Nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát chống nghiêng tàu thủy

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và 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.
Tác giả luận văn

Phạm Thị Thanh


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Đức Tuấn đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ và các thầy cô trong Khoa Điện - Điện tử, Viện đào tạo sau đại học đã
truyền dạy những kiến thức quí báu trong chương trình cao học và những kinh
nghiệm để luận văn hoàn thành thuận lợi.
Những lời cảm ơn chân thành tiếp theo xin được đến tới gia đình và bạn bè,
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.


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..............................................
CHỐNG NGHIÊNG TÀU THỦY............................................................................4

1.1. Giới thiệu chung về hệ thống chống nghiêng tàu thủy...................................4
1.2. Nhiệm vụ của hệ thống chống nghiêng tàu thủy............................................5
1.3. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống chống nghiêng tàu thủy.......................6
1.4. Phân loại hệ thống chống nghiêng tàu thủy...................................................7
1.5. Cấu trúc chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy...................................8
1.6. Nguyên lý làm việc của hệ thống chống nghiêng tàu thủy..........................10
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LABVIEW...................................12
2.1. Khái niệm về LABVIEW.............................................................................12
2.2. Các chức năng chính của LABVIEW..........................................................12
2.3. Môi trường phát triển và các tín hiệu đo được của LabVIEW......................14
2.4. Cấu trúc một chương trình trong LabView...................................................15
2.5. Các bảng trên LabVIEW..............................................................................18
2.6. Các kiểu dữ liệu............................................................................................21
2.7. SubVI và cách xây dựng SubVI...................................................................25
2.8. Kỹ thuật lập trình nâng cao trong LabVIEW...............................................28
2.9. Ứng dụng của Labview.................................................................................35
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW VÀO THIẾT KẾ HỆ
THỐNG GIÁM SÁT CHỐNG NGHIÊNG TÀU THỦY.......................................39
3.1. Cấu trúc của hệ thống giám sát chống nghiêng tàu thủy..............................39


3.2. Các phần tử trong hệ thống chống nghiêng tàu thủy.....................................39
3.3. Thiết kế giao diện giám sát trên LABVIEW.................................................48
3.4. Thử nghiệm phần mềm giám sát trên máy tính.............................................61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................64
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Các chữ viết tắt:
Chữ viết tắt
ADC
CAN
CNH_HĐH
DAC
DAQ
DMA
DMM
DSP

Giải thích
Analog Digital Converter
Control Area Network
Công nghiệp hóa, hiện đại hóa
Digital Analog Converter
Data Acquisition
Direct Memory Access
Digital Multimeter
Digital Signal Processing


G
GUI
HTML
I/O
IEEE
ISA
LAVIEW
LSB

MATLAB
NI
OS
PC
PCI
PCMCIA
PDA
PID
PLC
USB
VDR
VI

Graphical
Graphic User Interface
Hypertex Markup Language
Input/ Output
Institute of Electrical and Electronics Engineers
Internet Security Aceleration
Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench
Least Significant Bit
Matrix Laboratory
National Instruments
Operating system
Personal computer
Peripheral Component Interconnect
Personal Computer memory Card International Association
Personal Digital Assistant
Proportional Intergral Derivative
Programable Logic Controller

Universal Serial Bus
Voyage Data Recorder
Virtual Instruments

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

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


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
3.1
3.2
3.3

Tên bảng
Thông số của cảm biến

Thông số động cơ điện của van
Kích thước cơ khí của van

Trang
40
40
42


DANH MỤC CÁC HÌNH


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Khoa học kỹ thuật đang có những bước phát triển vượt bậc và nhanh chóng
đạt được những thành tựu đáng kể trên thế giới hiện nay.Vì vậy đã cho ra đời rất
nhiều công cụ thiết bị hiện đại với độ chính xác cao.
Việt Nam đang trên con đường phát triển CNH_HĐH đất nước nên việc áp
dụng các thành tựu tiến bộ của thế giới là rất quan trọng. Các dây chuyền công
nghệ và thiết bị tự động hóa sản xuất đang dần được thay thế các công nghệ lạc
hậu thiết bị cũ với độ chính xác không cao và độ tin cậy kém. Kỹ thuật vi tính đã
góp phần thay đổi bộ mặt của các trung tâm điều khiển, giám sát. Một trong những
ứng dụng đó là phần mềm LAVIEW được tích hợp với bộ điều khiển NI myRIO
1900.
Với một hệ thống cảng biển trải dài trên mọi miền đất nước nên ngành công
nghiệp đóng tàu đã sản sinh ra những con tàu hiện đại có tải trọng lớn. Vì vậy vấn
đề đặt ra cho ngành công nghiệp này là phải có hệ thống giám sát và điều khiển
hoàn thiện, nhanh nhạy, độ chính xác và an toàn cao để giảm bớt sức lao động của
con người. Đặc biệt là trong quá trình xếp dỡ hàng hóa và khi tàu hành trình trên
biển trong điều kiện sóng gió đòi hỏi phải có sự giám sát về chống nghiêng.

Cùng với sự phát triển lớn mạnh của thiết bị điện tử, tự động hóa đã được áp
dụng rất nhiều vào ngành công nghiệp Tàu thủy trong nhiều hệ thống. Vấn đề về
điều khiển, giám sát, xu hướng hình thành trung tâm điều khiển đã và đang được
áp dụng. Trong ngành công nghiệp tàu thủy đang từng bước ứng dụng rất nhiều
những thành tựu khoa học kỹ thuật và công nhệ vào việc điều khiển và giám sát.
Đặc biệt là trong hệ thống chống nghiêng tàu thủy đã ứng dụng phần mềm
LAVIEW để giám sát để đạt được kết quả tối ưu nhất, tăng năng suất và giảm chi
phí cho những ứng dụng kiểm tra và đo lường. Chính vì lý do đó em đã chọn đề
tài:
‘‘Nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát chống nghiêng tàu thủy.’’


2. Mục đích của đề tài
Nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát quá trình tự động chống nghiêng
tàu thủy bằng phần mềm LAVIEW để có thể sử dụng trong việc giảng dạy, học tập
và trong hệ thống chống nghiêng tàu thủy trong các cảng biển.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống giám sát chống nghiêng tàu thủy.
- Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
+ Phân tích tổng quan hệ thống giám sát chống nghiêng tàu thủy.
+ Thiết kế hệ thống giám sát chống nghiêng tàu thủy trên phần mềm LABVIEW.
+ Xây dựng mô hình vật lý hệ thống.
4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài
Để đạt được những yêu cầu đề ra khi nghiên cứu chống nghiêng tàu thủy, đề
tài đã dùng các phương pháp như sau: phương pháp chuyên gia, phương pháp phân
tích, phương pháp thực nghiệm để kiểm chứng kết quả trên phần mềm cùng với
phương pháp mô hình hóa.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học đề tài:
Đây là kho kiến thức khá hữu dụng cho những người muốn tìm hiểu ứng

dụng phần mềm laview và bộ điều khiển NI myRIO 1900 trong thiết kế giao diện
giám sát chống nghiêng tàu thủy . Thể hiện rõ sự đóng góp của tiến bộ khoa học kỹ
thuật vào nghành đóng tàu của nước ta, giảm được chi phí nhân công và nâng cao
quá trình tự động hóa trong sản xuất. Nói được tầm quan trọng của kỹ thuật vi tính
đã đóng góp như thế nào vào quá trình giám sát tự động tạo nên sự tối ưu và năng
suất cao hơn. Đề tài này sẽ đóng góp một phần vào công nghiệp hóa –hiện đại hóa
đất nước trong thời kỳ hiện nay đặc biệt là trong công nghiệp đóng tàu.
* Ý nghĩa thực tiễn:


Kết quả được nghiên cứu của luận văn này có thể ứng dụng trong lĩnh vực dạy
học trong các trường đào tạo kỹ thuật và sử dụng trong công nghiệp đóng tàu
đang rất phát triển hiện nay đặc biệt là ở thành phố cảng Hải Phòng.
Kết quả của hệ thống giám sát đã được nghiên cứu của đề tài có thể dùng vào
thực tế ở các cảng biển sao cho tiết kiệm được chi phí,nâng cao năng suất lao
động, an toàn cho tàu và thuyền viên.


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG
CHỐNG NGHIÊNG TÀU THỦY
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Khi con tàu ngả nghiêng về bên trái hoặc bên phải mà không thể trở về được
vị trí thẳng đứng lúc ban đầu thì có nghĩa là lúc đó tàu đã bị nghiêng đi một góc.
Việc bị nghiêng này không những ảnh hưởng đến sự an toàn của con tàu, của máy
móc mà còn ảnh hưởng đến thuyền viên trên tàu. Theo lý thuyết tàu thủy có thể
nhận thấy ngay nguyên nhân chính đưa đến điều này là do tàu vận hành trong
điều kiện gió mạnh, sóng, bão, tàu đổi hướng, và do tình trạng xếp dỡ hàng hóa
không cân. Cũng có thể trong hành trình di chuyển của mình tàu bị tiêu hao nhiên
liệu và nước ngọt dự trữ trong các két nước ở hai bên mạn trái và phải của con 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 chống nghiêng tàu[14].
Hệ thống chống nghiêng trên tàu thủy tự động phát hiện góc nghiêng của tàu
để bù lại góc tương ứng. Hệ thống này giúp con tàu tiếp tục xếp dỡ hàng mà
không bị gián đoạn để cân chỉnh. Điều này giúp tiết kiệm khá lớn thời gian ở
cảng[10]. Bản chất của hệ thống chống nghiêng tàu thủy được dùng trên tàu là hai
bên mạn trái và phải của tàu có các két nước để tạo nên sự cân bằng. Trong hệ
thống này các két ballast được nối với nhau bởi các đường ống, van tự động và
các hệ thống kiểm soát. Khi tàu bị nghiêng về bất cứ mạn nào cảm biến nghiêng
sẽ gửi tín hiệu về sự biến đổi đó cho hệ thống kiểm soát[10]. Hệ thống giám sát
chống nghiêng tàu có nhiệm vụ báo cáo các trạng thái hoạt động của góc
nghiêng,van ,bơm để đưa đến hệ thống điều khiển bơm nước từ két trái sang két
phải và ngược lại để tàu được cân bằng. Trong thực tế hành trình của tàu thủy
người ta có thể dùng hai hay nhiều các két nước hai bên mạn tàu và nhiều hệ
thống điều khiển giám sát đóng, mở và đo lường dung tích các két tùy thuộc vào
tính năng, kết cấu,hình dáng,kích thước của loại tàu.


1.2. Nhiệm vụ của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Hệ thống chống nghiêng tàu thủy sẽ giúp chúng ta giải quyết được những vấn
đề sau[10]:
- Tàu xếp dỡ hàng được nhanh hơn và an toàn hơn.
- Thời gian tàu ở cảng ít hơn, tiết kiệm chi phí.
- Tránh nguy cơ hàng hóa và container bị lăn, trượt.
- An toàn cho tàu và thuyền viên.
Hệ thống chống nghiêng tàu là một hệ thống có tầm quan trọng hàng đầu của
con tàu, nó có chức năng giám sát và kiểm tra tất cả những sự sai lệch về độ
nghiêng thực tế của con tàu so với độ nghiêng tiêu chuẩn được thiết kế .Trong thực
tế đã cho thấy rằng có rất nhiều nguyên nhân có thể 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 không cân giữa hai mạn tàu, do quá trình luân chuyển và sử dụng

các két dầu đốt, các két nước ngọt…[14]. Hệ thống chống nghiêng đã thực hiện
quá trình giám sát thông qua các cảm biến mức nước được đặt trong các két chống
nghiêng, từ đó cảm biến này gửi tín hiệu thu nhận được tới trung tâm xử lý để nó
tính toán lại. Từ các số liệu phản hồi từ trung tâm xử lý người vận hành sẽ tính
toán và đưa ra quyết định để điều khiển các van, 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 động điều khiển chống nghiêng tàu thì
khi tín hiệu thu được từ các cảm biến mức nước 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 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[10] .


Hệ thống giám sát và điều khiển chống nghiêng 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 chống nghiêng tàu được sử
dụng khi tàu đang trong quá trình 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 chống nghiêng tàu sẽ được thực hiện
theo lệnh của sĩ quan boong, thông thường là đại phó (chief officer) khi đã nghiên
cứu rõ ràng tính ổn định của con tàu trong điều kiện khai thác và vận hành thực tế.
Sau đó mệnh lệnh này được đưa đến, sĩ quan máy sẽ thực hiện các thao tác cần
thiết để điều khiển van và bơm nước từ két này sang két kia để cân bằng tàu [10].
1.3. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Do đặc điểm và tính chất quan trọng của hệ thống chống nghiêng tàu, liên
quan đến trực tiếp sự an toàn của con tàu,vì vậy hệ thống chống nghiêng phải đáp

ứng được các yêu cầu đưa ra như[14]:
- Hệ thống này nhất định phải có 2 chế độ là bằng tay và tự động[10].
- Trên màn hình của hệ thống giám sát chống nghiêng người vận hành hoặc
người kiểm tra phải quan sát nhận định chính xác được góc nghiêng của tàu.Bên
cạnh đó là quan sát được trạng thái hoạt động của các bơm, van, quan sát được
mức nước trong hai két…[10]
- Các van chống nghiêng của hệ thống điều khiển đều có thể đóng hoặc mở
được bằng tay để tránh trường hợp khi không thể điều khiển từ xa dẫn đến nguy
hiểm cho con tàu[10].
- Lắp đặt các thiết bị cảm biến nhanh nhạy để phục vụ cho việc báo động
mức nước trong mỗi két chống nghiêng và đưa ra thông số được hiển thị trên bảng
điều khiển cho người vận hành biết[10].
- Khi có tín hiệu báo góc nghiêng của tàu trong quá trình làm việc thì hệ
thống này cần đặt thời trễ để khẳng định chính xác độ nghiêng tránh sự nghiêng giả
tức thời do sóng, gió gây ra[10].


- Phải có các chế độ bảo vệ hệ thống, các tín hiệu báo động để khống chế
bơm,van hoạt động khi mức nước ở hai két quá cao hoặc quá thấp, hoặc khi các
van không mở được[10].
- 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[10].
- Hệ thống nên trang bị thêm trạm điều khiển và giám sát trên buồng lái[10].
- Hệ thống nên 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…[10]
1.4. Phân loại hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Hiện nay có hai loại hệ thống chống nghiêng được sử dụng rộng rãi trên
tàu[10]:
- Hệ thống chạy bằng khí: hệ thống này bao gồm hệ thống hút khí và hệ
thống van tác dụng lên phía trên của két ballast. Khí được bơm vào một két và hút

ra ở két khác, tạo ra sự chênh lệch áp suất do đó lượng nước được di chuyển từ két
này qua két khác.
- Hệ thống bơm nước : hệ thống bơm nước bao gồm một mô tơ điện để chạy
bơm, bơm này là loại có thê đảo chu trình, kết nối với các bộ kiểm soát,các van
điều khiển từ xa để chuyển nước qua lại các két.
Trong phạm vi luận văn này sẽ nghiên cứu về hệ thống chống nghiêng bằng
bơm nước. Hệ thống chống nghiêng tàu bằng bơm nước được chia thành hai loại
chính [14]:
- Hệ thống chống nghiêng có chế độ giám sát nhưng không tự động điều khiển
chống nghiêng.
- Hệ thống chống nghiêng tàu có giám sát và có thể tự động phát ra tín hiệu
khởi động để điều khiển chống nghiêng.
Đối với hệ thống chống nghiêng có giám sát nhưng không tự động điều
khiển chống nghiêng thì các tín hiệu giám sát được gửi đến cho sĩ quan boong.
Người đưa ra các quyết định 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 theo kiểu này có yếu


điểm là khiến cho công việc và trách nhiệm của đại phó nặng nề hơn. Tuy vậy nó
lại có ưu điểm rất đáng lưu tâm là tính an toàn và độ chắc chắn cao hơn.
Đối với hệ thống chống nghiêng có giám sát và lại có thể tự động điều khiển
chống nghiêng tàu thì đáp ứng được yêu cầu về tính tự động hoá cao trên tàu thuỷ,
nâng cao được hiệu suất làm việc. Tuy nhiên nó lại có một nhược điểm khá lớn là
nếu có sự hỏng hóc hay trục trặc về kỹ thuật nào đó với các thiết bị trong hệ thống
thì độ nguy hiểm đối với con tàu sẽ rất lớn. Ngày nay, đối với các tàu có yêu cầu
cao về 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.
Bên cạnh đó, hệ thống này còn có thể được phân loại theo loại bơm được sử

dụng[10]:
- Bơm li tâm;
- Bơm cánh gạt;
- Bơm piston;
- Bơm bánh răng.
1.5. Cấu trúc chung của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Hệ thống chống nghiêng tàu thủy có cấu trúc cơ bản bao gồm các thành phần
chính sau [15,16]:


Hình 1.1. Cấu trúc hệ thống chống nghiêng tàu thủy


1.5.1. Kết cấu của hệ thống chống nghiêng
Hệ thống chống nghiêng tàu thủy bao gồm có hệ thống két chống nghiêng,
van ống và các thiết bị ngoại vi lắp đặt bên ngoài.
- Các két nước chống nghiêng và van ống[10].
+ Hệ thống chống nghiêng tàu thủy bao gồm có 2 két chứa nước được treo ở
2 bên mạn trái và phải của tàu nằm ở vị trí giữa của tàu. Ngoài ra còn có hệ thống
đường ống nối 2 két nước với nhau thông qua bơm hút đẩy 1 chiều và hệ thống
các van để đóng, mở đường ống khởi động bơm. Nếu như tàu bị nghiêng sang bên
trái thì bơm sẽ khởi động hút nước đưa từ két chưa nước bên trái chuyển sang két
bên phải và từ két phải sang trái nếu tàu nghiêng phải.
- Hệ thống các thiết bị ngoại vi lắp đặt bên ngoài bao gồm có:
+ Hệ thống các thiết bị điều khiển có thể lấy ví dụ như Bơm chống nghiêng,
các van đóng và mở đường ống nước và các van phân phối.
+ Hệ thống các thiết bị giám sát gồm có: cảm biến nghiêng đặt trong két
nước, các bộ chuyển đổi mức, cảm biến để báo động trong trường hợp mức nước
quá thấp hay quá cao …
1.5.2. Kết cấu của hệ thống giám sát chống nghiêng

Kết cấu của hệ thống điều khiển và giám sát chống nghiêng tàu chính là
buồng điều khiển giám sát của hệ thống được đặt trong buồng riêng của hệ thống
Ballast. Nó sẽ thực hiện các nhiệm vụ sau:
+ Điều khiển tự động các nhiệm vụ chống nghiêng từ xa.
+ Đưa ra màn hình giao diện của hệ thống giám sát các trạng thái và các
thông số của hệ thống chống nghiêng tàu như: góc nghiêng, mức nước trong hai
két, các trạng thái báo hiệu hoặt động của bơm và van….
+ Bảng điều khiển tại chỗ: sẽ nhận nhiệm vụ thực hiện các chức năng điều
khiển của hệ thống chống nghiêng tàu khi chế độ điều khiển tự động từ xa gặp sự
cố, hỏng hóc…


1.6. Nguyên lý làm việc của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Hệ thống chống nghiêng trên tàu biển tự động phát hiện góc nghiêng của
tàu để bù lại góc tương ứng .Như đã nói ở phần trên thì hệ thống chống nghiêng
tàu thủy sẽ sử dụng các két nước chống nghiêng ở hai bên mạn tàu trái và phải.
Trong quá trình tàu thực hiện nhiệm vụ xếp dỡ hàng hóa, hoặc trong hành trình gặp
phải một lí do thời tiết nào đó làm cho tàu mát vị trí cân bằng thì hệ thống này có
nhiệm vụ khởi động bơm để chuyển nước di chuyển từ két trái sang két phải và
ngược lại để tàu không bị nghiêng[16].
Chẳng hạn khi tàu đang bị nghiêng trái hoặc phải thì nhờ có các cảm biến
nghiêng được đặt ở trong các két nước của hệ thống sẽ báo tín hiệu để gửi đến
trung tâm xử lý tín hiệu. Nếu sau một khoảng thời gian trễ đã được cài đặt,nó sẽ
khẳng định chính xác tàu bị nghiêng thật thì tín hiệu này được gửi đến trung tâm
xử lý. Tiếp theo sau khi xử lý xong trung tâm này sẽ gửi tín hiệu để mở van ống
trước. Khi van nhận lệnh và được mở ra hoàn toàn thì thông qua bộ phận phản hồi
trạng thái của van sẽ có tín hiệu khởi động bơm để bơm nước theo chiều ngược lại
với góc nghiêng của tàu. Van được sử dụng là van một chiều để tránh trường hợp
bị bơm nước ngược trở lại gây mất cân bằng tàu. Sau khi có sự điều chỉnh đó tàu
sẽ dần trở lại không bị mất cân bằng nữa. Khi góc nghiêng không còn trung tâm

điều khiển sẽ xuất tín hiệu điều khiển làn lượt dừng bơm trước sau đó là tín hiệu
đóng van.
Trong suốt quá trình điều khiển và giám sát chống nghiêng tàu, cần chú ý nếu
tín hiệu gửi về cho thấy tàu đang bị nghiêng quá độ cho phép(>5 0) hoặc mức nước
ở trong các két chống nghiêng giảm quá thấp so với mức cho phép thì trung tâm xử
lý sẽ tự gửi tín hiệu ra báo động chung (được biểu hiện trên giao diện giám sát cho
người vận hành biết) và xuất ra tín hiệu dừng bơm.
Mạch kiểm soát mực nước cũng được lắp đặt ở các két ballast cùng với hệ
thống chống nghiêng để ngăn ngừa mực nước quá thấp hoặc quá đầy[10].


CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM LABVIEW
2.1. Khái niệm về LABVIEW
LABVIEW (viết tắt của Laboratory Virtual Instrumentation Engineering
Workbench) là một phần mềm máy tính được phát triển bởi công ty National
Instruments[2,3,12]. Về thực chất nó là một môi trường phát triển dựa trên ngôn
ngữ lập trình đồ họa bằng cách sử dụng các biểu tượng đồ họa trực quan và dây
dẫn trông giống như một sơ đồ khối,nó thường được sử dụng cho những mục đích
như giao tiếp máy tính, đo lường , kiểm tra , đánh giá, xử lý, mô phỏng, và điều
khiển hệ thống, kết nối thiết bị ngoại với máy tính theo thời gian thực. LABVIEW
dùng trong hầu hết các phòng thí nghiệm, lĩnh vực khoa học kỹ thuật như tự động
hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh, điện tử y sinh ở các
nước đặc biệt là Mỹ, Hàn quốc, Nhật Bản[2].


Hình 2.1. Mã nguồn viết bằng LabVIEW
2.2. Các chức năng 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[2]. Hiện tại ngoài
phiên bản LABVIEW cho các hệ điều hành Window, Linux, hãng NI đã phát
triển các modul LABVIEW cho máy hỗ trợ cá nhân PDA[2].
Các chức năng chính của LABVIEW có thể tóm tắt như sau:
- Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ, hình ảnh từ
webcam, vận tốc của động cơ,… [13]
- Trong ứng dụng của LabVIEW có một tính năng rất dễ sử dụng không thể thiếu
được đó là phân tích. Ở phần mềm LabVIEW chứa hơn 500 chức năng đã được lập
sẵn để phục vụ cho việc trích xuất thông tin có ích từ những dữ liệu đã thu nhận
được, các phép đo được phân tích nhanh chóng và tín hiệu được xử lý. Để nhận
được các số liệu thống kê quan trọng trong nhiều dữ liệu của bạn thì phải nhờ vào
chức năng phân tích tần số, phát tín hiệu, toán học, chỉnh lý đường cong, phép nội
suy. Dù cho thuật toán đưa ra có phức tạp đến nhường nào thì với tính năng phân
tích này làm cho phần mềm LabVIEW vô cùng dễ sử dụng. Nhờ có hơn 15
Express VIs nên đã làm giảm rất nhiều độ phức tạp trong khi phân tích các phép đo
có ở ứng dụng của bạn thông qua hộp thoại cấu hình tương tác để đưa ra kết quả
phân tích[13].
- Chức năng hiển thị bao gồm: trực quan, tạo báo cáo và quản lý dữ liệu. Để hiện
thị dữ liệu một cách hấp dẫn LabVIEW có các công cụ chức năng trực quan, trong
đó gồm các tiện ích có thể kể đến như vẽ biểu đồ hoặc đồ thị với các công cụ trực
quan 2D, 3D cài sẵn. Nhờ đó ta có thể nhanh chóng hình dung và biểu hiện lại các
thuộc tính của bản vẽ chẳng hạn như màu sắc, kích cỡ phông, kiểu đồ thị, quay,
phóng to thu nhỏ và quay quét (pan) đồ thị khi đang chạy. Bên cạnh đó, qua
Internet bằng phần mềm LabVIEW có thể xem và điều khiển được VIs. Nếu như


tạo một báo cáo, NI cung cấp cho ta các tùy chọn khá đầy đủ như: công cụ tạo tài
liệu, báo cáo dạng HTML, báo cáo dạng Word/Excel và báo cáo tương tác với NI
DIA[13].
- Giao tiếp với các thiết bị ngoại vi thông qua nhiều chuẩn giao tiếp thông qua

các cổng giao tiếp: RS232, USB, PCI, Enthernet[2].
- Mô phỏng và xử lý các tín hiệu thu nhận được để phục vụ các mục đích nghiên
cứu hay mục đích của hệ thống mà người lập trình mong muốn[2].
- Xây dựng các giao diện người dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơn
nhiều so với các ngôn ngữ khác như Visual basic, Matlab[2,13]….
- Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển như PID, logic M( Fuzzy) một
cách nhanh chóng thông qua các chức năng tích hợp sẵn trong LABVIEW[2,13].
- Cho phép kết hợp với nhiều ngôn ngữ truyền thông như C, C++,..[2]
- Cho phép triển khai những ứng dụng nhúng đến các bộ vi xử lý 32 bit[13].
2.3. Môi trường phát triển và các tín hiệu đo được của LabVIEW
Môi trường phát triển rộng rãi và nhanh chóng của LabVIEW là công nghệ
Express. Cho dù không cần lập trình trước,công nghệ này sử dụng Express VIs và
I/O nên đã tạo ra nhiều ứng dụng đo lường phổ biến. Hàng nghìn chương trình
minh họa, kiểu module và phân cấp, trợ giúp tích hợp, thư viện giao diện người sử
dụng kéo và thả hàng nghìn chức năng lập sẵn, ngôn ngữ được biên dịch để thực
hiện nhanh hơn. Đến phát triển lớn, theo hướng nhóm (teamoriented). Ngôn ngữ
mở, gỡ rối bằng đồ họa tích hợp, phân phối ứng dụng đơn giản, nhiều công cụ
phát triển cấp cao, công cụ phát triển nhóm, điều khiển mã nguồn, quản lý đích.
Thu thập, phân tích và hiển thị lập sẵn. Môi trường LabVIEW mở tương thích với
mọi phần cứng đo với các trợ giúp tương tác, tạo mã nguồn và khả năng kết nối tới
hàng nghìn thiết bị giúp tập hợp dữ liệu dễ dàng. Chúng ta có thể hoàn toàn kết
hợp được mọi ứng dụng của LabVIEW mới vào các hệ thống hiện tại đòi hỏi độp
chính xác cao vì LabVIEW cung cấp tính kết nối tới hầu hết mọi thiết bị đo.
LabVIEW luôn luôn cung cấp cho người dùng một giao diện để có thể kết nối tới
I/O một cách dễ dàng kể cả khi mọi yêu cầu của phần cứng không đáp ứng. [13].


Các tín hiệu đo được của LabVIEW bao gồm có: Nhiệt độ, sức căng, độ
rung, âm thanh, điện áp, dòng, tần số, ánh sáng, điện trở, xung, thời gian (giai
đoạn), tín hiệu số, thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài như cảm biến nhiệt độ,

hình ảnh từ webcam, vận tốc của động cơ,[13] ...
2.4. Cấu trúc một chương trình trong LabView
Chương trình LABVIEW được gọi là các thiết bị ảo VI vì giao diện và cách
thức hoạt động của nó tương tự như thiết bị thật. Các VI có giao diện với người sử
dụng và một mã nguồn tương đương tiếp nhận các thông số từ VI cao hơn[12].
Các thiết bị ảo (VI) chính là cơ sở thực hiện của lập trình Labview. Một ưu
điểm vượt trội của LabVIEW so với các phần mềm khác đó là các đối tượng ở các
thiết bị ảo được dùng để mô phỏng cho các thiết bị thực mà không cần tới chúng.
Các thiết bị ảo VI giống như các hàm khi sử dụng lập trình bằng ngôn ngữ khác.
Một chương trình VI trong Labview bao gồm 3 phần chính:
- Front Panel là giao diện người sử dụng GUI.
- Block Diagram là giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn lập trình.
- Biểu tượng kết nối Icon và Connecter.
Trong đó Front Panel và Block Diagram là hai thành phần quan trọng nhất
trong Labview.
2.4.1. Front Panel và Block Diagram
Một chương trình trong LabView gồm hai phần chính: một là giao diện với
người sử dụng (Front Panel), hai là giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn
(Block Diagram) và các biểu tượng kết nối (Icon/Connector)[13].
2.4.1.1. Front Panel
Front panel là một panel tương tự như panel của thiết bị thực tế. Ví dụ các
nút bấm, nút bật, các đồ thị và các bộ điều khiển. Từ Front Panel người dùng chạy
và quan sát kết quả có thể dùng chuột, bàn phím để đưa dữ liệu vào sau đó cho
chương trình chạy và quan sát. Front Panel thường gồm các bộ điều khiển
(Control) và các bộ hiển thị (Indicator)[13].


Control là các đối tượng được đặt trên Front Panel để cung cấp dữ liệu cho
chương trình. Nó tương tự như đầu vào cung cấp dữ liệu[2].

Hình 2.2. Cách lấy Control


Hình 2.3. Các Control thường dùng
Indicator là đối tượng được đặt trên Front Panel dùng để hiện thị kết quả, nó
tương tự như bộ phận đầu ra của chương trình[2].

Hình 2.4. Cách lấy Indicator