XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHỐNG NGHIÊNG TÀU THỦY BẰNG PHẦN MỀM LABVIEW

LI CAM OAN Tụi xin cam oan lun nghiờn cu xõy dng h thng iu khin chng nghiờng tu thy l tụi lm di s hng dn ca thy giỏo TS Hong c Tun Cỏc d liu c thu thp, tớnh toỏn, lp trỡnh v kt qu cui cựng nờu lun l trung thc, cha tng c cụng b bt k cụng trỡnh no khỏc Tụi xin cam oan rng cỏc thụng tin trớch dn lun u ó c ch rừ ngun gc, tt c ti liu tham kho ó c lit kờ mc ti liu tham kho Tỏc gi lun Dng c Khi i LI CM N Tỏc gi xin chõn thnh cm n TS Hong c Tun ó tn tỡnh hng dn, giỳp lun c hon thnh thun li; xin chõn thnh cm n cỏc thy cụ Khoa in - in t v Vin o to sau i hc ó truyn dy nhng kin thc quớ bỏu Nhng li cm n chõn thnh tip theo xin c n ti gia ỡnh, bn bố v ng nghip, nhng ngi ó luụn ng viờn, khuyn khớch v chia s khú khn sut quỏ trỡnh hc v nghiờn cu khoa hc ca tỏc gi ii MC LC LI CAM OAN .i LI CM N ii MC LC iii DANH MC CC CH VIT TT V Kí HIU v DANH MC CC BNG vii DANH MC CC HèNH viii M U CHNG KHI QUT CHUNG V H THNG CHNG NGHIấNG TU THY 1.1 Gii thiu chung v h thng chng nghiờng tu thy .3 1.2 Chc nng ca h thng chng nghiờng tu thy .3 1.3 Cỏc yờu cu i vi h thng chng nghiờng tu thy .4 1.4 Phõn loi h thng chng nghiờng tu thy 1.5 Cu trỳc chung ca h thng chng nghiờng tu thy 1.6 Nguyờn lý chung ca h thng chng nghiờng tu thy CHNG TNG QUAN V PHN MM LABVIEW 10 2.1 Gii thiu v LabVIEW 10 2.2 Nhng khỏi nim c bn ca LabView 16 2.3 Cỏc k thut lp trỡnh trờn LabVIEW .19 2.4 Kiu d liu Labview 24 2.5 Cỏc phộp toỏn c bn LabVIEW 27 2.6 Cỏc cu trỳc iu khin lung chng trỡnh 31 2.7 SubVI v cỏch xõy dng SubVI .36 2.8 K thut lp trỡnh nõng cao LabVIEW 38 CHNG XY DNG H THNG IU KHIN CHNG NGHIấNG TU THY BNG PHN MM LABVIEW 43 3.1 xut cu trỳc h thng iu khin cõn bng tu trờn mỏy tớnh 43 3.2 Cỏc phn t chớnh h thng iu khin chng nghiờng tu thy 44 iii 3.3 Xõy dng h thng iu khin chng nghiờng tu thy 52 KT LUN V KIN NGH .73 TI LIU THAM KHO .74 PH LC iv DANH MC CC CH VIT TT V Kí HIU Cỏc ch vit tt: Ch vit tt COM DAQ DLL DMA DMM DSP G GUI HTML I/O LaVIEW LSB NI PC PCI PDA PID PXI RS232 SCADA TCP/IP UDP USB VDR VI Gii thớch Computer Output on Micro Data Acquisition Dynamic Link Library Direct Memory Access Digital Multimeter Digital Signal Processing Graphical Graphic User Interface Hypertex Markup Language Input/ Output Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench Least Significant Bit National Instruments Personal computer Peripheral Component Interconnect Personal Digital Assistant Proportional Intergral Derivative PCI Extensions for Instrumentation Recommended Standard 232 Supervisory Control and Data Acquisition Transmission Control Protocol/ Internet Protocol User Datagram protocol Universal Serial Bus Voyage Data Recorder Virtual Instruments v Cỏc ký hiu: Ký hiu NC NO C EN VSS GND Gii thớch Tip im thng m ca rle in t Tip im úng m ca rle in t Chõn chung ca cp tip im rle in t Chõn tớn hiu iu khin rle in t Ngun nuụi rle in t Chõn ni t r le in t vi DANH MC CC BNG S bng 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Tờn hỡnh Thụng s ng c in ca van Kớch thc c khớ ca van Thụng s cm bin mc nc dng tng t Thụng s cm bin mc nc kột dng s Thụng s k thut ca cm bin o gúc nghiờng S917 3.6 inclinometers Chc nng v thụng s ca cỏc chõn trờn cng A, B ca b 50 3.7 iu khin NI myRIO 1900 Chc nng v thụng s ca cỏc chõn trờn cng C ca b iu 51 3.8 khin NI myRIO 1900 Cỏc tớn hiu vo ca h thng iu khin 56 vii Trang 44 45 46 47 48 DANH MC CC HèNH S hỡnh 1.1 2.1 2.2 2.3 Tờn hỡnh Cu trỳc chung ca h thng chng nghiờng tu thy Chng trỡnh vit bng LabVIEW Thu thp d liu ti C quan hng khụng v v tr - NASA Thu thp d liu t cm bin o giú ụtụ v thớ nghim 2.4 2.5 2.6 thut toỏn chuyn i cm bin Giao din lỏi ụtụ t xa iu khin tay Robot Robot di nc (Spider) c phỏt trin da trờn 12 12 13 2.7 LabVIEW ca cụng ty Nexans H thng lỏi khụng trc lỏi ti phũng thớ nghim 13 2.8 2.9 Biorobotics, KUT, Hn Quc iu khin ng c DC theo thut toỏn PID H thng o lng, giỏm sỏt v iu khin cụng 14 14 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 2.32 nghip To mt VI Front Panel ca chng trỡnh LabVIEW Trỡnh t thao tỏc trờn Front Panel Block Diagram ca chng trỡnh LabVIEW Dõy ni Block Diagram Bng iu khin (Controls Palette) Numeric control/indicator Boolean control/indicator String & Path Array, Matrix & Cluster Function palette Cỏc kiu d liu c bn Thao tỏc ti th vin hm Cỏc phộp toỏn s hc Cỏc phộp toỏn so sỏnh Cỏc phộp toỏn logic Cỏc phộp toỏn vi chui ký t Cỏc phộp toỏn vi mng Cỏc phộp toỏn c bit Vũng lp While Cỏc hm thi gian Shift register Feedback Node 15 16 16 17 18 19 20 21 21 22 20 23 26 27 27 28 28 29 29 30 31 32 32 viii Trang 10 11 2.33 2.34 2.35 2.36 2.37 2.38 2.39 2.40 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 3.25 3.26 3.27 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 Vũng lp For Cu trỳc Case Cu trỳc Flat Sequence Cu trỳc Event Icon mc nh Cỏch thc to Conector ca mt VI Th vin DAQ Th vin Instrunment I/O Cu trỳc chung ca h thng t ng cõn bng tu thy Bm Pacer Van Di - Hen UM1 S in ca van Cu to ca van Cm bin mc nc dng tng t Cm bin mc nc kột dng s Cm bin o gúc nghiờng S917 inclinometers B iu khin NI myRIO 1900 Cỏc chc nng b iu khin NI myRIO 1900 Cng A, B ca b iu khin NI myRIO1900 Cng C ca b iu khin NI myRIO1900 B trớ mt ngoi ca t iu khin ng c B trớ mt t iu khin ng c Hỡnh nh mụ hỡnh vt lý Thut toỏn chng trỡnh iu khin Cỏc ca s to chng trỡnh Cng cỏc tớn hiu vo s Cng tớn hiu vo tng t Cng tớn hiu s Cng tớn hiu tng t Cỏc phn t iu khin trờn Front Panel Vũng lp While Cu trỳc Case structure Cu trỳc Flat sequence Chng trỡnh c tớn hiu vo Cp nc t ngoi h thng ti cỏc kột nc Chng trỡnh to tr 10s Ca s True ca chng trỡnh iu khin van, bm t ng Ca s False ca chng trỡnh iu khin van, bm t ng Chng trỡnh iu khin van, bm bng tay Chng trỡnh xut tớn hiu s Ca s True - True ca chng trỡnh xut tớn hiu tng t Ca s True - False - True ca chng trỡnh xut tớn hiu ix 33 33 34 35 36 37 38 39 42 43 44 44 45 46 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 59 59 60 60 60 61 61 62 62 63 63 64 64 65 65 66 66 67 3.35 tng t Ca s True - False - False ca chng trỡnh xut tớn hiu 67 3.36 3.37 tng t Ca s False ca chng trỡnh xut tớn hiu tng t Chng trỡnh iu khin v giao din chng nghiờng tu 68 68 3.38 3.39 3.40 3.41 thy Ch chy t ng, gúc nghiờng < 2o Ch chy t ng, gúc nghiờng > 2o Ch chy t ng, gúc nghiờng > 5o Ch hnh bng tay 69 69 70 70 x Hỡnh 3.36 Ca s False ca chng trỡnh xut tớn hiu tng t - Ton b giao din v chng trỡnh iu khin chng nghiờng tu thy: Hỡnh 3.37 Chng trỡnh iu khin v giao din chng nghiờng tu thy d Th nghim chng trỡnh 69 - Chn ch t ng, gúc nghiờng nh hn o thỡ h thng van, bm úng Kt qu c th hin trờn giao din: Hỡnh 3.38 Ch chy t ng, gúc nghiờng < 2o - Chn ch t ng, gúc nghiờng > o thỡ sau 10s h thng van, bm m Nc c bm t cỏc kột sang cõn bng li v trớ Khi gúc nghiờng v ti 0o thỡ h thng bm, van úng li Kt qu c th hin trờn giao din: Hỡnh 3.39 Ch chy t ng, gúc nghiờng > 2o 70 - Khi gúc nghiờng >5o thỡ h thng bm, van úng li, phỏt tớn hiu cnh bỏo Kt qu c th hin trờn giao din: Hỡnh 3.40 Ch chy t ng, gúc nghiờng > 5o - ch hnh bng tay thỡ ta cú th tun t m cỏc van ri ti bm v ngc li úng bm ri úng cỏc van Kt qu c th hin trờn giao din: Hỡnh 3.41 Ch hnh bng tay 71 Nhn xột: - H thng c xõy dng theo cỏc yờu cu k thut t - Vic th nghim h thng iu khin trờn phn mm cho thy h thng lm vic tin cy, chớnh xỏc cao, ỏp ng c cỏc yờu cu t ra, cú th iu khin quỏ trỡnh chng nghiờng mt cỏch liờn tc, m bo tớnh an ton v kinh t quỏ trỡnh khai thỏc tu 72 KT LUN V KIN NGH Kt lun ti trung i sõu nghiờn cu xõy dng h thng iu khin t ng chng nghiờng tu thy, nhm tng tớnh an ton hng hi, nõng cao hiu qu kinh t khai thỏc ti bin ti ó xõy dng thnh cụng h thng iu khin chng nghiờng tu thy vi b iu khin s dng phn mm LabVIEW v b iu khin NI myRIO-1900 ti ó t c nhng kt qu quan trng sau õy: - Phõn tớch cụng ngh ó c ng dng cho h thng iu khin chng nghiờng tu thy v nguyờn lý hot ng ca h thng, lm nn tng cho vic thit lp phng ỏn xõy dng h thng iu khin t ng chng nghiờng tu thy - Thit k c cỏc mch in ng lc, mch in iu khin cho h thng iu khin t ng chng nghiờng tu thy, ỏp ng cỏc yờu cu k thut - Trờn c s xõy dng thut toỏn iu khin chng trỡnh, cựng vi vic s dng phn LabVIEW 2014 v b iu khin NI myRIO-1900, ó lp trỡnh c chng trỡnh iu khin cho h thng t Kin ngh ti cú th ng dng thc t v em li hiu qu thỡ cn phi: - u t thờm nhiu thi gian, cụng sc v kinh phớ - Ch to th nghim mụ hỡnh h thng iu khin t ng chng nghiờng tu thy - Trin khai ch to, lp t v th nghim trờn tu thy nhm kim nghim thc t 73 TI LIU THAM KHO Hong Minh Cụng (2004), Giỏo trỡnh cm bin cụng nghip, i hc Bỏch khoa Nng T.S Nguyn Bỏ Hi (2013), Lp trỡnh LABVIEW, Nh xut bn i hc Quc gia TP H Chớ Minh Nguyn Th Lan Hng, Phm Th Ngc Yn, Nguyn Vit Tựng, LabVIEW Thit b o v giao din ngi mỏy, Nh xut bn Khoa hc k thut H Ni Lu ỡnh Hiu (2004), Truyn ng in tu thy, Nh xut bn xõy dng Bựi Quc Khỏnh, Nguyn Vn Lin, Phm Quc Hi, Dng Vn Nghi (2008), iu chnh t ng truyn ng in, Nh xut bn Khoa hc v K thut Nguyn Xuõn Phỳ, Tụ ng (2001), Khớ c in lý thuyt kt cu tớnh toỏn la chn v s dng, Nh xut bn Khoa hc v k thut Phan Quc Phụ (2006), Giỏo trỡnh cm bin, Nha xut bn Khoa hc v k thut Lu Kim Thnh (2007), Phn t t ng, Nh xut bn Hi Phũng Nguyn Trng Thun (2000), iu khin logic v ng dng, Nh xut bn khoa hc v k thut 10 Hong c Tun, Nguyn Hu Quyn, on Hu Khỏnh, Nghiờn cu thit k h thng iu khin t ng chng nghiờng tu thy, Bỏo ni san Khoa inin t i hc Hng Hi Vit Nam s ngy 1/4/2015 11 Quy chun k thut Quc gia, quy phm phõn cp v úng tu v thộp, QCVN 21:2010/ BGTVT 12 Din n c in t, LaVIEW c bn, http://codientu.org/forums/367/ 13 Phn mm LabVIEW, https://lib.lhu.edu.vn/ViewFile/10668 14 Anti-Heeling Systems Catalogue, Nordic Group Limited http://www.nordicflowcontrol.com/pdtsSvcs_ah.html 15 Product Guide (Anti-Heeling Systems Philosophy), Bloomfoss Marine, http://www.bloomfoss.com/products/anti-heeling/ 16 Technical document Anti- Heeling system of GDANSK Poland, Hoppe Marine GMBH Germany 17 User guide and specifications NI myRIO-1900, National Instruments 74 75 PH LC 10 11 12 13 14 172 173 A A Q2 171 170 177 178 179 Q1 380V K0 T1 B 168 0V 220V 169 B F1 F2 135 *A 136 187 183 189 R 181 C INVERTER I 158 180 Control input CM 159 Output U W 174 175 176 182 188 184 V K9 TB2 164 D 161 Kst TB2 TB2 3 Kt 12 11 14 13 Kst 267 TB5 11 12 D 266 265 1 PE Kt 160 A2 PE TB1 (6) K0 A1 264 TB1 E 1N S T Input 157 C 1L 13 14 17 18 Q1.3 Com E TB5 19 20 12 K9 R T S PLC CONTROL PANEL POWER DISTRIBUTION 3X380V, 50Hz POWER SUPPLY F F Ngày Thiết kế Kiểm tra Mô tả sửa đổi 11.09.2015 Dương Đức Khải TS Hoàng Đức Tuấn Tên vẽ: MOTOR STARTER PANEL hệ thống chống nghiêng Bản vẽ số: 01 Số vẽ: 08 dự án số: 10 Hỡnh T Motor starter, bn v 01 1/PL 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 A A 136 N 199 139 AC 140 141 142 143 149 +24V DC 3A 0V Inverter K01 10 14 10 Kt -H0 WL -H2 RL -H3 GL -H4 RL X1 X1 X1 X1 X2 X2 X2 X2 S1 LAMP TEST B 23 24 145 200 39 K01 K0 3C C 13 144 1N L1 150 135 151 B 1L 14 14 K01 Kt C 13 137 138 13 156 201 155 153 154 152 D D POWER SOURE "ON" STOP RUN PUMP OVER LOAD TB2 10 E E F F Ngày Thiết kế Kiểm tra Mô tả sửa đổi 15 16 17 18 11.09.2015 Dương Đức Khải TS Hoàng Đức Tuấn 19 Tên vẽ: MOTOR STARTER PANEL hệ thống chống nghiêng Bản vẽ số: 02 Số vẽ: 08 dự án số: 20 21 22 23 24 Hỡnh T motor starter, bn v 02 2/PL 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 A A ANTI-HEELING MOTOR STARTER 11 Kst TB2 12 B Kt B TB3 193 194 C F3 201 F5 197 198 +12V 202 +12V S1 F6 AUTO AUTO OFF OFF MANUAL MANUAL K10 K11 11 23 B2 B1 12 24 D PUMP OVER LOAD AUTO MODE ON 20 DC AC 200 *A 199 D +5V *A 0V DC 21 15 19 191 N +24V 14 AC 13 11 12 192 L1 +24V 18 *A 17 F4 10 C 196 195 Q3 L1 N + AC DC E 0V - NI my RIO - 1900 6-16V DC 14W Max PUMP RUN +5 V A/+5V +5V F7 203 16 A/11 A/13 MANUAL MODE ON A/15 LEVEL IN TANK (PS SIDE) LEVEL IN TANK LOW LOW A/19 A/21 A/17 (SB SIDE) EMERGENCY STOP BUZZER STOP A/23 A/25 E +5V *A 204 F F Mô tả sửa đổi 29 30 31 Ngày Thiết kế Kiểm tra 11.09.2015 Dương Đức Khải TS Hoàng Đức Tuấn 32 33 Tên vẽ: hệ thống chống nghiêng CONTROL PANEL dự án số: 34 35 36 37 38 Hỡnh T iu khin, bn v 03 3/PL 39 40 41 Bản vẽ số: 03 Số vẽ: 08 42 43 44 45 46 47 48 VALVE VALVE V1 A 49 open V4 open close 52 53 TB4 A 10 11 12 TB5 14 15 16 28 27 30 31 33 39 41 43 16 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 K1 K2 13 L> 26 +24V K3 K4 13 13 13 K5 K6 K7 13 13 56 open close 24 B 55 HEELING TANK L> 54 VALVE V3 open close 51 VALVE V2 close 50 13 K8 13 K10 K11 13 13 22 60 +24V 43 B C C +3.3V 21 D K2 K6 K4 NI my RIO - 1900 V1 OPEN V2 OPEN A/29 A/18 D K8 45 44 E 5 47 46 +5V E V3 OPEN V4 OPEN A/26 A/34 F F Mô tả sửa đổi 43 44 45 Ngày Thiết kế Kiểm tra 11.09.2015 Dương Đức Khải TS Hoàng Đức Tuấn 46 47 Tên vẽ: hệ thống chống nghiêng CONTROL PANEL Bản vẽ số: 04 Số vẽ: 08 dự án số: 48 49 50 51 52 Hỡnh T iu khin, bn v 04 4/PL 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 A A K2 12 K3 8 K4 K5 12 K6 12 C +24 B 12 K8 K7 8 85 69 70 12 68 76 K1 12 67 66 75 12 65 73 12 72 B 64 63 74 62 61 23 60 71 +24V -H0 -H7 -H8 -H9 -H10 -H11 -H12 -H13 -H14 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X1 X2 X2 X2 X2 X2 X2 X2 X2 X2 To 71/C C D D 43 93 V2 CLOSE V1 OPEN V1 CLOSE SOURCE V3 CLOSE V2 OPEN V3 OPEN V4 CLOSE V4 OPEN E E F F Mô tả sửa đổi 57 58 59 Ngày Thiết kế Kiểm tra 11.09.2015 Dương Đức Khải TS Hoàng Đức Tuấn 60 61 Tên vẽ: hệ thống chống nghiêng CONTROL PANEL dự án số: 62 63 64 65 66 Hỡnh T iu khin, bn v 05 5/PL 67 68 69 Bản vẽ số: 05 Số vẽ: 08 70 71 72 73 74 75 B/11 NI my RIO - 1900 A 76 B/15 B/13 MANUAL MODE 77 79 B/19 B/17 80 81 B/23 B/21 82 83 84 B/25 ACOUSTIC SIGNAL PUMP DIRECTION PUMP DIRECTION PS (SB TO PS) SB (PS TO SB) HEEL > deg HEEL > 2,5 deg AUTO MODE 78 START PUMP GND A B B C EN3 EN2 EN1 +5V EN1 EN4 EN2 EN4 EN3 +12V VSS+ MD RELAY KENH VSS- NO C NO C NO C NO C NO C NO C GND VSS- NO C NO C 105 68 +24V C +12V VSS+ MD RELAY KENH GND +5V VCC VCC B3 From 70/B D 85 110 109 106 107 108 305 106 24 23 +24V D -H4 X1 X1 X1 X1 -H5 -H6 X1 X1 104 100 -H3 103 99 -H2 102 98 -H1 101 97 LAMP TEST X1 E C1 K9 X2 X2 X2 X2 X2 X2 E X2 93 118 K9 TB5 Mô tả sửa đổi 71 72 73 Ngày Thiết kế Kiểm tra 11.09.2015 Dương Đức Khải TS Hoàng Đức Tuấn 74 75 Tên vẽ: 19 206 F 205 12 F 20 hệ thống chống nghiêng CONTROL PANEL dự án số: 76 77 78 79 80 Hỡnh T iu khin, bn v 06 6/PL 81 82 83 Bản vẽ số: 06 Số vẽ: 08 84 85 86 87 88 89 NI my RIO - 1900 91 B/27 B/29 OPEN V1, V3 OPEN V2, V4 92 93 94 95 96 97 98 A 121 120 A 90 B B C EN4 C VCC +12V VSS+ MD RELAY KENH GND D EN3 EN2 EN1 +5V NO C NO C NO C NO C VSS- +24V 106 119 118 122 TB5 D +24V E E - F Mô tả sửa đổi 85 86 87 Ngày Thiết kế Kiểm tra 11.09.2015 Dương Đức Khải TS Hoàng Đức Tuấn 88 89 - + + - - + + 1 1 2 2 V1 V3 V2 V4 VALVE VALVE VALVE VALVE Tên vẽ: F hệ thống chống nghiêng CONTROL PANEL dự án số: 90 91 92 93 94 Hỡnh T iu khin, bn v 07 7/PL 95 96 97 Bản vẽ số: 07 Số vẽ: 08 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 A A C/AI0+ AI0-(PIN7 -8) NI my RIO - 1900 A/3 A/5 C/AO1(5)-AGND(3) INLINATION WATER LEVEL WATER LEVEL 20mA 20mA 20mA A+ B+ A- C+ B- FREQUENCY CONTROL 10V (OR 4-20mA) C- TB5 C 10 PE 11 D * 132 131 130 122 129 128 119 127 +24V 126 B 125 B 22 C 23 D SHIELD Heeling sensor 3 Water level sensor (Port Side) TB2 11 Water level sensor (Starboard Side) 12 Inverter input ANTI-HEELING MOTOR STARTER E E F F Ngày Thiết kế Kiểm tra Mô tả sửa đổi 99 100 101 102 11.09.2015 Dương Đức Khải TS Hoàng Đức Tuấn 103 Tên vẽ: hệ thống chống nghiêng CONTROL PANEL dự án số: 104 105 106 107 108 Hỡnh T iu khin, bn v 08 8/PL 109 110 111 Bản vẽ số: 08 Số vẽ: 08 112