Bài giảng hệ thống tự động tàu thủy ii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BỘ MÔN: ĐIỆN TÀU THỦY BÀI GIẢNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÀU THUỶ II TP HCM , T12 / 2013 YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CHI TIẾT Tên học phần : HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÀU THUỶ II Bộ môn phụ trách giảng dạy: Điện tàu thủy Khoa phụ trách: Khoa Điện - ĐTVT Mã học phần: 031004 Tổng số tín : TS tiết Lý thuyết Thực hành, NK Tự học Bài tập lớn Đồ án môn học 38 38 Môn học trước: Sinh viên cần phải học qua môn sở chuyên ngành LTM, Máy điện, CS truyền động điện, Mô hình hóa TBĐ, PLC mạng TTCN, KTS ĐKLG Mục tiêu học phần: Cung cấp cho sinh viên kiến thức hệ thống tự động điện điều khiển đối tượng khác tàu thuỷ Nắm thuật tốn điều khiển từ phân tích nguyên lý khai thác hệ thống tự động trang bị phổ biến tàu thuỷ Nội dung chủ yếu: HTTĐ II Nghiên cứu hệ thống Chương Hệ thống điều khiển chân vịt biến bước Chương Hệ thống tự động điều khiển nồi tàu thủy Chương Hệ thống điều khiển tự động máy lạnh điều hịa khơng khí tàu thủy Chương Hệ thống tự động kiểm tra giám sát bảo vệ tàu thủy Chương 10: CÁc hệ thống thông tin liên lạc tàu thủy Nội dung chi tiết: Tên chương mục Chương Hệ thống điều khiển chân vịt biến bước 6.1 Khái niệm, vai trò, chức năng, nhiệm vụ TS 7.5 Phân phối số tiết LT BT TH 2.5 0.5 5.2 Phân loại, ưu nhược điểm 0.5 6.3 Các thuật toán điều khiển 6.4 Sơ đồ điều khiển CPP hãng ULSTEIN (tàu Vũng tàu 01, An Bang, An Phong): Giới thiệu phần tử, chức năng, hoạt động hệ thống 6.5 Sơ đồ điều khiển CPP mạn, mũi hãng ULSTEIN ( MAR-EL- tàu Hải Sơn, Vũng tàu 01): Giới thiệu phần tử, chức năng, hoạt động hệ thống 6.6 Bài tập lớn: Phân tích hệ thống điển hình sử dụng tàu thủy Chương Hệ thống tự động điều khiển nồi tàu thuỷ 7.1 Khái niệm, vai trò, chức năng, nhiệm vụ 2.5 KT 7.2 Các thuật toán điều khiển phương pháp thực thường gặp - Thuật toán hâm sấy dầu đốt - Thuật tốn tự động trì mức nước nồi - Thuật toán điều khiển q trình đốt tự động - Thuật tốn tự động trì áp lực - Thuật tốn kiểm tra, báo động bảo vệ 7.3 Giới thiệu sơ đồ điều khiển nồi hãng Muira, Z-Boiler Sunflame Nhật Bản, Aalborg Norway 7.4 Bài tập lớn: Phân tích hệ thống điển hình sử dụng tàu thủy Chương 8: Hệ thống điều khiển tự động máy lạnh điều hồ khơng khí tàu thuỷ 6.5 8.1 Khái niệm, vai trò, chức năng, cấu trúc chung 4.5 0.5 8.2 Thuật tốn q trình tự động hóa hệ thống lạnh 8.3 Hệ thống điều hoà khơng khí tồn tàu: Khái niệm, sơ đồ tuần hồn khơng khí 8.4 Giới thiệu sơ đồ hệ thống lạnh điều hồ khơng khí tàu thuỷ 8.5 Bài tập lớn: Phân tích hệ thống điển hình sử dụng tàu thủy Chương Hệ thống tự động kiểm tra giám sát bảo vệ tàu thuỷ 6.5 9.1 Khái niệm, vai trò, chức năng, nhiệm vụ 9.2 Các thuật toán đo lường, kiểm tra , báo động bảo vệ 9.3 Giới thiệu sơ đồ hệ thống báo động kiểm tra UMS213 9.4 Bài tập lớn: Phân tích hệ thống điển hình sử dụng tàu thủy Chương 10 Các hệ thống thông tin liên lạc tàu thuỷ 10.1 Khái niệm chung 10.2 Hệ thống tay chuông truyền lênh tàu thuỷ 10.3 Hệ thống báo cháy tàu thủy 10.4 Hệ thống điện thoại tàu thuỷ 2.5 2.5 6.5 4.5 0.5 1 10.5 Hệ thống đèn hành trình tín hiệu hàng hải tàu thuỷ 10.6 Bài tập lớn: Phân tích hệ thống điển hình sử dụng tàu thủy Giáo trình tài liệu tham khảo Nguyên lý tự động điều chỉnh – Phạm Hồng Sơn - ĐHHH 1989 Hệ thống tự động tàu thủy – Ts Đồng Văn Hướng – NXB GTVT 2013 Điện tàu thủy – Ts Nguyễn Hữu Khương – ĐH GTVT TPHCM Kỹ thuật điện tàu thủy – Ts Trần Hoài An – NXB ĐHQG TPHCM - Thi vấn đáp chuẩn bị 45 phút - Thang điểm: 10 - Điểm đánh giá học phần: 30% (QT) + 70% (KT) Ngày phê duyệt: T12/2013 Trưởng môn: Th.S Đào Học Hải Ký duyệt: CHƯƠNG 6: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHÂN VỊT BIẾN BƯỚC 6.1 Khái niệm - vai trò, chức nhiệm vụ Chân vịt biến bước hệ thống chân vịt mà độ nghiêng (góc nghiêng) cánh chân vịt so với trục thay đổi được, hay cịn gọi bước chân vịt thay đổi ( Changeable Pitch Propeller- CPP) Ngày chân vịt biến bước sử dụng rộng rãi tàu thuỷ, thay đổi bước chân vịt ta tận dụng hết cơng suất động diesel chế độ, từ chế độ điều động đến chế độ hành trình hết tốc độ Mặt khác sử dụng chân vịt biến bước cho phép sử dụng động diesel không đảo chiều quay, nên hệ thống phức tạp hơn, đồng thời cho phép sử dụng máy phát đồng trục sử dụng chế độ tốc độ quay máy = const Để khai thác hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu máy cịn dùng chế độ Var RPM, bước chân vịt mở rộng tốc độ máy cao, kết hợp điều khiển bước tốc độ máy tay điều khiển Trên tàu dịch vụ, cơng trình địi hỏi khả quay trở lớn hệ thống dùng phổ biến 6.2 Phân loại, ưu nhược điểm a Dựa theo nguyên tắc truyền động tạo lực đẩy quay cánh chân vịt người ta chia hệ thống thành loại sau: + Loại truyền động điện thuỷ lực: Năng lượng sử dụng dầu thủy lực có áp suất cao, quay nhờ trục chân vịt động độc lập Truyền động thay đổi bước thường dùng piston xilanh Nếu dùng truyền động thủy lực cách tự lai trục chân vịt khơng quay ta khơng thể thay đổi bước chân vịt được, mà hệ thống thường có bơm điện thủy lực dự phịng Loại truyền động chia loại: Động servo moayơ trục Động servo trục chân vịt Động servo trục chân vịt Cơ cấu thay đổi bước chân vịt bố trí mayơ chân vịt, trục chân vịt, trục chân vịt + Loại truyền động điện cơ: Cơ cấu truyền động lắp bên trục chân vịt + Loại truyền động khí từ trục chân vịt: Truyền động thuỷ lực sử dụng lượng chất lỏng có áp lực lớn nhờ bơm trục chân vịt hay động diesel lai Truyền động thuỷ lực thay đổi bước chân vịt chủ yếu dùng xi lanh piston Nếu truyền động thuỷ lực cách chiết cơng suất từ trục chân vịt chân vịt không quay ta quay cánh chân vịt Vậy ta cần có bơm điện thuỷ lực dự phịng Truyền động điện gồm có động điện hộp số Động điện lắp bên hay trục chân vịt Hệ thống phức tạp chế tạo,chỉnh định, độ tin cậy khai thác Bởi chủ yếu dùng truyền động điện thuỷ lực Truyền động thuỷ lực có cấu tạo đơn giản, có tính mềm điều khiển Nhưng có nhược điểm sau: hầu hết truyền động thuỷ lực khơng tự hãm, ln ln phải có thường trực lượng dầu với áp lực lớn Như cấu tạo địi hỏi phải có chốt giữ bước chân vịt áp lực dầu giảm Tốc độ quay cánh chân vịt giảm dòng dầu rò lớn Truyền động khí quay cánh chân vịt chiết cơng suất từ trục chân vịt gồm có hộp số quay trục chân vịt vàđược khớp với bánh có cấu điều chỉnh bước nhờ khớp nối Tuyền động phức tạp, kích thước cồng kềnh khơng thể quay cánh chân vịt trục chân vịt không quay b Dựa theo chức chân vịt - Chân vịt chính: Lai động chính, làm việc dài hạn tàu hành trình - Chân vịt điều động: “Tunel Thruster” Chân vịt mạn (Stern Thruster), chân vịt mũi (Bow Thruster) thường lai động điện, diesel riêng Các chân vịt dùng chế độ điều động, làm việc ngắn hạn c Dựa theo nguyên tắc làm việc bánh lái - Chân vịt đạo lưu: Đạo lưu tạo hướng đẩy chân vịt quay 360o (Azimuth Thruster) - Chân vịt không đạo lưu: hướng vành đạo lưu cố định, điều khiển hướng đẩy dùng bánh lái 6.3 Các thuật toán điều khiển a/ Cấu tạo Hệ thống gồm thiết bị sau: - Chân vịt: Là loại bước thay đổi (CPP) - Trục chân vịt hệ thống truyền động, thường dùng hệ piston xilanh - Hộp số ly hợp: Dùng để đóng ngắt ly hợp, giảm tốc độ cho trục chân vịt Đồng thời lai máy phát đồng trục, bơm cứu hỏa - Động truyền động - Hệ thống điều khiển, có ba dạng: i Điều khiển khí: Cơ cấu điều khiển đơn giản, khoảng cách điều khiển ngắn thường nhỏ 15m Độ xác khơng cao, tin cậy thấp, ngày sử dụng ii Điều khiển khí: Hệ thống điều khiển dùng phần tử khí xi lanh, piston, tay điều khiển van gió, gió điều khiển trích từ hệ thống khí tồn tàu Hệ thống có ưu điểm đơn giản, hoạt động tin cậy, nhiên chức bảo vệ tải, giảm bước tự động không cao iii Điện – thủy lực: Thực phần tử thuỷ lực, điều khiển dùng hệ thống điện- điện tử có ưu điểm tin cậy, chức thuật toán điều khiển phức tạp Thuận tiện tàu đại, dễ dàng thực tự động hóa tồn tàu b/ Các chức điều khiển Đóng mở ly hợp: Điều khiển đóng mở ly hợp, thực qua mạch thủy lực khí, thực đóng mở qua van điện từ, phải ý đến tốc độ quay máy vào ly hợp Điều khiển bước: Hệ thống điều khiển thay đổi bước chân vịt xây dựng theo nguyên lý hệ thống lặp Tín hiệu vào hệ thống góc tay điều khiển bước chân vịt so với vị trí Tín hiệu so sánh với tín hiệu tỷ lệ với bước chân vịt thực phần tử phản hồi đo Kết nhận được, tạo tín hiệu đưa tới khuếch đại,biến đổi trung gian, phần tử thực để thay đổi bước chân vịt Khi bước chân vịt đạt giá trị cho trước hệ thống ngừng hoạt động Điều chỉnh tốc độ động cơ: i.Tốc độ không đổi n=const Chế độ làm việc sử dụng máy phát đồng trục, nhằm đảm bảo tần số điện áp phát máy phát cung cấp cho phụ tải chân vịt điều động (mạn, mũi) tải lớn bơm bùn, ximăng,… ii Tốc độ thay đổi theo bước chân vịt Hệ thống Diesel lai chân vịt biến bước có tính chất đặc thù, ứng với tốc độ tàu [trừ tốc độ cực đại] có phối hợp khác tốc độ quay bước chân vịt Có trường hợp gây tải diesel tải mômen tăng tiêu hao nhiên liệu Trong trình khai thác hệ thống chân vịt biến bước số quan trọng lượng tiêu hao nhiên liệu với tốc độ cho trước tàu điều kiện bảo vệ diesel không bị tải Nếu ta biết phụ thuộc mômen cản với tốc độ quay trục động ta sử dụng hệ thống điều khiển kết hợp diesel chân vịt biến bước Hệ thống cho phép diesel vận hành chế độ gần tối ưu, bảo vệ khỏi tải Đo trực tiếp mơmen xoắn trục động khó, nên ta xác định thơng qua cơng suất tốc độ quay động cơ, gía trị cơng suất tỷ lệ với vị trí nhiên liệu có tính đến hiệu suất động Báo động bảo vệ: - Báo động có thông số vượt giới hạn cho phép áp lực, nhiệt độ dầu bôi trơn, làm mát,….cho diesel máy - Tự động giảm bước bị tải 6.4 Hệ thống điều khiển chân vịt biến bước hãng ULSTEIN Giới thiệu phần tử - E48: Bơm thủy lực, có hai bơm, bơm lai với máy chính, bơm lai động điện độc lập - G9: van chiều - H14: Cụm van ngả phin lọc - H: Cụm van giảm áp an toàn gồm H3, H5,H6 tạo áp lực khác - P: Đồng hồ đo áp lực, - PA1 : Cảm biến áp lực đóng mở ly hợp - PA2 : Cảm biến áp lực hệ thống - PC1 : Cảm biến áp lực thấp, tự động chạy bơm - PC2 : Cảm biến áp lực đóng mở ly hợp - PA3: áp suất thấp - PI: Chỉ báo áp suất ( từ xa) đo tín hiệu điện - G51,G53: Cảm biến nhiệt độ - E63: xilanh vào ly hợp - E, F: Bệ đỡ - Servo motor van điện từ - E82: Van điện từ điều khiển đóng mở ly hợp - L: cụm van điều khiển L8: Điều khiển chế độ lặp (bình thường) loại van tuyến tính (động moment), L5; Điều khiển chế độ cố L16: Các van tay - L14: Cụm phin lọc, cảm biến báo phin lọc tắc ( chênh lệch áp lực) van chiều - D44: Van trượt phân phối – điều chỉnh bước Thuyết minh nguyên lý hoạt động Hệ thống thủy lực có hai mạch: Áp lực dầu bôi trơn ly hợp hộp số: Được tạo bời bơm thủy lực động quay, động hoạt động thì có áp lực Khi áp lực dầu giảm thấp, PC1 đóng, làm động lai bơm dự phịng hoạt động, cấp dầu áp lực cho mạch thủy lực a Sơ đồ mạch điều khiển thủy lực Bản vẽ P51163 – ULSTEIN PROPELLER NORWAY Đóng mở ly hợp: - Đóng ly hợp: Dầu có áp lực cao qua van ba ngả, phin lọc H14, qua van giảm áp H3, đến cử a P van E82 Cửa T van E82 nối với két dầu hồi Khi cuộn dây van A có điện, P thơng A, B thông với T, dầu vào buồng ép ly hợp E63, E18 đẩy ly hợp vào trạng thái đóng, dầu hồi qua cửa B, T két - Mở ly hợp: Van B có điện, dầu thơng từ P qua B, A thông với T, dầu thủy lực từ buồng ép ly hợp E18, E63 hồi két, ly hợp mở Mạch điều khiển bước: Dầu thủy lực có áp lực cao qua van giảm áp H3, qua cụm phin lọc van chiều L14, đưa đến đợi sẵn cửa P van điều khiển lặp L8 van L5-điều khiển cố Đường dầu hồi T nối két dầu hồi a Làm việc bình thường: - Hệ thống thường dùng mạch lặp dùng chiết áp: Tay điều khiển thường gắn với chiết áp, trục xilanh thủy lực tác động đến động servo lai chiết áp phản hồi Khi tay điều khiển vị trí xác lập, bước trùng với vị trí tay điều khiển tín hiệu độ lệch tạo cặp chiết áp 0, qua mạch khuyếch đại làm hai cuộn van L8 có dịng điện chạy qua, dầu từ P-T két, xilanh thủy lực dịch tay điều khiển van 44 đứng yên vị trí, đường dầu áp lực qua van D44 qua đường dầu hồi, qua sinh hàn G27 két - Khi đưa tay điều khiển sang vị trí khác, có tín hiệu độ lệch, hai cuộn van L8 có dịng điện khác nhau, dầu áp lực qua cuộn van, vào xilanh thủy lực làm piston dịch, đồng thời làm quay chiết áp, vị trí hai chiết áp trùng nhau, piston dừng ( Mạch lặp điện) Đồng thời piston dịch chuyển, tác động lên cụm van trượt D44, đường dầu thủy lực làm quay động servo, làm bước chân vịt thay đổi Khi bước thay đổi làm cho cần trượt nối với điều khiển van trượt dịch chuyển, làm cho tâm van trượt dịch chuyển, trở lại vị trí ban đầu, đóng đường dầu vào servo motor, bước chân vịt dừng ví trí ( Lặp thủy lực) 10 58 Hình 9.3 Mudul AC1 - dạng block bán dẫn UMS213- Đan Mạch 59 Trên hình 9.3 Mudul AC1 - dạng block bán dẫn hệ thống tự động kiểm tra UMS213 (Universal Monitoring system 213) Đan Mạch Đây module giám sát bảo vệ thông số kiểm tra dạng liên tục đo nhiệt độ, dạng AC2 tương tự khơng trình bày Ngun lý hoạt động module khác module NC hay NO phần xử lý tín hiệu đầu vào để đo đạc (khuếch đại thuật toán 1) đặt báo động mạch báo động (khuếch đại thuật toán 2): + Tin hiệu vào I tín hiệu liên tục qua khuếch đại thuật toán Ở chỉnh “0” hệ số khuếch đưa thiết bị đo (instr Output range -3-6V) + Tín hiệu sau khuếch đại thuật tốn đưa vào cửa đảo khuếch đại thuật toán 2, qua đặt tín hiệu giới hạn báo động gồm nút ấn Limit chiết áp điều chỉnh Adj (tạo tín hiệu chuẩn báo động) để tín hiệu khuếch đại thuật toán logic tín hiệu thực < tín hiệu đặt báo động logic tín hiệu thực ≥ tín hiệu đặt báo động + Mạch báo động phía sau khuếch đại thuật tốn hồn tồn mạch NO hay NC (Tín hiệu khuếch đại thuật tốn qua mạch đảo hay khơng ứng với mức cao hay thấp) 9.3.2 Hệ thống tự động kiểm tra ứng dụng công nghệ PLC Hiện mức độ tự động hoá cao, yêu cầu điều khiển hệ thống cần tâp trung địi hỏi số lượng thơng số kiểm tra nhiều đa dạng, hệ thống tự động kiểm tra, dự báo khơng cịn phù hợp Sự không phù hợp thể hiện: - Số lượng thông số kiểm tra, dự báo, bảo vệ lớn dụng loại hệ thống cộng kềnh, lượng dây truyền tín hiệu đo lớn - Tín hiệu kiểm tra với yêu cầu đa dạng đại lượng điện không điện trở ngại lớn cho thiết kế hệ thống chế tạo phần tử cảm biến theo hệ thống cũ - Việc thị hình tinh thể lỏng, máy tính PC, Laptop, máy tính cơng nghiệp … giải với số lượng thông số kiểm tra, giám sát, điều khiển cần thiết nhiều - Các hệ thống tự động kiểm tra, điều khiển làm việc với giao diện người – máy cần phải chuẩn hố tín hiệu theo dịng (0-20mA; ±10 V) thiết bị PLC hay vi xử lý đáp ứng - Việc truyền thơng gặp nhiều khó khăn dung lượng tín hiệu q lớn Vì lý trên, hệ thống tự động kiểm tra, dự báo, bảo vệ cho hệ thống tàu thuỷ dùng chủ yếu thiết bị khả trình Các tàu đóng nước ta giới sử dụng thiết bị loại 9.4 Bài tập: Phân tích hệ thống điển hình sử dụng tàu thủy 60 CHƯƠNG 10 CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN LIÊN LẠC TÀU THUỶ 10.1 Khái niệm chung Thông tin yếu tố thiếu điều khiển kỹ thuật xã hội Trong kỹ thuật, thông tin yếu tố cấu hình quan trọng hệ thống Một hệ thống hoạt động hay khơng thiết phải có thơng tin Ví dụ để điều khiển tốc độ động diesel phải có thơng tin tốc độ thông số phản hồi khác Các thông tin bao gồm thu nhận, gia công, truyền, lưu giữ tìm kiếm chọn thơng tin cho người hay máy Bao gồm: - Cảm nhận thu giữ thông tin - Gia công xử lý thông tin - Truyền thông tin Xét tổng thể hệ thống thơng tin nói chung hệ thống thơng tin liên lạc tàu thuỷ nói riêng tổ hợp đo lường, điều khiển, kỹ thuật thông tin lĩnh vực khác Trên tàu thuỷ yêu cầu thông tin lớn – giúp người vận hành tàu nắm tình trạng thiết bị, điều kiện khách quan, chủ quan khí hậu, vùng hoạt động, tàu bè tuyến hành trình, liên hệ tàu - đất liền… Việc ứng dụng tiến kỹ thuật yêu cầu phần kỹ thuật thông tin Ví dụ ngày thơng tin vệ tinh sử dụng nhu cầu thiếu kể yêu cầu bắt buộc không bắt buộc Như hệ thống GMDSS – Global Maritime Distress Safety System; hệ thống VDR – Video Recorder ghi trạng thái hoạt động hệ thống tàu lưu giữ hộp đen Các hệ thống thông tin liên lạc tàu thuỷ nghiên cứu chưong nhằm giới thiệu phần hệ thống thuộc nhóm Bao gồm hệ thống bản: - Hệ thống tay chuông truyền lệnh tàu thuỷ - Hệ thống báo cháy - Hệ thống đèn hành trình tín hiệu - Điện thoại nội Vì thời lượng giảng dạy có hạn nên hệ thống khác sinh viên tự tìm hiểu thơng qua tài liệu khai thác tàu sở qui phạm Đăng kiểm 10.2 Hệ thống tay chuông truyền lệnh tàu thủy 10.2.1 Chức yêu cầu: + Chức năng: Tàu thuỷ vận hành liên tục biển, vào cảng, điều động luồng lạch, tránh bão, tránh va, neo đậu… thông tin trạm huy tàu (buồng lái) trạm điều khiển máy cho chế độ chạy máy - hệ chân vịt thường xuyên sử dụng 61 Chức hệ thống tay chuông truyền lệnh quan trọng chúng cần có yêu cầu cụ thể sau: + Yêu cầu: - Hệ thống phải hoạt động tin cậy, liên tục, lâu dài - Hệ thống tín hiệu lệnh phải rõ ràng âm lẫn lệnh, không bị nhầm lẫn - Hệ thống phải có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, bảo quản bảo dưỡng - Hệ thống phải bảo đảm yêu cầu thiết bị tàu thuỷ kín nước, vật liệu vững bền với mơi trường biển - Khi phát lệnh có chng cịi báo hiệu, trả lệnh xong phù hợp với mệnh lệnh - Thời gian thực lệnh nhanh xác 10.2.2 Phân loại Hệ thống tay chng tuyền lệnh phân loại sau; - Hệ thống dùng rơle đơn sử dụng tầu cũ, nhược điểm chủ yếu tiếp điểm rơle dễ bị bụi bẩn, hỏng hóc, độ tin cậy không cao, nhiên ưu điểm dẽ phát hư hỏng hệ thống, dễ khắc phục - Hệ thống dùng thiết bị máy điện quay xen xin, động bước …Các thiết bị laọi có độ tin cậy cao, truyền lệnh rõ ràng nhiên cồng kềnh - Hệ thống dùng phần tử logic IC số: hệ thống kiểu dùng chủ yếu dạng tay chuông cố cho trạm điều khiển từ xa Diesel gọn nhẹ, độ tin cậy không cao, không chắn - Hệ thống sử dụng PLC: Các thiết bi lập trình có ưu điểm lớn vấn đề truyền thông, điều hạn chế lượng đường dây trạm với nhau, đồng thời chúng có khả kết nối với thiết bị tự ghi, hộp đen dễ dàng nhiều so với loại 10.2.3 Các hệ thống tay chuông truyền lệnh điển hình đội tàu biển Việt Nam hãng sản xuất thiết bị báo cháy tàu thuỷ Tay chuông truyền lệnh dùng rơ le: Tay chuông dùng rơ le dễ chế tạo, dễ vận hành, sửa chữa Tuy nhiên phải dùng cáp nhiều lõi để kết nối trạm với + Có 12 lệnh thường sử dụng hệ thống truyền lênh: - Stand by : Lệnh sẵn sàng sau chuẩn bị máy xong - R/U: Running up - Lệnh chạy tàu biển chuyển sang lệnh kết thức trình điều động tàu hành trình - Stop: Lệnh dừng máy - có tác dụng thời gian định điều động – lúc người điều khiển máy chưa rời khỏi vị trí điều động máy - Finished with engine - Lệnh dừng máy lâu dài sau điều động tàu vào cảng hay neo đậu xong – lúc người điều khiển máy rời khỏi vị trí điều động máy 62 - Ngồi có lệnh, chiều tiến lùi có lệnh (Dead.Slow – D.Slow; Slow; Half; Full ) tương ứng với chế độ chạy máy + Cấu tạo sơ đồ gồm 12 rơ le 12 bóng đèn diod trạm; Ngồi gồm có rơ le nhấp nháy, chng cịi … + Ngun lý hoạt động sau: Các lệnh (12 lệnh) có chung ngun lý, bình đẳng Ví dụ buồng lái người sỹ quan phát lệnh full engine rơ le full tương ứng buồng lái chuyển trạng thái (ở sơ đồ nút phát lệnh gắn với phần động rơ le) Lúc điện cung cấp cho cuộn hút rơ le tương ứng điện, cuộn hút rơ le full tưương ứng có điện hút tiếp điểm nó, có cặp tiếp điểm thường mở đóng lại để trì điện cho cuộn hút: mạch cấp sau A1(+) Ỉ tiếp điểm tự trì Æ cuộn dây Æ C7 (-) Đồng thời A1Æ qua tiếp điểm rơ le Ỉ diod Ỉđèn Ỉ C8 Mặt khác nguồn từ A1 qua tiếp điểm đến A4 Ỉ S2 khối trả lệnh buồng máy cấp điện cho đèn tương ứng lệnh full buồng máy Lưu ý sử dụng đèn nháy C8 (buồng lái) S13 (buồng máy) qua tiếp điểm đóng mở rơ le nhấp nháy FL rơ le có điện (từ A1Ỉ A4 Ỉ S2 Æ diod 1D2 Æ S14 Æ FLÆ (-) Như có lệnh phát Full từ buồng lái đèn buồng lái buồng máy sáng nhấp nháy; chng kêu (rơ le chng lắp song song với rơ le nháy FL) Sỹ quan điều khiển máy sau nhận lệnh thực ấn rơ le full tương ứng máy – rơ le có điện cắt điện đến S14 Ỉ điện rơ le chuông rơ le tạo nháy Æ chuông báo đèn sáng liên tục Kiểm tra đèn buồng lái + cấp đến A2, buồng máy + cấp đến 14 - đến điốt dẫn đến đèn tất lệnh Tay chng truyền lệnh dùng xen xin Có nhiều hệ thống tay chuông truyền lệnh dùng sensin giới thiệu sơ đồ dùng sensin hãng NZK.Co …LTD Nhật dùng tàu đóng mới: + Cấu trúc gồm : - Phần phát Transmitter buồng lái gồm có: Biến áp cấp nguồn 220V/100V AC ; xenxin phát TR, xenxin thu TX ; chiết áp điều chỉnh ánh sáng; rơ le trung gian; còi buzzer; cảm biến khớp lệnh - sensor for matching ; biến đổi tín hiệu lệnh đến hộp ghi nhật ký (hộp đen) – signal converter box (WAP – FCS – OOP-1) - Phần nhận lệnh có vị trí Ỉ RECEIVER (C/R) buồng điều khiển máy gồm xexin phát TR xexin thu TX ; nút dừng chuông “gong stop P.B”; chng (Gong C/R) Ỉ RECEIVER (E/S) vị trí điều khiển máy cạnh máy gồm xexin phát TR xexin thu TX ; nút dừng chuông “gong stop P.B”; chuông (Gong E/S) + Nguyên lý hoạt động: Khi phát lệnh theo yêu cầu điều khiển máy – tay chng đánh theo vị trí u cầu tức tay lệnh đước gắn với xexin phát buồng lái TR quay rơto xexin góc tương ứng làm cho rô to xenxin thu buồng máy (1 vị trí tuỳ chon cơng tắc chuyển vị trí điều khiển (change over switch box đặt cạnh máy) Các cặp xexin làm việc chế độ báo tức nguồn kích từ cấp điện xenxin phát quay góc theo lệnh u cầu rơ to xenxin thu quay theo góc tương ứng với lệnh trả lệnh xexin phát gắn với tay trả lệnh buồng máy xexin thu gắn với kim thị lệnh trả buồng lái Khi lệnh phát trả lệnh vênh tức góc lệnh phát góc lệnh thu chưa khớp phận cảm biến khớp 63 lệnh làm cho rơ le R1có điện khống chế tín hiệu còi buzzer buồng lái, phần phát lệnh trả lệnh khớp cịi buzzer buồng lái Cắt chuông (gong) buồng máy nút gong stop P.B vị trí điều khiển máy Tay chng truyền lệnh dùng IC số Tự tìm hiểu Tay chng truyền lệnh với thiết bị khả trình hay vi xử lý Hiện có tàu biển giới nước ta dùng thiết bị khả trình Việc thiết kế chế tạo, viết chương trình PLC thuận tiện dễ thực Tuy nhiên PLC thiết bị khả trình lập trình với chương trình điều khiển phức tạp nên với hệ thống tay chng truyền lệnh sử dụng Các tay chng sử dụng vi xử lý đáp ứng tốt chức truyền lệnh có nhiều nghiên cứu ứng dụng Khoa điện - Điện tử tàu biển có sản phẩm thương mại loại tay chuông dùng vi xử lý 10 Hệ thống báo cháy tàu thủy 10.3.1 Chức yêu cầu + Chức năng: Theo qui định Đăng kiểm tàu cần trang bị hệ thống báo cháy hệ thống chữa cháy Hệ thống báo cháy tàu thuỷ có chức báo dự báo vùng cháy tàu Thường tàu chở hàng có hệ thống báo cháy vùng cabin tàu hệ thống báo cháy hầm hàng (hay dùng báo khói) Theo mức độ hệ thống báo cháy cịn có trợ giúp người việc chữa cháy tắt quạt thơng gió, bơm vận chuyển nhiên liệu để ngăn chặn lan truyền đám cháy, mở buồng CO2 để dập cháy… + Yêu cầu: - Hệ thống phải tự động báo hiệu cách xác vùng cháy - Nguồn điện cung cấp phải cấp từ nguồn riêng biệt - Hệ thống cảm biến phải có độ nhạy cao, hoạt động tin cậy - Phải có hệ báo vùng cháy (zone) tuỳ theo kết cấu, trọng tải tàu - Các tín hiệu báo động gồm: Chng cịi kết nối với hệ chng cịi báo động chung, đèn báo chung báo vùng cháy, kết nối báo động tới nhiều vị trí cần thiết - Hệ thống phải tự báo nguồn chính, báo lỗi hệ thống, báo đứt cáp… 10.3.2 Cấu trúc Một hệ thống tự động báo cháy có cấu trúc sau: Khối xử lý trung tâm Báo khu vực cháy Báo cố hệ thống Ngăt bơm dầu, quạt từ xa Xử lý tín hiệu 64 Báo động chung …… CB AC DC Nguồn CB Hình 10.1 Cấu trúc bao gồm: - Khối xử lý trung tâm - Các thiết bị ngoại vi * Khối xử lý trung tâm gồm: - Khối xử lý tín hiệu - Khối báo cố hệ thống, mạch - Khối báo khu vực cháy * Các thiết bị ngoại vi - Cảm biến CB… - Báo động chung (các thiết bị dùng để báo động chung: chng đèn, cịi ) - Nguồn cung cấp từ hệ - Các thiết bị gửi đến ngắt bơm, quạt, thiết bị CO2 … 10.3.3 Các dạng cảm biến báo cháy cách mắc cảm biến 10.3.4 Các hệ thống tự động báo cháy báo khói tàu thuỷ Thuyết minh hệ thống báo khói hãng kidde Marine systems: Giới thiệu phần tử: - Nguồn cung cấp: + Mains input – Nguồn + Khi nguồn điện tiếp điểm contắc tơ MF MF1, MF2 cung cấp từ nguồn khác - Biến áp nguồn T1 cung cấp điện áp 24V, 150V, 175V cho mạch báo động, chiếu sáng điện trở cảm biến quang, chiếu sáng tín hiệu… - Biến áp T2 cung cấp nguồn 24V cho mạch điện tử xử lý tín hiệu - nguồn ổn áp kiểu bù nhằm tăng độ xác nguồn tránh sai số báo động - Các cầu chỉnh lưu BR1, BR2, BR3 - Motor No1,2 : quạt hút khói đặt cabin buồng lái 65 - Fire repeater - Local bell: - External bell - Fault repeater: -LP5 ; BZ1 : Đèn chuông báo lỗi hệ thống - LP6: Đèn thị báo động cháy - M/1 : Rơ le thời gian - S1: Nút hoàn nguyên - A; B; LF : rơ le trung gian - Zone – 12: Các rơ le điện tử báo cháy cho vùng cháy (Có thể gọi các cảm biến) - S6 (motor change over switch) – cơng tắc chuyển đổi động hút khói … Nguyên lý hoạt động: - Nguồn sau cung cấp tiếp điểm MF1,2 để chuyển nguồn, tiếp điểm MF3 bật sang trái để khống chế báo lỗi nguồn (thuộc lỗi hệ thống) -M/1 : có điện Ỉ tiếp điểm M1 mở LP1 sáng báo có nguồn báo động 150V sau đóng lại để đưa mạch báo động vào làm việc Kết hợp với S1 để thử nguồn hoàn nguyên hệ thống - Nguồn cung cấp cho bóng đèn LP9 chiếu sáng điên trở quang PCC1 cấp theo mạch sau: +175 Ỉ R1 ( chiết áp điều chỉnh cường độ sáng) ỈLF/1 ( Rơ le dịng) Ỉ E Ỉ LP9 Æ F Æ (F –> LP9Æ E vỉ tiếp theo) … cuối đến E vỉ 12 Ỉ F Ỉ chiết áp R4 Ỉ V - Nguồn cung cấp cho mạch báo động cháy + 150 V Ỉ M1 Ỉ A zone Ỉ tiếp điểm F1 Ỉ LP7-LP8 – R17 Ỉ D Ỉ R9 Æ V a/ Trạng thái bình thường: Vỉ cảm biến vùng cháy zone chưa có khói đủ đậm đặc ánh sáng chiếu vào Pcc1 (ánh sáng chiếu vào PCC1 phản xạ qua lớp khói) nên điện trở cịn lớn TR5 TR6 chưa thơng F chưa có điện LP1 LP8 chưa sáng Ỉ khơng có nguồn cấp cho cực gốc b TR1 nên chưa có báo động cháy b/ Khi có vùng cháy xuất điện trở quang PCC1 có điện trở giảm xuống làm cho TR5 TR6 thông Æ F có điện LP8 sáng tượng phóng điện hồ quang Đồng thời cực gốc b TR1 cấp điện mở thơng Ỉ Rơ le A/3 rơ le báo động có điện Ỉ Tiếp điểm A1 cấp điện mạch fire repeater, local bell, external bell báo động cháy; Tiếp điểm A2 đóng lại sun chiết áp R1 để tăng cường độ sáng cho bóng chiếu sáng PCC1 nhằm làm cho mạch điện tử cảm biến chuyển trạng thái cách dứt khoát; Tiếp điểm A3 căt không cho điện mạch báo lỗi hệ thống (fault) để khỏi nhầm lẫn Trên bảng báo cháy LP6 sáng báo cháy Khẳng định báo động công tắc S4(alarm mute switch) Ỉ chuyển cơng tắc cắt báo động chng nội va chng cịi đèn ngồi; cịn bóng LP8 báo vùng cháy tồn c/ Các báo khác - Báo lỗi hệ thống (fault ) gồm: nguồn MF3; màng chắn cửa hút gió (Diaphragm air flow switch); bóng chiếu sáng cho PCC1 bị cháy (lúc dòng chạy qua LF/1 nhỏ làm cho rơ le 66 dịng điện khơng đủ sức hút) dồng thời LP9 bị cháy LP10 sáng báo vỉ bóng LP9 cháy - LP2 LP3 dùng để báo nguồn hệ thống chế độ ban ngày ban đêm : ban ngày dùng chế độ nối song song, đêm nối tiếp 10 Hệ thống điện thoại tàu thủy 10.4.1 Chức , yêu cầu phân loại * Chức năng: - Dùng để thông tin trao đổi trực tiếp lời công việc tàu với - Dùng để phát, nhận lệnh điều khiển tàu có cố hệ thống: Tay chuông truyền lệnh, máy lái, điều động huy … * Yêu cầu: - Thông tin rõ, thông tin truyền lệnh (Ở buồng máy thường có tai nghe chun dụng hay phịng kín để cách ly âm ngoài) - Chắc chắn, tin cậy, không bị ảnh hưởng yếu tố nhiễu thiết bị máy móc khác - Ít chịu ảnh hưởng thoèi thiết, môi trường… * Phân loại: - Theo chức ta có điện thoại liên lạc nội điện thoại cố - Theo nguồn ta có điện thoại có nguồn điện thoại khơng nguồn - điện thoại không nguồn dùng manhêtô cấp nguồn nuôi qua tụ để làm lượng thoại - Theo điều khiển ta có điện thoại dùng tổng đài tự động không dùng tổng đài 10.4.2 Giới thiệu điện thoại cố tàu thuỷ Hai loại điện thoại cố để dùng điều động tàu điện thoại khơng nguồn (ngày dùng, cịn tồn tàu cũ) điện thoại cố dùng ắc qui Một điện thoại cố có vị trí liên lạc sau: B.lái B.máy lái B.máy Hình 10.2 Tuyến liên lạc chiều với Buồng lái - Buồng máy Buồng lái Buồng máy lái Buồng lái nơi thực phát lệnh cho buồng máy để điều khiển chế độ chạy máy tay chuông truyền lệnh bị hỏng 67 - Buồng lái nơi thực phát lệnh cho buồng máy lái để điều khiển bánh lái máy lái không điều khiển buồng lái Điện thoại cố khơng nguồn (dùng manhêtơ, ống nghe, ống nói, biến áp điện thoại, chng) Điện thoại cố có nguồn cấp DC24V Điện thoại gồm có máy : - Master telephone : Là máy chủ đặt buồng lái (trên máy chủ gồm hộp chứa rơ le nút ấn gọi) - Remote telephone “A” : Máy điện thoại A (thường máy đặt buồng máy) - Remote telephone “B” : Máy điện thoại B (thường máy đặt buồng máy lái) Nguyên lý hoạt động: + Giả sử từ máy chủ (tại buồng lái) gọi điện cho máy A (tại buồng điều khiển máy) Ta nhấc điện thoại rời khỏi giá, lúc rơ le C/2 có điện theo mạch sau: (+) Relay C/2 L T HS1 - (-) Đồng thời ấn nút A để gọi máy A – Lúc máy A có điện cấp cho cuông, đèn sau: (+) - a2 - nút A - (bell + lamp) - (-) Tại thuê bao A sau nhấc máy lên khỏi giá nguồn điện cấp cho rơ le A sau: (+) - A/3 - L -T - HS1 - (-), rơ le A có điện đảo trạng thái tiếp điểm nó: Đóng a2 xuống sáng đèn A lamp báo số máy liên lạc A đồng tời mở đường chng đèn Đóng a3 để nối đường thoại + Các máy A B gọi máy chủ cần nhấc máy lên đổ chuông máy chủ máy chủ cầm máy lên liên kết đường thoại với Ví dụ máy A gọi cho máy chủ: Nhấc máy A điện cấp cho relay A theo đường sau: (+) - A/3 - L -T - HS1 -(-) A có điện đóng a1 cấp điện cho mạch chng đèn máy chủ (+)—c1 (vì c1 tiếp điểm thường đóng C mà C chưa có điện.) - a1 - (chuông + đèn) - (-) Khi máy chủ nhấc lên máy nối đường thoại cho 10 Hệ thống đèn hành trình tín hiệu hàng hải tàu thủy 10.5.1 Chức , yêu cầu * Chức năng: - Đèn hành trình tàu thuỷ dùng cho tàu hành trình biển vào luồng lạch vào ban đêm - Đèn tín hiệu tàu dùng để báo chế độ làm việc tàu hành trình tàu đỗ Ví dụ tàu đỗ vùng neo, tàu chờ hoa tiêu, tàu chủ động, tàu hành trình với số nhiệm vụ đặc biệt: đánh cá, rà phá thuỷ lôi, chủ động… - Hệ thống đèn hành trình kết hợp với đèn neo vị trí neo đậu thường kiểm sốt hệ thống kiểm tra báo động vị trí chiếu sáng chế độ bị cố Còn đèn tín hiệu thường khơng giám sát - Hệ thồng còi đèn sương mù dùng tàu chạy vùng hành hải có nhiều sương mù, khả quan sát hạn chế tầm nhìn 10.5.2 Hệ thống đèn hành trình (Navigation and Signal Lights) (Practical marine electrical knowledge – Dennis T.Hall B.A, C Eng., M.I.E.E., M.I.Mar.E) 68 - Số lượng, vị trí tầm quan sát đèn hành trình tàu thuỷ qui định theo luật hàng hải quốc tế IMO (International Maritime Organization) điều chỉnh quốc tế ngăn chặn va chạm biển - Hai đèn neo mũi lái dùng chung với bảng cơng tắc đèn hành trình buồng lái Đèn đỏ mạn trái, đèn xanh mạn phải, đèn trắng cho đèn lại Đối với tàu dài 50 m, đèn cột {masthead light(s)} phải có tầm nhìn hải lý, đèn khác từ hải lý trở lên - Cơng suất bóng đèn 60 W hay 40 W tuỳ trường hợp Để tăng độ bền cho bóng đèn hành trình, tín hiệu người ta hay dùng bóng sợi đốt có nhiều gối đỡ sợi tóc Hình 10.3 - Mỗi vị trí chiếu sáng trang bị bóng đèn (đèn kép) cấp điện qua công tắc chuyển đổi bảng đèn hành trình bóng bị cố Sơ đồ bố trí đèn hành trình Hình 10.4 Bảng đèn hành trình 69 Hình 10.5 Bố trí đèn tín hiệu 10.5.3 Hệ thống đèn hành trình Nguyên lý mạch kiểm tra, giám sát hệ thống đèn hành trình kiểm sốt dịng điện chạy qua bóng đèn - Nếu dịng điện khơng đủ dịng hay đứt mạch (cháy bóng, đứt dây) báo động để người sử dụng biết sửa chữa - Trên mặt báo bóng đèn chiếu sáng hành trình có đèn hiển thị giám sát trạng thái bóng với bảng dẫn - Thường dùng rơ le dòng điện để kiểm sốt: đủ dịng (bình thường) rơ le hút, có cố rơ le dịng khơng hút Ỉ báo động - Tín hiệu báo động cịi, bóng thị bảng kiểm tra tắt - Nguồn điện lấy từ bảng điện buồng lái (navigation boad): Có nguồn cố Thường nguồn cố lấy từ INVERTER - biến đổi DCỈAC - Có thể sử dụng phương pháp khác để kiểm sốt đèn hành trình sử dụng biến dịng, mạch bán dẫn … Thuyết minh sơ đồ giám sát đèn hành trình hãng Taiyo - Nhật Bản a Sơ đồ bảng giám sát (DRAW.No M4 - 13539) Sơ đồ vị trí bóng đèn: - L1W – FORE MAST LT : Đèn cột trước - L2W – RADAR MAST LT (AFT MAST HEAD) : Đèn cột sau (hay cột rada) - L3G – STBD SIDE LT : Đèn mạn phải màu xanh 70 - L4R – PORT SIDE LT : Đèn mạn trái màu đỏ - L5W – STERN LT : Đèn hành trình sau lái Sơ đồ vị trí cơng tắc: - Các cơng tắc tương ứng cho bóng đèn từ L1- L5 SS1 – SS5 - Mỗi cơng tắc có vị trí để chuyển mạch dùng bóng đèn hoặc tắt b Mạch kiểm tra, báo động (DRAW.No M3 - 13539) * Trên sơ đồ có bóng đèn : + FORE MAST (60W X 2): Đèn cột trước, có bóng No1 No2 qua cầu chì F11 F12 + RADAR MAST (60W X 2): chì F21 F22 Đèn cột sau (hay cột rada), có bóng No1 No2 qua cầu + STBD (60W X2 ): Đèn mạn phải màu xanh có bóng No1 No2 qua cầu chì F31 F32 + PORT (60W X2 ): Đèn mạn trái màu đỏ có bóng No1 No2 qua cầu chì F41 F42 + STERN LIGHT(40W X2): Đèn hành trình sau lái có bóng No1 No2 qua cầu chì F51 F52 + ANCHOR LIGHT AFTER (40W X 2) : Đèn neo sau lái có bóng No1 No2 qua cầu chì F61 F62 + ANCHOR LIGHT FORE MAST(40W X 2) : Đèn neo mũi có bóng No1 No2 qua cầu chì F71 F72 + FLASH LIGHT (RADAR MAST): Đèn nháy đặt cột radar dùng để đánh tín hiệu mooc tàu chạy chế độ sương mù • Nguồn cung cấp chính: AC 220 V MAIN SOURCE • Nguồn cố : EMERG SOURCE cấp từ biến đổi DC- AC • SWD : Cơng tắc cấp nguồn (Nav Light source ) • MC1 : Công tắc tơ dùng để chuyển nguồn tự động sang cố nguồn • MCX: Rơ le điều khiển khởi động tự động biến đổi để cấp nguồn cố (INV START SIG.) • PBT (EMERG SOURCE TEST) Nút ấn thử nguồn cố • F03 10A X (RA02; SA02): Nguồn 220V cấp cho hệ giám sát (SHEET No 17) • Các cơng tắc SS1 – SS7 dùng để cấp điện cho bóng hay • RY1 – RY7 : Các rơ le dịng điện để kiểm sốt bóng đèn - Nguyên lý hoạt động: Ta cần xét vị trí chiếu sáng hành trình hay neo – ví dụ bóng đèn chiếu sáng hành trình cột trước FORE MAST - Nếu bật cơng tắc sang vị trí hay có điện chạy qua bóng đèn dịng điện đủ lớn bóng đèn lắp cơng suất đường dây không bị cố làm cho rơ le RY1 đủ hút Ỉ tiếp 71 điểm thường đóng RY1 mở tiếp điểm thường mở RY1 đóng lái, cịi BZ1 khơng có điện, bóng đèn kiểm sốt L1W tương ứng với bóng đèn FORE MAST khơng sáng - Nếu bóng đèn hay đường dây bị cố RY1 nhả Ỉ BZ1 kêu báo hiệu có cố đèn hành trinh Ỉ đèn L1W sáng, báo cố đèn FORE MAST Trên sơ đồ Sheet 17 : - BZX : Rơ le để tắt chng - WLM: Đèn báo nguồn công tác - PBZ: Nút ấn tắt chuông - WLE: Đèn báo nguồn cố công tác - PB-T: Nút ấn thử đèn còi - RLE: Đèn đỏ báo nguồn bị cố - DM1 : Chiết áp điều chỉnh độ bóng đèn gián sát bảng điều khiển 10.6 Bài tập: Phân tích hệ thống điển hình sử dụng tàu thủy 72