Nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát chống nghiêng tàu thủy_2

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 1 of 95.

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 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.
Tác giả luận văn

Phạm Thị Thanh

i

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 2 of 95.

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Đức Tuấn đã tận tình hƣớng
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 chƣơng trình cao học và những kinh
nghiệm để luận văn hoàn thành thuận lợi.
Những lời cảm ơn chân thành tiếp theo xin đƣợc đến tới gia đình và bạn bè,
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

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 3 of 95.

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
MỤC LỤC ................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .............................................. iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ...................................................................................... viii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 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
CHƢƠNG 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 trƣờng phát triển và các tín hiệu đo đƣợc của LabVIEW ..................... 14
2.4. Cấu trúc một chƣơng 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

CHƢƠNG 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
iii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 4 of 95.

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 .......................................... 591
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. 6262
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 64
PHỤ LỤC

iv

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 5 of 95.

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

Giải thích

ADC

Analog Digital Converter

CAN

Control Area Network

CNH_HĐH

Công nghiệp hóa, hiện đại hóa

DAC

Digital Analog Converter

DAQ

Data Acquisition

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

IEEE

Institute of Electrical and Electronics Engineers

ISA

Internet Security Aceleration

LAVIEW

Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench

LSB

Least Significant Bit

MATLAB

Matrix Laboratory

NI

National Instruments

OS

Operating system

PC

Personal computer

PCI

Peripheral Component Interconnect

PCMCIA

Personal Computer memory Card International Association

PDA

Personal Digital Assistant

PID

Proportional Intergral Derivative

PLC

Programable Logic Controller

USB

Universal Serial Bus
v

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 6 of 95.

VDR

Voyage Data Recorder

VI

Virtual Instruments

Các ký hiệu:
Ký hiệu

Giải thích

NC

Tiếp điểm thƣờng mở của rơle

NO

Tiếp điểm đóng mở của rơle

C

Chân chung của cặp tiếp điểm rơle

EN

Chân tín hiệu điều khiển rơle

VSS

Nguồn nuôi rơle

GND

Chân nối đất

vi

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 7 of 95.

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số bảng

Tên bảng

Trang

3.1

Thông số của cảm biến

40

3.2

Thông số động cơ điện của van

40

3.3

Kích thƣớc cơ khí của van

42

vii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 8 of 95.

DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Cấu trúc hệ thống chống nghiêng tàu thủy

9

2.1

Mã nguồn viết bằng LabVIEW

12

2.2

Cách lấy Control

16

2.3

Các Control thƣờng dùng

16

2.4

Cách lấy Indicator

17

2.5

Front Panel của chƣơng trình LabVIEW

17

2.6

Block Diagram của chƣơng trình LabVIEW

18

2.7

Bảng điều khiển (Controls Palette)

20

2.8

Hàm Array Max & Min

24

2.9

Vòng lặp While loop

25

2.10

Icon mặc định và Icon sau khi đƣợc tạo

26

2.11

Cách thức tạo Conector của một VI

27

2.12

Thƣ viện DAQ

28

2.13

Thƣ viện Advanced và thƣ viện Instrument I/O

29

2.14

Thiết bị DAQ

30

2.15

Các dạng lựa chọn thiết bị DAQ

31

2.16

Mối quan hệ giữa LABVIEW với thiết bị DAQ

32

2.17

Các phần tử cơ bản trong hệ thống DAQ

33

2.18

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

36

NASA
2.19

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

37

nghiệp
3.1

Cảm biến mức nƣớc dạng liên tục

39

3.2

Van Di - Hen UM1

40

3.3

Sơ đồ điện van

41

3.4

Cấu tạo van

41
viii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 9 of 95.

3.5

Bơm hoạt động hút 1 chiều

42

3.6

NI myRIO-1900

43

3.7

NI myRIO-1900 Phần cứng Block Diagram

44

3.8

Tín hiệu sơ cấp và thứ cấp trên MXP cổng A và B

45

3.9

Tín hiệu sơ cấp và thứ cấp trên MSP cổng C

45

3.10

Mạch đầu vào tƣơng tự NI myRIO-1900

46

3.11

Mạch đầu ra tƣơng tự NI myRIO-1900

47

3.12

Bố trí mặt ngoài của tủ điều khiển động cơ

49

3.13

Bố trí mặt bên trong tủ điều khiển động cơ

50

3.14

Tủ điện chống nghiêng

51

3.15

Đấu nối các thiết bị trong tủ điện chống nghiêng

51

3.16

Tạo hai cửa sổ Front Panel và Block Diagram

52

3.17

Tạo hai bồn chứa nƣớc trong giao diện giám sát chống

52

nghiêng
3.18

Tạo đồng hồ hiển thị góc nghiêng

54

3.19

Tạo các hiển thị trạng thái van và bơm trên giao diện

55

3.20

Giao diện giám sát chống nghiêng tàu thủy

56

3.21

Khối đọc tín hiệu đầu vào số

57

Chƣơng trình đọc tín hiệu và hiển thị trang thái chống

58

3.22

nghiêng

3.23

Chƣơng trình xuất tín hiệu điều khiển ra ngoài

59

3.24

Giao diện báo chế độ tự động, góc nghiêng < 2o

60

3.25

Giao diện báo chế độ tự động, góc nghiêng >2o

60

3.26

Giao diện báo chế độ tự động, góc nghiêng > 5o

61

ix

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 10 of 95.

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Khoa học kỹ thuật đang có những bƣớc phát triển vƣợt bậc và nhanh chóng
đạt đƣợc 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 đƣờng phát triển CNH_HĐH đất nƣớc 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 đƣợc 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 đƣợc tích hợp với bộ điều khiển NI myRIO
1900.
Với một hệ thống cảng biển trải dài trên mọi miền đất nƣớc 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 ngƣời. 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 đƣợc áp
dụng rất nhiều vào ngành công nghiệp Tàu thủy trong nhiều hệ thống. Vấn đề về
điều khiển, giám sát, xu hƣớng hình thành trung tâm điều khiển đã và đang đƣợc
áp dụng. Trong ngành công nghiệp tàu thủy đang từng bƣớc 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 đƣợc kết quả tối ƣu nhất, tăng năng suất và giảm chi
phí cho những ứng dụng kiểm tra và đo lƣờng. Chính vì lý do đó em đã chọn đề
tài:
‘‘Nghiên cứu xây dựng hệ thống giám sát chống nghiêng tàu thủy.’’

1

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 11 of 95.

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 tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
- Đối tƣợng 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. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài
Để đạt đƣợc những yêu cầu đề ra khi nghiên cứu chống nghiêng tàu thủy, đề
tài đã dùng các phƣơng pháp nhƣ sau: phƣơng pháp chuyên gia, phƣơng pháp phân
tích, phƣơng pháp thực nghiệm để kiểm chứng kết quả trên phần mềm cùng với
phƣơng 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 ngƣời 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 nƣớc ta, giảm đƣợc chi phí nhân công và nâng cao
quá trình tự động hóa trong sản xuất. Nói đƣợc tầm quan trọng của kỹ thuật vi tính
đã đóng góp nhƣ thế nào vào quá trình giám sát tự động tạo nên sự tối ƣu và năng
suất cao hơn. Đề tài này sẽ đóng góp một phần vào công nghiệp hóa –hiện đại hóa
đất nƣớc trong thời kỳ hiện nay đặc biệt là trong công nghiệp đóng tàu.
* Ý nghĩa thực tiễn:

2

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 12 of 95.

Kết quả đƣợc nghiên cứu của luận văn này có thể ứng dụng trong lĩnh vực dạy
học trong các trƣờng 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 đƣợc nghiên cứu của đề tài có thể dùng vào
thực tế ở các cảng biển sao cho tiết kiệm đƣợc chi phí,nâng cao năng suất lao
động, an toàn cho tàu và thuyền viên.

3

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 13 of 95.

CHƢƠNG 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 đƣợc
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 hƣởng đến sự an toàn của con tàu, của máy
móc mà còn ảnh hƣởng đến thuyền viên trên tàu. Theo lý thuyết tàu thủy có thể
nhận thấy ngay nguyên nhân chính đƣa đến điều này là do tàu vận hành trong
điều kiện gió mạnh, sóng, bão, tàu đổi hƣớng, 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 nƣớc ngọt dự trữ trong các két nƣớc ở hai bên mạn trái và phải của con 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 chống nghiêng tàu[14].
Hệ thống chống nghiêng trên tàu thủy tự động phát hiện góc nghiêng của tàu
để bù lại góc tƣơng 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 đƣợc dùng trên tàu là hai
bên mạn trái và phải của tàu có các két nƣớc để tạo nên sự cân bằng. Trong hệ
thống này các két ballast đƣợc nối với nhau bởi các đƣờng 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 đƣa đến hệ thống điều khiển bơm nƣớc từ két trái sang két
phải và ngƣợc lại để tàu đƣợc cân bằng. Trong thực tế hành trình của tàu thủy
ngƣời ta có thể dùng hai hay nhiều các két nƣớc hai bên mạn tàu và nhiều hệ
thống điều khiển giám sát đóng, mở và đo lƣờng dung tích các két tùy thuộc vào
tính năng, kết cấu,hình dáng,kích thƣớc của loại tàu.

4

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 14 of 95.

1.2. Nhiệm vụ của hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Hệ thống chống nghiêng tàu thủy sẽ giúp chúng ta giải quyết đƣợc những vấn
đề sau[10]:
- Tàu xếp dỡ hàng đƣợc 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, trƣợt.
- An toàn cho tàu và thuyền viên.
Hê ̣ thống chống nghiêng tàu là mô ̣t hê ̣ thố ng có tầm quan trọng hàng đầu của
con tàu , nó có chức năng giám sát và kiểm tra

tất cả những sƣ̣ sai lê ̣ch về đô ̣

nghiêng thƣ̣c tế của con tàu so với đô ̣ nghiêng tiêu chuẩn đƣơ ̣c thiế t 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 nhƣ 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 nƣớc ngọt…[14]. Hê ̣ thố ng chống nghiêng đã thƣ̣c hiê ̣n
quá trình giám sát thông qua các cảm biến mức nƣớc đƣợc đặt trong các két chống
nghiêng, từ đó cảm biến này gƣ̉i tiń hiê ̣u thu nhận đƣơ ̣c tới trung tâm xử lý để nó
tính toán lại. Tƣ̀ các số liê ̣u phản hồi từ trung tâm xử lý ngƣời vâ ̣n hành sẽ tiń h
toán và đƣa ra quyết định để điề u khiể n 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 hạ

n cho

phép. Đối với những con tàu có hệ thống tự động điều khiển ch ống nghiêng tàu thì
khi tín hiê ̣u thu đƣơ ̣c tƣ̀ các cảm biế n mƣ́c nƣớc đƣa về bô ̣ xƣ̉ lí trung tâm nó sẽ
đƣơ ̣c tính toán và tƣ̀ bô ̣ xƣ̉ lí trung tâm này sẽ gƣ̉ i tín hiê ̣u điề u khiể n tới các rơle
trung gian để khởi đô ̣ng các bơm ch ống nghiêng tƣơng ƣ́ng. Hê ̣ thố ng này rấ t 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 hiê ̣u giám sát và điề u khiể n không đúng thì có thể dẫn đế n con
tàu bị nghiêng quá nhiều gây ra tình trạng nƣớc tràn vào tàu và có thể bị đắm
tàu[10] .

5

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 15 of 95.

Hê ̣ thố ng giám sát và điề u khiể n

chống nghiêng tàu có nhiệm vụ chín h là

nâng cao tin
̣ cho con tàu, đảm bảo cho con tàu luôn luôn cân bằ ng (không
́ h ổ n đinh
bị nghiêng, bị lệch)[10].
Nâng cao hiê ̣u suấ t đố i với hê ̣ lƣ̣c đẩ y . Hê ̣ thố ng chống nghiêng tàu đƣợc sử
dụng khi tàu đang trong quá trình xế p hàng kh ông đề u , khi tàu không chở hàng
(tàu chạy ballast) 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 chống nghiêng tàu sẽ đƣơ ̣c thƣ̣c hiê ̣n
theo lê ̣nh của si ̃ quan boong , thông thƣờng là đại phó (chief officer) khi đã nghiên
cƣ́u rõ ràng tính ổn định của con tàu trong điều kiện khai thác và vận hành thƣ̣c tế .
Sau đó mệnh lệnh này đƣợc đƣa đến, sĩ quan máy sẽ thực hiện các thao tác cần
thiế t để điều khiển van và bơm nƣớc 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 đƣợc các yêu cầu đƣa ra nhƣ[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 ngƣời vận hành hoặc
ngƣời kiểm tra phải quan sát nhận định chính xác đƣợc góc nghiêng của tàu.Bên
cạnh đó là quan sát đƣợc trạng thái hoạt động của các bơm, van, quan sát đƣợc
mức nƣớc trong hai két…[10]
- Các van chống nghiêng của hệ thống điều khiển đều có thể đóng hoặc mở
đƣợc bằng tay để tránh trƣờng 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 nƣớc trong mỗi két chống nghiêng và đƣa ra thông số đƣợc hiển thị trên bảng
điều khiển cho ngƣời 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].
6

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 16 of 95.

- Phải có các chế độ bảo vệ hệ thống, các tín hiệu báo động để khống chế
bơm,van hoạt động khi mức nƣớc ở hai két quá cao hoặc quá thấp, hoặc khi các
van không mở đƣợc[10].
- 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[10].
- Hệ thống nên trang bị thêm trạm điều khiển và giám sát trên buồng lái[10].
- Hệ thống nên 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…[10]
1.4. Phân loại hệ thống chống nghiêng tàu thủy
Hiện nay có hai loại hệ thống chống nghiêng đƣợc 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 đƣợc bơm vào một két và hút
ra ở két khác, tạo ra sự chênh lệch áp suất do đó lƣợng nƣớc đƣợc di chuyển từ két
này qua két khác.
- Hệ thống bơm nƣớc : hệ thống bơm nƣớc 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 nƣớc qua lại các két.
Trong phạm vi luận văn này sẽ nghiên cứu về hệ thống chống nghiêng bằng
bơm nƣớc. Hệ thố ng chống nghiêng tàu bằng bơm nƣớc đƣợc chia thành hai loại
chính [14]:
- Hê ̣ thố ng chống nghiêng có chế độ giám sát nhƣng không tƣ̣ đô ̣ng điề u khiể n
chống nghiêng.
- Hê ̣ thố ng chống nghiêng tàu có giám sát và có thể tự động phát

ra tín hiệu

khởi đô ̣ng để điều khiển chống nghiêng.
Đối với hệ thống chống nghiêng có giám sát nhƣng không tự động điều
khiể n ch ống nghiêng thì các tín hiệu giám sát đƣợc gửi đến cho sĩ quan boong.

Ngƣời đƣa ra các quyết định sau đó sẽ do sĩ quan boong (thƣờng là đa ̣i phó ) chịu
trách nhiệm và ngƣời thực hiện sẽ l à sĩ quan máy . Hê ̣ thố ng theo kiểu này có yếu
7

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 17 of 95.

điể m là khiến cho công viê ̣c và trách nhiệm của đại phó nặng nề hơn. Tuy vậy nó
lại có ƣu điểm rất đáng lƣu tâm là tính an toàn và độ chắ c chắ n cao hơn.
Đối với hệ thống chống nghiêng có giám sát và lại có thể tƣ̣ đô ̣ng điề u khiể n
chống nghiêng tàu thì đáp ƣ́ng đƣơ ̣c yêu cầu về tính tự động hoá cao trên tàu thuỷ ,
nâng cao đƣợc hiệu suất làm việc. Tuy nhiên nó lại có một nhƣơ ̣c điể m khá lớn là
nế u có sự hỏng hóc hay trục trặc về kỹ thuật nào đó với các thiết bị trong hê ̣ thố ng
thì độ nguy hiểm đối với c on tàu sẽ rấ t lớn . Ngày nay, đố i với các tàu có yêu cầ u
cao về đô ̣ ổ n đinh
̣ nhƣ các tàu chở container , tàu chở hàng rời thì đ ƣợc ứng dụng
loại hệ thống có tự động điều khiển ch ống nghiêng tàu nhƣng hê ̣ thố ng này cầ n
phải đƣợc thƣờng xuyên theo dõi để đảm bảo không có hỏng hóc nào xảy ra đối
với hê ̣ thố ng cũng là đảm bảo an toàn cho con tàu.
Bên cạnh đó, hệ thống này còn có thể đƣợc phân loại theo loại bơm đƣợc 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]:

8

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 18 of 95.

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 lắ p đă ̣t bên ngoài.
- Các két nƣớc chống nghiêng và van ống[10].
+ Hệ thống chống nghiêng tàu thủy bao gồm có 2 két chứa nƣớc đƣợc treo ở
2 bên mạn trái và phải của tàu nằm ở vị trí giữa của tàu. Ngoài ra còn có hệ thống
đƣờng ống nối 2 két nƣớc với nhau thông qua bơm hút đẩy 1 chiều và hệ thống
9

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 19 of 95.

các van để đóng, mở đƣờng ống khởi động bơm. Nếu nhƣ tàu bị nghiêng sang bên
trái thì bơm sẽ khởi động hút nƣớc đƣa từ két chƣa nƣớc bên trái chuyển sang két
bên phải và từ két phải sang trái nếu tàu nghiêng phải.
- Hệ thống các thiết bị ngoại vi lắ p đă ̣t bên ngoài bao gồm có:
+ Hệ thống các thiết bị điều khiển có thể lấy ví dụ nhƣ Bơm chống nghiêng,
các van đóng và mở đƣờng ống nƣớc và các van phân phối.
+ Hệ thống các thiết bị giám sát gồm có: cảm biến nghiêng đặt trong két

nƣớc, các bộ chuyển đổi mức, cảm biến để báo động trong trƣờng hợp mức nƣớc
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 đƣợc 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.
+ Đƣa ra màn hình giao diện của hệ thống giám sát các trạng thái và các
thông số của hệ thống chống nghiêng tàu nhƣ: góc nghiêng, mức nƣớc 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 tƣơng ứng .Nhƣ đã nói ở phần trên thì hệ thống chống nghiêng
tàu thủy sẽ sử dụng các két nƣớc 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 nƣớc di chuyển từ két trái sang két phải và
ngƣợc lại để tàu không bị nghiêng[16].

10

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 20 of 95.

Chẳng hạn khi tàu đang bị nghiêng trái hoặc phải thì nhờ có các cảm biến

nghiêng đƣợc đặt ở trong các két nƣớc của hệ thống sẽ báo tín hiệu để gửi đến
trung tâm xử lý tín hiệu. Nếu sau một khoảng thời gian trễ đã đƣợc cài đặt,nó sẽ
khẳng định chính xác tàu bị nghiêng thật thì tín hiệu này đƣợc gửi đến trung tâm
xử lý. Tiếp theo sau khi xử lý xong trung tâm này sẽ gửi tín hiệu để mở van ống
trƣớc. Khi van nhận lệnh và đƣợc mở ra hoàn toàn thì thông qua bộ phận phản hồi
trạng thái của van sẽ có tín hiệu khởi động bơm để bơm nƣớc theo chiều ngƣợc lại
với góc nghiêng của tàu. Van đƣợc sử dụng là van một chiều để tránh trƣờng hợp
bị bơm nƣớc ngƣợc 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 lƣợt dừng bơm trƣớc 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(>50) hoặc mức nƣớc
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 (đƣợc biểu hiện trên giao diện giám sát cho
ngƣời vận hành biết) và xuất ra tín hiệu dừng bơm.
Mạch kiểm soát mực nƣớc cũng đƣợc lắp đặt ở các két ballast cùng với hệ
thống chống nghiêng để ngăn ngừa mực nƣớc quá thấp hoặc quá đầy[10].

11

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 21 of 95.

CHƢƠNG 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 đƣợc phát triển bởi công ty National

Instruments[2,3,12]. Về thực chất nó là một môi trƣờng phát triển dựa trên ngôn
ngữ lập trình đồ họa bằng cách sử dụng các biểu tƣợng đồ họa trực quan và dây
dẫn trông giống nhƣ một sơ đồ khối,nó thƣờng đƣợc sử dụng cho những mục đích
nhƣ giao tiếp máy tính, đo lƣờng , 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 nhƣ tự động
hóa, điều khiển, điện tử, cơ điện tử, hàng không, hóa sinh, điện tử y sinh ở các
nƣớc 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 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[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].
12

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 22 of 95.

Các chức năng chính của LABVIEW có thể tóm tắt nhƣ sau:
- Thu thập tín hiệu từ các thiết bị bên ngoài nhƣ 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
đƣợc đó là phân tích. Ở phần mềm LabVIEW chứa hơn 500 chức năng đã đƣợc lập
sẵn để phục vụ cho việc trích xuất thông tin có ích từ những dữ liệu đã thu nhận

đƣợc, các phép đo đƣợc phân tích nhanh chóng và tín hiệu đƣợc xử lý. Để nhận
đƣợc 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 đƣờng cong, phép nội
suy. Dù cho thuật toán đƣa ra có phức tạp đến nhƣờng 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 tƣơng tác để đƣa 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 nhƣ 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 nhƣ 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 đƣợc VIs. Nếu nhƣ
tạo một báo cáo, NI cung cấp cho ta các tùy chọn khá đầy đủ nhƣ: công cụ tạo tài
liệu, báo cáo dạng HTML, báo cáo dạng Word/Excel và báo cáo tƣơng 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 đƣợc để phục vụ các mục đích nghiên
cứu hay mục đích của hệ thống mà ngƣời lập trình mong muốn[2].

13

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 23 of 95.

- Xây dựng các giao diện ngƣời dùng một cách nhanh chóng và thẩm mỹ hơn
nhiều so với các ngôn ngữ khác nhƣ Visual basic, Matlab[2,13]….
- Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển nhƣ 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 nhƣ C, C++,..[2]
- Cho phép triển khai những ứng dụng nhúng đến các bộ vi xử lý 32 bit[13].
2.3. Môi trƣờng phát triển và các tín hiệu đo đƣợc của LabVIEW
Môi trƣờng phát triển rộng rãi và nhanh chóng của LabVIEW là công nghệ
Express. Cho dù không cần lập trình trƣớc,công nghệ này sử dụng Express VIs và
I/O nên đã tạo ra nhiều ứng dụng đo lƣờng phổ biến. Hàng nghìn chƣơng trình
minh họa, kiểu module và phân cấp, trợ giúp tích hợp, thƣ viện giao diện ngƣời sử
dụng kéo và thả hàng nghìn chức năng lập sẵn, ngôn ngữ đƣợc biên dịch để thực
hiện nhanh hơn. Đến phát triển lớn, theo hƣớng 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 trƣờng LabVIEW mở tƣơng thích với
mọi phần cứng đo với các trợ giúp tƣơng 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 đƣợc 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 ngƣời 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 đƣợc 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 nhƣ cảm biến nhiệt độ,
hình ảnh từ webcam, vận tốc của động cơ,[13] ...

14

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 24 of 95.

2.4. Cấu trúc một chƣơng trình trong LabView
Chƣơng trình LABVIEW đƣợc gọi là các thiết bị ảo VI vì giao diện và cách
thức hoạt động của nó tƣơng tự nhƣ thiết bị thật. Các VI có giao diện với ngƣời sử
dụng và một mã nguồn tƣơng đƣơng 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 ƣu
điểm vƣợt trội của LabVIEW so với các phần mềm khác đó là các đối tƣợng ở các
thiết bị ảo đƣợc dùng để mô phỏng cho các thiết bị thực mà không cần tới chúng.
Các thiết bị ảo VI giống nhƣ các hàm khi sử dụng lập trình bằng ngôn ngữ khác.
Một chƣơng trình VI trong Labview bao gồm 3 phần chính:
- Front Panel là giao diện ngƣời sử dụng GUI.
- Block Diagram là giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn lập trình.
- Biểu tƣợng 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 chƣơng trình trong LabView gồm hai phần chính: một là giao diện với
ngƣời sử dụng (Front Panel), hai là giao diện dạng sơ đồ khối cung cấp mã nguồn
(Block Diagram) và các biểu tƣợng kết nối (Icon/Connector)[13].
2.4.1.1. Front Panel
Front panel là một panel tƣơng tự nhƣ panel của thiết bị thực tế. Ví dụ các
nút bấm, nút bật, các đồ thị và các bộ điều khiển. Từ Front Panel ngƣời dùng chạy
và quan sát kết quả có thể dùng chuột, bàn phím để đƣa dữ liệu vào sau đó cho
chƣơng trình chạy và quan sát. Front Panel thƣờng gồm các bộ điều khiển
(Control) và các bộ hiển thị (Indicator)[13].
Control là các đối tƣợng đƣợc đặt trên Front Panel để cung cấp dữ liệu cho
chƣơng trình. Nó tƣơng tự nhƣ đầu vào cung cấp dữ liệu[2].

15

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 25 of 95.

Hình 2.2. Cách lấy Control

Hình 2.3. Các Control thƣờng dùng
16

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -