XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHỐNG NGHIÊNG TÀU THỦY BẰNG PHẦN MỀM LABVIEW

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển chống
nghiêng tàu thủy” là do tôi làm dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Hoàng Đức
Tuấn. Các dữ liệu được thu thập, tính toán, lập trình và kết quả cuối cùng nêu trong
luận văn là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào
khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ
rõ nguồn gốc, tất cả tài liệu tham khảo đã được liệt kê ở mục tài liệu tham khảo.
Tác giả luận văn

Dương Đức Khải

i


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Đức Tuấn đã tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ để luận văn được hoàn thành thuận lợi; xin chân thành cảm ơn các
thầy cô trong Khoa Điện - Điện tử và Viện đào tạo sau đại học đã truyền dạy
những kiến thức quí báu.
Những lời cảm ơn chân thành tiếp theo xin được đến tới gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp, những người đã luôn động viên, khuyến khích và chia sẻ khó khăn
trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu khoa học của tác giả.

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG......................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH......................................................................................viii
MỞ ĐẦU...................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG............................................3
CHỐNG NGHIÊNG TÀU THỦY............................................................................3
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống chống nghiêng tàu thủy.......................................3
1.2. Chức năng của hệ thống chống nghiêng tàu thủy...............................................3
1.3. Các yêu cầu đối với hệ thống chống nghiêng tàu thủy.......................................4
1.4. Phân loại hệ thống chống nghiêng tàu thủy........................................................5
1.5. Cấu trúc chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy........................................6
1.6. Nguyên lý chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy....................................8
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LABVIEW...................................10
2.1. Giới thiệu về LabVIEW...................................................................................10
2.2. Những khái niệm cơ bản của LabView ...........................................................16
2.3. Các kỹ thuật lập trình trên LabVIEW...............................................................19
2.4. Kiểu dữ liệu trong Labview..............................................................................24
2.5. Các phép toán cơ bản trong LabVIEW............................................................27
2.6. Các cấu trúc điều khiển luồng chương trình.....................................................31
2.7. SubVI và cách xây dựng SubVI.......................................................................36
2.8. Kỹ thuật lập trình nâng cao trong LabVIEW...................................................38
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHỐNG NGHIÊNG TÀU
THỦY BẰNG PHẦN MỀM LABVIEW................................................................43
3.1. Đề xuất cấu trúc hệ thống điều khiển cân bằng tàu trên máy tính....................43
3.2. Các phần tử chính trong hệ thống điều khiển chống nghiêng tàu thủy............44

iii


3.3. Xây dựng hệ thống điều khiển chống nghiêng tàu thủy...................................52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................73
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................74
PHỤ LỤC..................................................................................................................1

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Các chữ viết tắt:
Chữ viết tắt
COM
DAQ
DLL
DMA
DMM
DSP
G
GUI
HTML
I/O
LaVIEW
LSB
NI
PC
PCI
PDA
PID
PXI
RS232
SCADA

TCP/IP
UDP
USB
VDR
VI

Giải thích
Computer Output on Micro
Data Acquisition
Dynamic Link Library
Direct Memory Access
Digital Multimeter
Digital Signal Processing
Graphical
Graphic User Interface
Hypertex Markup Language
Input/ Output
Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench
Least Significant Bit
National Instruments
Personal computer
Peripheral Component Interconnect
Personal Digital Assistant
Proportional Intergral Derivative
PCI Extensions for Instrumentation
Recommended Standard 232
Supervisory Control and Data Acquisition
Transmission Control Protocol/ Internet Protocol
User Datagram protocol
Universal Serial Bus

Voyage Data Recorder
Virtual Instruments

v


Các ký hiệu:
Ký hiệu
NC
NO
C
EN
VSS
GND

Giải thích
Tiếp điểm thường mở của rơle điện tử
Tiếp điểm đóng mở của rơle điện tử
Chân chung của cặp tiếp điểm rơle điện tử
Chân tín hiệu điều khiển rơle điện tử
Nguồn nuôi rơle điện tử
Chân nối đất rơ le điện tử

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
3.1
3.2

3.3
3.4
3.5

Tên hình
Thông số động cơ điện của van
Kích thước cơ khí của van
Thông số cảm biến mức nước dạng tương tự
Thông số cảm biến mức nước két dạng số
Thông số kỹ thuật của cảm biến đo góc nghiêng S917

3.6

inclinometers
Chức năng và thông số của các chân trên cổng A, B của bộ

50

3.7

điều khiển NI myRIO 1900
Chức năng và thông số của các chân trên cổng C của bộ điều

51

3.8

khiển NI myRIO 1900
Các tín hiệu vào ra của hệ thống điều khiển

56

vii

Trang
44
45
46
47
48


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình
1.1
2.1
2.2
2.3

Tên hình
Cấu trúc chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Chương trình viết bằng LabVIEW
Thu thập dữ liệu tại Cơ quan hàng không và vũ trụ - NASA
Thu thập dữ liệu từ cảm biến đo gió trong ôtô và thí nghiệm

2.4
2.5
2.6

thuật toán chuyển đổi cảm biến

Giao diện lái ôtô từ xa
Điều khiển tay Robot
Robot dưới nước (Spider) được phát triển dựa trên

12
12
13

2.7

LabVIEW của công ty Nexans
Hệ thống lái không trục lái tại phòng thí nghiệm

13

2.8
2.9

Biorobotics, KUT, Hàn Quốc
Điều khiển động cơ DC theo thuật toán PID
Hệ thống đo lường, giám sát và điều khiển trong công

14
14

2.10
2.11
2.12
2.13
2.14

2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.30
2.31
2.32

nghiệp
Tạo một VI
Front Panel của chương trình LabVIEW
Trình tự thao tác trên Front Panel
Block Diagram của chương trình LabVIEW
Dây nối trong Block Diagram
Bảng điều khiển (Controls Palette)
Numeric control/indicator
Boolean control/indicator
String & Path
Array, Matrix & Cluster

Function palette
Các kiểu dữ liệu cơ bản
Thao tác tới thư viện hàm
Các phép toán số học
Các phép toán so sánh
Các phép toán logic
Các phép toán với chuỗi ký tự
Các phép toán với mảng
Các phép toán đặc biệt
Vòng lặp While
Các hàm thời gian
Shift register
Feedback Node

15
16
16
17
18
19
20
21
21
22
20
23
26
27
27
28

28
29
29
30
31
32
32

viii

Trang
6
9
10
11


2.33
2.34
2.35
2.36
2.37
2.38
2.39
2.40
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5

3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19
3.20
3.21
3.22
3.23
3.24
3.25
3.26
3.27
3.28
3.29
3.30
3.31
3.32
3.33
3.34

Vòng lặp For
Cấu trúc Case
Cấu trúc Flat Sequence
Cấu trúc Event
Icon mặc định
Cách thức tạo Conector của một VI
Thư viện DAQ
Thư viện Instrunment I/O
Cấu trúc chung của hệ thống tự động cân bằng tàu thủy
Bơm Pacer
Van Di - Hen UM1
Sơ đồ điện của van
Cấu tạo của van
Cảm biến mức nước dạng tương tự
Cảm biến mức nước két dạng số
Cảm biến đo góc nghiêng S917 inclinometers
Bộ điều khiển NI myRIO 1900
Các khối chức năng trong bộ điều khiển NI myRIO 1900
Cổng A, B của bộ điều khiển NI myRIO1900
Cổng C của bộ điều khiển NI myRIO1900
Bố trí mặt ngoài của tủ điều khiển động cơ
Bố trí mặt trong tủ điều khiển động cơ
Hình ảnh mô hình vật lý
Thuật toán chương trình điều khiển
Các cửa sổ khởi tạo chương trình
Cổng các tín hiệu vào số
Cổng tín hiệu vào tương tự
Cổng tín hiệu ra số
Cổng tín hiệu ra tương tự
Các phần tử điều khiển trên Front Panel

Vòng lặp While
Cấu trúc Case structure
Cấu trúc Flat sequence
Chương trình đọc tín hiệu vào
Cấp nước từ ngoài hệ thống tới các két nước
Chương trình tạo trễ 10s
Cửa sổ True của chương trình điều khiển van, bơm tự động
Cửa sổ False của chương trình điều khiển van, bơm tự động
Chương trình điều khiển van, bơm bằng tay
Chương trình xuất tín hiệu số
Của sổ True - True của chương trình xuất tín hiệu tương tự
Cửa sổ True - False - True của chương trình xuất tín hiệu

ix

33
33
34
35
36
37
38
39
42
43
44
44
45
46
46

47
48
49
50
51
52
53
54
55
59
59
60
60
60
61
61
62
62
63
63
64
64
65
65
66
66
67


3.35

tương tự
Cửa sổ True - False - False của chương trình xuất tín hiệu

67

3.36
3.37

tương tự
Của sổ False của chương trình xuất tín hiệu tương tự
Chương trình điều khiển và giao diện chống nghiêng tàu

68
68

3.38
3.39
3.40
3.41

thủy
Chế độ chạy tự động, góc nghiêng < 2o
Chế độ chạy tự động, góc nghiêng > 2o
Chế độ chạy tự động, góc nghiêng > 5o
Chế độ vận hành bằng tay

69
69
70

70

x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay với sự phát triển lớn mạnh, vượt bậc của nghành công nghiệp
đóng tàu đã cho ra đời những con tàu siêu trường, siêu trọng. Cùng với đó thì việc
vận hành khai thác sẽ phức tạp hơn đặt ra yêu cầu cho các hệ thống điều khiển,
giám sát trên tàu ngày càng phải hoàn thiện và hiện đại hơn, từ đó giảm bớt được
số người phục vụ và nâng cao được chất lượng của toàn hệ thống. Theo đó việc
bốc xếp, dỡ hàng hóa đòi hỏi phải có sự giám sát và tự động điều chỉnh độ cân
bằng của tàu (giám sát và điều khiển góc nghiêng).
Hiện nay vấn đề giám sát và điều khiển mức độ cân bằng tàu hầu như được
thực hiện bằng tay. Việc quan sát góc nghiêng được thưc hiện chủ yếu thông qua
đồng hồ cơ. Vấn đề điều khiển phải thông qua các sỹ quan vận hành đi ca, mở van
và bơm nước cân bằng bằng tay mất nhiều thời gian và đòi hỏi luôn phải có sỹ
quan trực và phục vụ khi làm hàng cũng như khi tàu hành trình. Đặc biệt khi tàu
hành trình trong điều kiện trên biển có sóng gió việc thiết lập độ cân bằng cho tàu
là hết sức quan trọng.
Với sự phát triển lớn mạnh của các ngành điện, điện tử, công nghệ thông tin
thì vấn đề về điều khiển, giám sát và xu hướng xây dựng phòng điều khiển trung
tâm ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Xuất phát từ thực tế đó tác giả đã chọn đề
tài luận văn: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển chống nghiêng tàu
thủy”
2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu xây dựng mô hình vật lý hệ thống điều khiển chống nghiêng tàu
thủy. Việc nghiên cứu thành công đề tài này sẽ làm cơ sở cho việc ứng dụng hệ
thống điều khiển tự động cân bằng tàu thủy vào các tàu đóng mới hiện nay.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đối tượng nghiên cứu của đề tài: Hệ thống chống nghiêng tàu thủy.

1


Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển
chống nghiêng tàu thủy bằng phần mềm LabVIEW với bộ điều khiển NI myRIO
1900.
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Để đạt được mục tiêu nghiên cứu, đề tài sử dụng các phương pháp như:
phương pháp phân tích, phương pháp chuyên gia, phương pháp mô hình hóa và
phương pháp thực nghiệm để kiểm chứng kết quả trên phần mềm.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học Đề tài
Là tài liệu tham khảo hữu ích cho các độc giả quan tâm đến các ứng dụng
của LabVIEW trong thực tế. Thể hiện rõ được vai trò của các tiến bộ khoa học kỹ
thuật góp phần vào phát triển ngành công nghiệp đóng tàu ở nước ta, từ đó giảm
được chi phí nhân công đồng thời nâng cao được quá trình tự động hóa trong vận
hành khai thác tàu. Đề tài này có thể đóng góp một phần nhỏ vào công cuộc công
nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước trong thời kỳ hiện nay đặc biệt là trong ngành
công nghiệp đóng tàu.
*Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể sử dụng vào việc dạy học trong chương
trình đào tạo nghề và ứng dụng trong công nghiệp tàu thủy. Kết quả nghiên cứu
của đề tài hoàn toàn có thể áp dụng vào thực tế trong các cảng biển để tiết kiệm chi
phí, nâng cao năng suất lao động, an toàn cho tàu và thuyền viên.

2

CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG
CHỐNG NGHIÊNG TÀU THỦY
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Tàu thuỷ là phương tiện hoạt động trên nước. Trong quá trình hoạt động di
chuyển do tác động của nhiều yếu tố môi trường như sóng, gió, bão,… tàu có thể
bị mất cân bằng nghiêng trái, nghiêng phải, chúi mũi, chúi lái và một lí do chính
khiến cho tàu mất cân bằng là khi tàu xếp dỡ hàng hoá (xếp hàng không cân) hoặc
trong quá trình di chuyển tàu tiêu hao nhiên liệu và nước ngọt dự trữ trong các két
ở hai bên mạn tàu khiến cho trọng lượng của các két giảm xuống. Để giải quyết
vấn đề ổn định cho tàu trong quá trình hoạt động người ta sử dụng hệ thống cân
bằng tàu. Bản chất của hệ thống cân bằng tàu sử dụng trên tàu là: hai bên mạn tàu
có các két chống nghiêng. Trong quá quá trình tàu hoạt động, vì một lí do nào đó
mà tàu bị nghiêng thì hệ thống cân bằng tàu có nhiệm vụ bơm nước từ két này sang
két kia để tàu được cân bằng. Trong thực tế phụ thuộc vào tính năng, kết cấu, hình
dáng và kích thước của loại tàu người ta có thể sử dụng nhiều hoặc ít các két chứa
nước chống nghiêng và nhiều hệ thống điều khiển đóng, mở, đo lường dung tích
các két.
1.2. Chức năng của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Hệ thống cân bằng tàu là một hệ thống hết sức quan trọng của con tàu, nó có
nhiệm vụ giám sát và kiểm tra mọi sự sai lệch về độ nghiêng thực tế của con tàu so
với độ nghiêng được thiết kế (có nhiều nguyên nhân dẫn đến tàu bị nghiêng khỏi vị
trí cân bằng ban đầu của nó như do tác động của sóng, gió, do quá trình xếp dỡ
hàng hoá ở cảng, do quá trình luân chuyển và sử dụng các két dầu đốt, các két
nước ngọt…) [11]. Hệ thống thực hiện việc giám sát bằng các cảm biến mức nước
của các két chống nghiêng qua đó gửi tín hiệu thu được tới trung tâm tính toán. Từ
các số liệu thu được người vận hành sẽ tính toán và đưa ra quyết định điều khiển
các bơm chống nghiêng khác nhau ở các vị trí két khác nhau nhằm giữ cho con tàu
có thể cân bằng trong giới hạn cho phép. Đối với những con tàu có hệ thống tự

3


động điều khiển chống nghiêng thì tín hiệu thu được từ các cảm biến mức nước,
cảm biến góc nghiêng được đưa về bộ xử lí trung tâm, nó sẽ được tính toán và từ
bộ xử lí trung tâm này sẽ gửi tín hiệu điều khiển tới các rơle trung gian để khởi
động các bơm và van chống nghiêng tương ứng. Hệ thống này rất quan trọng đối
với sự an toàn của con tàu và hàng hoá vì nếu có sai sót hỏng hóc nào đó của hệ
thống mà tín hiệu giám sát và điều khiển không đúng thì có thể dẫn đến con tàu bị
nghiêng quá nhiều gây ra tình trạng nước tràn vào tàu và có thể bị đắm tàu.
Hệ thống giám sát và điều khiển cân bằng tàu có nhiệm vụ chính là nâng cao
tính ổn định cho con tàu, đảm bảo cho con tàu luôn luôn cân bằng (không bị
nghiêng, bị lệch) [10].
Nâng cao hiệu suất đối với hệ lực đẩy. Hệ thống cân bằng tàu dùng khi tàu
xếp hàng không đều, khi tàu không chở hàng (tàu chạy ballast) hoặc khi có ngoại
lực tác dụng lên tàu như sóng, gió [10].
Việc điều hành hoạt động của hệ thống cân bằng tàu được thực hiện theo
lệnh của sĩ quan boong, thông thường là đại phó (chief officer) khi đã nghiên cứu
tính ổn định của tàu trong điều kiện khai thác thực tế. Sau khi nhận được lệnh bơm
nước để cân bằng tàu vào các két chống nghiêng tương ứng thì sĩ quan máy sẽ thực
hiện các thao tác cần thiết [10].
1.3. Các yêu cầu đối với hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Do đặc điểm và tính chất quan trọng của hệ thống cân bằng tàu, liên quan
đến trực tiếp sự an toàn của con tàu [11], vì vậy hệ thống phải phải đáp ứng được
các yêu cầu đưa ra như:
- Hệ thống phải có ít nhất hai trạm điều khiển tại chỗ và từ xa. Hai trạm này
có thể điều khiển độc lập được với nhau. Trong quá trình điều khiển, khi cần
chuyển đổi từ trạm này sang trạm kia thì việc chuyển đổi phải được thực hiện
nhanh chóng và chính xác.
- Hệ thống phải có 2 chế độ là bằng tay và tự động.

- Trên hệ thống giám sát người vận hành phải quan sát được góc nghiêng
của tàu và phải quan sát được trạng thái hoạt động của các bơm, van…
4


- Các van chống nghiêng đều có thể đóng mở bằng tay được khi không thể
điều khiển từ xa.
- Van sau bơm là loại van một chiều để tránh việc nước chảy ngược về bơm
[10].
- Lắp đặt các thiết bị cảm biến chỉ báo mức nước trong mỗi két cân bằng và
hiển thi thông số trên bảng điều khiển cho người vận hành biết.
- Khi có tín hiệu nghiêng hệ thống cần đặt thời trễ để khẳng định độ nghiêng
tránh sự nghiêng giả tức thời do sóng, gió gây ra.
- Có các chế độ bảo vệ hệ thống, khống chế bơm hoạt động khi mực nước
trong các két quá cao hoặc quá thấp, hoặc khi các van không mở được.
- Phải có tín hiệu báo động cho người vận hành biết khi độ nghiêng của tàu
> 5o, và khống chế hoạt động điều khiển tự động.
- Hệ thống cần nên trang bị thêm trạm điều khiển và giám sát trên buồng lái
[10].
- Hệ thống nên cần được ghép nối với hệ thống máy in để có thể in nhật ký
khi có sự cố và cần được ghép nối với hệ thống VDR…
1.4. Phân loại hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Hệ thống hệ thống chống nghiêng tàu có thể phân thành hai loại chính [11]:
- Hệ thống có giám sát nhưng không tự động điều khiển chống nghiêng.
- Hệ thống có giám sát và có thể tự động phát tín hiệu khởi động để điều
khiển chống nghiêng.
Đối với hệ thống có giám sát nhưng không tự động điều khiển chống
nghiêng thì các quyết định đưa ra sau đó sẽ do sĩ quan boong (thường là đại phó)
chịu trách nhiệm và người thực hiện sẽ là sĩ quan máy. Hệ thống loại này có nhược
điểm là làm cho công việc của đại phó nhiều thêm nhưng nó có ưu điểm là tính an

toàn và chắc chắn cao hơn. Đối với hệ thống có giám sát và có tự động điều khiển
chống nghiêng tàu thì đáp ứng được tính tự động hoá cao trên tàu thuỷ nhưng lại
có nhược điểm lớn là nếu có trục trặc hay hỏng hóc nào đó với hệ thống thì độ
nguy hiểm đối với con tàu sẽ rất lớn. Ngày nay đối với các tàu có yêu cầu cao về
5


độ ổn định như các tàu chở container, tàu chở hàng rời thì được ứng dụng loại hệ
thống có tự động điều khiển chống nghiêng tàu nhưng hệ thống này cần phải được
thường xuyên theo dõi để đảm bảo không có hỏng hóc nào xảy ra đối với hệ thống
cũng là đảm bảo an toàn cho con tàu [10].
Ngoài ra, hệ thống hệ thống chống nghiêng tàu còn được phân loại theo loại
bơm được sử dụng: bơm li tâm, bơm cánh gạt, bơm piston, bơm bánh răng.
1.5. Cấu trúc chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Cấu trúc chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy bao gồm các phần
chính được thể hiện trong hình vẽ sau [14], [15]:

6


Hình 1.1. Cấu trúc chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
1.5.1. Kết cấu chung
- Hệ thống két chống nghiêng, van ống. Đối với kết cấu của hệ điều chỉnh
nghiêng bao gồm 2 két chứa nước được treo ở 2 bên mạn tàu nằm ở vị trí giữa của

7


tàu. Hệ thống đường ống nối 2 két với nhau thông qua bơm hút, đấy và hệ thống
van để đóng, mở đường ống. Giả sử tàu bị nghiêng trái thì bơm sẽ hút nước từ két

bên trái chuyển sang két bên phải và ngược lại [10].
- Các thiết bị ngoại vi lắp đặt bên ngoài [10]:
+ Các thiết bị điều khiển như: bơm chống nghiêng, van đóng mở đường ống,
van phân phối.
+ Các thiết bị giám sát như: cảm biến nghiêng, các bộ chuyển đổi mức, cảm
biến báo động mức nước…
1.5.2. Kết cấu hệ thống điều khiển
- Buồng điều khiển của hệ thống chống nghiêng (nằm trong phòng riêng của
hệ thống ballast) [10].
- Buồng điều khiển thực hiện các chức năng [10]:
+ Điều khiển từ xa chức năng chống nghiêng.
+ Giám sát các trạng thái, các thông số trong hệ thống chống nghiêng như:
độ nghiêng, mức nước các két, các trạng thái của bơm, van….
+ Bảng điều khiển tại chỗ: buồng điều khiển tại chỗ thực hiện chức năng
điều khiển hệ chống nghiêng khi hệ điều khiển từ xa có sự cố…
1.6. Nguyên lý chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Bản chất của hệ thống chống nghiêng sử dụng trên tàu là: hai bên mạn tàu có
các két chống nghiêng. Trong quá quá trình tàu đứng làm hàng hoặc hành trình vì
một lí do nào đó mà tàu bị nghiêng thì hệ thống chống nghiêng tàu có nhiệm vụ
bơm chuyển nước từ két này sang két kia để tàu được trở lại cân bằng.
Giả sử khi tàu bị nghiêng với góc độ lớn hơn 2 o trái hoặc phải thì nhờ vào
các cảm biến nghiêng đặt ở trong các két chống nghiêng sẽ đưa tín hiệu gửi đến
trung tâm xử lý tín hiệu, sau thời gian trễ khẳng định nghiêng trung tâm xử lý sẽ xử
lý tín hiệu và gửi tín hiệu mở van tương ứng trước. Sau khi van đã được mở hoàn
toàn thông qua phản hồi trạng thái của van sẽ có tín hiệu khở động bơm hút đẩy
nước. Sau khi điều chỉnh tàu dần dần trở lại vị trí cân bằng khi đó trung tâm điều
khiển xuất tín hiệu để dừng bơm, sau đó có tín hiệu đóng van.
8

Trong quá trình điều chỉnh cân bằng tàu vì lý do nào dó mà tàu nghiêng quá
độ cho phép (5o trái hoặc phải) hoặc mức nước trong két cân bằng giảm quá thấp
trung tâm xử lý sẽ gửi tín hiệu ra báo động chung và dừng bơm.

9


CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LABVIEW
2.1. Giới thiệu về LabVIEW
2.1.1. LabVIEW là gì?
LabVIEW (viết tắt của Laboratory Virtual Instrumentation Engineering
Workbench) là môi trường ngôn ngữ đồ họa hiệu quả trong việc giao tiếp đa kênh
giữa con người, thuật toán và các thiết bị [2].

Hình 2.1. Chương trình viết bằng LabVIEW
LabVIEW hỗ trợ các kỹ sư, nhà khoa học và sinh viên…xây dựng (thực thi)
các thuật toán một cách nhanh, gọn, sáng tạo, và dễ hiểu nhờ các khối hình ảnh có
tính gợi nhớ và cách thức hoạt động theo kiểu dòng dữ liệu (data flow) lần lượt từ
trái qua phải. Các thuật toán này sau đó được áp dụng lên các mạch điện và cơ cấu
chấp hành thực nhờ vào việc kết nối hệ thống thật với LabVIEW thông qua nhiều
chuẩn giao tiếp như chuẩn giao tiếp RS232 (giao tiếp qua cổng COM), chuẩn USB,
chuẩn giao tiếp mạng TCP/IP, UDP, chuẩn GPIB,…Vì vậy LabVIEW là một ngôn
ngữ giao tiếp đa kênh [2].
LabVIEW hỗ trợ hầu hết các hệ điều hành (Windows (2000, XP, Vista,
Windows7), Linux, MacOS, Window Mobile, Window Embedded [2].

10


2.1.2. Các ứng dụng chính của LabVIEW

LabVIEW được biết đến như là một ngôn ngữ lập trình với khái niệm hoàn
toàn khác so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống như ngôn ngữ C, Pascal.
Bằng cách diễn đạt cú pháp thông qua các hình ảnh trực quan trong môi trường
soạn thảo, LabVIEW đã được gọi với tên khác là lập trình G (viết tắt của
Graphical). LabVIEW được sử dụng trong các lĩnh vực đo lường, tự động hóa, cơ
điện tử, robotics, vật lý, toán học, sinh học, vật liệu, ôtô, … Nhìn chung [2]:
- LabVIEW giúp kỹ sư kết nối bất kỳ cảm biến, và bất kỳ cơ cấu chấp hành
nào với máy tính [2].
- LabVIEW có thể ñược sử dụng để xử lý các kiểu dữ liệu như tín hiệu
tương tự (analog), tín hiệu số (digital) hình ảnh (vision), âm thanh (audio),… [2]
- LabVIEW hỗ trợ các giao thức giao tiếp khác nhau như RS232, RS485,
TCP/IP, PCI, PXI [2].
- Bạn cũng có thể tạo ra các thực thi độc lập và các thư viện chia sẻ (ví dụ
thư viện liên kết động DLL), bởi vì LabVIEW là một trình biên dịch 32-bit [2].
Ứng dụng đo lường, trong hình 2.2 là giao diện thu thập dữ liệu các thông
tin cần thiết của tàu vũ trụ cỡ nhỏ tại cơ quan hàng không và vũ trụ NASA, Hoa
Kỳ [2].

Hình 2.2. Thu thập dữ liệu tại Cơ quan hàng không và vũ trụ - NASA
Ứng dụng hình 2.3 này giới thiệu áp dụng của việc sử dụng LabVIEW và
card Hocdelam USB 9001 hoặc NI USB 6008 để thực hiện đo tín hiệu, vẽ biểu đồ

11


đặc tuyến các cảm biến trong ôtô và thực nghiệm thuật toán chuyển đổi cảm biến
nhằm hạ giá thành sửa chữa xe ôtô. Ứng dụng này được thực hiện tại đại học Sư
phạm Kỹ thuật Tp.HCM năm 2008 [2].

Hình 2.3. Thu thập dữ liệu từ cảm biến đo gió trong ôtô và thí nghiệm

thuật toán chuyển đổi cảm biến
Điều khiển xe ô tô từ xa, hình 2.4 là giao diện điều khiển ôtô bảy chỗ (xe
Captival) từ xa được thực hiện bởi thành viên Hocdelam Group tại phòng thí
nghiệm Biorobotics, Hàn Quốc. Giao diện này hoàn toàn được xây dựng trong môi
trường lập trình LabVIEW có khả năng hiển thị các thông số và tín hiệu thực như:
vận tốc xe, mực xăng, vị trí tay số của xe, video truyền từ xe qua mạng không dây,
âm thanh từ động cơ tỷ lệ thuận với vị trí bướm ga cũng được giả lập làm cho việc
điều khiển xe từ xa giống với việc lái xe trực tiếp nhằm nâng cao chất lượng điều
khiển xe [2].

12


Hình 2.4. Giao diện lái ôtô từ xa
Mô phỏng 3D, hình 2.5 mô tả ứng dụng mô phỏng một cánh tay robot đơn
giản do Thạc sĩ Đỗ Trung Hiếu thực hiện [2].

Hình 2.5. Điều khiển tay Robot
Điều khiển phương tiện không người lái, hình 2.6 mô tả ứng dụng LabVIEW
điều khiển robot không người lái nhằm dò tìm và khám phá dưới nước của tập
đoàn Nexans [2].

13


Hình 2.6. Robot dưới nước (Spider) được phát triển dựa trên
LabVIEW của công ty Nexans
Thu thập hình ảnh và mô phỏng động lực học, hình 2.7 trình bày ứng dụng
mô phỏng hệ thống lái không trục lái trong ô tô. Đồng thời, hình ảnh từ webcam
(webcam thông thường gắn qua cổng USB) được thu thập và đưa lên giao diện

người dùng (Graphical User Interface - GUI) [2].

Hình 2.7. Hệ thống lái không trục lái tại phòng thí nghiệm
Biorobotics, KUT, Hàn Quốc
14


Thuật toán điều khiển tự động vị trí động cơ DC theo thuật toán PID và giao
diện trực quan trong hình 2.8 được Hocdelam Group viết dựa trên cơ sở phần mềm
LabVIEW. Với giao diện này, người điều khiển sẽ dễ dàng quan sát giá trị vị trí
mong muốn, và vị trí thực tế của động cơ, đồng thời, so sánh và đánh giá được tốc
độ đáp ứng, độ ổn định của động cơ DC trong quá trình vận hành [2].

Hình 2.8. Điều khiển động cơ DC theo thuật toán PID
Đo lường, giám sát và điều khiển hệ thống công nghiệp (SCADA), hình 2.9
trình bày ứng dụng của LabVIEW trong hệ thống điều khiển và giám sát dùng
trong công nghiệp [2].

Hình 2.9. Hệ thống đo lường, giám sát và điều khiển trong công nghiệp
15