Nghiên cứu thiết kế hệ thống phát dẫn điện trên tàu thuỷ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI *********♦********* ĐỖ MINH HẢI NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÁT - DẪN ĐIỆN TRÊN TÀU THUỶ LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ DỘNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Văn Hoà HÀ NỘI 2008 PHẦN TRẠM PHÁT ĐIỆN TẦU THUỶ 1.1 ĐỘNG CƠ LAI DIESEL 1.1.1 Đặc điểm thông số động lai Diesel Trên tầu thuỷ người ta thường sử dụng động truyền động cho máy phát loại động Diesel Việc sử dụng loại động đốt chiếm tỷ lệ cao tính ưu việt chúng: Hiệu suất có ích cao, động Diesel đại hiệu suất có ích đạt 40 – 45 % hiệu suất thiết bị động lực tua bin đạt 22 – 28 %, thiết bị máy nước không 16 %, thiết bị tua bin khí khoảng 30% Nếu hai động đốt đốt ngồi cơng suất động đốt gọn nhẹ nhiều (vì không cần thiết bị phụ khác động đốt nồi buồng cháy, máy nén, thiết bị ngưng hơi…) Tính có động cao, khởi động nhanh ln trạng thái sẵn sàng khởi động, điều chỉnh kịp thời theo phụ tải Dễ tự động hố điều khiển từ xa Ít gây nguy hiểm cho người vận hành (ít có khả gây hoả hoạn nổ vỡ thiết bị) Nhiệt độ xung quanh tương đối thấp tạo điều kiện tốt cho thợ máy làm việc Không tốn nhiên liệu dừng động Không cần nhiều người vận hành sửa chữa Hiện nay, động Diesel lai máy phát chế tạo với kết cấu nhỏ gọn đảm bảo công suất làm việc ũng điều kiện làm việc, điều ĐỖ MINH HẢI có tiến công nghệ gia công kim loại Để nâng cao công suất động cơ, ngày tầu thuỷ sử dụng động tăng áp, lượng khơng khí cưỡng vào xi lanh động trình nạp, tương ứng với việc tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình Trong động tăng áp, người ta áp dụng phương pháp tăng áp suất khơng khí nạp giảm nhiệt độ khơng khí nạp Nhằm mục đích kéo dài tuổi cơng tác cho động cơ, hệ thống bôi trơn hệ thống làm mát bước cải tiến, đặc biệt với hệ thống bơi trơn ngồi hai phương pháp bơi trơn tuần hồn cưỡng áp suất thấp bơi trơn áp suất cao số động Diesel tầu thuỷ đại người ta trang bị hệ thống bôi trơn xi lanh phù hợp với phụ tải động làm việc với áp suất không lớn Điều hạn chế lượng dầu thừa chế độ phụ tải nhỏ nên hạn chế cháy hình thành cốc rãnh xéc măng, đỉnh piston Bên cạnh thành tựu đạt vấn đề trên, loạt vấn đề khác quan tâm đạt thành tựu đáng kể như: vấn đề làm giảm ô nhiễm môi trường, vấn đề điều khiển, bảo vệ tự động kiểm tra Trong vấn đề điều khiển đạt bước đột phá lớn nhờ tiến vượt bậc ngành điện tử, tin học 1.1.1.1 Động có Diesel bao gồm chi tiết sau: a, Các chi tiết cố định động Diesel Bệ máy Xi lanh Nắp xi lanh ĐỖ MINH HẢI Những phần liên kết chặt chẽ với thành khối thống cứng vững, điểm tựa cho động hoạt động Phần tĩnh chiếm khoảng 70% trọng lượng động b, Các chi tiết phần động động Diesel Piston Xec măng Biên Trục khuỷu bánh đà c, Các hệ thống phục vụ cho Diesel Hệ thống phân phối khí Hệ thống cung cấp nhiên liệu Hệ thống làm mát Hệ thống xoa trơn Hệ thống khởi động, đảo chiều Hệ thống tăng áp (với loại động có tăng áp) 1.1.1.2 Những thông số Diesel Diesel máy khác Bao xuất xưởng nhà chế tạo cung cấp cho người sử dụng đại lượng thơng số danh định Nhằm mục đích giúp người sử dụng thuận tiện kiểm tra tình trạng máy q trình vận hành khai thác Các thơng số định mức Diesel: + Công suất định mức động + Tốc độ quay định mức động + Số xi lanh + Nhiên liệu: dầu nhẹ DO + Nhiệt độ nước làm mát + Áp suất dầu bôi trơn ĐỖ MINH HẢI 1.1.2 Khởi động động Diesel 1.1.2.1 Phương thức khởi động Diesel Trên tầu thuỷ để khởi động Diesel người ta thường sử dụng hai phương thức khởi động sau: + Khởi động Diesel gió + Khởi động Diesel nguồn điện ăc quy Hiện nay, người ta thường sử dụng phương thức khởi động gió phương thức có nhiều ưu điểm đem lại hiệu cao trình khởi động Khởi động Ac quy áp dụng cho loại động có cơng suất bé 1.1.2.2 Vị trí khởi động Diesel Để khởi động Diesel lai máy phát người ta thường có hai vị trí khởi động (khởi động chỗ khởi động từ xa) Nhưng mức độ tự động hoá tầu ngày cao, nên người ta thường áp dụng phương pháp khởi động từ xa + Khởi động đầu máy: Đây chế độ khởi động không thông qua hệ thống điều khiển trung gian mà thực trực tiếp vào van gió nhiên liệu vị trí thường dùng chạy thử máy sau sửa chữa, bảo dưỡng trường hợp khởi động cố với hệ thống điều khiển từ xa gặp hư hỏng + Khởi động buồng điều khiển: Đây vị trí sử dụng thường xuyên chế độ vân hành bình thường Phương pháp thông qua thiết bị trung gian để thực việc điều khiển khởi động cho Diesel Hệ thống hoạt động tin cậy, khả điều khiển linh hoạt, đơn giản Mặt khác hệ thống điều khiển từ xa có ưu nhược điểm sau: * Ưu điểm ĐỖ MINH HẢI + Giảm bớt số người phục vụ tầu + Rút ngắn thời gian thao tác vận hành hệ thống xử lý trung tâm đảm nhận chức trung gian + Thực lệnh xác, ổn định nhanh chóng Đảm bảo q trình điều chỉnh tốc độ láng (không nhẩy bậc) giảm ứng suất xung lực trình điều chỉnh tốc độ + Cải thiện điều kiện làm việc cho thợ máy + Nâng cao độ tin cậy tính an tồn cao q trình khai thác vận hành + Có thể thực khai thác tối ưu theo dõi từ xa tình trạng kỹ thuật máy + Cho phép hình thành trung tâm điều khiển tiến tới tạo điều kiện tự động hố hồn tồn việc điều khiển điều chỉnh * Nhược điểm + Hệ thống phức tạp, địi hỏi nhiều kinh phí + Người khai thác phải có trình độ chun mơn cao 1.1.3 Bảo vệ động Diesel 1.1.3.1 Bảo vệ Diesel Để thực điều khiển động Diesel đạt hiệu cao an toàn, hệ thống điều khiển có nhiều thiết bị phải hoàn thành chức khác nhau, hệ thống có nhiều thơng số cần phải quan tâm, theo dõi xử lý (từ vài chục đến vài tram thông số) Tất thống số cần bảo vệ Trong loạt thơng số có thơng số quan trọng liện quan tới tính an tồn hệ thống động lực có thơng số quan trọng Nhưng tất thơng số theo dõi kiểm tra ĐỖ MINH HẢI thường xuyên Để thiết bị bảo vệ hoạt động cách an toàn tin cậy cần phải đảm bảo yêu cầu sau: + Số lượng thông số kiểm tra phải đạt giá trị tối thiểu để hệ thống đơn giản, mặt khác số lượng thơng số cần phải đủ để đánh giá trạng thái đối tượng Diesel + Hoạt động xác, khơng nhầm lẫn, khơng bỏ sót + Hệ thống cần phải phát tín hiệu âm ánh sáng thông số kiểm tra vượt giới hạn cho phép hệ thống hoạt động bảo vệ, hệ thống nguồn cung cấp chuyển sang nguồn cung cấp cố + Tuỳ theo thiết kế tín hiệu ánh sáng phải rõ nguyên nhân cố Khi nhận biết cố ánh sáng nhấp nháy (hoặc sáng rõ), người nhận biết cố (ấn nút khẳng định cố) ánh sáng sáng bình thường tắt loại trừ cố ấn nút Reset 1.1.3.2 Những thông số bảo vệ Diesel Trong trình khai thác Diesel, đại lượng thông số kiểm tra, đo lường, theo dõi cập nhật Trong đại lượng thông số có đại lượng thơng số kiểm tra đạt đến giá trị đặt (ngưỡng) tín hiệu đại lượng thông số gửi tới trung tâm xử lý thơng tin xử lý gửi đến thiết bị chấp hành thực việc báo động Với đại lượng thơng số quan trọng trước thực lệnh dừng máy chế độ Emergency Stop bao giơ có hai nấc báo động người vận hành biết Nếu khơng có can thiệp xử lý để khắc phục tình trạng hệ thống hoạt động bảo vệ Các đại lượng thông số chủ yếu Diesel a, Hệ thống bôi trơn ĐỖ MINH HẢI Áp suất dầu bôi trơn (P/Kg/cm2) Nhiệt độ dầu bôi trơn Áp lực dầu bôi trơn tuốc bin tăng áp Nhiệt độ dầu bôi trơn tuốc bin Mức dầu bôi trơn tuốc bin b, Hệ thống làm mát Áp lực nước làm mát xi lanh Nhiệt độ nước làm mát xi lanh Áp lực nước làm mát piston Nhiệt độ nước làm mát piston Áp lực nước làm mát vòi phun Nhiệt độ nước làm mát vòi phun Áp lực nước biển c, Hệ thống nhiên liệu Áp lực nhiên liệu trước bơm cao áp Mức nhiên liệu Nhiệt độ nhiên liệu Độ nhớt d, Hệ thống khí Nhiệt độ khí xả Nhiệt độ khí nén Áp lực gió khởi động Áp lực gió điều khiển e, Các thông số khác Nồng độ dầu cacte Tải Diesel Tốc độ Diesel ĐỖ MINH HẢI 1.2 MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ KHÔNG CHỔI THAN Do trạm phát điện tầu thuỷ có cơng suất khơng lớn (khoảng vài nghìn KVA) ngày máy phát điện đồng không chổi than trang bị hầu hết đội tầu biển Loại máy có kích thước trọng lượng gọn nhẹ, khâu kỹ thuật để nâng cao độ tin cậy nâng cao tính ổn định giải Mặt khác, khơng có chổi than nên giảm thiểu yêu cầu vệ sinh bảo dưỡng sửa chữa Ngày với phát triển không ngừng ngành khoa học kỹ thuật nên vấn đề bảo vệ, điều khiển máy phát không dừng lại thiết bị đơn công tắc tơ, rơ le, mà kỹ thuật vi xử lý, kỹ thuật số ứng dụng lĩnh vực đem lại hiệu cao Vì hệ thống lượng điện tầu thuỷ vào hoàn thiện cách triệt để theo hướng phát triển ngành sau: + Tự động hoá phần trang thiết bị đến tự động hố tồn phần trạm phát điện tầu thuỷ + Tăng độ bền vững tính kinh tế trạm phát điện, hệ thống lượng điện cách nâng cao mức độ tự động hoá tầu thuỷ + Cải tiến tính chất khai thác điện cách làm ổn định thông số máy phát điện điện áp, tần số, công suất máy phát + Hồn chỉnh máy móc, khí cụ, thiết bị đo lường kiểm tra tập trung từ xa + Nghiên cứu phát minh nguồn lượng phương pháp biến đổi nguồn lượng thành lượng điện Đây ĐỖ MINH HẢI nhiệm vụ mục tiêu mà ngành khoa học đặt kỷ 21 Ngồi trạm phát điện cịn có đặc trưng riêng: + Do phải công tác biển nên phải chịu độ ẩm cao, nồng độ muối dầu, hố chất cao + Trong q trình hành trình tâu, môi trường làm việc luông thay đổi, từ nước sang nước khác Trạm phát điện tầu thuỷ phải chịu thay đổi biên độ nhiệt độ môi trường lớn + Trạm phát điện phải làm việc trạng thái nghiêng lệch + Trạm phát phải chịu rung lắc, va đập mạnh sóng biển Mặt khác, trạm phát điện làm việc độc lập, thiết bị thay hạn chế Dẫn đến cố xẩy gặp nhiều khó khăn mà trạm phát điện tầu thuỷ cần phải thoả mãn số yêu cầu bản, nhằm mục đích đảm bảo nguồn điện tầu ln ổn đinh để nâng cao chất lượng khai thác tầu: + Đảm bảo cung cấp điện cách liên tục cho tất trang thiết bị tầu + Hệ thống phải có độ tin cậy cao thiết bị bảo vệ phải làm việc xác điều kiện độ nghiêng, chấn động rung lăc đập, mơi trường ẩm, nồng độ muốn, dầu, hố chất cao + Có cấu trúc cho thiết bị phải an toàn, chắn, dễ dàng phát hư hỏng + Đơn giản, thuận tiện vận hành sử dụng đảm bảo đầy đủ chức hệ thống ĐỖ MINH HẢI + Không gian nhớ chương trình Flash từ 4Kb đến 32Kb, phụ thuộc vào loại chíp với chu kỳ xố nhớ Flash 50.000 lần + Không gian nhớ Ram từ 256Byte đến 2Kb + Chip lập trình thơng qua chuẩn nối tiếp (ISSP) + Bộ nhớ Flash nâng cấp phần + Chế độ bảo mật đa tin cậy + Có thể tạo không gian nhớ Flash chip tới 2.304byte Có thể lập trình cấu hình cho chân chip + Các chân vào ba trạng thái sử dụng Trigger Schmit + Đầu logic cung cấp dòng tới 25 mA với điện trở treo cao thấp bên + Đầu tương tự cung cấp dịng tới 40mA + Đầu đa chức có từ đến 44 chân tuỳ thuộc vào loại chip Xung nhịp chip lập trình + Bộ tạo dao động 24/48 MHz bên (Độ xác 2.5%, khơng cần thiết bị ngồi) + Có thể lựa chọn dao động lên tới 24 MHz + Bộ dao động thạch anh 32,768 kHz bên + Bộ tạo dao động tốc độ thấp bên sử dụng cho Watchdog Sleep Ngoại vi đươc thiết lập sẵn + Bộ định thời Watchdog Sleep phục vụ chế độ an toàn chế độ nghỉ + Modul truyền thống SPI Master Slave tốc độ lên tới 400 kHz + Modul phát điện áp thấp cấu hình người sử dụng Công cụ phát triển + Phần mềm phát triển miễn phí Psoc Designer + Bộ lập trình mơ với đầy đủ tính 61 ĐỖ MINH HẢI + Mô tốc độ cao 2.5.1.1 Cấu trúc vi xử lý a, Các xử lý trung tâm CPU Các họ chip PSoC dựa vi xử lý mạnh mẽ bit với cấu trúc Harvard (Cấu trúc Harvard cấu trúc mà bus liệu, bus địa tín hiệu điều khiển nhớ chương trình nhớ liệu độc lập với nhau) Nó có ghi điều khiển hoạt động CPU Những ghi bị tác động lệnh khác Người sử dụng truy cập trực tiếp vào ghi thông qua không gian nhớ ghi Các ghi CPU liệt kê bảng sau: Bảng 2.1: Các ghi CPU Thanh ghi Mã gợi nhớ Flags (thanh ghi cờ) CPU_F Program Couter (thanh ghi đếm chương trình) CPU_PC Accumulator (thanh ghi chứa) CPU_A Stack Pointer (thanh ghi trỏ stack) CPU_SP Index (thanh ghi số) CPU_X Tất ghi ghi bit, ngoại trừ ghi PC ghi 16 bit Sau Reset, ghi A, X, PC, SP mang giá trị 00h, ghi F mang giá trị 02h để cờ Z set Bộ đếm chương trình ghi 16 bit (CPU_PC), cho phép người lập trình truy cập trực tiếp vào tồn khơng gian nhớ chương 62 ĐỖ MINH HẢI trình chip (16kbyte thành viên lớn nhất) Đây không gian nhớ liên tục không cần phải tạo trang (no paging) Thanh ghi chứa (Accumulator) ghi đa mục đích, thường sử dụng để lưu kết lệnh sử dụng chế độ địa nguồn Thanh ghi số dùng để lưu giữ giá trị offset (độ lệch) chế độ địa chỉ số Tiêu biểu dùng để khối liệu bên không gian nhớ liệu Thanh ghi trỏ Stack (Stack Pointer) lưu giữ địa đỉnh Stack không gian nhớ liệu Nó bị tác động lệnh PUSH, POP, LCALL, RETI RET, nói chung tất lệnh có liên quan đến Stack phần mềm Nó bị ảnh hưởng lệnh SWAP lệnh ADD Thanh ghi cờ (Flags) có ba bit trạng thái: bit cờ không – Zero Flag bit [1]; bit cờ nhớ - Carry Flag bit [2]; bit Supervisory State [3] Bit cho phép ngắt toàn cục – Global Interrupt enable bit [0] dùng phép cấm toàn ngắt Các cờ bị ảnh hưởng lệnh toán học, lệnh logic v.v… b, Ngắt điều khiển ngắt Bộ điều khiển cho phép đoạn mã người lập trình thực có ngắt sinh từ khối chức chip PSoC Mỗi khối số có ngắt riêng cột khối tương tự có ngắt riêng Mỗi ngắt cho nguồn cấp, chế độ ngủ, xung nhịp thay đổi, ngắt toàn cục cho chân vào đa chức Bộ điều khiển ngắt với ghi cho phép ngắt bị vơ hiệu hố đồng thời độc lập với Các ghi 63 ĐỖ MINH HẢI cung cấp cách thức để người sử dụng xố tất ngắt chờ thơng báo ngắt, xố cách độc lập hay riêng biệt thông báo ngắt ngắt chờ Một kỹ thuật phần mềm cung cấp phép người lập trình thiết lập cách riêng biệt Thiết lập ngắt kỹ thuật mạnh mẽ hữu ích cho việc phát triển mã nguồn, mà khơng đủ hệ thống phần cứng hồn chỉnh để sinh ngắt thực * Mô tả cấu trúc điều khiển ngắt: Dãy kiện xảy ngắt thi hành sau: Khi ngắt kích hoạt, điều khiển ngắt sinh (giả sử tràn đếm) trước thơng báo ngắt cho phép ghi mặt nạ che ngắt, có ngắt chờ xử lý GIE (Global Interrupt Enable) đặt từ sang ghi cờ CPU Lệnh thi hành thời kết thúc biên giới lệnh (biên giới lệnh thời điểm CPU chuyển từ lệnh sang lệnh khác) Thủ tục ngắt bên thực hiện, tiêu tốn 13 chu kỳ máy Trong khoảng thời gian CPU thực công việc sau: + Lưu byte cao, byte thấp đếm chương trình (PCH PCL) ghi cờ (CPU_F) vào stack theo thứ tự + Thanh ghi cờ xoá trắng va từ bit GIE bị xố ngắt sinh tạm thời bị cấm + Byte cao đếm chương trình (PC[15:8] xố (zero) + Vector ngắt đọc từ điều khiển vector ngắt giá trị đặt vào byte thấp đếm chương trình (PC[7:0]) Việc 64 ĐỖ MINH HẢI đặt đếm chương trình trỏ vào địa thích hợp bảng vector ngắt Chương trình thi hành vector bảng vector ngắt Nhìn chung mơt lệnh LJMP bảng vector ngắt chuyển thi hành cua CPU tới trình phục vụ ngắt người dùng để phục vụ cho ngắt Trình phục vụ ngắt thi hành Lưu ý tất ngắt bị vô hiệu hố kể từ kho bit GIE=0 Các ngắt khác mở lại trình phục vụ ngắt cần thiết cách đặt bit GIE=1 (hãy cẩn thận việc làm tràn stack) Khi trình phục vụ ngắt kết thúc với lệnh RETI ghi cờ (CPU_F), byte thấp byte cao đếm chương trình lấy khỏi stack theo trình tự Từ ghi cờ (CPU_F) khơi phục lại giá trị cho phép ngắt (GIE=1) Chương trình bắt đầu thi hành lệnh kế tiếp, sau lệnh thực trước xảy ngắt Tuy nhiên, có ngắt chờ phục vụ thực trước * Các ghi điều khiển ngắt Chi tiết sử dụng ghi trình bày sau đây: + Thanh ghi INT_CLRx Có ghi xố ngắt (INT_CLR0, INT_CLR1, INT_CLR3) quy vào tên gọi chung INT_CLRx Những ghi INT_CLRx tương tự ghi INT_MSKx nghĩa chúng giữ bit cho nguồn ngắt Khi ghi INT_CLRx đọc bit đặt rõ ngắt thông báo cho tài nguyên phần cứng Bởi vậy, đọc ghi giúp cho người sử dụng xác định tất thông báo ngắt 65 ĐỖ MINH HẢI Cách giá trị bit riêng rẽ ghi vào ghi INT_CLRx định bit ENSWINT (Enable Software Interrupt) ghi INT_MSK3 Khi bit ENSWINT xoá (trạng thái mặc định), việc viết bit vào ghi INT_CLRx khơng có tác dụng Tuy nhiên việc viết vào bit ghi INT_CLRx bit ENSWINT=0 xoá thơng báo ngắt tương ứng Nếu bit ENSWINT=1 việc viết vào bit ghi INT_CLRx bị bỏ qua Tuy nhiên, việc viết vào bit ghi INT_CLRx bit ENSWINT=1 làm cho ngắt tương ứng thông báo Việc mở ngắt mềm cho phép mã người sử dụng tạo ngắt mềm hữu ích cho việc gỡ rối trình phục vụ ngắt, hay loại trừ việc sinh ngắt ngắt cũ thực thi + Thanh ghi INT_MSKx Có ghi mặt nạ che ngắt (INT_MSK0, INT_MSK3, INT_MSK3) quy vào ghi có tên gọi chung INT_MSKx Nếu xố bit ghi INT_MSKx ngăn chặn ngắt tương ứng với bit trở thành ngắt chờ xử lý (đầu vào mã hoá ưu tiên) Tuy nhiên ngắt thơng báo bit mặt nạ Nghĩa tất bit ghi INT_CLRx độc lập với bit ghi INT_MSKx Nếu bit ghi INT_MSKx set=1 nguồn ngắt kết hợp với bit mặt nạ sinh ngắt để chở thành ngắt chờ Ví dụ: Nếu bit INT_MSK0[5] set có chân vào đa chức cấu hình để sinh ngắt điều khiển ngắt cho phép ngắt GPIO yêu cầu thông báo trở thành 66 ĐỖ MINH HẢI ngắt chờ phản hồi CPU Nếu ngắt có mức ưu tiên cao sinh trước phản hồi CPU tới ngắt GPIO ngắt có yêu cầu cao ngắt chờ ngắt GPIO INT_MSK3[7] (ENSWINT) bit khơng có mặt nạ đặc biệt để điều khiển hoạt động ghi INT_CLRx + Thanh ghi INT_VC Thanh ghi INT_VC thực nhiệm vụ Khi ghi đọc trả giá trị ngắt chờ có mức ưu tiên cao Ví dụ: Nếu ngăt GPIO ngắt I2C trạng thái chờ ghi INT_VC đọc đọc giá trị 1Ch (là giá trị ngắt GPIO) Tuy nhiên khơng có ngắt trạng thái chờ việc đọc ghi INT_VC trả giá trị 00h Đây giá trị vector Reset bảng vector ngắt Tuy nhiên việc đọc giá trị 00h từ ghi INT_VC nghĩa vector ngắt reset chờ mà điều nói lên chẳng có vector trạng thái chờ Thanh ghi có mức ưu tiên cao rõ giá trị đọc từ ghi INT_VC gỡ bỏ khỏi danh sách ngắt chờ CPU thực lệnh đọc vector ngắt + Thanh ghi CPU_F Chỉ có bit GIE ghi CPU_F có ảnh hưởng tới điều khiển ngắt, bit bit cho phép ngắt toàn cục Chỉ bit set CPU thực ngắt chờ Khi bit xố CPU khơng thực ngắt chờ (cần lưu ý ngắt có thơng báo bit mặt nạ cho phép trở thành ngắt chờ bit GIE=0, chi thực bit GIE=1) Bit GIE có giá trị mặc định = 0, để đặt xố bit GIE ta sử dụng lệnh logic AND, OR, XOR ghi F với giá trị thích 67 ĐỖ MINH HẢI hợp Tất nhiên phương pháp sử dụng phương pháp lập mặt nạ Ví dụ: ta muốn xố bit GIE ta sử dụng lệnh AND F,0Feh muốn đặt bit GIE=1 ta sử dụng lệnh OR F,01h c, Các cổng vào đa chức Cổng vào đa chức cung cấp cho CPU giao diện với bên ngồi Chúng địi hỏi số lượng lớn ghi cấu hình để hỗ trợ cho nhiều chế độ hoạt động vào /ra bao gồm số tương tự Các cổng vào đa chức có độ rộng bit/1cổng Mỗi cổng vào bao gồm khối GPIO giống hệt Mỗi khối GPIO kết nối với bit có số thứ tự tương ứng địa ghi Trong vị trí bit rõ khối GPIO khối điều khiển với cổng vào Mỗi khối GPIO sử dụng cho kiểu vào sau: - Vào số (vào điều khiển bới phần mềm) - Vào toàn cục (vào cho khối Psoc số) - Vào tương tự (Vào cho khối Psoc tương tự) Mỗi chân vào có vài chế độ hoạt động khả tạo ngắt Trong tất chân nối đường vào số vài chân lại không kết nối với chức vào khối tương tự bus toàn cục + Vào số: Một chức hoạt động cổng vào đa chức cho phép CPU gửi thơng tin ngồi chip lấy thơng tin từ bên ngồi vào Điều thực nhờ ghi liệu cổng (Port Data Register – PRTxDR) Việc viết liệu vào ghi PRTxDT lưu lại trạng thái liệu, bit cho chân GPIO Trong chế độ 68 ĐỖ MINH HẢI thường (standard nonbypass) chân GPIO lặp lại bit liệu Nghĩa ta viết giá trị vào ghi liệu PRTxDT đầu cổng tương ứng có giá trị giống ghi liệu Điện áp thực chân phụ thuộc vào chế độ hoạt động chân tải bên nối vào chân CPU đọc giá trị cổng cách đọc giá trị ghi PRTxDT Khi CPU đọc giá trị PRTxDT giá trị điện áp chân vào chuyển đổi sang gía trị logic trả cho CPU Hoạt động đọc giá trị điện áp chân vào đọc giá trị chốt ghi PRTxDT + Vào toàn cục (Global IO) Các cổng vào đa chức nối liền với khối số thông qua vào tồn cục Tính vào tồn cục cổng mặc định trạng thái tắt Để sử dụng tính có thơng số cần phải thay đổi Thứ để cấu hình cho chân GPIO hoạt động đầu vào tồn cục bit lựa chọn cổng tồn cục phải set để yêu cầu GPIO sử dụng ghi PRTxGS Thứ hai chế độ hoạt động GPIO cần phải đưa trạng thái cao trở Để cấu hình cho chân GPIO hoạt động đầu tồn cục bit lựa chọn cổng toàn cục cần phải set lại lần Nhưng trường hợp chế độ hoạt động GPIO trừ chế độ cao trở + Vào tương tự: Tín hiệu tương tự truyền dẫn CPU chân chip thông qua chân AIN/OUT khối Chân nối với khối thông qua điện trở (khoảng 300 Ohm) Chân vào đa chức cần phải đưa chế độ cao trở trường hợp 69 ĐỖ MINH HẢI 2.5.1.2 Các tài nguyên PSoC a, Hệ thống khối PSoC số: Tất khối số cấu hình để thực chức nào, khối PSoC số có khả nối thành chuỗi để tạo chức có độ rộng lớn bit Những ngoại vi tạo khối PSoC số: + Các định thời 8, 16, 24, 32 bit + Các đếm 8, 16, 24, 32 bit + Bộ điều chế độ rộng xung 8, 16 bit + Bộ điều chế độ rộng xung 8,16 bit kết hợp với dải an toàn + Bộ tạo dãy CRC phục vụ kiểm tra lỗi + Bộ truyền nhận giao tiếp quang học + Bộ truyền thông không đồng UART, TX, RX + Bộ truyền thông SPI Master + Bộ truyền thông SPI Slave b, Hệ thống khối PSoC tương tự Cũng khối số, khối tương tự có khả cấu hình để thực chức ngoại vi tương tự: + Bộ khuyếch đại INSAMP-Intrumentation Amplifier + Bộ khuyếch đại đảo AMPINV-Inverting Amplifier + Bộ khuyếch đại không đảo PGA-Programmable Gain Amplifier + Bộ so sánh ngưỡng khả trình- Programmable Threshold Comparator + Các chuyển đổi tương tự sang số ADC + Các chuyển đổi số sang tương tự DAC + Các lọc + Các chọn Mux (Multiplexer) + DTMFDiler-DTMF Diler Analog Output 70 ĐỖ MINH HẢI 2.5.2 Xây dựng mạch điều khiển Mạch điều khiển gồm phần: - Mạch đo so sánh: tạo tín hiệu sai lệch tín hiệu đặt tín hiệu thực đo - Mạch điều khiển PID: Thực chất vi điều khiển PSoC có nhiệm vụ tính tốn thuật tốn điều khiển, đồng thời dùng counter đếm ngược để tính góc mở van Thyristor - Mạch điều khiển đồng bộ: tạo xung cho phép counter đếm ngược, đồng bộ phận kích từ - Mạch tạo xung: tạo xung mở van cho Thyristor - Mạch nguồn: tạo điện áp chiều nuôi mạch PID (hay nuôi vi điều khiển) - Mạch Thyristor Tồn sơ đồ mạch điều khiển thể hình đây: 71 ĐỖ MINH HẢI LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thực Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học Tác giả luận văn ĐỖ MINH HẢI 72 ĐỖ MINH HẢI MỤC LỤC PHẦN : TRẠM PHÁT ĐIỆN TẦU THUỶ 1.1 ĐỘNG CƠ LAI DIESEL 1.1.1 Đặc điểm thông số động lai Diesel 1.1.1.1 Động có Diesel bao gồm chi tiết sau: 1.1.1.2 Những thông số Diesel 1.1.2 Khởi động động Diesel 1.1.2.1 Phương thức khởi động Diesel 1.1.2.2 Vị trí khởi động Diesel 1.1.3 Bảo vệ động Diesel 1.1.3.1 Bảo vệ Diesel 1.1.3.2 Những thông số bảo vệ Diesel 1.2 MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ KHÔNG CHỔI THAN 1.2.1 Những đại lượng thông số danh định 10 1.2.1.1 Các đại lượng máy phát: 10 1.2.1.2 Thông số danh định máy phát 11 1.2.2 Cấu tạo máy phát điện đồng không chổi than trạm phát điện tầu thuỷ 12 1.2.2.1 Cấu trúc chung máy phát điện đồng không chổi than 12 1.2.2.2 Cấu tạo chi tiết máy điện đồng không chổi than 13 1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI ĐIỆN NĂNG 21 1.3.1 Hệ thống phân chia điện theo hình khuyên : 21 1.3.2 Hệ thống phân chia điện theo hình tia đơn giản : 21 1.3.3 Hệ thống phân chia điện theo hình tia phức tạp : 22 1.4 CÔNG TÁC SONG SONG CỦA CÁC MÁY PHÁT ĐIỆN 24 1.4.1 Công tác song song máy phát điện đồng 25 1.4.2 Phân chia tải cho máy phát đồng công tác song song 31 PHẦN :THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP SỐ 39 73 ĐỖ MINH HẢI 2.1 CÁC YÊU CẦU CỦA ĐĂNG KIỂM 39 2.2 CHỨC NĂNG CỦA MỘT BỘ TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 41 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP MÁY PHÁT THƯỜNG DÙNG CHO TRẠM PHÁT ĐIỆN TẦU THUỶ 43 2.3.1 Hệ thống tự động điều chỉnh điện áp theo nhiễu loạn 43 2.3.2 Hệ thống điều chỉnh điện áp theo độ lệch 46 2.3.3 Hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp : 47 2.4 TỔNG HỢP BỘ TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP 49 2.4.1 Mơ hình tốn máy phát điện không chổi than (brushless generator) 49 2.4.2 Nguyên lý làm việc tự động điều chỉnh điện áp 52 2.4.3 Chọn tham số cho điều khiển PID chạy mô phỏng: 55 2.4.3.1 Chọn tham số cho điều khiển PI 55 2.4.3.2 Chạy mô 57 2.5 THIẾT KẾ BỘ TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP SỐ TRÊN NỀN VI ĐIỀU KHIỂN PSOC 59 2.5.1 Giới thiệu vè VĐK PSOC 59 2.5.1.1 Cấu trúc vi xử lý 62 2.5.1.2 Các tài nguyên PSoC 70 2.5.2 Xây dựng mạch điều khiển 71 74 ĐỖ MINH HẢI DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc chung máy phát đồng không chổi than 13 hình 1.2 Space Heater Circuit 18 Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý mạch kích từ máy phát 19 Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống phân chia điện theo hình khuyên 21 Hình 1.5: Sơ đồ hệ thống phân chia điện theo hình tia đơn giản 22 Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống phân chia điện theo hình tia phức tạp 23 Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống đèn tắt 27 Ở hệ thống đèn quay việc kiểm tra điện áp ta sử dụng đồng hồ vôn kế Còn xác định tần số tìm thời điểm hồ ta dựa vào hệ thống đèn 28 Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lí hệ thống đồng kế 29 Hình 1.10: Sơ đồ ngun lí hồ đồng thơ 31 Hình 1.11 : Sơ đồ ngun lí lấy tín hiệu từ dịng kích từ 33 Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý lấy tín hiệu từ dịng tải máy phát 34 Hình 1.13 : Đồ thị phân bố tải tác dụng hai máy phát 36 Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý, sơ đồ tương đương, đồ thị véctơ máy phát đồng cực ẩn 37 Hình 1.15: Đồ thị đặc tính công suất 37 Hình H2.1: Đặc tính máy phát 40 Hình H2.2: Đặc tính điều chỉnh 40 Hình 1.5 : Sơ đồ nguyên lý hệ thống phức hợp dòng 43 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý sơ đồ tương đương hệ thống phức hợp pha song song 44 Hình 2.4: Sơ đồ vectơ hệ thống phức hợp pha song song 45 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý sơ đồ tương đương hệ thống phức hợp pha nối tiếp 45 Hình 2.6 : Sơ đồ nguyên lý (a) sơ đồ khối (b) hệ thống điều chỉnh điện áp theo độ lệch 47 Hình 2.7: Hệ thống điều chỉnh điện áp theo nguyên tắc kết hợp 48 Hình 2.8: Mơ hình máy phát khơng chổi than 49 Hình 2.9: Mơ hình máy phát ngun lý mạch điều chỉnh điện áp 52 75 ĐỖ MINH HẢI ... khuỷu bánh đà c, Các hệ thống phục vụ cho Diesel Hệ thống phân phối khí Hệ thống cung cấp nhiên liệu Hệ thống làm mát Hệ thống xoa trơn Hệ thống khởi động, đảo chiều Hệ thống tăng áp (với loại... dùng hệ thống sau : - Hệ thống đèn tắt - Hệ thống đèn quay - Hệ thống đồng kế + Hệ thống đèn tắt : Khi sử dụng hệ thống đèn tắt ta cần thực sau: 26 ĐỖ MINH HẢI - Kiểm tra tần số lưới tần số máy phát. .. 1.3.2 Hệ thống phân chia điện theo hình tia đơn giản : Đây hệ thống mà tất máy phát cấp điện lên bảng điện từ cung cấp tới phụ tải trực tiếp cáp điện Với kết cấu này, hệ thống ứng dụng tàu nhỏ