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

Phương pháp nghiên cứu của đề tài này là trên cơ sở phân tính, đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước, làm rõ các hệ thống điển hình đang được sử dụng rộng r

TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP TÀU THUỶ VIỆT NAM

DỰ ÁN KH&CN: Phát triển KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô 100.000 DWT

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

Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ THỬ CÁC THIẾT BỊ

VÀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG, CẢNH BÁO, ĐIỀU KHIỂN

CHỦ YẾU TRÊN TÀU CHỞ DẦU 100.000 T”

Mã số: 07ĐT-DAKHCN

Cơ quan chủ quản: TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP

TÀU THỦY VIỆT NAM

Cơ quan chủ trì: CÔNG TY CỔ PHẦN

KỸ THUẬT ĐIỆN VINASHIN Chủ nhiệm đề tài: Lê Minh Đức

7970 09/6/2010

Hà nội 2008

THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI

1-Tên Đề tài:

“Nghiên cứu, thiết kế, chế thử các thiết bị và hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000T”

• Mã số: 07ĐT-DAKHCN

2- Thuộc Chương trình (nếu có):

Dự án KH&CN “Phát triển KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô

100.000 DWT”

3- Chủ nhiệm Đề tài: Lê Minh Đức

- Tổ chức chủ trì Đề tài:

CÔNG TY CỔ PHẦN KỸ THUẤT ĐIỆN VINASHIN

5- Thời gian thực hiện Đề tài: 20 tháng (từ tháng 03/2006 đến tháng

11/2007), được gia hạn đến hết tháng 06/2008

6- Cơ quan phối hợp chính:

1 Tập đoàn Công nghiệp

tàu thủy Việt Nam

Công nghiệp tàu thủy

Số 20 TT Thủy sản, Thanh Xuân, Hà Nội

6 Viện NC Điện tử, Tin

học, Tự động hóa

Số 156 Quán Thánh – Ba Đình – Hà Nội

7 Công ty Cơ khí – Điện

– Điện tử tàu thủy

Tổ 6, Láng Thượng, Đống Đa, Hà Nội

7- Danh sách những người thực hiện chính:

6 Nguyễn Tiến Ban TS Viện KHCN Hàng hải

Trường ĐH Hàng hải Việt Nam

7 Vũ Tiến Mạnh

ThS

Viện KHCN Hàng hải Trường ĐH Hàng hải Việt Nam

8 Trương Hoàng Cao

BÀI TÓM TẮT

Đề tài NCKH “Nghiên cứu, thiết kế, chế thử các thiết bị và hệ thống đo

lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000T” thuộc Dự án

KH&CN “Phát triển KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô 100.000 DWT” Đề

tài nhằm mục đích thiết kế và chế thử một số hệ thống tự động và điều khiển hiện đại tiến tới chủ động chế tạo, thay thế nhập khẩu cho các tàu 100.000 T và các tàu khác, góp phần tăng hàm lượng nội địa hóa, giảm giá thành đóng mới tàu thủy tại Việt Nam

Phương pháp nghiên cứu của đề tài này là trên cơ sở phân tính, đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước, làm rõ các hệ thống điển hình đang được sử dụng rộng rãi, công nghệ chế tạo chúng (của các hãng trên thế giới), các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu, khả năng công nghệ chế tạo ở Việt nam, đề tài nghiên cứu này ứng dụng các kỹ thuật, công nghệ hiện đại nhất trong điều khiển, tự động hóa, công nghệ thông tin và vi điện tử (kỹ thuật vi xử lý – vi điều khiển, công nghệ nhúng, hệ thống thông minh, máy tính và truyền thông công nghiệp,.v.v ) để thiết kế và chế thử 03 hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000T và cũng là các hệ thống phổ biến được sử dụng trên nhiều loại tàu:

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

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

- Hệ thống báo cháy tự động (Fire Automatic Alarm System - FAS)

Các kỹ thuật cơ bản được sử dụng trong nghiên cứu này là: kỹ thuật vi xử lý,

vi điều khiển, kỹ thuật mô phỏng các quá trình, kỹ thuật tích hợp hệ thống, kỹ thuật xây dựng các module chuẩn

Đề tài đã nghiên cứu, thiết kế và chế thử thành công 03 hệ nói trên, thỏa mãn yêu cầu của Đăng kiểm Việt Nam Các hệ này có thể giám sát bằng PC, sử dụng chuẩn tín hiêu điện RS485 hoặc Ethernet để kết nối và truyền thông tin với các hệ khác hoặc với hộp đen (VDR), do đó có khả năng thích ứng với các hệ liên quan của các hãng nước ngoài

CHÚ GIẢI CÁC CHỮ QUY ƯỚC, KÝ HIỆU DẤU,

ĐƠN VỊ VÀ THUẬT NGỮ

Ký hiệu Tên gốc Nghĩa tiếng Việt Ghi chú

σ Mean Square Value,

(Standard Deviation)

Trị số trung bình bình phương, độ lệch quân phương

σ 2 Variance, Dispersion Phương sai

a Mean Value Trị số trung bình cộng,

Vọng số E(x)

µP Microprocessor Vi xử lý

A/D Analog – Digital Tương tự - số

ABS American Bureau of

Shipping

[Tổ chức] Đăng kiểm Hoa

Kỳ

AC Alternate current Dòng điện / nguồn xoay

AF Auxiliary functions Các chức năng phụ

ANSI American National

Standards Institute

Chuẩn quốc gia Hoa Kỳ

công suất tự động ALU Analog Logic Unit Khối logic

AIS Automation Integrated

System

Hệ thống tự động hóa tích hợp toàn tàu

ASIC Application – Specific

Integrated Circuit

Mạch tích hợp ứng dụng đặc biệt

AS - I Actuator Sensor Chuẩn mạng công nghiệp,

Interface khởi xướng bởi hãng

Siemens AVR Automatic voltage

regulator

Vi điều khiển AVR

BC Bridge console Bàn điều khiển buồng lái

CAD Computer Aided Design Thiết kế với hỗ trợ của máy

CAN Control Area Network Chuẩn mạng công nghiệp,

khởi xướng bởi hãng Bosch

dưới CAL_hi Giá trị thực chuẩn ngưỡng

trên CCRC Cargo Control Room

CNC Computer Numerical

Controller

Bộ điều khiển số dùng máy tính

PSoC Programable

System-on-Chip

Tên dòng vi mạch cao cấp của hãng Cypress

COGES Combination of Gas

Electric and Stream

Hệ thống phát điện với tua bin khí và tua bin hơi kết hợp

CPP Controllable Pitch

Propeller Plants

Thiết bị chân vịt biến bước điều khiển được

CPU Centeral Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm

D/A Digital – Analog Số - tương tự

DAQ Data AcQuisition Mạch thu nhận dữ liệu DCS Distributed Control Hệ thống điều khiển phân

System tán

DC Direct current Dòng điện / nguồn một

chiều ĐKTĐ Automatic Control Điều khiển tự động

DSP Digital Signal Processing Khối xử lý tín hiệu số

DPs Design parameters Các thông số thiết kế

DP Dynamic position Hệ thống đinh vị động

ECR Engine Control Room Buồng điều khiển máy chính

ECRC Engine Control Room

Console

Bàn điều khiển buồng máy

e1(iT) Tín hiệu vào của máy tính số

e2(iT) Tín hiệu ra của máy tính số

nó EMI Electromagnetic

Interference

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

FPP Fixed Propeller Plants Thiết bị chân vịt cố định

FIFOs First-in, first-out Một dạng bộ đệm theo kiểu

hàng đợi - một kỹ thuật lập

Giao diện người – máy

HVAC Air conditioning Hệ thống làm mát và điều

hòa không khí

IAS Integrated Automation

System

Hệ thống tự động hóa tích hợp

Viện kỹ thuật điện, điện tử

IP Intellectual Properties Tài sản / sở hữu trí tuệ

IPD Integrated Product

Development

Sản phẩm tích hợp

IMAC L Hệ thống tự động hóa tích

hợp IAS

iT là các thời điểm rời rạc với

thời gian cắt mẫu T

LLC Logical Link Control Lớp liên kết dữ liệu của

mạng Ethernet

MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập của

mạng Ethernet

khiển tương thích Intel 8051 MEC Main Engine Control

System

Hệ thống điều khiển máy chính

MCMs Multichip modules Các module đa chíp

MCU Micro-Controller Unit Bộ vi điều khiển MHC Make hole conductive Kỹ thuật MHC

NAND Non-And Và-không

NMEA National Marine

OCS Open control system Hệ thống điều khiển mở

PAL Programmable Array

Logic

Logic mảng khả trình

PC Personal computer Máy tính cá nhân

PCS Process control segment Trạm điều khiển quá trình

phân tán PIC Tên dòng vi điều khiển của

hãng Microchip PMS Power Management

System

Hệ thống quản lý trạm phát điện tàu thủy

PLA Programmable Logic

PTH Platting through hole Nguyên tắc mạ xuyên lỗ

(hay đôi khi còn gọi là mạ lỗ)

PTC Positive Temperature

Coefficient

Điện trở phụ thuộc nhiệt độ

PXI

PWM Pulse Width Modulation Bộ điều biên độ rộng xung

RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên

độ hỏng hóc

SAMI Standard Architechture

SCADA Supervisor Control And

TTL Transistor–transistor

logic

Một chuẩn mức điện áp logic của vi mạch số, cụ thể

là 0/5 VDC Telegraph Hệ thống điện báo

Transmitter Máy phát tín hiệu

UART Universal Asynchronous

Receiver/Transmitter

Vi mạch thu phát không đồng bộ đa năng

VDR Voltage Dependent

Resistor

Điện trở phụ thuộc điện áp

VAL Giá trị vật lý của thông số

VHDL Very High Speed

Integrated Circuit

Hardware Description

Language

Ngôn ngữ lập trình bậc cao VHDL

Nam

VME Tên riêng một chuẩn bus

truyền tin máy tính, tuân theo chuẩn ANSI/IEEE VHDL VHSIC hardware

description language

Ngôn ngữ mô tả phần cứng, dùng để lập trình cho FPGA

x Control signal Tín hiệu điều khiển

MỤC LỤC

Trang

Chương I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

9

I- Đặc điểm chung của các thiết bị, hệ thống đo lường,

điều khiển trên tàu thủy

II- Một số đặc thù đối với tàu chở dầu 11

1- Đặc điểm, tính chất của môi trường làm việc của các

thiết bị, hệ thống đo lường và điều khiển trên tàu thuỷ

nói chung

11

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

III- Khảo sát, phân tích các sản phẩm tương tự của các

hãng sản xuất chính ở Châu Âu và Nhật bản

14

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

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

IV- Thực trạng kỹ thuật, công nghệ của các thiết bị, hệ

thống đo lường, điều khiển trên tàu thủy đã và đang

được chế tạo tại Việt nam

Chương II: LỰA CHỌN ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 37

I- Lựa chọn đối tượng nghiên cứu 37

1- Một số nguyên tắc lựa chọn: 37

2- Phân tích lựa chọn các thiết bị, hệ thống để nghiên

cứu, thiết kế, chế thử

37

II- Các hướng phát triển chủ yếu 39

PHẦN II: CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU,

THIẾT KẾ, CHẾ THỬ

42

Chương I: TÀU CHỞ DẦU THÔ 100.000 T VÀ CÁC

THIẾT BỊ, HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, TỰ ĐỘNG TRÊN

TÀU

42

I – Tàu chở dầu thô 100.000 T và các yêu cầu đối với các

thiết bị, hệ thống điều khiển, tự động hóa trên tàu

42

1- Khái quát chung về tàu chở dầu thô 100.000T đóng

mới ở Việt Nam

42

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

động trên tàu chở dầu thô 100.000T

43

II- Xây dựng các đặc tính kỹ thuật của 03 thiết bị, hệ

thống đã được lựa chọn

48

1- Hệ thống báo động và giám sát đa năng (All-in-One

Alarm and Monitoring System - SAM)

1- Thỏa mãn Qui phạm quốc tế 50

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

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

bị, hệ thống

51

Chương II: CÁC KỸ THUẬT, CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

ĐƯỢC SỬ DỤNG

52

I- Nghiên cứu, lựa chọn linh kiện điện tử số tiêu biểu

dùng cho tàu thủy

52

1- Các công nghệ vi điện tử tiêu biểu thường được dùng

cho tàu thủy

52

2- Các xu hướng chủ yếu sử dụng linh kiện vi điện tử

tiêu biểu dùng cho tàu thủy

53

II- Nghiên cứu về các phần mềm nhúng 56

1- Một số phần mềm nhúng điển hình 56

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

III- Nghiên cứu về các mạng truyền thông công nghiệp 61

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

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

3- Một số vấn đề về ứng dụng mạng truyền thông công

nghiệp

63

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

1- Thiết kế các thành phần chung cho các thiết bị trường 67

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

lường, giám sát, cảnh báo, điều khiển

67

3- Lựa chọn chuẩn tín hiệu và thiết kế mạch truyền

thông công nghiệp

68

4- Các vấn đề dự phòng trong hệ thống 71

II- Thiết kế kỹ thuật từng hệ thống 71

1- Thiết kế kỹ thuật hệ thống báo động và giám sát đa

năng (All-in-One Alarm and Monitoring System - SAM)

71

2- Thiết kế kỹ thuật hệ thống quản lý trạm phát điện tàu

thủy (Power Management System - PMS)

73

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

Automatic Alarm System - FAS)

Chương IV: CÁC NỘI DUNG CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

CHỦ YẾU

79

I- Các giải pháp công nghệ chế tạo 79

1- Một số yêu cầu chủ yếu đối với các thiết bị, hệ thống

do lường, cảnh báo và điều khiển trên tàu thủy

79

2- Các giải pháp công nghệ chế tạo 80

3- Một số thảo luận về ứng dụng các công nghệ tiên tiến

để chế tạo hệ thống đo, báo, bảo vệ và điều khiển máy

chính tàu thủy

84

II- Các qui trình công nghệ chế tạo, kiểm tra 86

1- Các qui trình công nghệ chế tạo 89

2- Các qui trình kiểm tra 89

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

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

2- Các hướng dẫn sử dụng 90

Chương V: BÁO CÁO NGHIÊN CỨU TIỀN KHẢ THI 92

II- Các nội dung chủ yếu của báo cáo nghiên cứu tiền

khả thi

92

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

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

3- Tiến độ đầu tư, hình thức thực hiện và hiệu quả kinh

tế của Dự án

96

III- Kết luận và đề xuất 98

I- Các chỉ tiêu đánh giá của đề tài 99

PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104

I- Các kết luận chính 104

II- Một số kiến nghị 106

PHẦN V: TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

MỞ ĐẦU

Việt Nam là một quốc gia có biển với hơn 3.200 km bờ biển và hàng triệu km2 vùng lãnh hải; hơn nữa, biển đã đang và sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình hình thành và phát triển của dân tộc ta, đất nước ta Nghị quyết Hội

nghị Trung ương 4 (khóa X, 2/2007) về “Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020” xác định rõ „Xây dựng và thực hiện chiến lược phát triển kinh tế biển toàn diện, có

trọng tâm, trọng điểm; sớm đưa nước ta trở thành quốc gia mạnh về kinh tế biển

trong khu vực, gắn với bảo đảm quốc phòng, an ninh và hợp tác quốc tế Phát triển

hệ thống cảng biển, vận tải biển, khai thác và chế biến dầu khí, hải sản, dịch vụ

biển; đẩy nhanh ngành công nghiệp đóng tàu biển và công nghiệp khai thác, chế

biến hải sản Phát triển mạnh, đi trước một bước một số vùng kinh tế ven biển và hải đảo” Như vậy, Đảng ta xác định cần phải sớm phát triển kinh tế biển, trong đó,

ngành công nghiệp đóng tàu cần được đẩy nhanh (phát triển trước, nhanh hơn)

Mặc dù ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam đã phát triển rất nhanh trong thời gian vừa qua (với nhịp điệu tăng trưởng trung bình khoảng 40-50%/năm), nhưng nếu nhìn nhận một cách thực tế, thì hầu hết các thiết bị, hệ thống, nguyên vật liệu sử dụng trên tàu thủy đóng mới ở nước ta (đặc biệt là các tàu thủy đóng mới theo đơn đặt hàng của chủ tàu nước ngoài) đã và đang được nhập ngoại Để ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam có thể phát triển bền vững, cạnh tranh quốc tế thành công, thì việc phát triển các ngành công nghiệp phụ trợ là một yêu cầu tất yếu

và cấp bách Hiện nay, chúng ta đang chủ động sản xuất thép tấm đóng tàu, lắp ráp diesel tàu thủy (tiến tới chế tạo từng phần) và một số trang thiết bị khác trên tàu, bởi

vì nếu sản xuất trong nước được các chủng loại vật tư, trang thiết bị đó thì chúng ta

có thể nâng tỉ lệ nội địa hóa của tàu thủy đóng mới lên tới 60-70% Hiện nay trên tàu thủy đóng mới (nhất là tàu thủy đóng cho chủ tàu nước ngoài) có sử dụng nhiều thiết bị, hệ thống điều khiển, tự động hiện đại và gần như chúng ta phải nhập ngoại 100% Tuy các thiết bị, hệ thống đó chiếm tỉ lệ không lớn trong giá thành con tàu được đóng mới, nhưng có thể nói, chính các hệ thống đo lường, điều khiển, tự động trên tàu giữ vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn và hiệu quả hàng hải hàng chục năm của con tàu, và đó là lý do mà các chủ tàu – dù muốn giảm chi phí đóng

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

Nhằm mục đích đẩy mạnh hoạt động khoa học và công nghệ (KH&CN), phục vụ thiết thực cho sự phát triển của ngành công nghiệp tàu thủy Việt Nam thông qua việc đóng mới tàu chở dầu thô 100.000 DWT, Nhà nước đã cho phép Tập

đoàn Công nghiệp tàu thủy Việt Nam triển khai Dự án KH&CN “Phát triển

KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô 100.000 DWT” Đề tài NCKH “Nghiên

cứu, thiết kế, chế thử các thiết bị và hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000T” được triển khai thực hiện trong khuôn khổ Dự án

KH&CN đó Phạm vi nghiên cứu của đề tài này là các thiết bị và hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000 (cụ thể là 03 hệ thống: Hệ thống báo động và giám sát đa năng; Hệ thống quản lý trạm phát điện tàu thủy; Hệ thống báo cháy tự động) Đề tài nhằm mục đích thiết kế và chế thử các thiết bị và hệ thống hiện đại đó, tiến tới chủ động chế tạo, thay thế nhập khẩu cho các tàu 100.000 T và các tàu khác, góp phần tăng hàm lượng nội địa hóa, giảm giá thành đóng mới tàu thủy tại Việt Nam Có thể nói, các thiết bị, hệ thống này một mặt đã được nghiên cứu trong nước (cho các tàu cỡ nhỏ) hàng chục năm nay, nhưng lại chưa có thiết bị, hệ thống nào được ngành đóng tàu chấp nhận, nhất là đối với các tàu cỡ lớn, tàu có tính năng đặc biệt thì chưa có nghiên cứu, chế thử nào

Xuất phát từ điều kiện kỹ thuật, công nghệ trong nước (nhất là thời gian gần đây, với sự phát triển rất nhanh của công nghệ thông tin kết hợp với tự động hóa) và

khảo sát, phân tích các thiết bị, hệ thống tương tự do nước ngoài chế tạo cũng như công nghệ họ sử dụng, đề tài nghiên cứu này ứng dụng các kỹ thuật, công nghệ hiện đại nhất trong điều khiển, tự động hóa, công nghệ thông tin và vi điện tử (kỹ thuật

vi xử lý – vi điều khiển, công nghệ nhúng, hệ thống thông minh, máy tính và truyền thông công nghiệp,.v.v ) để thiết kế và chế thử 03 hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển nói trên

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

PHẦN I: TỔNG QUAN

Chương I: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ

NGOÀI NƯỚC

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

Các thiết bị, hệ thống đo lường, điều khiển trên tàu thủy rất đa dạng, nhất là đối với Việt Nam Trải qua hàng chục năm phát triển, ngành đóng tàu và hàng hải Việt Nam đã và đang sử dụng nhiều thiết bị, hệ thống có xuất xứ khác nhau (từ các nước xã hội chủ nghĩa trước kia, Nhật bản, Châu Âu, đến các nước đóng tàu mới phát triển thời gian vừa qua như Hàn Quốc, Trung Quốc, và cả do Việt Nam sản xuất), có nguyên lý khác nhau, các thế hệ khác nhau Có thể khái quát đặc điểm

chung của các thiết bị, hệ thống đó trong 03 thế hệ sau:

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

Các thiết bị, hệ thống này thường được sử dụng các tàu trọng tải nhỏ, cũ, hoạt động trong vùng ven bờ, sông với hiệu quả làm việc thấp, độ chính xác và độ tin cậy không cao, không ổn định, tuổi thọ thấp, khối lượng cồng kềnh, thiết bị tiếp xúc với môi trường nước biển rất lớn gây gỉ sét nhiều, hệ thống hay bị kẹt, trọng tải của tàu vì vậy cũng tăng lên đáng kể Bên cạnh đó còn có nhược điểm là điều khiển khó khăn, thao tác nặng nề, khả năng chịu môi trường khắc nghiệt kém, vận hành và sửa chữa đều không thuận lợi, nên không thích hợp đối với các thế hệ tàu thủy hiện đại Tất nhiên là các thiết bị, hệ thống này sẽ nhanh chóng được thay thế bằng thế

hệ các thiết bị, hệ thống hiện đại hơn, thích hợp với môi trường làm việc và đảm bảo độ tin cậy, chính xác trong đo lường, điều khiển, đồng thời lại có thể giảm chi phí bảo dưỡng, vận hành,

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

Các thiết bị, hệ thống này sử dụng các linh kiện bán dẫn (như transitor trường, transistor, tụ, trở…) Đây là thế hệ các thiết bị, hệ thống đo lường, điều khiển được sử dụng rộng rãi trên các tàu thuỷ đóng vào các thập niên 60 và 70 của thế kỷ 20 Thế hệ thiết bị, hệ thống này tiên tiến hơn so với thế hệ dùng cơ cấu cơ khí, thủy lực và cũng đạt độ chính xác, tin cậy cao hơn, lại có kích thước nhỏ gọn,

tiêu hao năng lượng ít hơn, Thêm vào đó, thao tác nhanh hơn, kết hợp khá đơn giản với các thiết bị, hệ thống khác Nhờ đó có thể thực hiện kiểm tra, giám sát và điều khiển các hệ thống trên tàu Việc đo lường các đại lượng như nhiệt độ, áp suất, mức chất lỏng, … đã trở lên dễ dàng hơn, có thể truyền xa và kết hợp với hiển thị bằng kim chỉ tạo thuận lợi hơn cho việc kiểm tra, điều chỉnh Tuy vậy, các thiết bị,

hệ thống thế hệ này hiện nay cũng đã trở nên lạc hậu, với các nhược điểm chủ yếu sau:

- Độ chính xác không cao, sai số còn lớn (do vấn đề kém chịu nhiễu, độ ổn định thấp của linh kiện trong môi trường làm việc khắc nghiệt, ), để xử lý thì cần có mạch (tương tự) phức tạp, tốn kém;

- Khả năng hiển thị hạn chế (dạng kim chỉ), quán tính lớn

- Tín hiệu truyền xa hay bị nhiễu và suy hao trên đường dây, do đó việc đo lường điều khiển không tin cậy, chính xác, và làm giảm khả năng tổng hợp điều khiển các hệ thống với nhau

- Khó chuẩn hoá vì các linh kiện rời rạc không có chất lượng đồng đều (nhất là linh kiện trôi nổi trên thị trường Việt nam), khả năng tích hợp hệ thống thấp

- Thiết bị, hệ thống có kích thước khá lớn, khả năng hiện thị không đa dạng

- Giá thành bảo hành, sửa chữa còn cao

3- Thế hệ các thiết bị, hệ thống đo và điều khiển ứng dụng công nghệ số:

Đây là thế hệ mới nhất, hiện đại nhất của các thiết bị và hệ thống đo lường, điều khiển đang được sử dụng trên tàu thủy Một số ưu điểm chủ yếu của các thiết

- Thiết bị, hệ thống có kích thước nhỏ gọn, dễ vận chuyển, hình thức, mẫu mã đẹp

Tuy vậy, các thiết bị, hệ thống đo lường, điều khiển thế hệ này cũng có một số nhược điểm điển hình sau:

- Khả năng chịu môi trường khắc nghiệt nhìn chung kém (trừ các thiết bị, hệ thống chuyên dụng), vì vậy cần phải được môi trường hoá

- Các thiết bị, hệ thống hiện có tuy đa dạng, nhưng chưa được sản xuất theo chuẩn chung, gây khó khăn cho việc sử dụng;

- Đòi hỏi kiến thức về sử dụng, sửa chữa và bảo dưỡng;

- Giá thiết bị, hệ thống khá cao

Cùng với sự phát triển của kỹ thuật vi điện tử, công nghệ thông tin và tự động hoá, thời gian gần đây lại xuất hiện các loại linh kiện có chức năng mạnh hơn, tạo khả năng thiết kế, chế tạo các thiết bị, hệ thống đo lường, điều khiển trên tàu thủy với kích thước nhỏ gọn, thiết kế đơn giản, tính năng linh hoạt Tuy vậy, cần phải nhấn mạnh rằng việc ứng dụng các kỹ thuật càng hiện đại đòi hỏi nghiên cứu càng sâu và năng lực của người thiết kế càng cao

II- Một số đặc thù đối với tàu chở dầu

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

Các thiết bị đo lường, điều khiển lắp đặt trên tàu thủy cần phải thoả mãn một

số đặc trưng sau, nhằm đáp ứng các đặc điểm khắt khe của môi trường:

- Do hoạt động hoàn toàn độc lập (trên biển, trên sông ngòi, ) nên yêu cầu độ tin cậy cao, làm việc liên tục trong thời gian dài, và vì vậy thường phải có thiết bị dự trữ

- Khí hậu thường xuyên thay đổi do phải di chuyển trên nhiều vùng có tính chất khí hậu khác nhau

- Môi trường làm việc nhiễm mặn cao

- Chịu tác động cơ học do rung, lắc của thân tàu, dao động của sóng cơ học tác động trên tàu, cũng như một sô loại nhiễu do hoạt động của các thiết bị khác trên tàu và kết cấu vỏ tàu

- Bị giới hạn không gian, tập trung thiết bị trong khoảng không gian hẹp, nên cần có kích thước nhỏ gọn, lại thuận tiện cho thao tác bình thường cũng như hoạt động sửa chữa, thay thế

- Điều kiện về công tác an toàn, phòng chống cháy nổ cũng đòi hỏi ở mức cao hơn bất kỳ một phương tiện hay một nhà máy xí nghiệp nào trên bờ

- Nhìn chung giới hạn về số người vận hành (so với trên bờ), do đó nhu cầu về

tự động hoá cao hơn

2- Một số đặc điểm đặc thù đối với tàu chở dầu

Đối với các tàu chở hàng hóa đặc biệt (ví dụ: tàu hóa chất nguy hiểm, tàu chở dầu, v.v ) thì yêu cầu đối với các thiết bị, hệ thống này lại càng khắt khe hơn

2.1 Qui phạm và Công ước quốc tế liên quan:

Tàu chở dầu thô 100.000 T nói đến trong nghiên cứu này được thiết kế, đóng mới và hoàn thiện thỏa mãn các qui phạm mới nhất của:

- Đăng kiểm Việt Nam (VR) – cho tàu mang cờ Việt Nam;

- Đăng kiểm Mỹ (ABS);

- Công ước quốc tế về an toàn trên biển, 1974, bao gồm cả bản nghị định sửa đổi 1978;

- Công ước quốc tế về đường tải (đã sửa đổi 1966);

- Công ước quốc tế về đo tấn của tàu, 1969;

- Công ước quốc tế về ngăn ngừa chất thải từ tàu, 1973 và bản nghị định sửa đổi 1978;

- Công ước và qui phạm quốc tế về chống va chạm trên biển, sửa đổi năm 1972;

- Qui phạm về thông tin liên lạc, radio, 1974, 1982 và các bản sửa đổi;

- Qui phạm USCG về hoạt động của tàu nước ngoài có thể hoạt động trên vùng nước của Mỹ (xuất bản #515);

- Các qui phạm và qui tắc OPA90 áp dụng cho loại tàu này của nước ngoài;

- Qui tắc hàng hải của kênh Suez, bao gồm cả đo tấn;

- Các đề nghị mới nhất của OCIMF và các công ty dầu khí về thiết bị và đường ống cho tàu chở dầu (bao gồm cả ống hơi);

- Các đề nghị mới nhất của OCIMF và các công ty dầu khí về yêu cầu đối với thiết bị dùng để neo tàu ở các điểm neo đơn lẻ;

- Hướng dẫn số 6954 của ISO về mức dao động trong phòng ở;

- Mã mức độ ồn trên tàu thủy (tài liệu 468 của IMO);

- Nghị quyết A272, nghị quyết sửa đổi A330 (IX) của IMO về tiếp cận an toàn

và làm việc trên các két hàng và két dằn cỡ lớn;

- Nghị quyết MSC.35(63) của IMO về hướng dẫn cho việc bố trí lai dắt sự cố tàu chở dầu;

2.2 Các yêu cầu đối với hệ thống điện và tự động hóa được nghiên cứu:

- Hệ thống phân phối năng lượng điện của tàu phải là một trong các hệ thống dưới đây:

(1) Hệ thống 1 chiều 2 dây cách điện;

(2) Hệ thống xoay chiều 1 pha 2 dây cách điện;

(3) Hệ thống xoay chiều 3 pha 3 dây cách điện;

Tuy vậy, có thể cho phép sử dụng hệ thống phân phối lấy vỏ tàu làm dây dẫn cho các hệ thống từ (1) đến (3) nói trên; và có thể sử dụng hệ thống phân phối có nối đất cho các hệ thống sau:

(1) Mạch an toàn về bản chất;

(2) Mạch cấp nguồn, điều khiển và dụng cụ đo mà ở đó vì lý do kỹ thuật hoặc an toàn tránh sử dụng hệ thống không nối đất, với điều kiện dòng điện chạy qua vỏ tàu không quá 5 ampe ở cả điều kiện bình thường và có hư hỏng;

(3) Hệ thống nối đất giới hạn và cục bộ, với điều kiện dòng điện có thể xuất hiện không trực tiếp chạy qua vùng nguy hiểm

(4) Mạng động lực xoay chiều có điện áp dây hiệu dụng tối thiểu 1000 vôn, với điều kiện dòng có thể xuất hiện không trực tiếp chạy qua vùng nguy hiểm

- Đối với các vùng nguy hiểm trên tàu chở dầu: Các thiết bị đo, điều khiển và thông tin thuộc về điện phải là kiểu an toàn về bản chất Tuy nhiên, nếu về mặt kỹ thuật không thể đáp ứng được yêu cầu này, thì thiết bị điện có kết cấu phòng nổ khác mà Đăng kiểm thấy là thỏa mãn có thể thay thế cho thiết bị điện có kiểu an toàn về bản chất cấp “ib” (Điều 4.2.4 “Trang bị điện trong các vùng nguy hiểm” – TCVN 6259 -4: 2003, Chương 4)

Khái niệm vùng nguy hiểm: Vùng nguy hiểm của tàu dầu để chở xô hàng

lỏng có điểm chớp cháy lớn nhất là 60 độ C mà không phải là khí hóa lỏng và hóa chất nguy hiểm

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

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

1.1 Một số hãng sản xuất chính ở Châu Âu

Có thể nói Châu Âu là một trong những cái nôi của ngành đóng tàu thế giới, hơn nữa, đối với ngành điện – điện tử phục vụ tàu thủy thì Châu Âu đã và đang luôn

là thế lực mạnh, với hàng loạt tên tuổi lớn, trong đó nổi bật là Kongsberg (Na Uy), Lyngsø Marine A/S (Đan Mạch – thuộc tập đoàn SAM Electronics), Callenberg A/S (Đan Mạch – tên cũ là SEMCO), Siemens (Đức), Schneider (Pháp)

Kongsberg là một tập đoàn đa quốc gia với hơn 200 năm lịch sử, có 4.000

lao động ở hơn 20 quốc gia Tập đoàn cung cấp các hệ thống công nghệ cao trong lĩnh vực dầu khí ngoài khơi, và sản phẩm gas, tàu hàng, công nghiệp quốc phòng và hàng không vũ trụ Đối với ngành hàng hải, Kongsberg cung cấp các hệ thống định

vị, nghi khí hàng hải, khảo sát, tự động hóa cho tàu hàng và việc lắp đặt trong lĩnh vực dầu khí ngoài khơi Kongsberg là nhà sản xuất hàng đầu thế giới về các hệ thống định vị động, tự động hóa và giám sát, tự động hóa, vệ tinh hàng hải và thủy

âm học

Các sản phẩm chính của Kongsberg là:

• Tàu ngầm tự hành (Autonomous underwater vehicles - AUV)

• Các hệ thống định vị động và hàng hải (Dynamic positioning and navigation)

• Các sản phẩm thủy âm học (Hydroacoustic products)

• Các hệ thống tích hợp cho dầu khí (Integrated operations - Oil and gas)

• Tự động hóa hàng hải (Marine automation)

• Khảo sát hàng hải (Maritime surveillance)

• Sen sơ chuyển động, hệ thống định vị vệ tinh, hệ thống tự động hóa tích hợp

và các hệ thống tham chiếu vị trí (Motion sensors, GPS, AIS and position reference systems)

• Các hệ thống hải quân (Naval systems)

• Tự động hóa quá trình (Process automation)

• Mô phỏng quá trình (Process simulation)

• Các sen sơ và các bộ máy phát tín hiệu (Sensors and transmitters)

• Các hệ thống mô phỏng tàu thủy (Ship simulators)

• Sen sơ và thiết bị đo két (Tank gauging and measurements)

• Các hệ thống ca mê ra dưới nước (Underwater camera systems)

Lyngso Marine có hơn 40 năm kinh nghiệm trong việc cung cấp thiết bị hàng

hải, tập trung vào các hệ thống tự động hóa hàng hải theo yêu cầu khách hàng, với mục tiêu cung cấp các hệ thống phục vụ suốt cuộc đời của một con tàu Các lĩnh vực chính của Lyngso Marine là:

• Các ứng dụng trên buồng lái (Bridge applications)

Điều khiển chân vịt (lực đẩy), các hệ thống cảnh báo và điều phối trên buồng lái cho khu vực buồng lái/hàng hải (Propulsion Control, Bridge Maneouvring and Alarm systems for the Navigation/Bridge area)

• Các ứng dụng hàng hải (Machine applicaitons)

Điều khiển chân vịt (lực đẩy), các hệ thống cảnh báo – giám sát và quản lý nguồn năng lượng cho buồng máy (Propulsion Control, Alarm- and monitoring and Power management systems for the Machinery space)

• Các ứng dụng cho tàu chở hàng (cargo applications)

Các hệ thống giám sát thuyền buồm, các hệ thống giám sát tàu chở container và điều khiển tàu hàng (Reefer Monitoring Systems, Cargo Control and Container Monitoring systems)

• Các ứng dụng quân sự (Navy applications)

Các hệ thống hỗ trợ tàu thủy, các hệ thống điều khiển chân vịt, các hệ thống cảnh báo – giám sát và điều khiển (Vessel Support Systems, Propulsion Control systems, Alarm- Monitoring and Control systems)

Callenberg A/S có lịch sử hơn 100 năm, hiện là nhà sản xuất hàng đầu thế

giới trong lĩnh vực giải pháp kỹ thuật điện cho hàng hải Một số dịch vụ, sản phẩm chính của Callenberg A/S là:

• Tủ bảng điện (Switchboards)

Với tên gọi cũ là SEMCO, Callenberg A/S cung cấp tủ bảng điện hàng hải trên toàn thế giới với phạm vi ứng dụng trong hàng hải rất rộng rãi Callenberg A/S còn sản xuaatst các loại thiết bị điện, điện tử khác như hộp khởi động (động cơ), trung tâm điều khiển và kiểm tra động cơ (motor starters, motor control centres and test panels)

Callenberg là một trong những nhà sản xuất hàng đầu thế giới về bảng điện chính, bảng điện sự cố, và có tiếng cho các giải pháp chất lượng cao và sẵn sàng cho việc lắp đặt Các tủ bảng điện được sản xuất với các giải pháp theo yêu cầu khách hàng từ thiết kế đến sản xuất, kiểm tra, lắp đặt và đưa vào hoạt động tại các nhà máy đóng tàu Quá trình thiết kế, chế tạo các bộ phận của tủ bảng điện phù hợp với tiêu chuẩn IEC 60439 và IEC 60092-302 Chúng được làm từ thép 2-3 mm toàn bộ được hàn để đảm bảo kết cấu vững Khung của các tủ bảng điện cũng được làm từ các dạng thép tấm tiêu chuẩn, được lắp ghép với nhau bằng bu lông để phù hợp với các ứng dụng trong ngành hàng hải Thanh cái tủ bảng điện được sản xuất từ đồng có độ dẫn điện cao và được nối với nhau để chống lại các lực động học cũng như tác dụng nhiệt của dòng điện sự cố có thể xảy ra trong hệ thống Toàn bộ công việc liên quan đến thép đều được tẩy nhờn, xử lý sơ bộ bằng chất ức chế bụi và được sơn màu xám tro (RAL 7032) thỏa mãn yêu cầu của khách hàng

• Dịch vụ hàng hải (marine services)

Callenberg có hệ thống dịch vụ toàn cầu phục vụ việc bảo hành, sửa chữa các thiết bị và hệ thống liên quan đến điện

• Dịch vụ lắp đặt (Installation services)

Callenberg cung cấp dịch vụ lắp đặt và hoán cải cũng như dịch vụ bảo hành định

kỳ cho các thiết bị của nhà máy đóng tàu

Siemens Automation and Drives gồm hơn 70.000 người đang nỗ lực đặt ra

các tiêu chuẩn mới trong công nghệ tự động hóa và truyền động điện trong tất cả các ngành công nghiệp, trên toàn thế giới

Với hơn 137.000 sản phẩm, Siemens Automation and Drives cung cấp công nghệ tự động, truyền động điện và lắp đặt điện hoàn hảo cho khách hàng Siemens cũng là nhà sản xuất duy nhất cung cấp các dây chuyền sản xuất, các hệ thống và giải pháp tích hợp và hoàn thiện cho sản xuất và tự động hóa quá trình Nó còn được thực hiện trọn vẹn hơn bởi hệ thống dịch vụ sáng tạo Các sản phẩm, dịch vụ chủ yếu của Siemens là:

• Kỹ thuật truyền động điện (Drive Technology)

• Các hệ thống tự động hóa (Automation Systems), bao gồm:

ƒ Các hệ thống tự động hóa công nghiệp SIMATIC (SIMATIC Industrial Automation Systemss)

ƒ Các hệ thống điều khiển chuyển động SIMOTION (Motion Control System SIMOTION)

ƒ Các hệ thống tự động hóa CNC SINUMERIC (SINUMERIC CNC automation systems)

ƒ Các hệ thống thừa hành chế tạo (Manufacturing Execution Systems – MEC)

ƒ Các hệ thống giám sát và điều khiển hoạt động SIMATIC giữa người – máy (SIMATIC HMI Operator Control and Monitoring Systems)

ƒ Tự động hóa trên cơ sở máy vi tính (PC-based Automation)

ƒ PC công nghiệp, PC SIMATIC

ƒ Các vi xử lý, máy tính công nghiệp cỡ nhỏ SICOMP (SICOMP Industrial Microcomputers)

ƒ Nhóm tự động cực nhỏ (Micro Automation Sets)

ƒ Cáp hệ thống / Buồng điều khiển (System cabling / Control Cabinets)

ƒ Màn hình, máy in, thiết bị đầu vào cho công nghiệp (Monitors, Printers and Input Devices for Industry)

ƒ Công nghệ SIMATIC

ƒ Cung cấp giải pháp tự động hóa của Siemens (Siemens Automation Solution Provider)

• Thông tin / mạng truyền thông (Communication / Networks)

• Điều khiển điện áp thấp và phân phối điện (Low-Voltage Controls and

Distribution)

• Công nghệ lắp đặt điện (Electrical Installation Technology)

• Tự động hóa quá trình (Process Automation)

• Sen sơ, kỹ thuật đo lường và thử nghiệm (Sensors, Measuring and Testing Technology)

• Cung cấp nguồn (Power Supplies)

• Các hệ thống an toàn – Tích hợp an toàn (Safety Systems – Safety

Integrated)

• Công nghệ thông tin công nghiệp (Industrial IT)

• Phần mềm quản lý vòng đời sản phẩm (Product Lifecycle Management Software)

1.2 Các sản phẩm tương tự của các hãng sản xuất chính ở Châu Âu

Phần này giới thiệu một số sản phẩm tương tự của các hãng sản xuất chính ở châu Âu Ưu tiên lựa chọn và phân tích tính năng kỹ thuật, công nghệ chế tạo liên quan của các hãng mà sản phẩm đang được sử dụng rộng rãi trên tàu thủy (nhất là tàu chở dầu thô 100.000 DWT) và có khả năng áp dụng ở Việt Nam

1.2.1 Các sản phẩm của hãng Kongsberg:

Như trên đã trình bày, Kongsberg là hãng hàng đầu thế giới trong lĩnh vực tự động hóa tàu thủy Kongsberg có hệ thống tự động hóa tích hợp tàu thủy bao gồm các hệ (con sau):

- Hệ thống tích hợp hàng hải (Integrated Navigation System);

- Hệ thống điều khiển lực đẩy/máy chính (Propulsion Control System);

- Hệ thống tự động hóa tích hợp (Integrated Automation System);

- Hệ thống giám sát làm hàng (Cargo Monitoring System);

Kongsberg cũng là hãng duy nhất trên thế giới sản xuất hệ thống tích hợp toàn bộ các chức năng trên của tàu thủy

Kongsberg có hệ thống K-Chief 500, là một hệ thống báo động và giám sát thực hiện việc xử lý quá trình và quản lý năng lượng Hệ thống này được thiết kế theo các modules với công nghệ điều khiển quá trình tiên tiến, cho phép thỏa mãn yêu cầu đa dạng của các hệ từ các hệ thống báo động đơn giản đến các hệ thống báo động và giám sát đa năng tích hợp Các phân hệ của K-Chief 500 có thể bao gồm bất kỳ sự tổ hợp nào của các hệ sau:

- Hệ thống báo động và giám sát (Alarm and monitoring system);

- Hệ thống điều khiển dự phòng (Auxiliary control system);

- Hệ thống quản lý năng lượng (Power management system);

- Hệ thống điều khiển lực đẩy (Propulsion control);

- Hệ thống tự động cân bằng (Ballast automation system);

- Hệ thống làm mát và điều hòa không khí (HVAC - air conditioning);

- Hỗ trợ quản lý (Management support);

- Giám sát neo buộc (Reefer monitoring);

- Hệ thống chống cháy (Fire system);

Hệ thống K-Chief 500 được tạo cho mọi loại tàu, bao gồm cả tàu chở dầu và chở khí, tàu chở hàng rời, tàu chở khách, tàu chở container, tàu Ro-Ro, tàu neo và các loại tàu mục đích khác

Hình 1-1: Hệ thống K-Chief 500 của Kongsberg

K-Chief 500 thỏa mãn các yêu cầu của IMO (International Maritime Organization – Tổ chức Hàng hải thế giới), các tổ chức hàng hải địa phương, IACS (International Association of Classification Societies – Hiệp hội quốc tế các tổ chức đăng kiểm) và các 11 tổ chức đăng kiểm K-Chief 500 được thiết kế để thỏa mãn đòi hỏi của các tổ chức đăng kiểm cho hoạt động buồng máy không có người điều khiển Hệ thống này thỏa mãn tất cả các qui định và luật lệ, và tất cả các modules đều là loại (được đăng kiểm cho phép) chế tạo hàng loạt (type approved) Hệ thống này kết hợp các tính năng mới nhất của công nghệ phần mềm và phần cứng, thỏa mãn các điều kiện chặt chẽ bảo đảm chất lượng (QA -Quality Assurance) của quân

1.2.2 Các sản phẩm của hãng Lyngsoe Marine:

Hệ thống MCS bao gồm các chức năng báo động và giám sát, với các đặc trưng chủ yếu sau:

• Báo động, giám sát máy móc cho mọi loại tàu;

• Hệ thống báo động làm hàng riêng rẽ hoặc tích hợp cho các tàu chở dầu; Hình 1-2: Hệ thống MCS2000 của Lyngsoe Marine (SAM Electronics)

Bên cạnh đó, MCS 2200 cung cấp hệ điều khiển cho toàn bộ các hệ thống máy:

• Điều khiển máy móc cho mọi loại tàu;

• Tích hợp các chức năng mở rộng như PMS, điều khiển chân vịt (lực đẩy), v.v

• Điều khiển làm hàng của tàu container, tàu chở dầu, tính toán tải, v.v

• Giao diện tới mọi loại hệ thống mở rộng;

MCS 2200 được tạo ra dưới dạng cấu trúc phân tán cao:

• Báo cáo;

• Hệ thống báo động trực canh;

• Trạm ngoài;

• Các thiết bị làm việc hệ thống (System Operating Devices);

Giao diện người máy (HMI) được tạo bởi các thiết bị làm việc hệ thống Việc cung cấp dữ liệu thích hợp và làm việc trực giác được đảm bảo qua các màn hình đồ họa đầy đủ cho phép điều khiển từ xa quá trình tương ứng Hệ thống chẩn đoán hiện đại hỗ trợ cho việc đưa vào hoạt động và làm việc một cách dễ dàng

Các trạm ngoài thông minh hoạt động như là các bộ xử lý dữ liệu hoàn toàn độc lập, và được kết nối bởi một mạng lưới hệ thống dư thừa để trao đổi thông tin Phần cứng được tạo bởi bởi một số modules chuẩn để giảm thiểu khoảng không gian cần thiết trên tàu

Hệ thống báo động trực canh (duty alarm system) tích hợp các chức năng mở rộng gọi kỹ sư và báo động cũng như hệ thống theo dõi báo động (watch alarm system) ở buồng lái

Hệ MCS 2200 được tạo ra trên cơ sở phần cứng và phần mềm tiêu chuẩn của series tự động hóa 2200

- Các trạm phụ (substations) “cấp độ 2” được dùng cho xử lý điểm đo và các chức năng điều khiển Ở cấp độ này, các PCU (Process Control Unit) và SCU (Sub Control Unit) được nối vào PCU nối “cấp quá trình” với đường dữ liệu cao tốc (Data Highway) và thực hiện tất cả các quá trình thu thập và xử lý dữ liệu SCU bao gồm các đầu nối kéo dài (Extended Terminals) và làm việc chủ yếu như là “bộ thu thập vào/ra” (I/O collector) Trong một số trường hợp SCU còn có thể thực hiện công việc tiền xử lý Truyền thông giữa PCU và SCU được thực hiện bằng các

Hình 1-3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống IMAC L của hãng Siemens

mạch PROFIBUS với cáp đồng Các hệ thống IMAC có thể gồm nhiều PCU và SCU, tùy thuộc vào yêu cầu của một dự án cụ thể

- “Cấp độ 3” gồm toàn bộ các thiết bị cho giám sát, ghi lưu, thao tác và giai diện người – máy (HMI) Các bộ phận cấu thành chủ yếu là các trạm hoạt động (Operation Stations – OS), các máy in để ghi lưu báo động và hệ thống báo động

mở rộng (hệ thống báo động buồng lái) được nối vào OS Hơn nữa, các PC cho các ứng dụng khác như máy tính tafuthury có thể được nối tới OS bằng đường link dữ liệu (Data Link)

Truyền thông giữa cấp độ HMI (cấp độ 3) và cấp độ quá trình (cấp độ 2) được thực hiện bằng vòng bus cáp quang (đường dữ liệu cao tốc Data Highway)

Hệ thống bus này làm việc theo kiểu sao cho trong các điều kiện làm việc bình thường thì vòng được mở ở một điểm (như là một vòng “U”) Nếu một trong các HUB nhận ra sự gián đoạn trong BUS thì nó sẽ tự động nối các nhánh còn lại (để tạo lại một vòng “U”) Như vậy một BUS hỏng sẽ được hệ thống tự động khôi

a) Hệ thống điều khiển máy chính (Main Engine Control System – MEC):

Đây là hệ thống điều khiển từ xa máy chính tàu thủy, với cấu thành chủ yếu sau để điều khiển thiết bị chân vịt tàu thủy (Hình 1.1-4):

- Thiết bị chân vịt cố định (Fixed Propeller Plants – FPP);

- Thiết bị chân vịt cố định với máy phát trục có điều khiển (controlled shaft generator);

- Thiết bị chân vịt biến bước điều khiển được (Controllable Pitch Propeller Plants – CPP);

- Thiết bị chân vịt biến bước điều khiển được có khớp nối;

- Thiết bị chân vịt biến bước điều khiển được có máy phát trục (bao gồm cả bánh răng cắt nguồn Power Take Off - PTO đơn giản);

- Hai động cơ (hai động cơ nối tới một trục, với khớp nối);

- Các thiết bị với hai chân vịt (hai đường trục) được thực hiện như đối với hai thiết bị đơn lẻ;

Các chức năng chính của hệ là:

- Chọn vị trí điều khiển (Từ đài điều khiển Navigating Bridge – ECR);

- Đặt tốc độ và tỉ số truyền cho máy chính tương ứng với CPP;

- Khởi động, dừng, đảo chiều máy chính;

- Các chương trình tăng và giảm tốc cho máy chính;

- Giới hạn tải để bảo vệ máy chính khỏi quá tải;

- Ngăn gió (chỉ đối với CPP);

- Điều tàu trong chế độ sự cố;

b) Hệ thống quản lý nguồn năng lượng (Power Management System – PMS):

Hệ thống này (Hình 1.1-5) để đảm bảo chắc chắn việc cung cấp đủ và an toàn năng lượng trên tàu thủy Các chức năng chủ yếu của PMS là: tự động khởi động các máy phát (các diesels dự phòng) và cung cấp nguồn lại, tự động nối hoặc cắt các máy phát khỏi lưới sau khi xảy ra sự can thiệp bằng tay hoặc tự động

Tự động cắt phụ tải không quan trọng hoặc tự động lần lượt khởi động các tải lớn như chân vịt mũi cũng là các chức năng có trong PMS của Siemens

Các chức năng đặc biệt như: cân bằng hoặc không cân bằng tải; chia tải giữa các máy phát, có thể được thực hiện tùy theo yêu cầu

Hệ PMS được thiết kế với các bộ phận cấu thành bố trí phi tập trung dưới dạng các tủ bảng tiêu chuẩn (mỗi hệ PMS cho một panel máy phát) cũng như bố trí tập trung dưới dạng buồng điều khiển bảng điện tiêu chuẩn (nhiều PMS trên một buồng điều khiển)

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

2.1 Một số hãng sản xuất chính ở Nhật Bản

Hình 1-5: Sơ đồ nguyên lý PMS của Siemens

Ở Nhật bản có một số hãng sản xuất lớn trong lĩnh vực này, đó là Bemac/Uzushio Electric Co., Ltd., Taiyo Electric Co., Ltd

Bemac/Uzushio Electric Co., Ltd là một công ty có hơn 60 năm kinh nghiệm

và hiện chiếm khoảng 40-42% thị phần điện tàu thủy ở Nhật bản, 18% thị phần thế giới Thiết bị, sản phẩm của hãng là các hệ thống tổng hợp thế hệ mới nhất các công nghệ của thế kỷ 21, nhất là phần cứng và phần mềm

Bemac làm việc trong nhiều lĩnh vực, bao gồm hàng hải, trên bờ và thông tin liên lạc, từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến lắp đặt, dịch vụ sau bán hàng,

Trong sản phẩm phục vụ tàu thủy của Bemac có một số hệ thống điển hình,

đó là:

BE-D20: Là hệ thống thực hiện dịch vụ thông tin tích hợp trên tàu Hệ thống

sử dụng thành tựu mới nhất của công nghệ internet để phục vụ “bất cứ ai”, “bất cứ lúc nào”, “bất cứ nơi nào”, với một số cấu thành có chức năng chính là:

• Hệ thống BEDATA giữ cho động cơ ở trạng thái tốt nhất trong bất cứ sự cố nào;

• Hệ thống BEDATA tạo ra kết quả cao nhất cho tàu ở bất cứ đâu;

• Hệ thống BEDATA tạo điều kiện vận hành dễ dàng nhất và thoải mái nhất cho thuyền viên

• Hệ thống BEDATA để đạt được độ tin cậy cao nhất cho hệ thống báo động

và giám sát máy móc

BE-D10: Hệ thống cảnh báo và giám sát tất cả trong một (All-in-One Alarm and Monitoring System) có thể dùng để làm một hệ thống giám sát và cảnh báo máy chính tàu thủy hoặc giám sát, cảnh báo thông số toàn tàu Chi tiết hệ thống được trình bày ở phần dưới

Hệ thống cảnh báo, giám sát và điều khiển làm hàng (Cargo Alarm Monitoring and Control System): bao gồm 2 hệ thống là Hệ thống quản lý làm hàng (CARGO Management System) và hệ thống giám sát tàu container (Reefer Container Monitoring System PCT)

Hệ thống quản lý năng lượng (phân phối năng lượng), bao gồm các tủ bảng điện chính thấp áp (có thể giám sát tới 99 đầu vào tương tự; giám sát thông số

nhanh chóng với hiển thị số, có thể kết nối với máy in); hệ thống tủ bảng điện cao

áp (đến 6,6 kV)

Taiyo Electric Co., Ltd được thành lập năm 1917, qua 90 năm hoạt động,

Taiyo trở thành một hãng hàng đầu thế giới trong lĩnh vực điện tàu thủy, nhất là đối với các máy phát điện và hệ thống điều khiển, tủ bảng điện cho tàu thủy, từ tàu đánh cá, tàu cỡ nhỏ dịch vụ ven biển, tới tàu lớn như tàu container quốc tế, tàu khách, tàu chở hàng rời, và cả tàu chở dầu thô cực lớn (VLCC)

Taiyo chế tạo thiết bị điện và máy móc cho tàu thủy, bao gồm máy phát điện, các loại động cơ điện, quạt gió, tủ bảng điện, hộp khởi động, các tủ điều khiển động

cơ diesel, cũng như các sản phẩm có tính hệ thống như các hệ thống máy phát trục loại thyristor, các hệ thống điều khiển nghịch lưu Taiyo là hãng duy nhất ở Nhật bản cung cấp thiết bị và máy móc trọn bộ cho tàu thủy, từ các máy móc chuyển động và bộ điều khiển chúng cho đến các động cơ diesel tàu thủy và các tủ điều khiển động cơ phụ

Các sản phẩm chính của Taiyo là:

• Máy phát điện xoay chiều không chổi than (Brushless AC Generators);

• Động cơ cảm ứng 3 pha (Three-Phase Induction Motors);

• Quạt thông gió (Ventilation Fans);

• Tủ bảng điện chính (Main Switchboard);

• Hộp khởi động (Starter);

• Tủ điều khiển máy/diesel (Engine Control Console) Các bảng điều khiển, báo động và giám sát máy chính được lắp đặt trong buồng máy Taiyo cung cấp nhiều loại khác nhau tùy thuộc vào các hệ thống báo động và giám sát tương ứng, như TML (sử dụng nhóm các tín hiệu điện báo anunciator), TMA (sử dụng cạc cát xét loại tín hiệu điện báo), và TMC (sử dụng hệ thống CRT

và hệ thống panel cảm ứng LCD) phù hợp với yêu cầu và khả năng tài chính của khách hàng

• Các thiết bị tự động hóa như: Thiết bị tự động hòa đồng bộ, Thiết bị tự động phân phối tải, Thiết bị điều khiển động cơ diesel, Thiết bị báo động, Bộ nạp

ắc qui tự động, Tổ hợp đèn chỉ báo, v.v

• Thiết bị mô phỏng và đào tạo hàng hải: Thiết bị điều khiển tàu, mô phỏng ARPA, mô phỏng buồng máy, mô phỏng GMDSS,

• Hệ thống máy pháp trục (Shaft Generating System);

• Hệ thống điều khiển nghịch lưu (Inverter Control System);

• Hệ thống đẩy điện (Electric propulsion system) dùng cho tàu khách cao cấp, tàu phá băng, ;

2.2 Các sản phẩm tương tự của các hãng sản xuất chính ở Nhật Bản