nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển chống nghiêng tàu thủy

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 dƣới sự hƣớng dẫn của thầy giáo TS. Hoàng Đức
Tuấn. Các dữ liệu đƣợc thu thập, tính toán, lập trình và kết quả cuối cùng nêu trong
luận văn là trung thực, chƣa từng đƣợc 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 đƣợc chỉ
rõ nguồn gốc, tất cả tài liệu tham khảo đã đƣợc 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 hƣớng
dẫn, giúp đỡ để luận văn đƣợc 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 đƣợc đến tới gia đình, bạn bè và
đồng nghiệp, những ngƣời 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
CHƢƠNG 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 .................................... 7
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LABVIEW .................................... 9
2.1. Giới thiệu về LabVIEW ..................................................................................... 9
2.2. Những khái niệm cơ bản của LabView ............................................................ 15
2.3. Các kỹ thuật lập trình trên LabVIEW .............................................................. 18
2.4. Kiểu dữ liệu trong Labview ............................................................................. 23
2.5. Các phép toán cơ bản trong LabVIEW ............................................................ 25
2.6. Các cấu trúc điều khiển luồng chƣơng trình .................................................... 30
2.7. SubVI và cách xây dựng SubVI ....................................................................... 35
2.8. Kỹ thuật lập trình nâng cao trong LabVIEW ................................................... 37
CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHỐNG NGHIÊNG TÀU
THỦY BẰNG PHẦN MỀM LABVIEW ............................................................... 42
3.1. Đề xuất cấu trúc hệ thống điều khiển cân bằng tàu trên máy tính ................... 42
3.2. Các phần tử chính trong hệ thống điều khiển chống nghiêng tàu thủy............ 43
iii


3.3. Xây dựng hệ thống điều khiển chống nghiêng tàu thủy .................................. 52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 73
PHỤ LỤC ............................................................................................................ 1/PL

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Các chữ viết tắt:
Chữ viết tắt

Giải thích

COM

Computer Output on Micro

DAQ

Data Acquisition

DLL

Dynamic Link Library

DMA

Direct Memory Access

DMM

Digital Multimeter

DSP

Digital Signal Processing

G

Graphical

GUI

Graphic User Interface

HTML

Hypertex Markup Language

I/O

Input/ Output

LaVIEW

Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench

LSB

Least Significant Bit

NI

National Instruments

PC

Personal computer

PCI

Peripheral Component Interconnect

PDA

Personal Digital Assistant

PID

Proportional Intergral Derivative

PXI

PCI Extensions for Instrumentation

RS232

Recommended Standard 232

SCADA

Supervisory Control and Data Acquisition

TCP/IP

Transmission Control Protocol/ Internet Protocol

UDP

User Datagram protocol

USB

Universal Serial Bus

VDR

Voyage Data Recorder

VI

Virtual Instruments

v


Các ký hiệu:
Ký hiệu

Giải thích

NC

Tiếp điểm thƣờng mở của rơle điện tử

NO

Tiếp điểm đóng mở của rơle điện tử

C

Chân chung của cặp tiếp điểm rơle điện tử

EN

Chân tín hiệu điều khiển rơle điện tử

VSS

Nguồn nuôi rơle điện tử

GND

Chân nối đất rơ le điện tử

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng

Tên hình

Trang

3.1

Thông số động cơ điện của van

44

3.2

Kích thƣớc cơ khí của van

45

3.3

Thông số cảm biến mức nƣớc dạng tƣơng tự

46

3.4

Thông số cảm biến mức nƣớc két dạng số

47

3.5

Thông số kỹ thuật của cảm biến đo góc nghiêng S917

48

inclinometers
3.6

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

50

điều khiển NI myRIO 1900
3.7

Chức năng và thông số của các chân trên cổng C của bộ điều

51

khiển NI myRIO 1900
3.8

Các tín hiệu vào ra của hệ thống điều khiển

vii

56


DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Cấu trúc chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy

6

2.1

Chƣơng trình viết bằng LabVIEW

9

2.2

Thu thập dữ liệu tại Cơ quan hàng không và vũ trụ - NASA

10

2.3

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

11

thuật toán chuyển đổi cảm biến
2.4

Giao diện lái ôtô từ xa

12

2.5

Điều khiển tay Robot

12

2.6

Robot dƣới nƣớc (Spider) đƣợc phát triển dựa trên

13

LabVIEW của công ty Nexans
2.7

Hệ thống lái không trục lái tại phòng thí nghiệm

13

Biorobotics, KUT, Hàn Quốc
2.8

Điều khiển động cơ DC theo thuật toán PID

14

2.9

Hệ thống đo lƣờng, giám sát và điều khiển trong công

14

nghiệp
2.10

Tạo một VI

15

2.11

Front Panel của chƣơng trình LabVIEW

16

2.12

Trình tự thao tác trên Front Panel

16

2.13

Block Diagram của chƣơng trình LabVIEW

17

2.14

Dây nối trong Block Diagram

18

2.15

Bảng điều khiển (Controls Palette)

19

2.16

Numeric control/indicator

20

2.17

Boolean control/indicator

21

2.18

String & Path

21

2.19

Array, Matrix & Cluster

22

2.20

Function palette

20

2.21

Các kiểu dữ liệu cơ bản

23
viii


2.22

Thao tác tới thƣ viện hàm

26

2.23

Các phép toán số học

27

2.24

Các phép toán so sánh

27

2.25

Các phép toán logic

28

2.26

Các phép toán với chuỗi ký tự

28

2.27

Các phép toán với mảng

29

2.28

Các phép toán đặc biệt

29

2.29

Vòng lặp While

30

2.30

Các hàm thời gian

31

2.31

Shift register

32

2.32

Feedback Node

32

2.33

Vòng lặp For

33

2.34

Cấu trúc Case

33

2.35

Cấu trúc Flat Sequence

34

2.36

Cấu trúc Event

35

2.37

Icon mặc định

36

2.38

Cách thức tạo Conector của một VI

37

2.39

Thƣ viện DAQ

38

2.40

Thƣ viện Instrunment I/O

39

3.1

Cấu trúc chung của hệ thống tự động cân bằng tàu thủy

42

3.2

Bơm Pacer

43

3.3

Van Di - Hen UM1

44

3.4

Sơ đồ điện của van

44

3.5

Cấu tạo của van

45

3.6

Cảm biến mức nƣớc dạng tƣơng tự

46

3.7

Cảm biến mức nƣớc két dạng số

46

3.8

Cảm biến đo góc nghiêng S917 inclinometers

47

3.9

Bộ điều khiển NI myRIO 1900

48

ix


3.10

Các khối chức năng trong bộ điều khiển NI myRIO 1900

49

3.11

Cổng A, B của bộ điều khiển NI myRIO1900

50

3.12

Cổng C của bộ điều khiển NI myRIO1900

51

3.13

Bố trí mặt ngoài của tủ điều khiển động cơ

52

3.14

Bố trí mặt trong tủ điều khiển động cơ

53

3.15

Hình ảnh mô hình vật lý

54

3.16

Thuật toán chƣơng trình điều khiển

55

3.17

Các cửa sổ khởi tạo chƣơng trình

59

3.18

Cổng các tín hiệu vào số

59

3.19

Cổng tín hiệu vào tƣơng tự

60

3.20

Cổng tín hiệu ra số

60

3.21

Cổng tín hiệu ra tƣơng tự

60

3.22

Các phần tử điều khiển trên Front Panel

61

3.23

Vòng lặp While

61

3.24

Cấu trúc Case structure

62

3.25

Cấu trúc Flat sequence

62

3.26

Chƣơng trình đọc tín hiệu vào

63

3.27

Cấp nƣớc từ ngoài hệ thống tới các két nƣớc

63

3.28

Chƣơng trình tạo trễ 10s

64

3.29

Cửa sổ True của chƣơng trình điều khiển van, bơm tự động

64

3.30

Cửa sổ False của chƣơng trình điều khiển van, bơm tự động

65

3.31

Chƣơng trình điều khiển van, bơm bằng tay

65

3.32

Chƣơng trình xuất tín hiệu số

66

3.33

Của sổ True - True của chƣơng trình xuất tín hiệu tƣơng tự

66

3.34

Cửa sổ True - False - True của chƣơng trình xuất tín hiệu

67

tƣơng tự
3.35

Cửa sổ True - False - False của chƣơng trình xuất tín hiệu
tƣơng tự

x

67


3.36

Của sổ False của chƣơng trình xuất tín hiệu tƣơng tự

68

3.37

Chƣơng trình điều khiển và giao diện chống nghiêng tàu

68

thủy
3.38

Chế độ chạy tự động, góc nghiêng < 2o

69

3.39

Chế độ chạy tự động, góc nghiêng > 2o

69

3.40

Chế độ chạy tự động, góc nghiêng > 5o

70

3.41

Chế độ vận hành bằng tay

70

xi


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay với sự phát triển lớn mạnh, vƣợt bậc của nghành công nghiệp
đóng tàu đã cho ra đời những con tàu siêu trƣờng, 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 đƣợc
số ngƣời phục vụ và nâng cao đƣợc chất lƣợng 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 nhƣ đƣợc
thực hiện bằng tay. Việc quan sát góc nghiêng đƣợc thƣc 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 nƣớc cân bằng bằng tay mất nhiều thời gian và đòi hỏi luôn phải có sỹ
quan trực và phục vụ khi làm hàng cũng nhƣ 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 hƣớng xây dựng phòng điều khiển trung
tâm ngày càng đƣợc 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 tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đối tƣợng 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. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài
Để đạt đƣợc mục tiêu nghiên cứu, đề tài sử dụng các phƣơng pháp nhƣ:
phƣơng pháp phân tích, phƣơng pháp chuyên gia, phƣơng pháp mô hình hóa và
phƣơng 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 đƣợc vai trò của các tiến bộ khoa học kỹ
thuật góp phần vào phát triển ngành công nghiệp đóng tàu ở nƣớc ta, từ đó giảm
đƣợc chi phí nhân công đồng thời nâng cao đƣợc 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 nƣớc 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 chƣơng
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

CHƢƠNG 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 phƣơng tiện hoạt động trên nƣớc. Trong quá trình hoạt động di
chuyển do tác động của nhiều yếu tố môi trƣờng nhƣ 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 nƣớc ngọt dự trữ trong các két
ở hai bên mạn tàu khiến cho trọng lƣợng của các két giảm xuống. Để giải quyết
vấn đề ổn định cho tàu trong quá trình hoạt động ngƣời 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 nƣớc từ két này sang
két kia để tàu đƣợc cân bằng. Trong thực tế phụ thuộc vào tính năng, kết cấu, hình
dáng và kích thƣớc của loại tàu ngƣời ta có thể sử dụng nhiều hoặc ít các két chứa
nƣớc chống nghiêng và nhiều hệ thống điều khiển đóng, mở, đo lƣờng dung tích
các két.
1.2. Chức năng của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Hê ̣ thống cân bằng tàu là mô ̣t hê ̣ thố ng hế t sƣ́c quan tro ̣ng của con tàu , nó có
nhiê ̣m vu ̣ giám sát và kiể m tra mo ̣i sƣ̣ sai lê ̣ch về đô ̣ nghiêng thƣ̣c tế của con tàu so
với đô ̣ nghiêng đƣơ ̣c thiế t kế (có nhiều nguyên nhân dẫn đến tàu bị nghiêng khỏi vị
trí cân bằng ban đầu của nó nhƣ 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
nƣớc ngọt…) [11]. Hê ̣ thố ng thƣ̣c hiê ̣n viê ̣c giám sát bằ ng các cảm biế n mƣ́c nƣớc
của các két chống nghiêng qua đó gƣ̉i tín hiê ̣u thu đƣơ ̣c tới trung tâm tính toán . Tƣ̀
các số liệu thu đƣợc ngƣời vận hành sẽ tính toán và đƣa ra quyết định điều khiển
các bơm chống nghiêng khác nhau ở các vi ̣trí két khác nhau nhằ m giƣ̃ cho con tàu
có thể cân bằng trong giới hạn cho phép . Đối với những con tàu có hệ thống tự

3


đô ̣ng điề u khiể n ch ống nghiêng thì tín hiệu thu đƣợc từ các cảm biến mức nƣớc ,
cảm biến góc nghiêng đƣợc đƣa về bô ̣ xƣ̉ lí trung tâm , nó sẽ đƣợc tính toán và từ
bô ̣ xƣ̉ lí trung tâm này sẽ gƣ̉i tin
́ hiê ̣u điề

u khiể n tới các rơle trung gian để khởi

đô ̣ng các bơm và van chống nghiêng tƣơng ƣ́ng . Hê ̣ thố ng này rấ t quan tro ̣ng đố i
với sƣ̣ an toàn của con tàu và hàng hoá vì nế u có sai sót hỏng hóc nào đó của hê ̣
thố ng mà tin
́ hiê ̣u giá m sát và điề u khiể n không đúng thì có thể dẫn đế n con tàu bi ̣
nghiêng quá nhiề u gây ra tin
̀ h tra ̣ng nƣớc tràn vào tàu và có thể bị đắm tàu.
Hê ̣ thố ng giám sát và điề u khiể n cân bằ ng tàu có nhiê ̣m vu ̣ chiń h là nâng cao
tính ổ n đinh
̣ cho con tàu , đảm bảo cho con tàu luôn luôn cân bằ ng

(không bi ̣

nghiêng, bị lệch) [10].
Nâng cao hiê ̣u suấ t đố i với hê ̣ lƣ̣c đẩ y . Hê ̣ thố ng cân b ằng tàu dùng khi tàu
xế p hàng không đề u , khi tàu không chở hàng (tàu chạy ba llast) hoă ̣c khi có ngoa ̣i
lƣ̣c tác du ̣ng lên tàu nhƣ sóng, gió [10].
Viê ̣c điề u hành hoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thố ng cân b

ằng tàu đƣơ ̣c thƣ̣c hiê ̣n theo

lê ̣nh của si ̃ quan boong , thông thƣờng là đa ̣i phó (chief officer) khi đã nghiên cƣ́u
tính ổn đinh
̣ của tàu trong điề u kiê ̣n khai thác thƣ̣c tế . Sau khi nhâ ̣n đƣơ ̣c lê ̣nh bơm
nƣớc để cân bằng tàu vào các két chống nghiêng tƣơng ƣ́ng thì si ̃ quan máy sẽ thƣ̣c
hiê ̣n các thao tác cầ n thiế t [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 đƣợc
các yêu cầu đƣa ra nhƣ:
- Hệ thống phải có ít nhất hai trạm điều khiển tại chỗ và từ xa. Hai trạm này
có thể điều khiển độc lập đƣợc với nhau. Trong quá trình điều khiển, khi cần
chuyển đổi từ trạm này sang trạm kia thì việc chuyển đổi phải đƣợc 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 ngƣời vận hành phải quan sát đƣợc góc nghiêng
của tàu và phải quan sát đƣợc trạng thái hoạt động của các bơm, van…
4


- Các van chống nghiêng đều có thể đóng mở bằng tay đƣợc khi không thể
điều khiển từ xa.
- Van sau bơm là loại van một chiều để tránh việc nƣớc chảy ngƣợc về bơm
[10].
- Lắp đặt các thiết bị cảm biến chỉ báo mức nƣớc trong mỗi két cân bằng và
hiển thi thông số trên bảng điều khiển cho ngƣời 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 nƣớc
trong các két quá cao hoặc quá thấp, hoặc khi các van không mở đƣợc.
- Phải có tín hiệu báo động cho ngƣời 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 đƣợc ghép nối với hệ thống máy in để có thể in nhật ký
khi có sự cố và cần đƣợc ghép nối với hệ thống VDR…
1.4. Phân loại hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Hệ thố ng hệ thống chống nghiêng tàu có thể phân thành hai loa ̣i chiń h [11]:
- Hê ̣ thố ng có giám sát nhƣng không tƣ̣ đô ̣ng điề u khiể n chống nghiêng.
- Hê ̣ thố ng có giám sát và có thể tự động phát tín hiệu khởi động để đi

ều

khiển chống nghiêng.
Đối với hệ thống có giám sát nhƣng không tự động điều khiển ch
nghiêng thì các quyế t đinh
̣ đƣa ra sau đó sẽ do si ̃ quan boong

ống

(thƣờng là đại phó )

chịu trách nhiệm và ngƣời thực hiện sẽ là sĩ quan máy . Hê ̣ thố ng loa ̣i này có nhƣơ ̣c
điể m là làm cho công viê ̣c của đa ̣i phó nhiề u thêm nhƣng nó có ƣu điể m là tiń h an
toàn và chắc chắn cao hơn . Đối với hệ thống có giám sát và có tƣ̣ đô ̣ng điề u khiể n
chống nghiêng tàu thì đáp ƣ́ng đƣơ ̣c tiń h tƣ̣ đô ̣ng hoá cao trên tàu thuỷ nhƣng la ̣i
có nhƣợc điểm lớn là nếu có trục trặc hay hỏng hóc nào đó với hệ thống thì độ
nguy hiể m đố i vớ i con tàu sẽ rấ t lớn . Ngày nay đối với các tàu có yêu cầu cao về
5

đô ̣ ổ n đinh
̣ nhƣ các tàu chở container , tàu chở hàng rời thì đƣợc ứng dụng loại hệ
thố ng có tƣ̣ đô ̣ng điề u khiể n ch ống nghiêng tàu nhƣng hê ̣ thố ng này cầ n p hải đƣợc
thƣờng xuyên theo dõi để đảm bảo không có hỏng hóc nào xảy ra đố i với hê ̣ thố ng
cũng là đảm bảo an toàn cho con tàu [10].
Ngoài ra, hệ thống hệ thống chống nghiêng tàu còn đƣợc phân loại theo loại
bơm đƣợc 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 đƣợc thể hiện trong hình vẽ sau [14], [15]:

Hình 1.1. Cấu trúc chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
6


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 nƣớc đƣợc treo ở 2 bên mạn tàu nằm ở vị trí giữa của
tàu. Hệ thống đƣờng ống nối 2 két với nhau thông qua bơm hút, đấy và hệ thống
van để đóng, mở đƣờng ống. Giả sử tàu bị nghiêng trái thì bơm sẽ hút nƣớc từ két
bên trái chuyển sang két bên phải và ngƣợc lại [10].
- Các thiết bị ngoại vi lắ p đă ̣t bên ngoài [10]:
+ Các thiết bị điều khiển nhƣ: bơm chống nghiêng, van đóng mở đƣờng ống,
van phân phối.
+ Các thiết bị giám sát nhƣ: cảm biến nghiêng, các bộ chuyển đổi mức, cảm
biến báo động mức nƣớc…
1.5.2. Kết cấu hệ thống điều khiển
- Buồng điều khiển của hệ thống chống nghiêng (nằm trong phòng riêng củ a
hê ̣ thố ng 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 nhƣ:
độ nghiêng, mức nƣớc 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 nƣớc từ két này sang két kia để tàu đƣợc trở lại cân bằng.
Giả sử khi tàu bị nghiêng với góc độ lớn hơn 2o trái hoặc phải thì nhờ vào
các cảm biến nghiêng đặt ở trong các két chống nghiêng sẽ đƣa 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 tƣơng ứng trƣớc. Sau khi van đã đƣợc mở hoàn
7


toàn thông qua phản hồi trạng thái của van sẽ có tín hiệu khở động bơm hút đẩy
nƣớc. 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.
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 nƣớc trong két cân bằng giảm quá thấp
trung tâm xử lý sẽ gửi tín hiệu ra báo động chung và dừng bơm.

8


CHƢƠNG 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 trƣờng ngôn ngữ đồ họa hiệu quả trong việc giao tiếp đa kênh
giữa con ngƣời, thuật toán và các thiết bị [2].

Hình 2.1. Chƣơng trình viết bằng LabVIEW
LabVIEW hỗ trợ các kỹ sƣ, 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 lƣợt từ
trái qua phải. Các thuật toán này sau đó đƣợc 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 nhƣ 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].

9


2.1.2. Các ứng dụng chính của LabVIEW
LabVIEW đƣợc biết đến nhƣ là một ngôn ngữ lập trình với khái niệm hoàn
toàn khác so với các ngôn ngữ lập trình truyền thống nhƣ ngôn ngữ C, Pascal.
Bằng cách diễn đạt cú pháp thông qua các hình ảnh trực quan trong môi trƣờng
soạn thảo, LabVIEW đã đƣợc gọi với tên khác là lập trình G (viết tắt của
Graphical). LabVIEW đƣợc sử dụng trong các lĩnh vực đo lƣờng, tự động hóa, cơ
điện tử, robotics, vật lý, toán học, sinh học, vật liệu, ôtô, … Nhìn chung [2]:
- LabVIEW giúp kỹ sƣ kết nối bất kỳ cảm biến, và bất kỳ cơ cấu chấp hành
nào với máy tính [2].
- LabVIEW có thể ñƣợc sử dụng để xử lý các kiểu dữ liệu nhƣ tín hiệu
tƣơng tự (analog), tín hiệu số (digital) hình ảnh (vision), âm thanh (audio),… [2]

- LabVIEW hỗ trợ các giao thức giao tiếp khác nhau nhƣ RS232, RS485,
TCP/IP, PCI, PXI [2].
- Bạn cũng có thể tạo ra các thực thi độc lập và các thƣ viện chia sẻ (ví dụ
thƣ viện liên kết động DLL), bởi vì LabVIEW là một trình biên dịch 32-bit [2].
Ứng dụng đo lƣờng, 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
10


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 đƣợc thực hiện tại đại học Sƣ
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 đƣợc thực hiện bởi thành viên Hocdelam Group tại phòng thí
nghiệm Biorobotics, Hàn Quốc. Giao diện này hoàn toàn đƣợc xây dựng trong môi
trƣờng lập trình LabVIEW có khả năng hiển thị các thông số và tín hiệu thực nhƣ:
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 bƣớm ga cũng đƣợc giả lập làm cho việc
điều khiển xe từ xa giống với việc lái xe trực tiếp nhằm nâng cao chất lƣợng điều
khiển xe [2].

11

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 phƣơng tiện không ngƣời lái, hình 2.6 mô tả ứng dụng LabVIEW
điều khiển robot không ngƣời lái nhằm dò tìm và khám phá dƣới nƣớc của tập
đoàn Nexans [2].

12


Hình 2.6. Robot dƣới nƣớc (Spider) đƣợc 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 thƣờng gắn qua cổng USB) đƣợc thu thập và đƣa lên giao diện
ngƣời dùng (Graphical User Interface - GUI) [2].

Hình 2.7. Hệ thống lái không trục lái tại phòng thí nghiệm
Biorobotics, KUT, Hàn Quốc
13


Thuật toán điều khiển tự động vị trí động cơ DC theo thuật toán PID và giao
diện trực quan trong hình 2.8 đƣợc Hocdelam Group viết dựa trên cơ sở phần mềm
LabVIEW. Với giao diện này, ngƣời 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 đƣợc 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 lƣờng, 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 lƣờng, giám sát và điều khiển trong công nghiệp
14