự do nước ngoài chế tạo cũng như
công nghệ họ sử dụng, đề tài nghiên cứu này ứng dụng các kỹ thuật, công nghệ hiện
đại nhất trong điều khiển, tự động hóa, công nghệ thông tin và vi điện tử (kỹ thuật
vi xử lý – vi điều khiển, công nghệ nhúng, hệ thống thông minh, máy tính và truyền
thông công nghiệp,.v.v ) để thiết kế
và chế thử 03 hệ thống đo lường, cảnh báo,

điều khiển nói trên.
Việc nghiên cứu, chế thử các thiết bị, hệ thống mới bao giờ cũng là công việc
khó khăn, nhất là đối với tàu chở dầu thô 100.000 T lần đầu tiên được đóng mới tại
Việt Nam, nhưng nhóm thực hiện đề tài đã nỗ lực trong khoảng thời gian tương đối
ngắn thực hi
ện nghiêm túc các nội dung đã được đăng ký và phê duyệt của đề tài
này. Báo cáo tổng kết này trình bày các nội dung và kết quả chính của đề tài cùng
với một số kết luận, kiến nghị từ nghiên cứu này.

9
PHẦN I: TỔNG QUAN

Chương I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC

I- Đặc điểm chung của các thiết bị, hệ thống đo lường, điều khiển trên tàu thủy
Các thiết bị, hệ thống đo lường, điều khiển trên tàu thủy rất đa dạng, nhất là
đối với Việt Nam. Trải qua hàng chục năm phát triển, ngành đóng tàu và hàng hải
Việt Nam đã và đang sử dụng nhiều thiết bị, hệ thống có xuất xứ
khác nhau (từ các
nước xã hội chủ nghĩa trước kia, Nhật bản, Châu Âu, đến các nước đóng tàu mới
phát triển thời gian vừa qua như Hàn Quốc, Trung Quốc, và cả do Việt Nam sản
xuất), có nguyên lý khác nhau, các thế hệ khác nhau. Có thể khái quát đặc điểm
chung của các thiết bị, hệ thống đó trong 03 thế hệ sau:
1- Thế hệ các thiết bị, hệ thống dùng truyền động cơ khí, thủy lực:
Các thiết bị, hệ thống này thường được sử dụng các tàu trọng tải nhỏ, cũ,
hoạt động trong vùng ven bờ, sông với hiệu quả làm việc thấp, độ chính xác và độ
tin cậy không cao, không ổn định, tuổi thọ thấp, khối lượng cồng kềnh, thiết bị tiếp
xúc với môi trường nước biển rất lớn gây gỉ sét nhiều, hệ thống hay bị kẹt, trọng tả
i
của tàu vì vậy cũng tăng lên đáng kể. Bên cạnh đó còn có nhược điểm là điều khiển
khó khăn, thao tác nặng nề, khả năng chịu môi trường khắc nghiệt kém, vận hành và

sửa chữa đều không thuận lợi, nên không thích hợp đối với các thế hệ tàu thủy hiện
đại. Tất nhiên là các thiết bị, hệ thống này sẽ nhanh chóng được thay thế bằng thế
hệ các thi
ết bị, hệ thống hiện đại hơn, thích hợp với môi trường làm việc và đảm
bảo độ tin cậy, chính xác trong đo lường, điều khiển, đồng thời lại có thể giảm chi
phí bảo dưỡng, vận hành,
2- Thế hệ các thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển tự động sử dụng mạch
điện tử tương tự:
Các thiết bị, hệ thống này sử dụng các linh kiện bán dẫn (như transitor
trường, transistor, tụ, trở…). Đây là thế hệ các thiết bị, hệ thống đo lường, điều
khiển được sử dụng rộng rãi trên các tàu thuỷ đóng vào các thập niên 60 và 70 của
thế kỷ 20. Thế hệ thiết bị, hệ thống này tiên tiến hơn so với thế hệ dùng cơ cấu cơ
khí, th
ủy lực và cũng đạt độ chính xác, tin cậy cao hơn, lại có kích thước nhỏ gọn,

10
tiêu hao năng lượng ít hơn, Thêm vào đó, thao tác nhanh hơn, kết hợp khá đơn
giản với các thiết bị, hệ thống khác. Nhờ đó có thể thực hiện kiểm tra, giám sát và
điều khiển các hệ thống trên tàu. Việc đo lường các đại lượng như nhiệt độ, áp suất,
mức chất lỏng, … đã trở lên dễ dàng hơn, có thể truyền xa và kết hợp với hiển thị
bằ
ng kim chỉ tạo thuận lợi hơn cho việc kiểm tra, điều chỉnh. Tuy vậy, các thiết bị,
hệ thống thế hệ này hiện nay cũng đã trở nên lạc hậu, với các nhược điểm chủ yếu
sau:
- Độ chính xác không cao, sai số còn lớn (do vấn đề kém chịu nhiễu, độ ổn
định thấp của linh kiện trong môi trường làm việc khắc nghiệt, ), để xử lý
thì cần có mạch (tương tự) phức tạp, tốn kém;
- Khả năng hiển thị hạn chế (dạng kim chỉ), quán tính lớn.
- Tín hiệu truyền xa hay bị nhiễu và suy hao trên đường dây, do đó việc đo
lường điều khiển không tin cậy, chính xác, và làm giảm khả năng tổng hợp

điều khiển các hệ thống với nhau.
- Khó chuẩn hoá vì các linh kiện rời rạc không có chất l
ượng đồng đều (nhất là
linh kiện trôi nổi trên thị trường Việt nam), khả năng tích hợp hệ thống thấp.
- Thiết bị, hệ thống có kích thước khá lớn, khả năng hiện thị không đa dạng.
- Giá thành bảo hành, sửa chữa còn cao.
3- Thế hệ các thiết bị, hệ thống đo và điều khiển ứng dụng công nghệ số:
Đây là thế h
ệ mới nhất, hiện đại nhất của các thiết bị và hệ thống đo lường,
điều khiển đang được sử dụng trên tàu thủy. Một số ưu điểm chủ yếu của các thiết
bị, hệ thống thế hệ này là:
- Độ chính xác không, sai số nhỏ (do có thể xử lý bằng chương trình), hoạt
động ổn định.
- Có thể truyề
n xa (do tín hiệu được chuẩn hoá) nên có thể tổng hợp điều
khiển các hệ thống với nhau.
- Thuận tiện cho việc chuẩn hoá, khả năng tích hợp hệ thống cao, có thể tạo ra
các mẫu linh động tùy theo yêu cầu của khách hàng.
- Khả năng hiển thị đa dạng (dạng kim, dạng đồ thị, dạng bảng biểu, ), có thể
tạo ra các giao diện một cách linh hoạt, thân thiệ
n với người sử dụng.

11
- Thiết bị, hệ thống có kích thước nhỏ gọn, dễ vận chuyển, hình thức, mẫu mã
đẹp.
Tuy vậy, các thiết bị, hệ thống đo lường, điều khiển thế hệ này cũng có một số
nhược điểm điển hình sau:
- Khả năng chịu môi trường khắc nghiệt nhìn chung kém (trừ các thiết bị, hệ
thống chuyên dụng), vì vậy c
ần phải được môi trường hoá.

- Các thiết bị, hệ thống hiện có tuy đa dạng, nhưng chưa được sản xuất theo
chuẩn chung, gây khó khăn cho việc sử dụng;
- Đòi hỏi kiến thức về sử dụng, sửa chữa và bảo dưỡng;
- Giá thiết bị, hệ thống khá cao.
Cùng với sự phát triển của kỹ thuật vi điện tử, công nghệ
thông tin và tự
động hoá, thời gian gần đây lại xuất hiện các loại linh kiện có chức năng mạnh hơn,
tạo khả năng thiết kế, chế tạo các thiết bị, hệ thống đo lường, điều khiển trên tàu
thủy với kích thước nhỏ gọn, thiết kế đơn giản, tính năng linh hoạt. Tuy vậy, cần
phải nhấn mạnh rằng việc ứ
ng dụng các kỹ thuật càng hiện đại đòi hỏi nghiên cứu
càng sâu và năng lực của người thiết kế càng cao.

II- Một số đặc thù đối với tàu chở dầu
1- Đặc điểm, tính chất của môi trường làm việc của các thiết bị, hệ thống đo
lường và điều khiển trên tàu thuỷ nói chung
Các thiết bị đo lường, điều khiển lắp đặ
t trên tàu thủy cần phải thoả mãn một
số đặc trưng sau, nhằm đáp ứng các đặc điểm khắt khe của môi trường:
- Do hoạt động hoàn toàn độc lập (trên biển, trên sông ngòi, ) nên yêu cầu độ
tin cậy cao, làm việc liên tục trong thời gian dài, và vì vậy thường phải có
thiết bị dự trữ.
- Khí hậu thường xuyên thay đổi do phải di chuyển trên nhiều vùng có tính
chất khí hậu khác nhau.
- Môi trườ
ng làm việc nhiễm mặn cao.
- Chịu tác động cơ học do rung, lắc của thân tàu, dao động của sóng cơ học tác
động trên tàu, cũng như một sô loại nhiễu do hoạt động của các thiết bị khác
trên tàu và kết cấu vỏ tàu.

12
- Bị giới hạn không gian, tập trung thiết bị trong khoảng không gian hẹp, nên
cần có kích thước nhỏ gọn, lại thuận tiện cho thao tác bình thường cũng như
hoạt động sửa chữa, thay thế.
- Điều kiện về công tác an toàn, phòng chống cháy nổ cũng đòi hỏi ở mức cao
hơn bất kỳ một phương tiện hay một nhà máy xí nghiệp nào trên bờ.
- Nhìn chung giới hạn v
ề số người vận hành (so với trên bờ), do đó nhu cầu về
tự động hoá cao hơn.
2- Một số đặc điểm đặc thù đối với tàu chở dầu
Đối với các tàu chở hàng hóa đặc biệt (ví dụ: tàu hóa chất nguy hiểm, tàu
chở dầu, v.v ) thì yêu cầu đối với các thiết bị, hệ thống này lại càng khắt khe hơn.
2.1 Qui phạm và Công ước quốc tế liên quan:
Tàu chở dầ
u thô 100.000 T nói đến trong nghiên cứu này được thiết kế, đóng
mới và hoàn thiện thỏa mãn các qui phạm mới nhất của:
- Đăng kiểm Việt Nam (VR) – cho tàu mang cờ Việt Nam;
- Đăng kiểm Mỹ (ABS);
- Công ước quốc tế về an toàn trên biển, 1974, bao gồm cả bản nghị định sửa
đổi 1978;
- Công ước quốc tế về đường tải (đã sửa đổi 1966);
- Công ước qu
ốc tế về đo tấn của tàu, 1969;
- Công ước quốc tế về ngăn ngừa chất thải từ tàu, 1973 và bản nghị định sửa
đổi 1978;
- Công ước và qui phạm quốc tế về chống va chạm trên biển, sửa đổi năm
1972;
- Qui phạm về thông tin liên lạc, radio, 1974, 1982 và các bản sửa đổi;
- Qui phạm USCG về hoạt động của tàu nước ngoài có thể
hoạt động trên

vùng nước của Mỹ (xuất bản #515);
- Các qui phạm và qui tắc OPA90 áp dụng cho loại tàu này của nước ngoài;
- Qui tắc hàng hải của kênh Suez, bao gồm cả đo tấn;
- Các đề nghị mới nhất của OCIMF và các công ty dầu khí về thiết bị và
đường ống cho tàu chở dầu (bao gồm cả ống hơi);

13
- Các đề nghị mới nhất của OCIMF và các công ty dầu khí về yêu cầu đối với
thiết bị dùng để neo tàu ở các điểm neo đơn lẻ;
- Hướng dẫn số 6954 của ISO về mức dao động trong phòng ở;
- Mã mức độ ồn trên tàu thủy (tài liệu 468 của IMO);
- Nghị quyết A272, nghị quyết sửa đổi A330 (IX) của IMO về tiếp cận an toàn
và làm việc trên các két hàng và két dằ
n cỡ lớn;
- Nghị quyết MSC.35(63) của IMO về hướng dẫn cho việc bố trí lai dắt sự cố
tàu chở dầu;
2.2 Các yêu cầu đối với hệ thống điện và tự động hóa được nghiên cứu:
- Hệ thống phân phối năng lượng điện của tàu phải là một trong các hệ thống
dưới đây:
(1) Hệ thống 1 chiều 2 dây cách điện;
(2) Hệ
thống xoay chiều 1 pha 2 dây cách điện;
(3) Hệ thống xoay chiều 3 pha 3 dây cách điện;
Tuy vậy, có thể cho phép sử dụng hệ thống phân phối lấy vỏ tàu làm dây dẫn
cho các hệ thống từ (1) đến (3) nói trên; và có thể sử dụng hệ thống phân phối có
nối đất cho các hệ thống sau:
(1) Mạch an toàn về bản chất;
(2) Mạch cấp nguồn, điều khiển và dụng cụ đo mà ở
đó vì lý do kỹ thuật
hoặc an toàn tránh sử dụng hệ thống không nối đất, với điều kiện dòng điện chạy

qua vỏ tàu không quá 5 ampe ở cả điều kiện bình thường và có hư hỏng;
(3) Hệ thống nối đất giới hạn và cục bộ, với điều kiện dòng điện có thể xuất
hiện không trực tiếp chạy qua vùng nguy hiểm.
(4) Mạng
động lực xoay chiều có điện áp dây hiệu dụng tối thiểu 1000 vôn,
với điều kiện dòng có thể xuất hiện không trực tiếp chạy qua vùng nguy hiểm.
- Đối với các vùng nguy hiểm trên tàu chở dầu: Các thiết bị đo, điều khiển và
thông tin thuộc về điện phải là kiểu an toàn về bản chất. Tuy nhiên, nếu về mặt kỹ
thuật không thể đáp ứng đượ
c yêu cầu này, thì thiết bị điện có kết cấu phòng nổ
khác mà Đăng kiểm thấy là thỏa mãn có thể thay thế cho thiết bị điện có kiểu an
toàn về bản chất cấp “ib”. (Điều 4.2.4 “Trang bị điện trong các vùng nguy hiểm” –
TCVN 6259 -4: 2003, Chương 4).

14

Khái niệm vùng nguy hiểm: Vùng nguy hiểm của tàu dầu để chở xô hàng
lỏng có điểm chớp cháy lớn nhất là 60 độ C mà không phải là khí hóa lỏng và hóa chất
nguy hiểm.

III- Khảo sát, phân tích các sản phẩm tương tự của các hãng sản xuất chính ở
Châu Âu và Nhật bản
1- Các sản phẩm tương tự của các hãng Châu Âu
1.1 Một số hãng sản xuất chính ở Châu Âu
Có thể nói Châu Âu là một trong những cái nôi của ngành đóng tàu thế giới,
hơn nữa, đối với ngành điện – điện tử phục vụ tàu thủy thì Châu Âu đã và đang luôn
là thế lực mạnh, với hàng loạ
t tên tuổi lớn, trong đó nổi bật là Kongsberg (Na Uy),
Lyngsø Marine A/S (Đan Mạch – thuộc tập đoàn SAM Electronics), Callenberg
A/S (Đan Mạch – tên cũ là SEMCO), Siemens (Đức), Schneider (Pháp).

Kongsberg là một tập đoàn đa quốc gia với hơn 200 năm lịch sử, có 4.000
lao động ở hơn 20 quốc gia. Tập đoàn cung cấp các hệ thống công nghệ cao trong
lĩnh vực dầu khí ngoài khơi, và sản phẩm gas, tàu hàng, công nghiệp quốc phòng và
hàng không vũ trụ. Đối với ngành hàng h
ải, Kongsberg cung cấp các hệ thống định
vị, nghi khí hàng hải, khảo sát, tự động hóa cho tàu hàng và việc lắp đặt trong lĩnh
vực dầu khí ngoài khơi. Kongsberg là nhà sản xuất hàng đầu thế giới về các hệ
thống định vị động, tự động hóa và giám sát, tự động hóa, vệ tinh hàng hải và thủy
âm học.
Các sản phẩm chính của Kongsberg là:
• Tàu ngầm tự hành (Autonomous underwater vehicles - AUV)
• Các hệ thống định vị động và hàng hải (Dynamic positioning and navigation)
• Các sản phẩm thủy âm học (Hydroacoustic products)
• Các hệ thống tích hợp cho dầu khí (Integrated operations - Oil and gas)
• Tự động hóa hàng hải (Marine automation)
• Khảo sát hàng hải (Maritime surveillance)
• Sen sơ chuyển động, hệ thống định vị vệ tinh, hệ thống tự động hóa tích hợp
và các hệ thống tham chiếu vị trí (Motion sensors, GPS, AIS and position
reference systems)