Hồ sơ chuẩn hoá module đo báo tập trung các két dầu

Trang 1

TỔNG CÔNG TY CÔNG NGHIỆP TÀU THỦY VIỆT NAM CƠNG TY CƠ KHÍ - ĐIỆN - ĐIỆN TỬTÀU THỦY

Chương trình KHCN cấp nhà nước KC 06

"UNG DUNG CONG NGHE TIEN TIEN TRONG SAN XUAT SAN PHAM XUẤT KHAU VA SAN PHAM CHU LUC”

DỰ ÁN

CHẾ TẠO MỘT SỐ PHẦN TỬ VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN,

ĐO LƯỜNG QUAN TRỌNG TRÊN TÀU THỦY

BẰNG PHƯƠNG PHAP CHUAN MODULE VA UNG DỤNG CÁC CÔNG NGHỆ TIÊN TIẾN

Mã số KC 06 DA.13.CN

Chuyên đẻ: HỒ SƠ CHUẨN HÓA:

MODULE BO BAO TẬP TRUNG CÁC KET DAU

KS PHAM THITHU PHƯƠNG

5473-20

Trang 2

Công ty cơ khí điên điện tử tàu thuỷ Module do bao tap trung các két đầu

MUC LUC

LOI NOI DAU

ChươngI GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tổng quan về đo lường, điều khiển và tự động 1.9 Vai trò và ứng dụng đo lường, điều khiển và tự động trên tàu thuỷ

1.3 Yêu cầu thiết bị lắp đặt trên tàu

Chương II HIỆN TRẠNG NGÀNH CONG NGHIEP TAU THUY

VIỆT NAM _

2.1 Tình hình ứng dụng KHƠN trên tàu của Việt Nam -

9.2 Đặc điểm đo lường, điểu khiển và tự động trên các tàu thủy

đang hoạt động tại Việt Nam .10 2.3 Hướng phát triển đo lường, diéu khiển tự động trên tàu thuỷ của Việt Nam trong những năm tt

Chương III NỘI DUNG HOÀN THIỆN THIẾT KẾ KỸ THUẬT

3.1 Ứng dụng số hoá

3.2 Ứng dụng xử lý số vào xử lý thông tin do 3.3 Ứng dụng mạng truyền thông cơng nghỉ:

3.4 Chuẩn hố vào ra (/O)

Chương IV NỘI DƯNG HOÀN THIỆN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ

GÔNG NGHỆ CHẾ TẠO -.98

4.1 Phần mẩm thiết kế

4.2 Công nghệ phủ Epoxy

4.3 Công nghệ làm mạch in và thiết kế vỏ hộ

a Công nghệ lam mach in 36

b Cong nghé lam uỏ lập .40

Chương V CHUẨN VỀ MẪU MÃ VÀ KIỂU DÁNG CONG NGHIỆP42 e to DDD .13 29 36

5.1 Chuẩn về kích thước hộp va pane 42

5.2 Chuẩn vềjack đấu và ốc xiết cáp 43 5.3 Chuẩn về các thiết bị lắp đặt trên mặt panel .43 5.4 Chuẩn về Font chữ và các ký hiệu 43

Chương VI NỘI DUNG THIET KE VA CHE TAO CHUAN MODULE

DO BAO MUC CAC KET DAU 45

Trang 3

6.1 Chức năng của module

6.2 Sơ đồ khối tổng quan

6.3 Nguyên lý làm việc của module 6.4 Sai số và xử lý tín hiệu đo

ø Các sai số gặp phải trong quá trình thiết bế b Xử lý tín hiệu đo

e Bù sai sốc

6.5 Quá trình thử nghiệm và chế tạo hoàn chỉnh

ơ Thử nghiệm tại xưng

b Qui trình bảo uệ mạch bằng epoxy

ec Thử nghiệm tại hiện trường

d Bảo đưỡng uà đuy trì hoạt động

Chương VII HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG VÀ LẮP ĐẶT

7.1 Giao điện thiết bị

7.3 Phạm vi ứng dụng của module KẾT LUẬN

PHỤ LỤC

Bản đấu lắp dây chỉ tiết

Trang 4

LOI NOI DAU

Ngành uận chuyển hàng hải là một ngành uận chuyển quan trọng của mỗi quốc gia Phương tiện chủ yếu để uận chuyển là tàu thuỷ, vi véy

oiệc hiện đại hoá công nghiệp tàu thuỷ sẽ đẩy mạnh viée giao litu hang hod giữa các quốc gia uối nhau Đặc biệt đây là phương tiện uận chuyển hàng hoá trọng tải năng, uối khối lượng uận chuyển lên đến hàng trăm nghìn

tấn

Hiện tại, ô Việt Nam ngành công nghiệp còn hạn chế ô nhiều mặt, thể hiện ở uiệc chế tạo các trang thiết bị trên tàu thuỷ uối tỷ lệ nội địa hoá các

thiết bị này là rất thấp Nhà Nước uà Chính Phủ có chủ trương triển khai

cho tổng công ty tàu thuỷ Việt Nem dân dẫn nội dia hoá các sản phẩm để

thay thế được các sẵn phẩm ngoại nhập Đáp ứng yêu câu đó dự án nghiên cứu khoa học KC.06.DA.18.CN đượn qeông ty Cơ khí Điện Điện từ tàu thuỷ

(Vinamarel) trién khai Dự án này nhầm chế tạo các thiết bị đo lường, didu

khiển vd tự động phục uụ trên tàu Mục tiêu để ra của dự án là hồn thiện cơng nghệ uốn có trên các tàu thuỷ cùng uối chế tạo mới các thiết bị đã lạc

hậu Yêu câu để ra của các sẵn phẩm này phải có tuổi thọ oà độ tin cậy cao,

giá thành thấp hơn nhiễu so uôi nhập ngoại

Trong chuyên đề này giới thiệu qui trình thiết bế uè hoàn thiện module do báo mức 15 bát dầu Có khả năng giao tiếp uôi mạng toàn tàu, thành lập được hệ thống giám sát tập trung bằng cách tích hợp các module Qua thiết kế có thể áp dụng không những cho tàu chỗ hàng uà khách mà còn áp dụng cho các làu chỗ đâu

Hà nội ngày tháng năm 200

Trang 5

Chwong I

GIGI THIEU CHUNG

1.1 Tổng quan oề đo lường, điều khiển oà tự động

Đi song song với sự tiến bộ của KHKT thì ngành đo lường, điểu

khiển và tự động cũng trải qua các giai đoạn lịch sử phát triển khác

nhau:

Cho đến những năm 40 của thế kỷ trước cơ sở lý thuyết điểu

khiển tự động hình thành Giai đoạn này được coi là “điểu khiển cổ

điển” với phương pháp khảo sát “single input, single output” (SISG) Xung quanh những năm 1960 là giai đoạn phát triển của kỹ

thuật điểu khiển tự động gọi là “điểu khiển hiện đại” (Modern

Control) Khao sat theo phuong phap “multi-input, multi-output” (MIMO), hệ thống càng trở lên phức tạp

Giai đoạn từ năm 1980 đến nay là giai đoạn “Điểu khiển bẩn vững hệ đa biến” Với sự ứng dụng của toán học và phần mềm máy

tính đã đưa ra các phương pháp thiết kế bộ điều khiển để hệ kỹ thuật

vẫn đảm bảo cáo tính năng sử dụng khi có tác động của nhiễu và sai số, từ đó hình thành các nhánh mới về diéu khiển như là nonlinear, adaptive, fuzzy, ngron

Ngày nay với sự phát triển của Khoa học Công nghệ ngành đo lường, điều khiển và tự động đã đạt những thành tựu hết sức to lớn Nó đóng vai trò quan trọng quyết định đến năng suất chất lượng sản

phẩm, khả năng linh động, đáp ứng các thay đổi của thị trường Hiện nay, thị trường các hệ điểu khiển đang thay đổi nhanh chóng Một

điều cũng đáng lưu ý ở đây là trị giá phần cứng giảm đi nhưng chức

Trang 6

năng của nó ngày càng nhiều hơn, đồng thời trị giá phần mềm và các dịch vụ đi kèm thì tăng lên, điểu này quyết định giá trị đóng góp của

trí tuệ vào sản phẩm ngày càng lớn

Về mặt kỹ thuật, hệ điểu khiển tự động thực hiện được các chức

năng điểu khiển truyền thống Các chức năng đó bao gồm kết hợp điều khiển giám sát và thu thập số liệu, điểu khiển theo mẻ, khối, điều khiển liên tục, điểu khiển lai, điểu khiến chất lượng Các chức

năng này được thực hiện qua sự kết hợp các phần cứng, phần mềm và các dịch vụ khác nhau Các hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình

sản xuất xuất hiện trong những năm gần đây đều có một số đặc điểm

chung:

+ Tính mổ

+ Cáo giao thức truyền thông được chuẩn hoá, tốc độ truyền dữ liệu cao

+ Có hệ thống bus trường (fieldbus) kết nối từ các bộ điều khiển xuống các bộ vào ra phần tán hoặc cáo thiết bị trường thông minh

+ Tích hợp hệ thống

Một đặc điểm nữa là trong công nghệ cần điều khiển rất nhiều

các tham số dạng không điện: áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, tốc độ, tỷ lệ các thành phần các tham số này có quan hệ chặt chẽ tác động da

chiều, biến đổi phức tạp và ảnh hưởng lớn tới chất lượng sản phẩm ra Để điều khiển các thông số này cân phải đo và kiểm tra trạng thái cha

chúng Vì vậy trong một hệ tự động thì khâu đo lường đóng vai trò quyết định tính chất sản phẩm đâu ra Đòi hổi càng cao về tính an

toàn thì càng cần tự động hoá cao và càng cần giám sát chặt chẽ

thông tin Đặc biệt đối với việc đo cáo chất dễ gây cháy nổ

Trang 7

1.9 Vai trò uà ứng dụng đo lường, điều khiển uà tự động

trên tàu thuỷ

Trên tàu thuỷ cũng là một hệ thống nhà máy khép kín nhưng nó còn mang nhiều đặc điểm đặc trưng riêng, với môi trường làm việc

của cáo thiết bị lắp ráp trên tàu cũng có những đặc điểm khác đó là những đặc điểm sau: + Đặc điểm khí hậu thay đổi thường xuyên, môi trường nhiễm man cao + Điều kiện tác động cơ học do lắc của thân tàu, dao động của sóng co tác động lên tàu

+ Điều kiện về độ tin cậy trong phục vụ thấp

+ Điều kiện về giới hạn không gian, tập trung thiết bị trong điện tích hẹp

+ Điều kiện về cơng tác an tồn, phịng tránh cháy nổ cũng ở cấp

cao hơn bất kỳ một phương tiện hay nhà máy xí nghiệp nào

Với những điều kiện trên thì việc ứng dụng đo lường, điểu khiển

và tự động cũng có những đặc điểm chung nhưng cũng mang nhiều đặc điểm riêng Thể hiện trong việc điểu khiển hoạt động toàn tàu, ta

cân đo và xác định hàng nghìn thông số, chúng có thể chia thành các cụm sau:

+ Thông số khí hậu, môi trường như nhiệt độ không khí, độ ẩm, nông độ muối trong không khí

+ Thông số của máy chính và máy phụ: nhiệt độ đầu bôi trơn, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí xả, áp suất dâu bôi trơn, tốc độ

động cơ

+ Thông số về mức các két: két nước thải, két đầu thải, két đầu máy, két ballast, két nước ngọt

Trang 8

+ Thông số mơi trường tồn tàu như độ ẩm nhiệt độ phòng làm việc, nhiệt độ, phòng máy chính

+ Đo thông số khói, nhiệt độ phòng để kiểm tra cháy nổ

Thiết lập hệ điều khiển trên tàu:

Những thông số này rất quan trọng trong việc điểu khiển hệ

thống toàn tàu Đặc biệt tàu các thông số này lại nằm rải rác trên tàu, vì vậy cần điều khiển tức thời tại chỗ nhiều tham số thích hợp nhất là thiết lập hệ thống điểu khién phan tan DCS (Disstributed Control

System) Hệ điểu khiển phân tán trên tàu với nhiều ưu điểm phù hợp

trên tàu thuỷ đó là khả năng quản lý các đâu vào ra analog rất tốt,

khả năng hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông, độ tín cậy cao, cơ sở đữ

liệu trong hệ là cơ sở đữ liệu toàn cục và thống nhất, khả năng mở rộng tích hợp cao, tuổi thọ ứng dụng lớn (15 — 20 năm) Với những ưu

điểm hệ DƠCS hoàn toàn đáp ứng yêu cầu về một giải pháp điều khiển tự động tổng thể

Thiết lập hệ thống giám sát tập trung:

Đặc biệt trên những tàu trọng tải lớn với hàng nghìn thông số cần thiết lập hệ thống giám sát tập trung Trong đó hệ thống các két trên tàu chiếm tỷ lệ rất lớn trong các thông số giám sát Mỗi két có chiểu cao đến chục mét, đổng thời gồm nhiều két chứa đâu và nước phục vụ trên tàu Như vậy việc giám sát mức các két cũng trở lên quan trong và khối lượng két cân theo đõi cũng rất lớn việc giám sát và báo động là cần thiết và không thể thiếu Nhiều nhà thiết kế đã vận dụng đưa bàng loạt các hệ giám sát khác nhau lên tàu thuỷ nhung hé théng SCADA (Supervisor Control And Data Acquisition )

tổ ra có ưu điểm vượt trội

Trang 9

18 Yêu cầu thiết bị lắp đột trên tàu

Với tình hình thực tế và môi trường làm việc của thiết bị thì các

sản phẩm được chế tạo và lắp đặt trên tàu thuỷ phải đảm bảo được

các tiêu chí sau:

Nhỏ gọn, chính xác, đẳm bảo mỹ quan công nghiệp

An toàn và bển vững với môi trường nước biển, điện từ trường cao, sự dao động lớn của thân tau

Tính chuẩn hóa cao, xây dựng theo một tiêu chuẩn nhầm sản xuất hàng loạt và lắp ghép các module theo một chuẩn

Độ tín cậy cao, có tính mổ, tích hợp cao

Giá thành hoàn toàn thấp hơn rất nhiều so với sản phẩm cùng loại được nhập từ các nước tiên tiến mà chất lượng không thua

kém

Trang 10

Công ty cơ khí điên điện tử tàu thuỷ Module do bao tap trung các két đầu Chương II HIỆN TRẠNG NGÀNH CÔNG NGHIỆP TÀU THUỶ VIỆT NAM

2.1 Tình hình ứng dụng KHCN trên tàu của Việt Nam

Hiện nay, được sự quan tâm của nhà nước và chính phủ, ngành công nghiệp tàu thuỷ của Việt Nam trong thời gian qua đã có sự đầu tư rất lớn và đã có những thành tựu vượt bậc, thậm chí đã xuất khẩu tàu cho các nước tiên tiến, nhưng hiện tại chúng ta chỉ dừng ổ việc gia công phân vỏ và lắp ráp các thiết bị mua của nước ngoài Thực tế, chúng ta đã chế tạo được vài phân tử đơn lẻ với chức năng hạn chế và chất lượng còn thấp so với cáo sản phẩm cùng loại tại các nước tiên tiến Để đáp ứng nhu câu rất cân thiết cho ngành công nghiệp tàu

thuỷ cân phải thiết kế chế tạo hàng loạt các sản phẩm mang đặc

trưng của ngành tàu thuỷ, đặc biệt là hệ thống điểu khiển tự động

Qua khảo sát thực trạng ngành tàu thuỷ đưa ra những mặt còn tổn

tại sau:

+ Tổn tại nhiều thế hệ tàu thuỷ khác nhau, với nhiều tàu có độ an toàn thấp, hiệu quả hoạt động kém

+ Chưa có nhiều eơ sổ trong nước cung cấp thiết bị phục vụ tau thuy, it co sé tham gia nghiên cứu chế tạo các hệ thống thiết bị trên tàu

+ Khả năng đóng mới các tàu trọng tải lớn còn hạn chế

+ Cée tàu đóng mới chất lượng còn thấp so với các nước trong

cùng khu vực

Trang 11

Dựa trên những nhận định trên thì đây sẽ là khối lượng sản

phẩm khổng lồ cân nội địa hoá theo chủ trương của nhà nước và chính

phủ Điều này nằm hoàn toàn trong tâm tay của chúng ta Thực hiện công việc này các dự án nghiên cứu được tổng công ty công nghiệp tàu

thuỷ chuyển giao cho các đơn vị thành viên đưa vào triển khai

9.9 Đặc điểm đo lường, điều khiển oà tự động trên các

tàu thủy đang hoạt động tai Việt Nam

Do tình trạng ứng dụng chậm trễ KHƠN vào hiện đại hoá tàu

thuỷ với những mặt hạn chế nhất định trong triển khai sản phẩm nên trong ngành điều khiển còn tổn tại nhiều hệ thống điểu khiển lạc hậu

với nhiều thế hệ tàu khác nhau, chất lượng cũng khác nhau, khó đồng bộ hoá trong sửa chữa và thay thế Điều này chúng ta có thể

hiểu được do những hạn chế của đất nước và cũng đặc tính phục vụ

vận chuyển tàu thuỷ Qua khảo sát thực tế cáo tàu đang hoạt động tại Việt Nam chúng ta có thể đưa ra các thế hệ tàu thuỷ với tỷ lệ ứng dụng KHON nói chung và ứng dung tự động hoá nói riêng:

+ Điều khiển bằng cơ cấu truyền động cơ khí:

Những thế hệ tàu thuỷ này chưa đạt được tính năng tự động, thông thường là do người điểu khiển quan sát và tính toán rồi đưa ra lệnh điểu khiển, chưa có các thiết bị đo tự động Thường là các tàu trọng tải nhỏ, hoạt động trong vùng nước nông với hiệu quả làm việc

thấp

Dùng các cơ cấu cơ khí như bánh răng, khớp nối, thanh răng

với những cơ cấu eơ khí này thì có độ chắc chắn nhưng tuổi thọ rất

kém, điểu hạn chế nhất của phương pháp này là khối lượng cổng kênh, thiết bị tiếp xúc với môi trường nước biển rất lớn gây gỉ sét

Trang 12

nhiều, hệ thống hay bị kẹt, trọng tải của tàu vì vậy cũng tăng lên rất nhiều, độ an toàn và chính xác thấp Hơn thế đối với người điều khiển là rất khó khăn, thao tác nặng nể, các cần gạt hay bị kẹt do gỉ sét nên không thể áp dụng cho những thế hệ tàu cấp tự động hoá cao ngày nay Đối với những thao tác chính xác hay thực hiện vi điều khiển gần

như hoàn toàn không thể thực hiện, các công tác kiểm tra thường chỉ

thao tác thủ công như dùng nhiệt kế, áp kế điểu này càng khó thực hiện để đo thông số của máy chính khi tàu đang hoạt động vì phải thực hiện tại chỗ, nơi có nhiệt độ cao và không di đời Dẫn dẫn các cơ cấu này phải đã được thay thế hoàn toàn bằng thiết bị hiện đại

+ Đo và điểu khiển tự động bằng mạch điện tử tương tự:

Phương pháp này dùng các bóng trường, transistor, tụ, trỏ để

thiết kế mạch điện tử Công nghệ này so với dùng cơ cấu cơ khí có sự tiến bộ hơn hẳn về mặt chính xác và an toàn, cùng với sự thu gọn về kích thước, giảm nhẹ trọng tải Đông thời cho phép thao tác nhanh kết hợp các nút điều khiển rất nhẹ nhàng Từ khi đưa các mạch điện bán dẫn vào trong hệ thống điện, điện tử của tàu đã nâng ngành công nghiệp đóng tàu lên một bước Với những mạch điện này ta có thể thực hiện kiểm tra giám sát các hệ thống trên tàu Đặc biệt công tác đo như đo nhiệt độ, áp suất, mức chất lỏng đã trổ lên dễ dàng, có

thể truyền xa kết hợp với hiển thị kim chỉ đã cho ra hệ thống kiểm tra

trực quan Những công nghệ này đã được triển khai rất nhiều trên các tàu thuỷ của thập niên 60 và 70 Nhưng những năm gần đây, đặc biệt là thế ký này, công nghệ tương tự tỏ ra kém hiệu quả, không còn thích với việc điểu khiển tự động hoàn toàn Dùng các mạch tương tự thường làm cho mạch điện tử thường rất lớn, cáo thiết bị to, bể mặt tiếp xúc lớn đễ bị môi trường mặn xâm nhập gây hư hại và đứt mạch

Trang 13

Vì vay chiếm nhiều điện tích, kích thước của thiết bị cũng trổ lên to và cổng kénh trong khi các thiết bị tự động trên tàu càng nhiều Đòi hỏi các thiết bị này có kích thước, diện tích chiếm dụng phải nhỏ Qua

đây để thực hiện đo và điểu khiển thì phương pháp mạch điện tử tương tự có nhiều nhước điểm sau:

-_ Độ chính xác không cao, hiển thị dạng kim chỉ, quán tính lớn -_ Xử lý sai số và bù sai số kém gây sai số nhiều

- Chống nhiễu kém, chịu tác động của nhiều yếu tố bên ngoài - Tín hiệu truyền xa hay bị suy hao trên đường dây

- Chưa chuẩn hoá thành các module chuẩn, không có các chuẩn vào ra để tích hợp thành hệ thống đo lường điều khiển hiện đại

-_ Tính linh động chưa cao, thường là các phần tử rời rạc

- Mặt bảng điểu khiển thường to và thô, hạn chế mặt mỹ quan,

khó khăn khi quan sát, khả năng tập trung trên panel điểu

khiển kém

+ Đo và điều khiển tự động bằng công nghệ số:

Cáo linh kiện bán dẫn được thay thế bằng cơng nghệ số hố Thực tế thì ở Việt Nam vẫn còn tồn tại rất nhiều công nghệ mạch bán dẫn Điều này cần đòi hỏi đưa công nghệ số vào kịp thời hiện đại hoá ngành công nghiệp tàu thuỷ Dùng số hoá có những ưu điểm vượt trội so với dùng mạch bán dẫn và mạch điện tương tự Đó là sự nhỏ gọn về kích thước, tốc độ xử lý cao, chuẩn hoá thành module, đễ dàng tích hợp Nhiều nhà nghiên cứu cũng như các cơ sổ sản xuất đã cho thử

nghiệm và đưa vào sản xuất nhưng những sản phẩm này còn nhiều

hạn chế, điểu đáng nói là các sản phẩm này chỉ áp dụng trong những điểu kiện môi trường bình thường Trong môi trường nhiễm mặn và

Trang 14

đặt trên các tàu thuỷ thì việc áp dụng còn biểu hiện những nhược điểm sau:

-_ Chưa chuẩn hoá theo các chuẩn công nghiệp tàu thuỷ

- Hỗ trợ truyền thông công nghiệp kém, chưa thành lập chuẩn chung cho giao tiếp, gây khó khăn khi kết nối, cân các bộ chuyển

đổi giao thức

-_ Không thực hiện module hoá các phần tử điều khiển

3.38 Hướng phát triển đo lường, điều khiển tự động trên tàu

thuỷ của Việt Nam trong những năm tới

Mục tiêu của nhà nước và chính phủ là xây dựng cho ngành tàu thuỷ Việt Nam một vị trí đứng trong khu vực cũng như thế giới Điều này đòi hỏi chúng ta phải từng bước xây dựng nền tảng khoa học cở bản cho ngành đóng tàu Dựa trên đội ngũ cán bộ kỹ sư nghiên cứu từng bước chúng ta thực hiện nội địa hoá từng phần Trong đó, ngoài phân vỏ thép và phân máy chính thì hệ thống điện và điều khiển trên tàu là rất quan trọng Đặc biệt trong sự tiến bộ của thế giới cùng những ngặt nghèo của đăng kiểm tàu thuỷ, hệ thống đo lường điều khiển trở thành nhân tố quy định chất lượng tàu thuỷ Hướng mục tiêu trước mắt của ngành tàu thuỷ là bằng nội lực phải chủ động được công nghệ và nghiên cứu tiếp thu các ứng dụng khoa học tiên tiến Để

đạt được điều này cân phát triển theo các hướng sau:

Chế tạo các thiết bị điều khiển, thay thế dân các sản phẩm nhập

ngoại Muốn làm điểu này hướng đặt ra là thực hiện chuẩn hoá và hồn thiện cơng nghệ Tranh thủ sự hỗ trợ của các nước công nghiệp tàu thuỷ phát triển Chúng ta cần chun mơn hố sản xuất, tự động trên dây truyền sản xuất hàng loạt Tức là phân chia thành các phòng

Trang 15

ban thiết kế chuyên nghiệp Mỗi một đơn vị này chịu trách nhiệm

thiết kế một phân của sản phẩm

Chủ động công nghệ, không phụ thuộc vào các hãng sản xuất thiết bị trên thế giới Điểu này là cần thiết, một khi chúng ta chế tạo

được các sản phẩm thì việc lắp đặt và bảo trì trổ lên thuận tiện và dễ

dàng hơn rất nhiều Muốn chủ động được công nghệ chúng ta cần phải chuẩn hoá và chế tạo được cáo hệ thống và module sau:

-_ Hệ thống đo báo tập trung các thông số Diesel

-_ ác module điều khiển thiết bị và máy móc -_ Hệ thống điều khiển phân tán DƠS

-_ Hệ thống lái tự động

-_ Hệ thống đo báo tập trung các thống số toàn tàu -_ Hệ thống các tủ bảo vệ thiết bị trên tàu

-_ Đồng hể multimet đo các thông số điện Hết luận:

Trong khi nền khoa học thế giới đã tiến những bước dài mà việc ứng dụng KHƠN nước nhà vẫn chỉ là những bước chuyển biến chậm Đặc biệt trên tàu thuỷ thì các hệ thống đo lường điểu khiển và tự động còn rất kém Được sự đồng ý của nhà nước và chính phủ, tổng công ty công nghiệp tàu đã triển khai dự án nghiên cứu khoa học KC.06.DA.13.CN nhằm nội địa hoá dẫn dẫn các thiết bị lắp đặt trên tàu, chủ yếu là phần đo lường và điểu khiển Mục đích của dự án là

xây dựng các module chuẩn lắp đặt trên tàu, cùng với xây dựng cho

hệ thống mạng lưới điện, điện tử trên tàu thành một hệ thống nhất và đồng bộ phù hợp với tình hình Việt Nam

Trang 16

Để đạt được điều này cân thiết phải triển khai các bước cho

ngành công nghiệp tàu thuỷ các hướng đi lên Đối với những thế hệ tàu thủy lạc hậu, chất lượng và hiệu quả hoạt động thấp cần đưa vào thay thế và phục hổi hoàn toàn Những thế hệ tàu sử dụng thiết bị

điện tử công suất cổng kểnh và nhiều nhược điểm cân sửa chữa và

thay thế từng phân Đối với thế hệ tàu đã cập nhật được công nghệ

hiện đại cần chuẩn công nghiệp về giao tiếp và lắp đặt

Trong khi tàu trở đầu càng phát triển ở Việt Nam Với trọng tải rất lớn, trên mỗi tàu bao gồm nhiều khoang chứa, mỗi khoang chứa có chiểu cao từ 5" trổ lên nên việc thiết kế những module đo báo là rất cân thiết và rất hợp lý Những module này có thể được ghép thành hệ thống giám sát trên tàu đâu Ngoài ra trên những tàu trọng tải lớn thì số két chứa dầu cũng rất nhiều, chiểu cao mỗi két khác nhau, việc lắp đặt module này là rất hợp lý, phù hợp với điều kiện trên tàu Vì

vậy, việc thiết kế là rất cần thiết và mang tính hiệu quả cao

Trang 17

Chương II

NỘI DUNG HOÀN THIỆN THIẾT KẾ KỸ THUẬT

Hồn thiện cơng nghệ là quá trình ứng dụng KHKT vào sản xuất các thiết bị Mục tiêu là chế tạo được các sản phẩm mang nhãn hiệu Việt Nam Bằng cách chúng ta phải hoàn thiện dẫn các bước

thiết kế, chế tạo và đưa vào thử nghiệm sao cho các sản phẩm mang tính đổng bộ về chức năng cũng như kiểu dáng sản phẩm Vì vậy, chuẩn hoá thiết bị nhầm hoàn thiện sản phẩm là mục tiêu của chuyên

để, công nghệ kỹ thuật được áp dụng bao gồm:

3.1 Ứng dụng số hoá

Qua công tác nghiên cứu và tìm hiểu các công nghệ hiện đại số hoá hay áp dụng công nghệ mới, tích hợp IC dé thiét lap thế hệ tàu thuỷ với tính năng tự động hố cao chúng ta khơng đi theo hướng cũ tức là hồn chỉnh và chuẩn hố các mạch điện tương tự mà thay vào đó là sử dụng ngay công nghệ số hoá, thay thế cáo phần tử điều khiển céng kénh bằng các mạch vi điểu khiển như 8051, Motorola, AVR, Atmel và cáo công nghệ mới như PSOC, FPGA, ASIC để thiết lập mạch xử lý tín hiệu và điều khiển Vận dụng công nghệ số hoá sẽ đạt

được nhiều ưu điểm hơn hẳn

+ Về mặt kích thước và cấu trúc luôn nhỏ gọn, chuyên nghiệp cao Cùng một chức năng, vai trò như nhau nhưng dùng thiết bị số có

kích thước nhỏ hơn hẳn

+ Về mặt tính năng hơn hẳn ở khả năng tích hợp cao, tính mở

Đồng thời cho tốc độ xử lý cao

Trang 18

+ Về mặt chống nhiễu và xử lý tín hiệu thì công nghệ số tô ra ưu điểm vượt trội Do thực hiện trên các bit 0 và 1 nên quá trình xử lý tín hiệu ít sai số, không bị nhiễu của môi trường xung quanh như điện từ trường hay các dao đông cơ học

+ Về mặt bù sai số bằng phần mềm trỏ lên dễ dàng hơn và có nhiều giải pháp thực hiện bù sai số

+ Khả năng giao tiếp mạng là hơn hẳn, truyền xa tốt và tính

tích hợp hệ thống cao Cho phép thành lập các hệ thống tập trung

Ứng dụng công nghệ số có thuận tiện là chủ động được công nghệ, không phụ thuộc và các hãng sản xuất thiết bị đo lường điều khiển và tự động trên thế giới Thông thường mỗi khi nhập thiết bị từ các hãng trên thế giới ta đều phải nhập hệ thống đồng bộ, khi xảy ra sự cố thì khắc phục rất khó Chúng ta lại thuê chuyên gia sửa chữa

hoặc mua các module để thay thế với giá thành cao Thời gian khắc

phục lại chậm trễ

3.9 Ứng dụng xử lý số uào xử lý thông tin do

Thông tín thu được thường ở dạng phí tuyến, để xử lý thông tin chính xác cân đưa các phương pháp xử lý Trong chuyên để này là việc đo mức các két, quá trình xử lý thông tin thường chỉ sử dụng các phương pháp xử lý thông thường Dưới đây là phần trình bẩy về phương pháp xử lý thông tín đo thường được áp dụng trên tàu thuỷ Thuật toán lọc:

Để tăng độ ổn định của các giá trị đo, đồng thời giảm bớt dư

thừa thông tin, cần thực hiện thuật toán lọc "Thuật toán lọc bao gồm:

Trang 19

Công ty cơ khí điên điện tử tàu thuỷ Module do bao tap trung các két đầu Dt„= > Dtyn T =n.T, Trong đó: T,: Thời gian trích mẫu n: Số lần đo

T, và n phải được chọn sao cho :n> , T, > Ty2 z: hàng số quán tính của đại lượng đo

-_ Thuật toán lọc nhiễu:

Để chống nhiễu điện từ trường gây ra bởi môi trường xung

quanh Dùng thuật toán lọc và loại bổ các giá trị đột biến ra khỏi chuỗi giá trị đo

Dt - A„m„< Dt,< Dt, + Aner

Sai lệch A,,,, duge chon trong quá trình hiệu chỉnh thiết bị Nếu giá trị đo tại thời điểm n vượt quá A„,„ so với giá trị đo được ở thời điểm đó thì loại bỏ giá trị đo đó

-_ Lọc tương quan:

Lẹo tưởng quan cho phép chúng ta tách được tín hiệu có ích ra khỏi nhiễu ngay cả khi tín hiệu nhiễu trùng cả tín hiệu có ích: yO „L RyữŒ) ———rv' Tương quan kế |—————> RyŒ) = RxŒ) + RnŒ) + Rxn(z)

Hàm tương quan là một hàm tiển định nó đặc trưng cho mối liên hệ ngẫu nhiên giữa hai thời điểm t„, ty không liên hệ với nhau

Rxq„,t„)= M‡Bl)~ Ma} bụ,)- JB

Trong đó:

Rx(z) : Hàm tương quan của tín hiệu x

Rxn(r) : Hàm hỗ tương quan giữa tín hiệu và nhiễu

Rn(r) : Hàm tự tương quan của nhiễu

- Loc sé:

Trang 20

Công ty cơ khí điên điện tử tàu thuỷ Module do bao tap trung các két đầu Lọc số không phải là một thiết bị mà là Angôrit x XO* 00D Ls) Angoritige [2 »

Nếu theo đáp ứng xung người ta chia làm 2 loại FIR (Finiti Impulse Response), ITR (Infiniti Impulse Response)

Phương trình sai phân: va) = TÍŸb xe~9= Sa vá= 9| y(n) = “155, a(n os lÉP an 2| Lm ml đa * Bé loc FIR: xin] vn]

E———) Lœlirg day =>

Vậy đáp ứng xung của hệ thống: hữ) = Ở- với 0< k<M

a

h(k)=0 vớikcòn lại

Bé loc FIR có đáp ứng xung chiểu dài hữu hạn @M+1 mẫu) là hệ

thống luôn luôn ổn định

* Bộ lọc IIR là hệ thống có đáp ứng xung chiều dài vô hạn nên không phải lúc nào bộ lọc cũng ổn định Do đó trước khi sử dụng loại

bộ lọc này cần phải xem xét tính ổn định của nó

y(n) = Tiếp, xo 9-Day 0-0}

-19-

Trang 21

Công ty cơ khí điên điện tử tàu thuỷ Module do bao tap trung các két đầu = Loc dé quy >

Nếu phân chia theo đáp ứng biên độ gồm các loại sau: Bộ lọc thông thấp, bộ lọc thông cao, bộ lọc thông dải, bộ lọc chắn dải

Các thuật toán lọc và thiết kế các bộ lọc trên còn được ứng dụng trong kỹ thuật viễn thông, xử lý hình ảnh, các hệ thông anten, kỹ

thuật audio số, xử lý tín hiệu radar Điểu này đặc biệt quan trong đối với hệ thống thông tin trên tàu thuỷ

Thuật toán tuyển tính hoá:

Thường thì các cảm biến đo là phí tuyến Vì vậy sau khí lọc phải được sửa phi tuyến ở đây sử dụng hai phương pháp sửa phí tuyến: - Phương pháp tuyến tính hoá từng đoạn:

Với phương pháp này đại lượng đo sẽ được tính qua một hàm tuyến tínhhoá

y=axtb Trong đó:

x: Là giá trị đo được

y: Là giá trị sau khi đã chỉnh phí tuyến

Phương pháp này giảm được dung lượng bộ nhớ, nhưng đồi hỏi phải tường minh được hàm tuyến tính hoá trong từng đoạn

- Phương pháp tra bằng mẫu:

Thành lập một bảng mẫu chuẩn Cáo giá trị nhận về được so

sánh với bảng mẫu để cho ra kết quả của phép đo

Phương pháp đo này tuy chiếm dung lượng bộ nhớ lớn, nhưng hay được sử dụng do đạt độ chính xác cao và giảm được thời gian tính

toán

Trang 22

3.3 Ứng đụng mạng truyền thông công nghiệp

Mạng công nghiệp là khái niệm chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp Sự liên kết mạng hiện nay cho phép liên kết ở nhiều mức khác nhau, từ bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành cho đến những các máy tính điểu khiển, thiết bị giám sát, điều hành, quản lý của toàn bộ hệ thống công ty, xí nghiệp, phương tiện

Trên tàu thuỷ rất nhiều thông tin hay tham số cần truyền đi,

những tín hiệu này được truyển di bằng cách mã hoá dưới nhiều phương thức truyền thông công nghiệp Từ hệ thống thông tín liên lạc trên tàu cho đến các hệ thống giám sát điểu khiển tập trung Đổng thời hệ thống mạng công nghiệp còn cho phép kết nối mổ với hệ thống mạng toàn cầu như mạng Internet Việc giám sát định vị tàu ngày này không còn mang tính độc lập mà có thể thực hiện giám sát từ một trung tầm đặt trên đất liền Mọi thông tin trên tàu có thể cập nhật tại bất kỳ nơi nào trên thế giới nhờ giao tiếp của mạng công nghiệp với mạng toàn câu Vậy thì dùng mạng công nghiệp trên tàu thuỷ là rất phù hợp

Ngày nay mạng truyền thông công nghiệp được ứng dụng để

thiết lập hệ thống giám sát tập trung Đặc biệt là hé SCADA véi su

lính hoạt trong việc triển khai Hệ thống này có thể áp dụng trên

nhiều đạng tàu thuỷ khác nhau Dưới đây trình bày về hệ thống SCADA

Hệ thống SƠADA là hệ thống thu thập, xử lý thông tín và báo động tại các cấp khác nhau thông qua mang truyén tin toàn tàu Ngày nay việc phân chia mô hình thành các cấp khác nhau đã trổ lên

Trang 23

Công ty cơ khí điên điện ti tàu thuỷ Module do bao tap trung các két đầu thông dung, nhằm giám sát chỉ tiết và chính xác hơn Sơ dé dưới đây thể hiện sự phân cấp đó Internet BUSSINESS MANAGEMENT Ship network - tân NT - Đàn XP Suy Rnasnypaz ôđ mm PROCESS MANAGEMENT Plane Network Scene network contra Fiddhus sensor Leva meas iTemperauire meas Camera “Pressure meas “Flow meas - Anatacal simple - Analagi/a - Daer#e t0 Superuse ~ Damilex Store TD FIELD MANAGEMENT

Hình1 Mô hình hệ thống SCADA trén tau

+ Cấp quản lý hiện trường Œïeld managenment)

Trong cấp này, các bộ điều khiển nối trực tiếp với các thiết bị tại hiện trường như các bộ đo, transmitter, các bộ chấp hành, các thiết bị

cảnh báo để thực hiện chức năng đo và điều khiển Đồng thời cấp

này được nối với cấp quản lý quá trình nhầm chuyển các số liệu về đặc tính thiết bị, số liệu về cáo tham số tại hiện trường trong thời gian thực Việc thu thập và xử lý trở lên dễ dàng khi mà cáo thiết bị thông

-22-

Trang 24

minh duge dua vao sử dụng hàng loạt Toàn bộ các thiết bị tại hiện trường cũng như các bộ điều khiển được nối với nhau thành một mạng các thiết bị hiện trường (fñeldbus) Tất cả thông tin từ mạng được cung cấp cho người sử dụng cũng như chương trình xử lý một cách thống

nhất

+ Cap quan ly qua trinh (Process managerment)

Gấp này bao gồm các trạm quản lý như trạm thao táo, trạm công

trình sư, trạm giám sát Cap nay có nhiệm vụ tự động thu thập, tổng hợp thông tin về hiện trường từ các trạm ở cấp quản lý hiện trường,

hiển thị tập trung, thay đổi cáo tham số điểu khiển và báo động tức là

đặt ngưỡng

+ Cap quan ly kinh doanh (Bussiness managerment)

Cấp này thường chỉ có trong cae hé SCADA cé tính mổ và thực hiện các nhiệm vụ tích hợp thông tin thu thập được từ cấp hiện dưới vào hệ thống quản lý Đây là một cấp quản lý mang tính doanh nghiệp thực hiện nhiệm vụ kinh doanh, phân tích thống kê đặt hàng, sử dụng, xuất kho, điều tiết Doanh nghiệp có thể sử dụng thông tin thu được từ hệ thống SƠADA vào tích hợp hệ thống, xây dung co sd dit

liệu, lập bảng biểu thống kê

Trang 25

Xuất phát từ cấu trúc phân cấp và nhiệm vụ của từng cấp, phần

mềm ứng dụng cũng cân phải phân chia cho phù hợp với mỗi cấp

+ Đó là phần mềm giao tiếp giao diện người - máy (Man - Machine Interface), hiện tại có nhiều giao diện được thiết lập, những phân mềm thiết lập giao dién nay cé thé 1A Visual Basic 6.0, Visual Ơ,

C++, Labview Phân mềm này phải thiết lập được các bảng biểu đổ thị, mặt số để hiện thị thông tin về trạng thái các tham số, đồng thời có các tín hiệu cảnh báo đi kèm trên màn hình Ngoài ra, phần mềm này còn đảm bảo nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu theo thời gian, tự động tổ chức đữ liệu thành các cụm nhóm cho người quản lý

+ Phân mềm liên kết dữ liệu (Connect Server) cho phép liên kết dữ liệu của hệ thống với các co sở dữ liệu có sẵn như SQL server,

Access Database Phan mém nay duge thiết lập để trao đối thông tin

từ cấp quản lý xuống các cấp thấp hơn

+ Phần mềm liên kết mạng thiết bị (Data Server) là phần mềm thiết

lập cấu hình các thiết bị ghép nối, cho phép định nghĩa các giao thức truyền đảm bảo các chức năng vao ra I/O server

Cáo thiết bị đi kèm trên hệ thống giám sát tập trung, đó là hệ thống cảnh báo bằng còi đèn Thực hiện cảnh báo có thể tại mọi cấp hay tại ngay gân thiết bị Thiết bị lưu trữ đữ liệu bằng bộ nhớ ngoài hay máy tính

Nhờ mạng công nghiệp mà trên tàu ta lắp đặt được các hệ thống giám sát tập trung hay điểu khiển phân tán Cho phép liên lac trên toàn tàu thông qua hệ thống thông tin liên lạc Thành lập được các buông điều khiển và giám sát trung tâm, nhờ vậy cả hệ thống thiết bị trên tàu trổ thành một hệ thống nhất

Trang 26

3.4 Chudn hod vao ra (1/0)

Cae đầu vào ra phải thống nhất theo mức điện áp và dòng điện,

nhằm nối ghép giữa các thiết bị được thuận tiện tránh việc chuyển đổi

gây khó khăn khi thiết kế Thực hiện điểu này chúng ta cân phải thực

thi chuẩn các mục sau:

-_ Nguồn cấp cho cáo thiết bị chuẩn:

Thông thường cáo thiết bị điều khiển tiêu thụ công suất rất nhỏ

Vì vậy nguồn sử dụng hợp lý và thuận tiện nhất là nguồn 1 chiều

24VDƠC Nguồn này thông thường được lấy từ nguồn sự cố của tâu

Dùng nguồn chuẩn sẽ quyết định tính chất ổn định làm việc của thiết bị Khi nguồn ổn định, đủ công suất thì tuổi thọ hệ thống sẽ lâu hơn

Công suất tiêu thụ của các mạch đo và điểu khiển là rất nhỏ Đối với tàu thuỷ ta dùng nguồn sự cố 24V/DƠ do máy phát một chiều đặt trên

boong hoặc nguồn ắc qui, nguồn cấp này không cần biến đổi điện áp

từ 220VAO hay 380VAO xuống vì vậy sẽ đơn giản cho thiết bị Thiết bị vẫn hoạt động khi có sự cố máy phát chính Đồng thời trong quá trình hoạt động thì các thiết bị sẽ được cấp nguồn từ máy phát điện

chính Khi máy chính ngừng hoạt động lập tức công tắc chuyển mạch được đóng sang nguồn sự cố để cấp nguồn cho thiết bị

- _ Oấp nguồn 34VDƠ cho đèn và còi cảnh báo

Đây là thiết bị cảnh báo trực quan cho người điểu khiển tại phòng điểu khiển trung tâm nên thường phát ra âm thanh và ánh sáng vừa đủ Chính điểu này khi chọn còi đèn lắp đặt phải có công

suất tiêu thụ rất nhỏ, phát ra âm thanh chuẩn và ánh sáng đơn sắc

có được điểu này thì thiết bị sẽ tiêu thụ đồng tương đối nhỏ không ảnh hưởng đến cơng suất của tồn thiết bị

Trang 27

-_ Các đầu vào của sensor là 0 + 10VDC hoae 4 + 20 mA

Chuẩn đâu vào tín hiệu đo trên các module là 0 + 10 V/DO

(4:20mA) Theo chuẩn này thì các cảm biến (sensor) đã chuẩn hố

điện áp sẽ hồn tồn ghép nối với module thu thập, điều này phù hợp với chuẩn đầu ra các thiết bị đo của các hãng trên thế giới Thực tế ngày nay khi sử dụng các sensor thì không cần thiết kế mạch đo Các nhà sản xuất thiết bị đo trên thế giới đã thực hiện việc chuẩn hoá,

việc chuẩn hoá này theo chuẩn trên, thành lập các bộ transmiter Vì

vậy khi thiết kế mạch các đầu thu thập cũng tuân theo các chuẩn này

nhằm tăng tính thông dụng và dễ giao tiếp Mỗi thiết bị sensor có một

hệ số khuếch đại khác nhau phụ thuộc vào loại sensor Hệ số này là tỷ lệ đầu vào không điện chia cho toàn bộ dải điện áp đầu ra như trên là

10V

-_ Đầu ra điều khiển các thiết bị có tín hiệu chuẩn

Đối với thiết bị một chiều được điều khiển để cấp nguồn 24VDG Các thiết bị xoay chiều được điểu khiển để ấp nguồn 220VAC Dùng

các thiết bị báo động chuẩn như còi, đèn có tín hiệu báo động phù hợp Điện áp cấp là 24V/DO hoặc 220V/AO, dòng cấp cho còi đèn luôn đủ

theo các chủng loại lắp đặt

Kết luận:

Trong khi nền khoa học thế giới đã tiến những bước dài mà việc ứng dụng KHƠN nước nhà vẫn chỉ là những bước chuyển biến chậm Đặc biệt trên tàu thuỷ thì các hệ thống đo lường điểu khiển và tự động còn rất kém Được sự đồng ý của nhà nước và chính phủ, tổng công ty công nghiệp tàu đã triển khai dự án nghiên cứu khoa học KO.06.DA.13.ƠN nhằm nội địa hoá dân dân các thiết bị lắp đặt trên tàu, chủ yếu là phân đo lường và điểu khiển Mục đích của dự án là

Trang 28

xây dựng các module chuẩn lắp đặt trên tàu, cùng với xây dựng cho

hệ thống mạng lưới điện, điện tử trên tàu thành một hệ thống nhất và đồng bộ phù hợp với tình hình Việt Nam

Để đạt được điều này cân thiết phải triển khai các bước cho

ngành công nghiệp tàu thuỷ các hướng đi lên Đối với những thế hệ tàu thủy lạc hậu, chất lượng và hiệu quả hoạt động thấp cần đưa vào thay thế và phục hổi hoàn toàn Những thế hệ tàu sử dụng thiết bị

điện tử công suất công kểnh và nhiều nhược điểm cân sửa chữa và

thay thế từng phần Đối với thế hệ tàu đã cập nhật được công nghệ

hiện đại cân chuẩn công nghiệp về giao tiếp và lắp đặt Mục tiêu là

hồn thiện cơng nghệ trên tàu thuỷ

Trang 29

Chương IV

NỘI DUNG HOÀN THIỆN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ VÀ CÔNG

NGHỆ CHẾ TẠO

Nhằm triển khai tổng thể dự án các module được bóc tách riêng

ré dé nghiên cứu và chế tạo Trong chuyên để này trình bày quá trình thiết kế và hoàn thiện module đo báo mức các két nước Để thiết kế module chuẩn cẩn phải có các công nghệ và phần mềm thiết kế Trong phần dưới đây trình bày các công nghệ ứng dụng vào việc sản xuất các thiết bị

4.1 Phần môm thiết kế

Việc thiết kế các sản phẩm trổ lên chuyên nghiệp khí có sự hỗ trợ từ máy tính Các phần mềm được đưa vào ứng dụng giúp cho việc thiết kế trổ lên thuận tiện, mang tính khoa học cao Với mỗi một khâu thiết kế hay hoàn thiên đều có một phần mềm và bản vẽ đi kèm

Thiết kế mạch ín:

Dùng cáo phần mềm Protel hay Orcad để vẽ mạch nguyên lý và

chuyển đổi thành mạch in tương ứng Trên phần mềm ta có thể bố trí

linh kiện cùng các vị trí bắt vít sao cho hợp lý và thuận tiện việc gá

lắp thiết bị vào vỏ hộp Từ phần mềm ta có thể Demo chương trình và

cho chạy thử nhầm kiểm tra trạng thái hoạt động của mạch, qua đó nhằm xây dựng phần cứng một cách chính xác hơn

Thiết kế vỏ hộp và mặt panel:

Dùng phần mềm Autocad có độ phân giải cao, phù hợp cho việc

thiết kế các bản vẽ chỉ tiết lắp ráp Thiết kế bản vẽ trên máy tính rất,

thuận tiện cho việc đổi Hơn thế ta có được những bản về thống

Trang 30

nhất, đồng bộ Mỗi bản vẽ được thể hiện chính xác sẽ là eơ sở để kỹ sư

co khi ché tạo các vỏ hộp, mặt panel

Dùng phân mềm Ơorel draw để thiết kế mặt panel Đây là phân

mềm chuyên nghiệp dùng để thiết kế các kiểu đáng, mẫu mã Các kiểu front chữ, symbol, biểu tượng và ký hiệu được in trên bể mặt

panel

Phần mềm lập trình:

Đây là công cụ dùng để soạn thảo phần mềm và biên dịch thành các ñle dạng duôi *hex hoặc *.bin Các phần mềm thường dùng là keil, read51, ridle mỗi phân mềm này đều gồm các màn hình soạn thảo và biên địch Cáo chương trình nạp vào các chip VĐK được viết bằng ngôn ngữ Ở hoặc ASM Sau khi hoàn chỉnh chương trình có thể

cho chạy demo trực tiếp trên phần mềm và kiểm tra giá trị các cổng

và trạng thái các cò, các thanh ghi 4.9 Công nghệ phủ Epoao

Đây là công đoạn cuối cùng của quá trình hồn thiện mạch điện

tử, cơng đoạn này tỏ ra rất quan trọng khi thiết bị được lắp đặt trên

tàu Qui trình này là khâu khó nhất và đòi hổi công nghệ hiện đại

Trước tiên cần biết khái niệm Epoxy Epoxy là nhựa polyete tạo thành ban đầu bằng sự trùng hep bisphenol A va epyclohydrin Có tính các tính chất sau: độ bển cao và độ co ngót thấp trong khi đóng rắn, dùng làm chất phủ, chất dính đúc hoặc vật liệu xốp

Nhựa epoxy có tính chất bền hoá học rất lớn, bám dính tốt có thể

gắn chắc bể mặt giữa các vật liệu ngoài ra còn tính năng chịu mài

mòn cách điện tốt Nhựa epoxy là loại nhựa chống ăn mòn hoá học tốt, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sơn và phủ board mạch

-29-

Trang 31

Công ty cơ khí điện điện tử tàu thuỷ Module do bao tap trung các két đầu Có các loại epoxy như sau: DISGRIPTON REACTOR RESIN BE MIXED TRE RATIO [VISGOSITY|HARDNESS|

lass B, Fast Room Curd CC-1024A[100: 10] 1,500 5 Reactor High exotherm Pot CB-1054A|100:7 | 3,200 70

ILife:60 minutes in a one poun RE-2000 CR-1050 |100:7 3,300 15

ass Initial cure:1-3 hrs CB-1069 |100:7 | 5,500 80 70°F; Complete cure: 24 hrs

Leow CB-1078 |100:5 | 8,600 80

ass B Room Cure Reactor] CC-1024A100: 50 3,000 50 Low viscosity, moderatd CB-1054A|100: 25 3,500 60 pxotherm, Pot Life: 2 hours in a 5, 499, [CR-1050 [10:30] 3,680 65 ne pound mass Initial cure:2-4] CB-1069 |100: 25] 3,880 65 1s @ 70°F; Complete cure: 24

ms BTU CB-1078 |100: 20 3,840 5

lass F, Heat Cure Reactor] CC-1024A|100:15] 3,300 T5 High exotherm Excellent CB-1054A/100: 10] 5,500 65 flevated temperaturd CR-1050 |100: 10 6,500 30 blectricals Pot Life: 5 days @RE-2005 [GB-1069 |100: 10] 6,880 90

[70°F in a one pound mass Cure

-7 hrs @ 225°F; Post cure at CB-1078 |100:7 | 11,00 80

perating temperature

lass B,Very Fast Room Curd CC-1024A100: 20] 1,800 5 Reactor High exotherm Goo CB-1054A/100: 15| 4,960 60 otting or casting in small mass CR-1050 [100: 15] 6,000 T5 r thin sections Pot Láfe: 15-30| RE-2009[GB-1069 |100: 15] 5,120 90 kminutes in a one pound mass|

nitial cure:1-2 hrs @ 70°F: CB-1078 |100: 10} 10,800 80 omplete cure: 24 hrs @ 70°F

lass B,Room Cure Reactor] CC-1024A100: 50] 3,500 70 Low exotherm Low shrinkage] CB-1054A 100: 25] 7,500 55 Pot Life: 1 1/2 brs in a ong, ,,,|CR-1050 |100: 30 11,000 65 ound mass Initial cure: 4-6 CB-1069 |100: 25] 12,500 65 1s @ 70°F; Complete cure: 24

ns eee CB-1078 |100: 20] 11,520 5

-30 -

Trang 32

Công ty cơ khí điên điện tử tàu thuỷ Module do bao tap trung các két đầu Bảo uệ bằng mạch Cáo lý do dẫn đến việc bảo vệ bằng mạch sau khi lắp ráp bằng việc phủ epoxy (1 Cách iy điện áp cao:

- Epoxy cé kha năng cách điện cao hơn không khí

-_ Khi mạch được sử dụng trong miền điện áp cao thì phải được phủ kin béi epoxy

-_ Một lỗ trống do bọt khí tổn tại trong lớp epoxy có thể là nguyên

nhân gây ra đánh thủng do tia hổ quang điện

-_ Chúng ta đã tạo ra epoxy có khả năng chịu được điện áp cao tới 120kV vào năm 1993

- Epoxy có thể chịu được điện áp 25kV đến 40kV trong thời gian 20 năm

-_ Epoxy có khả năng chịu nhiệt cao

(2) Epoxy cách ly mach véi điều kiện môi trường xung quanh Epoxy có thể bảo vệ mạch điện khỏi đầu, hoá chất.v.v

Với lớp epoxy bao phủ các yếu tố thời tiết cũng như qúa trình

vận chuyển chúng không làm ảnh hưởng tới mạch

(3) Bảo uệ khỏi những ua đập cơ khí

Trang 33

(4) Tính bảo mật cho bằng mạch

-_ Khi dùng epoxy chúng ta có thể ngăn chặn được việc ăn cắp bản

quyển của thiết bị Nếu đối thủ dùng hoá chất làm epoxy tan ra thì các linh kiện của mạch cũng bị phá huỷ do vậy họ muốn khám phá bản mạch cũng là điều rất khó khăn

Những quy tắc phủ epoxy cho bằng mạch

Tổng quát:

- Tất cả cáo khuôn được sử dụng cho việc phủ epoxy Một khuôn

gồm có 5 mặt (phải, trái, trước, sau và đáy) và mặt trên (top) Mặt

trén (pour surface) là mặt để rót epoxy vào khuôn, đây cũng là mặt để

tháo bảng mạch ra sau khi đã phủ xong Mặc dù 5 mặt đều có kết cấu

rắn chắc giống nhau nhưng chúng có cấu trúc theo những quy định

khác nhau Mặt trên (pour surface) phải đảm bảo có lớp epoxy khá

phẳng còn 4 mặt xung quanh được thiết kế nghiêng một góc 1° hoặc

lớn hơn do đó chu vi lớp mặt trên sẽ lớn hơn chu vi của lớp mặt đưới Điều này làm cho việc tháo gỡ mạch ra khỏi khuôn sau khi phủ được dễ dàng Việc làm như vậy cho phép kết thúc quá trình phủ mà không sinh ra bất cứ xây sát gì cho bể mặt của khuôn, diéu nay làm giảm giá thành vô ích cũng như hao mòn của khuôn

-_ ác khuôn thường có cấu trúc đặc trưng cần thiết cho việc giữ cố định cho bản mạch trong suốt quá trình phủ epoxy Các góc của

khuôn thường được khoét tròn ít khi để góc vuông để tăng độ bền của

khuôn và ngăn ngừa những lỗi như tổn tại bọt khí trong lớp epoxy đã

phủ

Bản mạch đặt uuông góc vdi pour surface

Trang 34

Gó ít nhất một lỗ với đường kính 0,15 + 0.20 inch trên điện tích 2+ 3 inch trên bằng mạch Điểu này có táo dụng làm liên kết các mặt của bảng mạch với nhau ngoài ra có tác dụng gắn chặt các lớp của bang mach với những phần tử khác Việc này làm cho epoxy ở các mặt kết nối với nhau thông qua lỗ đó, như vậy toàn bộ sức bển của bằng

mạch sẽ tăng lên đáng kể

Giữ các khoảng cách từ các linh kiện đến biên của bản mạch ít nhát là 0,10 inch tốt nhất là 0,15 inch trừ mặt đổ epoxy va mat đầy (pour and bottom surfaces) Dién 4p cao qua 2000V có thể yêu cầu khoảng cách đó rộng hơn nữa

Giải thích: Tất cả các khuôn được thiết kế có các rãnh cầm khe sâu

khoảng 0,05 inch để giữ bảng mạch thẳng đứng trong suốt quá trình

phủ epoxy ở mọi bằng mạch các linh kiện trên bằng được đặt cách bờ của bảng mạch ít nhất một khoảng 0,10 inch để phù hợp với mọi loại khuôn khác nhau

Giữ cho lớp bảo vệ epoxy rộng ra ngoài mép của bản mạch là 0.10 inch trừ pour and bottom surfaoes, có thể là > 0,15 inch nếu điện áp cao trên 2000V,

Giải thích: Tất cả các khuôn được thiết kế có các rãnh cắm khe sâu

khoảng 0,05 inch để giữ bảng mạch thẳng đứng trong suốt quá trình

phủ epoxy Thiết kế lớp epoxy rộng ra này ngăn chặn việc board mạch bị ộ ra ngoài Điểu này tránh được sự phá hoại mạch khi vận chuyển

-33-

Trang 35

hoặc lưu trữ Điểu này có thể loại bỏ được ngắn mạch giữa đường tín

hiệu trong mạch và các đường tín hiệu gần đó Nguyên tắc 4:

Tất cả cáo dây nối, các đường kết nối hoặc những mạch điện khác, máy móc khác hoặc những phẩn nhìn thấy trên bể mặt cho

xuyên qua lớp mặt epoxy nếu có thể

Mặc đù có thể tạo ra được các lỗ ở bên cạnh của khuôn cho đây đi ra/vao phù hợp nhưng giá thành sẽ tăng lên cho chi phi đóng gói

chúng cũng như khi lắp ghép hoặc tháo gõ Đồng thời giảm tuổi thọ

của khuôn cũng như gây thiệt hại về kinh tế

Nguyên tắc 5:

Gác linh kiện cao như tụ hoặc transistors đặt sát nhau trên bể

mặt đổ epoxy đến mức có thể

Để tháo được bằng mạch sau khi phủ epoxy ra khỏi khuôn thì chu vi bé mặt trên của bảng mạch lớn hơn chu vi day Trong board sẽ có các linh kiện có phần phình to (tụ, transistor) còn ở duéi nhỏ hơn rất nhiều Như vậy, khi cắm linh kiện ở những vị trí sát nhau và sát lên bể mặt đổ epoxy thì khe hở còn lại nhỏ, điểu này tốn ít epoxy đỡ tốn kém về kính tế

Khi board mạch đặt song song uới mặt đổ epoxy

Nguyên tắc 1:

Gó một số lỗ nhỏ trên bảng mạch đường kính 0,15 inch đến 0,20

inch tốt nhất là 0,75 inch nếu có thể

Khi epoxy được đổ vào khuôn, không khí sẽ thoát theo chiểu

Trang 36

mạch sau đó đi chuyển theo chiểu ngang của board mạch để lên mat

trên, Điểu này tuyệt đối đúng với những khuôn sâu hơn 1 inch

Việc khoét lỗ trên board mạch làm cho các bọt khí đi chuyển theo chiều ngang đi ra mép của bằng mạch giảm

Nguyên tắc 9:

Để khoảng cách giữa bảng mạch và đáy của khuôn là 0,10 + 0,15 inch có thể được mở rộng lên > 0,15 inch nếu mạch làm việc với điện

ấp cao hơn 2000V

Để phần đỉnh của các phần tử, linh kiện trên bằng mạch hướng lên trên bể mặt dé epoxy (pour surfaces) Nên có một đế nhỏ đặt ở dưới bằng mạch trên các góc của đáy của khuôn để epoxy không dính vào vùng đó

Độ cao của các linh kiện trên board mạch nên < 0,10 inch Vi theo khuôn này thì board cao hơn so với đáy của khuôn là 0,15 inch Vì vậy, nếu độ cao đó > 0,10 có thể sẽ xuyên thủng epoxy và bị lộ ra

ngoài

Nguyên tắc 4:

Tất cả cáo dây nối, các đường kết nối hoặc những mạch điện khác, máy móc khác hoặc những phẩn nhìn thấy trên bể mặt cho

xuyên qua lớp mặt epoxy nếu có thể

Mặc đù có thể tạo ra được các lỗ ở bên cạnh của khuôn cho đây đi ra/vao phù hợp nhưng giá thành sẽ tăng lên cho chỉ phí đóng gói

chúng cũng như khi lắp ghép hoặc tháo gõ Đồng thời giảm tuổi thọ

của khuôn cũng như gây thiệt hại về kinh tế

Trang 37

4.3 Công nghệ làm mạch in va thiét bế uỗ hộp

a Cong nghé lam mach in

Đây là quá trình thiết kế mạch điện tử, trên panel các linh kiện

điện tử được lắp ráp và lập trình cho các chip điều khiển Chính điều

này đã cho thấy tẩm quan trọng của quá trình làm mạch ín Bất kỳ một đường đi đây nào trên mạch khí xảy đứt hoặc bị giãn mạch đều làm cho độ tín cậy của thiết bị trổ lên rất thấp

Các công đoạn chính trong qui trình sản xuất mạch in theo phương pháp ăn mòn Qui trình sẵn xuất mạch ín nói chung có thé

Trang 38

Tuy nhiên, tuỳ theo yêu cầu cụ thể đối với các sản phẩm mạch

in mà một số công đoạn hoặc nguyên công nhất định nằm trong từng

công đoạn sẽ không được thực hiện hoặc một số công đoạn sẽ được lặp lại trước khi chuyển xuống công đoạn tiếp theo Ví dụ như với những tấm mạch in chỉ có một mặt đồng (gọi tắt là mạch in một lớp thì công đoạn mạ lỗ sẽ được bỏ qua) Ngồi ra cơng đoạn ép nhiều lớp chỉ được thực hiện trong trường hợp sản phẩm mạch in có nhiều hơn hai lớp (tấm mạch in có phủ đồng 2 mặt được gọi là mạch in 2 lớp) và khi đó qui trình làm mạch in cũng khác đí chút ít

Công đoạn khoan được sử dụng nhằm tạo ra cáo lỗ khoan trên tấm mạch in Căn cứ vào các bản thiết kế card, được thiết kế trên những phần mềm chuyên dụng như Orcad, Protel , phân mềm GAM sẽ xuất ra các thông tin: vị trí tương đối của các lỗ khoan, kích thước các lỗ khoan và số lượng lỗ phục vụ cho các máy ƠNƠ trong việc khoan lỗ trên tấm phôi mạch Ở đây các lỗ khoan chủ yếu là cáo Via, lỗ xuyên được mạ đồng, nối các đoạn mạch của một dây nối nằm tại các lớp khác nhau và các chân cắm linh kiện Hình đưới đây mô tả

một cắt lát thẳng đứng tại một lỗ khoan nằm trên tấm mạch in 2 lớp \—_] DA HE 10 ong lớp cách điện

Nguyên tắc mạ xuyên lỗ (hay đôi khi còn gọi là mạ lỗ, PTH —

platting through hole) được thực hiện tương tự như nguyên tắc mạ

phi kim, tức là tìm cách mạ một lớp kim loại lên bề mặt của vật liệu

phi kim ( vật liệu không dẫn điện) Cơ chế mạ xuyên lỗ được thực hiện

Trang 39

như sau: đầu tiên bể mặt của lỗ khoan được tạo khả năng dẫn điễn

bằng việc tẩm lên đõ một loại hoá chất đặc biét, ky thuat MHC — Make hole conductive, sau đó phôi mach in sẽ được đưa di mạ xuyên lỗ theo phương pháp điện phân trong công đoạn này kỹ thuật MHƠ được coi là nguyên công quan trọng nhất trong công đoạn mạ xuyên lỗ Nó quyết định sự có hay không khả năng mạ được các lỗ xuyên bằng bể điện phân phía sau Cho đến này nhiều kỹ thuật MHƠ khác nhau được sử dụng Có thể nêu ra đây như: kỹ thuật thiếc — Paladin, kỹ thuật mức cácbon, kỹ thuật polime dẫn điện Hình dưới đây minh

hoa lat cắt của một lỗ khoan nằm trên tấm mạch in sau khi qua công \—]1 D4 HE 10 ong lớp cách điện đoạn mạ lỗ

Công đoạn tạo dây nối bao gồm 4 nguyên công cơ bản

- Thứ nhất, phủ một lớp cẩm quang lên trên bể mặt của phôi mạch in, đây là một lớp hoá chất đặc biệt nhảy cảm với ánh sáng cực tím

-_ Thứ hơi, phơi tấm phôi đã phủ lớp cảm quang đưới ánh sáng cực tím với phim đã chop hình sẵn mach in, nhằm tạo đường mạch in len trên các lớp cảm quang

Định dạng
Số trang	39
Dung lượng	6 MB