L ỜI CẢM ƠN
2.1Phân tích các phương án điều khiển tự động hút khô trên tàu thủy
2.1.1 Điều khiển cổ điển.
Đây là loại hình điều khiển đơn giản nhất, được áp dụng nhiều trong thời
gian dài. Chủ yếu được áp dụng trên các tàu, thuyền ít có tính tự động hóa. Sơ đồ nguyên lý hoạt động: cấu tạo:
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển cổ điển Nguyên lý hoạt động:
Phao lên xuống theo mực nước trong hố hút khô, tác động vào bộ tiếp điểm
tác dụng đóng ngắt dòng điện cung cấp cho bơm hút khô. Ưu, nhược điểm của hệ thống.
Ưu điểm:
Đơn giản, dễ lắp đặt. Giá thành rẻ, ít tốn kém. Dễ bảo trì và sửa chữa.
Nhược điểm: Chỉ sử dụng đối với các tàu cỡ nhỏ, có lưu lượng nước lacanh
2.1.2 Điều khiển hiện đại.
a) Điều khiển ở mức đơn giản:
Là bộ điều khiển điện tử phần tử cơ bản là bộ điều khiển logic khả trình PLC. Bộ điều khiển có tác dụng điều khiển các thiết bị đã được lập trình sẵn hoặc
có thể điều khiển trực tiếp từ bảng điều khiển. Hệ thống có thiết bị hiểm thị bằng đèn hoặc màn hình LCD.
Sơ đồ bố trí:
Hình 2.2. Sơ đồ điều khiển điện tử ở cấp đơn giản. Nguyên lý hoạt động:
Trong giếng hút khô bố trí cảm biến mức. Khi mực nước trong giếng hút khô lên đến mức trên của cảm biến thì cảm biến cung cấp thông tin cho bộ xử lý. Từ đây, bộ xử lý sẽ thực hiện lệnh cung cấp tín hiệu điều khiển mở van và bơm để hút nước trong giếng hút khô ra ngoài. Khi mực nước trong giếng hút khô xuống đến
mức dưới của cảm biến thì bộ xử lý tiến hành cung cấp tín hiệu dừng hoạt động của bơm và van. Trong quá trình hoạt động nếu cần thiết thì chúng ta có thể điều khiển
bơm và van tại bảng điều khiển. Tiến hành hút nước trong giếng khi lượng nước đang ở mức cho phép.
Ưu, nhược điểm của hệ thống:
Ưu điểm:
Hệ thống hoạt động an toàn và tin cậy. Vận hành đơn giản.
Dễ lắp đặt, phù hợp cho kiểu bố trí đường ống theo nguyên tắc phân tán. Kết cấu gọn nhẹ.
Chi phí lắp đặt tương đối thấp. Nhược điểm:
Đòi hỏi tính công nghệ cao.
b) Điều khiển ở mức cấp cao. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition – Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu).
Là hệ thống SCADA trên tàu thủy, điều khiển, giám sát và thu giữ liệu của
tất cả quá trình hoạt động của các hệ thống máy móc thiết bị, tình trạng các két, các
khoang, giếng hút khô trên tàu thủy.
Hệ thống có tính dự phòng, có hệ thống an toàn và khắc phục sự cố với thời gian tác động nhanh, hệ thống vận hành được điều khiển nhiều vị trí tại chỗ hoặc từ
xa, có chế độ điều khiển bằng tay và tự động.
Cấu trúc cơ bản hệ thống SCADA trên tàu thuỷ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cấu trúc hệ thống gồm ba cấp và hai hệ thống mạng. Các cấp của hệ thống
là: cấp trạm điều khiển, cấp vận hành, cấp đều khiển và xử lý. Các hệ thống mạng
là: mạng bus truyền.
Cấp trạm vận hành là cấp cao nhất trong hệ thống, nó thực hiện nhiệm vụ điều khiển và giám sát các hoạt động trên tàu, thông qua hệ thống máy tính với
phần mềm điều khiển giám sát như intouch, winCC…Nó điều khiển quản lý và lưu
trữ các giữ liệu, ghi nhật ký. Ngoài ra, cấp này còn thực hiện việc trao đổi thông tin
giữa hệ SCADA với các hệ thống khác trên tàu, như inmasat-C để trao đổi dữ liệu
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống SCADA trên tàu thủ.
Cấp vận hành hay còn gọi là giao diện của người và máy. Cho phép con
người can thiệp vào quá trình hoạt động của các thiết bị máy móc trên tàu thông qua các phím nút nhấn, và các thông số chỉ thị trên bàn điều khiển. Ngoài ra, cấp vận
hành còn có thể giải quyết sự cố nhanh chóng, bởi vì ở cấp này có các nút nhấn và công tắc, được nối từ nơi vận hành xuống thiết bị động lực ( bơm hút khô), mà
không thông qua hệ thống mạng.
Cấp điều khiển và xử lý có nhiệm vụ thu thập, xử lý dữ liệu và điều khiển sự
hoạt động của thiết bị động lực. Cấp này gồm các bộ điều khiển khả trình PLC, với các đầu vào và ra mà nó nối với các PLC qua mạng bus truyền. Các đầu vào ra này
Hình 2.4. Hệ thống phân cấp điều khiển tích hợp trên tàu thủy.[3]
Hệ SCADA trên tàu thủy .
Để thuận lợi cho việc quản lý, theo dõi và giám sát của cả con tàu thì tất cả
các máy móc thiết bị trên tàu được chia làm bốn vùng: 1: vùng máy chính lai chân vịt và hộp số; 2: vùng tổ hợp máy phụ lai máy phát và bảng điện chính; 3: vùng các máy phụ như nồi hơi, máy lọc dầu, máy phân ly nước dầu, hệ thống neo, lái...; 4:
vùng các két, khoang, giếng hút khô…
Do tính phức tạp của tàu thủy, nên mỗi thiết bị đều được điều khiển bằng tay
hoặc tự động. Từ xa hoặc tại chỗ thông qua các bảng điều khiển, đặt ở vị trí tương ứng, được kết nối với bộ điều khiển PLC.
Kết luận:
Hệ SCADA trên tàu thủy, đã tích hợp toàn diện hệ thống tự động trên tàu và thống nhất quá trình điều khiển. Từ giao diện đồ họa trên màn hình máy tính, tại cấp
trạm vận hành, một thuyền viên bất kỳ đều có thể thấy được toàn cảnh tình trạng
hoạt động của các thiết bị máy móc và các hệ thống trên tàu. Đồng thời có một cơ
và thiết bị. Hệ thống có máy in nhật ký kèm theo. Do đó hệ SCADA trên tàu thuỷ
không những làm tăng tính an toàn, tin cậy cho những người công tác trên biển, mà còn tăng được hiệu quả sản xuất, vận chuyển hàng hóa của con tàu trên đại dương.
2.2 Lựa chọn phương án.
Hiện nay trên các tàu thủy hiện đại cỡ lớn đều được lắp đặt hệ thống SCADA để điều khiển, giám sát, thu giữ liệu của tất cả các hệ thống hoạt động trên tàu trong
đó có hệ thống hút khô nước lacanh. Đây là một hệ thống rất phức tạp được kết hợp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nhiều lĩnh vực như: cơ, điện, điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông vì vậy hệ
thống chỉ được lắp đặt trên các tàu thủy hiện đại đòi hỏi con tàu phải có tính tự động
hóa cao. Mặt khác để lắp đặt, vận hành, bảo trì và sửa chữa hệ thống SCADA cho
tàu thủy thì cần có các chuyên gia kĩ thuật bậc cao, công nghệ kỹ thuật hiện đại cho
nên chi phí lắp đặt, vận hành, bảo trì và sửa chữa rất cao.
Hệ thống điều khiển hiện đại ở mức đơn giản thì hiện nay nó cũng được áp
dụng rất rộng rãi và phổ biến. Nó là một phần trong hệ thống SCADA do vây nó
cũng phản ánh được tính chất hiện đại của một hệ thống điều khiển hiện đại. so với các phương pháp điều khiển khác thì hệ thống điều khiển hiện đại ở mức đơn giảm nó đáp ứng được các yêu cầu của tàu thủy như làm việc ổn định, tin cây, hoạt động
an toàn, lắp đặt hệ thống đơn giản và giá thành lắp đặt, bảo trì sửa chữa không cao.
Nó rất phù hợp với những con tàu hoạt động ở vùng nội địa, con tàu có trọng tải vừa
và nhỏ. Đặc biệt là phù hợp với các nước đang phát triển. Nhất là vào thời kì kinh tế suy thoái như hiện nay.
Theo phân tích ở trên thì để chế tạo hay lắp đặt hệ thống SCADA thì phải đòi hỏi kết hợp nhiều lĩnh vực, áp dụng khoa học kĩ thật cao, và phải tốn kém rất nhiều kinh phí. Song để đảm bảo thể hiện được tính phổ biến, phản ánh được đầy đủ một
hệ thống điều khiển mang tính chất hiện đại và kinh phí hợp lý thì em xin đề xuất phương án: Thiết kế mô hình điều khiển tự động hệ thống hút khô theo kiểu điện tử ở mức đơn giản.
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG HÚT KHÔ NƯỚC LACANH
3.1 Giới thiệu đối tượng làm mô hình.
Để làm cơ sở cho việc thiết kế mô hình thì em xin lựa chọn đối tượng làm cơ
sở cho việc thiết kế đó là: tàu hàng 56000DWT tại công ty Huyndai-Vinasin.
3.1.1 Giới thiệu về tàu hàng 56000DWT.
Là tàu hàng rời với 5 khoang hàng được đóng tuân theo các điều luật và quy
định quốc tế dưới sự giám sát theo quy phạm của đăng kiểm Đan Mạch (DNV). Tàu vỏ thép một chân vịt. Boong chính liên tục từ mũi về lái. Buồng máy bố trí phía sau. Đáy đôi chạy suốt từ sườn 10 đến sườn 219. hình thức kết cấu tàu theo hỗn hợp dọc
ngang. Khoảng sườn 800 mm cho toàn tàu.
Hình 3.1. Bố trí chung tàu hàng rời 56000DWT.
a) Các thông số chính của tàu.
Chiều dài tàu 187 m Chiều rộng tàu 32,26 m Chiều cao mạn 18,3 m
Chiều chìm 11,3 m Tải trọng 56000DWT
Tốc độ 14,5 hải lý/ giờ
Thủy thủ đoàn 25 người
Cấp tàu không hạn chế
b) Sự phân chia block ở tàu hàng 56000DWT.
- Các block mũi: F11, F21, F31, F41, F51, F61. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Các block đuôi: N11, N21, N31, N40, N50.
- Các block ở buồng máy: E12, E22, E32, E42, E52.
- Các block đáy: B11, B12, B13, B14, B15, B16, B17, B18, B19, B21, B29,
B31, B32, B40, B4.
Hệ thống hút khô đi qua các block sau: E11 ,E12, E21, E22, E31, E32,
B11, B12, B13, B14, B15, B16, B17, B18, B19, B20, B21, F11.
c) Hệ thống máy phục vụ trên tàu.
Trên tàu được trang bị với các máy móc phục vụ hiện đại như máy phân ly nước dầu, máy lọc dầu, máy xử lý chất thải được Đăng Kiểm duyệt. Hệ thống thông gió, điều hòa không khí phục vụ buồng máy và cabin.
Thống số máy chính:
Hãng sản xuất Huyndai-Man B&W Loại máy 6950MC-C7
Số xilanh 6
Số kì 2 kì
Đường kính xilanh 500 mm
Hành trình piston 200 mm
Công suất cực đại 8820KW với tốc độ 119 rpm
Công suất định mức 7940 KW với tốc độ 114 rpm Ba đông cơ diesel phụ để lai máy phát điện:
Hãng sản xuất Huyndai1-1Msen
Số xilanh 6
Số kì 4
Công suất 640 KW
Tốc độ quay trục khuỷu 900 rpm
d) Hệ thống tàu trên tàu hàng 56000 DWT.
Trên tàu các hệ thống cứu hỏa, nước dằn, hút khô được liên kết với nhau. Các bơm có thể thay thế cho nhau trong các trường hợp khẩn cấp hoăc một vài bơm
bị hỏng.
e) Hệ thống cứu hỏa và rửa trên boong.
Trên tàu 56000 DWT được trang bị hệ thống cứu hỏa bằng nước và CO2. Buồng CO2 được bố trí trên buồng máy với sức chữa 120 chai. Các chai CO2 được nối với các ống dẫn đưa tới 5 khoang hàng và buồng máy. Ở cabin được
trang bị các hộp chữa cháy với các chai bọt chờ sẵn.
Hệ thống nước chữa cháy được phục vụ bởi 2 bơm trong buồng máy dùng chung với bơm hút khô. Với các hệ thống đường ống dẫn tới boong và cabin. Hệ
thống nước dẫn tới các hệ thống van và ống mềm có khả năng dập tắt đám cháy nhanh chóng. Ngoài bơm chính của hệ thống cứu hỏa còn có bơm dự phòng để phục
vụ trong trường hợp khẩn cấp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Hệ thống nước cứu hỏa còn dùng để vệ sinh boong trên tàu, rửa xích neo và chạy bơm chân không cho hệ thống hút khô.
f) Hệ thống ballast.
Hệ thống ballast gồm các két chữa nước, hộp thông biển, bơm, hệ thống đường ống, van và miệng hút xả, chúng đảm bảo dằn tàu khi tàu chạy không hàng, giữ cho tàu đảm bảo sự ổn định cho phép và được dùng để cân bằng tàu không bị nghiêng ngang, đảm bảo độ nghiêng dọc mong muốn khi bốc xếp hàng hóa.
Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống ballast.
3.1.2 Hệ thống hút khô trên tàu hàng 56000DWT. ( hệ thống bilge).
Hệ thống hút khô có chức năng đảm bảo việc hút khô nước đọng trong
khoang tàu trong quá trình hoạt động của tàu.
Hố hút khô.
Mỗi hầm hàng bố trí hai hố hút khô ở hai bên. Ở buồng máy được bố trí 4 hố
hút khô hai hố ở phía trước, một hố ở bệ máy, một hố ở sau đuôi đảm bảo hút hết nước đọng khi tàu nghiêng ngang và nghiêng dọc.
Hệ thống ống.
Có một ống chính 200A chạy từ khoang hàng số 1 tới buồng máy. Các ống
nhánh 125A dẫn từ miệng hút tới ống chính. Riêng ở khoang hàng số 5 có 2 ống
125A dẫn từ từ hố hút khô về buồng máy. Ở trong buồng máy với hệ thống ống 50A
dẫn thành phần nước trong buồng máy tới thiết bị phân ly nước dầu.
Bơm: Ở buồng máy được bố trí 2 bơm hút khô. Có nhiệm vụ hút thành phần nước trong 5 khoang hàng đổ trực tiếp ra mạn.
3
5
Hình 3.4 Mặt cắt giữa tàu.
Các thiết bị khác.
Tập hợp các van: van một chiều, van bướm điều khiển bằng thủy lực, miệng hút, lưới lọc, tập hợp các giá đỡ bulông và cùm.
3.2 Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống hút khô.3.2.1 Thiết kế chế tạo vỏ tàu mô hình. 3.2.1 Thiết kế chế tạo vỏ tàu mô hình.
Để thể hiện được mô hình hút khô thì trước tiên ta phải chế tạo vỏ tàu tàu mô hình. Tàu mô hình được thiết kế gồm đáy khoang hàng, mũi quả lê và buồng máy.
Vỏ tàu được chế tạo bởi các tấm gỗ ép có chiều dày 5mm. Được cắt với chiều cao 10 cm sau đó ghép lại với nhau. Những tấm gỗ được cắt tượng trưng cho những đà
ngang đáy và đà dọc đáy. Để thấy được hệ thống đường ống thì vỏ tàu không được lát tôn đáy ngoài, chỉ được lát tôn đáy trong ở buồng máy để đặt bơm và đường ống.
Hình 3.5. Vỏ tàu mô hình sau khi chế tạo.
3.2.2 Thiết kế chế tạo đường ống, lựa chọn bơm, van điều khiển.
Để phù hợp với khích thước tàu đã chế tạo thì ống dẫn được chọn với đường
kính ống d=8 mm. Do hệ thống đường ống quá phức tạp nên phụ tùng đường ống
chỉ được lựa chọn để lắp đặt một số vị trí cần thiết. Còn những vị trí khác thì được (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
dán các ống lại với nhau mang tính chất tượng trưng. Hệ thống được lựa chọn: một van điều khiển bằng điện 220v, một van một chiều, và một bơm ly tâm 220v. Còn các van một chiều, van điều khiển bằng điện và bơm được kí hiệu ngay trên mô hình.
3.2.3 Thiết kế lắp đặt hệ thống đường ống, bơm, van điều khiển.
Hệ thống đường ống được lắp đặt theo nguyên tắc phân tán. Mỗi khoang hàng được bố trí hai giếng hút khô ở hai bên gần mạn và ở phía sau mỗi khoang. Ứng với mỗi giếng hút khô bố trí một ống nhánh dẫn về đường ống chính. Đặt trên miệng hút một van một chiều ngăn không cho nước ở giếng khác chảy vào giếng
này. Ở gần đường ống chính mỗi ống nhánh bố trí một van điều khiển bằng điện.
Các ống nhánh tập trung vào ống chính, ống chính dẫn về buồng máy. Trong buồng máy được bố trí 4 giếng hút khô, 2 bơm và 1 két nước đáy tàu. Cùng với ống dẫn chính chúng được lắp đặt với nhau để thực hiện các phương án cụ thể .
Sơ đồ lắp hệ thống đường ống:
3.3 Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử.3.3.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển điện tử. 3.3.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển điện tử.
Hình 3.9 Sơ đồ khối của thiết bị điều khiển hệ thống tự động.
3.3.2 Nguyên lý làm việc của các khối.a) Bảng điều khiển. a) Bảng điều khiển.
Là những công tắc nhận lệnh trực tiếp từ người điều khiển cung cấp cho bộ