module đo báo và bảo vệ mạch đèn tín hiệu hàng hải

Các đèn tín hiệu hàng hải rất quan trọng trong vấn đề an toàn và hành trình của mỗi con tàu.. Điều đó cho thấy việc bảo vệ và thông báo tình trạng của các đèn tín hiệu hàng hải là rất qu

công ty cơ khí - điện - điện tử tàu thủy _

Chương trình KHCN cấp nhà nước KC 06

"ứng dụng công nghệ tiên tiến trong sản xuất sản phẩm xuất

khẩu và sản phẩm chủ lực"

Dự án

Chế tạo một số phần tử và thiết bị điều khiển,

đo lường quan trọng trên tàu thủy bằng phương pháp chuẩn module và ứng dụng

các công nghệ tiên tiến

Mã số KC 06 DA.13.CN

Chuyên đề: hồ sơ chuẩn hóa:

module đo báo và bảo vệ mạch đèn tín hiệu hàng hải

kS nguyễn văn trà

5473-21

Mục lục

Chương I: Tổng quan 4

Chương II: Hoàn thiện thiết kế kỹ thuật: 7

2.1 Thiết kế Module 7

2.2 Thiết kế vỏ hộp 8

2.3 Thiết kế bề mặt hộp 12

Chương III: Hoàn thiện thiết kế công nghệ và công nghệ chế tạo 13

3.1 Chuẩn hoá các module 13

3.2 Qui trình Bảo vệ các chuẩn Module bằng eboxi, sillicon được thực hiện như sau 15

3.3 Lập trình phần mềm cho module 16

3.4 Quy trình thiết kế chế tạo vỏ hộp sản phẩm 17

Chương iV: Hoàn thiện thiết kế mẫu mã 19

4.1 Chuẩn kích thước hộp và panel 19

4.2 Chuẩn jack đấu và ốc xiết cáp 20

4.3 Chuẩn các thiết bị lắp đặt trên mặt panel 20

4.4 Chuẩn Font chữ và các ký hiệu 20

Chương V: thiết kế chế tạo hệ thống 22

5.1 Phần cứng module 22

5.2 Phần mềm cho module 25

Chương VI: Kết luận 29

Cùng với sự phát triển chung của đất nước, ngành công nghiệp tàu thuỷ đã sớm được quan tâm và hiện đang phát triển mạnh mẽ nhờ vào những chính sách đúng đắn của Đảng và nhà nước ta Với mục tiêu chung của ngành tàu thuỷ Việt Nam là đến năm 2010 nội địa hoá sản phẩm cho đóng mới tàu thuỷ là 60%, Tổng công ty công nghiệp tàu thuỷ Việt Nam đã đề ra những quyết sách giúp thúc đẩy quá sự phát triển của ngành công nghiệp mang tính chiến lược này

Từ xa xưa vận chuyển hàng hoá đã sớm hình thành và đóng vai trò quan trọng trong quá trình thúc đẩy sự phát triển của các quốc gia, cho đến nay chúng ta đã có rất nhiều loại phương tiện dùng để vận chuyển hàng hoá Nhưng hiệu quả nhất vẫn là vận tải biển, đây là một ngành đã xuất hiện rất sớm và chứng tỏ được khả năng ưu việt của mình Chính vì thế mà hiện nay trên thế giới vận chuyển hàng hoá bằng tàu thuỷ luôn chiếm một thị phần rất lớn Tuy nhiên, sự phát triển đó cũng đặt ra một vấn đề rất quan trọng

đó là vấn đề đảm bảo an toàn cho những chuyến hàng

Các đèn tín hiệu hàng hải rất quan trọng trong vấn đề an toàn và hành trình của mỗi con tàu Hệ thống đèn hàng hải còn

được gọi là đèn hành trình những đèn được đặc biệt quan tâm bao gồm 05 đèn: Đèn mũi, đèn cột, đèn mạn trái, đèn mạn phải và đèn

đuôi Dựa vào các đèn này các tàu khác có thể nhận biết được hướng chuyển động, kích thước tương đối của tàu trong khi đang di chuyển, từ đó điều khiển tàu được tốt hơn và an toàn hơn

Trong yêu cầu của điện tàu thuỷ việc trang bị đèn hàng hải là bắt buộc Theo TCVN 6259-4:2003 về qui phạm phân cấp và đóng

và bảo vệ trên tất cả các cực cách ly bằng một công tắc có cầu chì hoặc bằng bộ ngắt mạch lắp đặt trên bảng chỉ báo đèn hàng hải ”

Điều đó cho thấy việc bảo vệ và thông báo tình trạng của các

đèn tín hiệu hàng hải là rất quan trọng, chính vì vậy hộp đèn hàng hải đ−ợc chế tạo phải có các chức năng theo đúng yêu cầu của qui phạm Cụ thể là hộp đèn hàng hải phải có chức năng điều khiển các

đèn tín hiệu hàng hải, bảo vệ và cảnh báo khi các đèn này bị cháy,

đứt tóc hoặc nguồn điện cấp cho đèn bị hở mạch

Chương I: Tổng quan

Khác với các phương tiện trên bộ hành trình trên biển rất phức tạp chịu nhiều tác động của các điều kiện khí hậu phức tạp và rất khắc nghiệt như sóng, gió, bão, sương mù các đèn tín hiệu hàng hải ra đời đã phần nào giải quyết được vấn đề an toàn khi hành trình trên biển gặp những sự cố về thời tiết như vậy Tầm quan trọng của các đèn tín hiệu hàng hải này được thể hiện rõ nhất trong điều kiện tầm nhìn bị hạn chế như ban đêm, sương mù các

đèn tín hiệu hàng hải này có chức năng thông báo cho các tàu khác biết hướng di chuyển, kích thước của tàu vì thế các tàu khác có thể định hướng tương đối chính xác để tránh nhau và sẽ không xảy

ra những tai nạn đáng tiếc Với tầm quan trọng của chúng, các đèn tín hiệu này không thể bị sự cố trong bất cứ trường hợp nào Trên tàu luôn thường trực hai thiết bị: Hộp đèn hàng hải 220VAC và hộp

đèn hàng hải sự cố (24VDC), tuy nhiên thế vẫn là chưa đủ nhiệm

vụ đặt ra là các đèn này khi gặp sự cố như cháy bóng, đứt tóc hoặc nguồn cấp cho các đèn tín hiệu này hở mạch phải được thay thế kịp thời sau khi đã có sự cảnh báo của hộp đèn hàng hải

Trước đây và hiện nay trên các tàu nước ngoài các hộp đèn hàng hải được chế tạo bởi các hãng nổi tiếng trên thế giới như TAIYO, SHANSIN, SPERY với tính năng đúng theo quy phạm và chất lượng cao Tuy nhiên, giá thành rất cao chưa phù hợp với điều kiện nước ta Với chủ trương chính sách của Đảng và nhà nước ta là tiến tới nội địa hoá các sản phẩm để ứng dụng vào thực tế, Thủ tướng chính phủ đã có quyết định số 1420/QĐ-TTg phê duyệt đề án

sản phẩm và sản xuất, chế tạo, lắp ráp được các thiết bị điện tàu thuỷ Các ban ngành, các trường đại học, các viện trong ngành cũng

đã bắt tay vào nghiên cứu chế tạo bước đầu đã thành công về tính năng nhưng chưa đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của ngành Công ty Cơ khí - Điện - Điện tử được Tổng công ty giao cho nhiệm

vụ nghiên cứu chế tạo, hoán cải, đã bắt tay vào nghiên cứu chế tạo rất nhiều hệ thống tự động hoá trên tàu trong đó có module đo, báo, bảo vệ mạch đèn tín hiệu hàng hải

Module được chế tạo phải thoả mãn các đặc tính kỹ thuật, chống chịu được với các điều kiện khắc nghiệt của môi trường biển Các hệ thống trên tàu nói chung phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật:

có gioăng kín nước Bề mặt giao diện của hộp phải có kiểu dáng đẹp, công nghiệp và hoàn toàn tuân theo các quy phạm của ngành tàu thuỷ

Về mặt công nghệ, hệ thống phải được chế tạo trên cơ sở công nghệ hiện đại có độ tin cậy cao Hiện nay, việc ứng dụng vi điều khiển, vi xử lý trong đo lường và điều khiển rất rộng rãi, các hệ

thống được ứng dụng trên cơ sở các chip thông minh có độ tích hợp cao như các vi mạch chuyên dụng, vi điều khiển, vi xử lý luôn được

đánh giá cao về chất lượng và độ tin cậy

Để giải quyết bài toán cảnh báo khi các đèn tín hiệu hàng hải này gặp sự cố đứt tóc chúng ta có thể ứng dụng nhiều phương pháp khác nhau

Phương án sử dụng các linh kiện điện tử thông dụng cho phép

ta thu gọn được hệ thống Tuy nhiên, hệ thống sử dụng phương án này có tính năng còn hạn chế chưa đáp ứng được các yêu cầu về quy phạm của ngành

Phương án sử dụng các chip thông minh và các vi mạch tích hợp cho phép ta hoàn toàn giải quyết được những hạn chế của hai phương pháp trên Hệ thống được tạo ra có kích thước gọn nhẹ, độ tin cậy cao và tuân theo các quy phạm của ngành

Chương II: Hoàn thiện thiết kế kỹ thuật:

Khối xử lý trung tâm

Khối cách ly

Khối đèn hiển thị

Chuông

Khối giao tiếp i/O

Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống

Chức năng của các khối được chỉ ra như sau:

o Khối nguồn: Cung cấp nguồn 24VDC và 5VDC đã ổn định cho mạch, lối vào có cầu chì bảo vệ quá tải, chống đấu ngược

o Khối cách ly: Cách ly về điện giữa nguồn của mạch điện và nguồn cung cấp cho các đèn

o Khối đèn báo: Chỉ thị các trạng thái của các đèn cần đo, báo

o Chuông: Cảnh báo bằng âm thanh khi xảy ra sự cố

o Khối keypad: Cho phép người dùng can thiệp vào quá trình xử

lý (tắt chuông)

o Khối xử lý trung tâm: Có nhiệm vụ đo, kiểm tra tình trạng của các đèn và đưa ra tín hiệu cảnh báo chính xác và kịp thời thông qua đèn báo và chuông

o Khối chuẩn hoá: Các tín hiệu được lấy từ nguồn cung cấp cho

đèn (220VAC hoặc 24VDC) sau khi qua khối này, các tín hiệu

sẽ được chuẩn hoá và được đưa tới bộ xử lý thông qua khối cách ly

o Khối công tắc trạng thái: Thông báo trạng thái của các công tắc bật nguồn của từng đèn tín hiệu hàng hải

o Khối giao tiếp I/O (khối giao tiếp vào/ra): Cho phép gửi các thông tin về sự cố đến các hệ thống khác

2.2 Thiết kế vỏ hộp

Khi thiết kế phải chú ý đến các yêu cầu mà hộp phải đảm bảo như kín nước, kiểu dáng đẹp công nghiệp, dễ chế tạo Bản vẽ phải chi tiết, cụ thể

H×nh 2: Bè trÝ mÆt hép

H×nh 3: Bè trÝ mÆt bªn vá hép

H×nh 4: Bè trÝ mÆt bªn vá hép (tiÕp)

2.3 ThiÕt kÕ bÒ mÆt hép

Ch−¬ng III: Hoµn thiÖn thiÕt kÕ c«ng nghÖ vµ

- Mua s¾m m¸y mãc, trang thiÕt bÞ s¶n xuÊt

- Mua s¾m, nhËp linh kiÖn,

lùa chän chÊt lƯîng

Công nghệ chuẩn hoá module là tích hợp các mạch rời rạc với nhau để thành các module thông dụng, gọn nhẹ, mang kiểu dáng công nghiệp Các module này được chuẩn hoá dựa trên các công nghệ vi điện tử, vi xử lý, tin học công nghiệp, công nghệ khả trình,

hệ nhúng, lập trình thông minh Việc chuẩn hoá module được thực hiện riêng rẽ cho từng loại sản phẩm để đạt được những ưu thế đặc biệt cho chức năng của nó, đạt được tiêu chuẩn hiện có trên thế giới, phù hợp với điều kiện khí hậu nóng ẩm ở Việt Nam, đặc biệt là môi trường làm việc trên biển của tàu thuỷ, nơi mà các thiết bị dễ dàng

bị xâm nhập và huỷ hoại của nhiều yếu tố bên ngoài như nước biển, độ ẩm, dầu mỡ, hoá chất, độ va đập, Ngoài ra còn có các tác

nhân gây nhiễu lớn làm sai lệch tín hiệu trong hệ thống như :

Nhiễu do từ trường : Xuất phát từ các xung điện, ảnh hưởng từ

trường của các thiết bị điện trên tàu như: các máy phát điện, khuếch đại từ, công tắc tơ, relay, động cơ điện, biến áp Đây là một trong những nguyên nhân gây nhiễu chủ yếu

Nhiễu do điện trường : Trên tàu thường sử dụng lưới điện

220/380V-50Hz để chạy động cơ điện Yếu tố này cũng phát sinh nhiều nhiễu

Nhiễu do môi trường của tàu gây ra: Do sự truyền nhiệt của các

động cơ đốt trong như máy chính, máy phát điện, máy neo, máy lái chân vịt mũi, máy cứu hoả ảnh hưởng của độ ẩm, nồng độ muối trong không khí làm hư hỏng thiết bị và rung động, độ ồn do các

động cơ khi hoạt động

Nhiễu do sóng vô tuyến: Thành phần nhiễu này do các máy

Rada, VHF, MF/HF, Echo sowder…

Nhiễu do bản thân mạch điện tử của hệ thống sinh ra

Giải pháp chuẩn module được đưa ra để giải quyết các vấn đề

về nhiễu và chống lại sự xâm hại môi trường Ngoài kỹ thuật lọc nhiễu tích cực sử dụng công nghệ điện tử, các chíp chuyên dụng, các

IC khả trình, chuẩn module còn được lọc thụ động và bảo vệ trực tiếp từ các yếu tố môi trường bằng công nghệ phủ eboxi, silicon

Thiết kế chế tạo mạch điện tử rời rạc thành module hoá, tích hợp công nghệ tiên tiến trên thế giới, nhỏ gọn, bền chắc và hoạt

động ổn định Trong hệ thống này thì các module được tính toán và thiết kế để sao cho gần buồng máy, có hộp bảo vệ hạn chế sự ăn mòn của nước biển, hoá chất

Khi đã thực hiện xong khâu thiết kế, lựa chọn linh kiện thiết

bị từ các hãng nổi tiếng, có độ tin cậy cao, lắp ráp tích hợp linh kiện rời rạc thành các module sau đó tiến hành thử nghiệm

Thử nghiệm được đánh rất quan trọng trong quá trình nghiên cứu chế tạo Đầu tiên hệ thống phải được chạy thử trong phòng thí nghiệm để đạt được sự ổn định cần thiết, các vấn đề về bổ sung, sửa chữa thiết kế được thực hiện tại đây

Sau khi thử nghiệm xong, sản phẩm đã hoạt động tốt trong phòng thí nghiệm, các module được cho qua quá trình đóng gói, phun eboxi, silicon, các hỗn hợp chống thấm nước cao, thử cách

điện, thử tín hiệu sau đó thực hiện lắp đặt và chạy thử trên tàu Trong quá trình hoạt động trên tàu, nhiều vấn đề nảy sinh ra được gom góp và đúc kết lại để xử lý, thử nghiệm lại đến khi hệ thống ghép nối dựa trên các module chuẩn đã hoạt động ổn định trong môi trường thật, sản phẩm sẽ được đánh giá lại và sẽ cho sản xuất hàng loạt để phục vụ cho nhu cầu sửa chữa, thay thế, đóng mới cho các tàu trong nước và tiến tới xuất khẩu ra các thị trường khu vực

o Giai đoạn hai là cho mạch chạy thử để đảm bảo mạch vẫn hoạt động tốt

o Giai đoạn ba là phun eboxi silicon lần 1 để giữ cố định và làm chắc các linh kiện, tác dụng vừa để chống rung, gãy linh kiện vừa để cách ly các phần tử trên mạch với môi trường bên ngoài

o Giai đoạn thư tư là phun eboxi silicon lần 2 tạo khuôn cho module chuẩn, lớp này cũng vừa có chức năng ngăn chặn các nhiễu tác động vào mạch vừa tạo chỗ để gắn các rack hay tay cầm

o Lắp ráp, thiết kế rack để gá lắp vào module, giúp cho người

sử dụng dễ dàng khi lắp ghép hệ thống cũng như khi tiến hành thay thế, sửa chữa

Hiện nay trình độ công nghệ Việt Nam đạt được về cơ bản ở mức cao hơn các nước trong khu vực và tiếp cận tương đương với các nước có ngành đóng tàu tương đối phát triển như Ba Lan, Đan Mạch, Hàn Quốc, Nhờ trang bị và được chuyển giao một số dây chuyền công nghệ hiện đại của các hãng nổi tiếng ở Nhật, Đức, nơi

mà trình độ công nghệ đã đạt ở mức rất cao trong ngành đóng tàu, chúng ta đã thu nhận được nhiều kinh nghiệm bổ ích trong quá trình xây dựng một nền công nghiệp đóng tàu phát triển ở Việt Nam

3.3 Lập trình phần mềm cho module

Để có thể tăng tốc độ xử lý thì phần mềm được tối ưu hoá ứng dụng lập trình bằng ngôn ngữ assembler cho phép phần mềm có khả năng chạy với tốc độ cao hơn ngôn ngữ C Ngôn ngữ C cho phép người lập trình dễ dàng vì đây là một ngôn ngữ có cấu trúc, hơn nữa C++ là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng cho phép phần mềm viết

bài toán xử lý và điều khiển lưu lượng lớn Trong bài toán cụ thể này, ngôn ngữ lập trình assembler được coi là tối ưu nhất Khả năng kế thừa của ngôn ngữ này cũng được tính đến Vì đây không phải là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, tuy nhiên chúng ta hoàn toàn có thể làm ngôn ngữ này có khả năng kế thừa bằng cách lập trình theo các chương trình con Một bài toán lớn được chia nhỏ thành các bài nhỏ hơn và được lập trình thành các chương trình con Tại chương trình chính, chúng ta chỉ cần gọi các chương trình con Với một bài toán mới, chúng ta cũng làm như vậy và nếu trong quá trình xử lý có một đoạn chương trình nào có sự lặp lại giống bài toán chúng ta đã giải quyết thì chúng ta không phải mất thời gian

để lập trình lại một lần nữa

Quy trình chung lập trình phần mềm:

Chia nhỏ các bài toán lớn thành các bài toán nhỏ hơn

o Sử dụng chương trình con để giải quyết từng bài toán nhỏ và lưu các chương trình con này vào một thư viện

o Chương trình chính sẽ gọi các chương trình con cần thiết tại thư viện dùng chung

3.4 Quy trình thiết kế chế tạo vỏ hộp sản phẩm

Sau khi thiết kế vỏ hộp hoàn tất và được chuyển đến bộ phận chuyên chế tạo các tủ bảng điện Tại đây, quá trình giám sát vẫn thường xuyên được áp dụng để sản phẩm được tạo ra có độ chính xác cao Một vấn đề được đặt ra là không phải lúc nào chế tạo theo bản vẽ cũng mang lại kết quả như mong muốn, vì vậy quá trình hợp tác, giám sát để chế tạo là hết sức cần thiết Vỏ hộp được hoàn tất

sẽ được chuyển sang bộ phận sơn Quá trình sơn cũng được giám sát

và kết hợp để lựa chọn được mầu sơn mang tính chất công nghiệp,

chủng loại sơn cũng phải được lựa chọn kỹ lưỡng sao cho phải thoả mãn các yêu cầu như: Chống gỉ, có độ bền cao Trong quá trình thiết kế vỏ hộp chúng ta phải chú ý đến các chi tiết tuy rất nhỏ nhưng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của sản phẩm, đó là gioăng kín nước Gioăng kín nước phải được lựa chọn trước khi thiết

kế thông qua các thông số về kích thước gioăng, loại gioăng bản vẽ

sẽ được chi tiết hơn, chính xác hơn Và hơn nữa sau khi vỏ hộp hoàn thành, quá trình lắp ráp gioăng kín nước sẽ đảm bảo được đúng theo chức năng của gioăng kín nước

Quy trình chế tạo vỏ hộp:

o Thiết kế: đây là quá trình đầu tiên và rất quan trọng là tiền

đề cho các quá trình tiếp theo

o Chế tạo hộp theo bản vẽ: quá trình này được thực hiện tại phân xưởng chế tạo tủ bảng điện Để thực hiện được quá trình này thật tốt thì việc phối hợp của nơi thiết kế và phân xưởng chế tạo tủ bảng là rất cần thiết

o Sơn chống gỉ, chống ăn mòn: Quá trình này được thực hiện tại phân xưởng sơn

o Lắp ráp hoàn thiện hộp: Trong quá trình này cần chú ý lắp ráp các thiết bị sao cho vỏ hộp phải được kín nước, chắc chắn

về cơ khí, bền với các tác nhân trên tàu như nước biển, hoá chất,