THIẾT KẾ PHẦN CỨNG TRẠM ĐIỀU KHIỂ Ni Ship-T

5) Các nội dung của Báo cáo

5.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG TRẠM ĐIỀU KHIỂ Ni Ship-T

Với mục đích tạo ra mô hình thử nghiệm hệ điều khiển TMC trong khuôn khổ của một đề tài nghiên cứu, Trạm điều khiển i Ship-T được thiết kế có các đặc tính kỹ thuật sau:

1) Giám sát mức các két chất lỏng trên cơ sở mạng các đầu đo mức . Cho phép giám sát 64 điểm đo, có khả năng mở rộng sốđiểm đo.

2) Tích hợp sẵn 16 kênh đo analog (có thể mở rộng tới 64) và 64 kênh Digital I/O (mở rộng tới 256)

3) Cho phép điều khiển từ xa các hệ thống bơm, van để phục vụ các mục đích điều chuyển nhiên liệu; nạp/xuất hàng (là chất lỏng); cân bằng tàu 4) Kết nối với cấp giám sát qua Ethernet (có dự phòng)

5) Kết nối với cấp thiết bị hiện trường (đầu đo, thiết bị chấp hành...) qua bộ phối ghép đạt chuẩn an toàn cháy nổ

6) Các màn hình giám sát mức các két 7) Nhiệt độ môi trường: -10oC ÷ 45oC

5.2.2 Sơđồ cấu trúc của Trạm điều khiển i Ship-T

Để có các tính năng trên và đáp ứng yêu cầu thực tế đối với việc điều khiển máy chính và các hệ thống phụ trợ, Trạm điều khiển i Ship-T có cấu trúc như trên hình 5.2.

§

Hình 5. 2: Sơđồ cấu trúc Trạm điều khiển i Ship_T

Trên cùng của hệ i Ship-T là một máy tính trạm có cài đặt phần mềm OPC Server và có 2 cổng ethernet cho phép nối với trạm thao tác tại Buồng lái thông qua mạng Lan có dự phòng.

Phần cứng của i Ship-T do đề tài thiết kế chế tạo gồm những khối sau: § Trung tâm của trạm là TMC Box với bộ điều khiển và phần mềm

nhúng với các chức năng đo lường, giám sát, cảnh báo, bảo vệ, điều khiển, và truyền thông. TMC Box có cổng RS232/RS485 nối với máy tính cấp trên, có 06 cổng analog 4-20mA kết nối với các khối

Multiplexer 16 , khối RTD Multiplexer và Touch Screen cũng như có bus dữ liệu SPI kết nối với các I/O Module.

§ I/O Module: mỗi khối có 48 đầu vào số và 16 đầu ra điều khiển số § Khối Multiplexer 16: mỗi khối có 16 đầu vào analog 4-20mA và 01 đầu

ra analog 4-20mA để kết nối với các đầu đo áp suất

§ Khối RTD Multiplexer : mỗi khối có 08 đầu vào PT100 và 01 đầu ra analog 4-20mA để kết nối với các đầu đo nhiệt độ

5.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM HỆ TMC 5.3.1 Nguyên lý hoạt động của i Ship-T 5.3.1 Nguyên lý hoạt động của i Ship-T

• Thông qua mạng Lan, OPC Server trên máy tính trạm đọc toàn bộ trạng thái cũng như các cảnh báo từ TMC Box và chuyển cho cấp giám sát và Cơ sở dữ liệu tại Buồng lái, đồng thời nhận về các lệnh điều khiển máy và chuyển xuống cho TMC Box. Tại máy tính cấp giám sát có phần mềm cho phép thực hiện các chức năng:

o Hiển thị tại chỗ hầu hết các thông sốđo từ hiện trường o Xem danh sánh các cảnh báo gần nhất,

o Thiết lập giá trị cho các tham số hệ thống gồm: dải đo của từng kênh đo analog gắn với đối tượng đo tại một điểm đo cụ thể trong buông

máy; ngưỡng cảnh báo của từng điểm đo; chức năng này cho phép thiết lập hệ i Ship-T phù hợp với nhiều cấu hình các loại bồn chứa khác nhau.

• TMC Box thực hiện chức năng sau:

o Đo lường tất cả các đầu vào analog, thông qua gía trị các tham số hệ thống mà tính ra giá trị thực của các điểm đo analog cũng như so sánh với các ngưỡng mà tạo ra các cảnh báo tương ứng để đưa ra đèn/còi đặt tại ECR/ER. Các tín hiệu cảnh báo trực tiếp từ các bộ bảo vệ gắn trên các thiết bị hiện trường (như phát hiện quá áp, báo mức .v.v) cũng được thu thập thông qua các đầu vào digital. Tất cả các giá trị (analog và digital) đầu vào cùng với các cảnh báo được gửi lên cho OPC Server trên máy tính trạm.

o Nhận các lệnh điều khiển máy do OPC Server gửi xuống , thực hiện điều khiển máy bằng các lối ra số thông qua các thuật toán điều khiển tương ứng với từng lệnh.

o Khi xuất hiện các tình trạng nguy hiểm (do tín hiệu báo từ các đầu vào số hay do tính toán so sánh ngưỡng...), TMC Box thực hiện chức năng bảo vệ bằng cách đưa ra các tín hiệu dừng máy để tránh xảy ra sự cốđối với người và máy móc liên quan.

Dựa trên nguyên lý hoạt động trên, Đề tài tiến hành thiết kế phần mềm cấp điều khiển cơ sở hệ TMC gồm các module sau:

- Module phần mềm xử lý đo lường, cảnh báo.

- Module phần mềm điều khiển các hệ thống van và bơm. - Module phần mềm xử lý bảo vệ.

- Module phần mềm truyền thông.

5.4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CỤ THỂ

5.4.1 Sơđồ khối Hệ đo mức két và điều khiển TMC

Trong các bài toán về quản lý mức trên tàu thuỷ, bài toán hệ Ballast (dằn tàu) và bài toán hệ làm hàng hoặc điều chuyển nhiên liệu ( Cargo/Fuel) giữa các bể chứa là những bài toán khá phổ biến. Vì vậy đề tài xây dựng mô hình cụ thể cho hai bài toán này. Sơ đồ khối chi tiết của Hệ đo mức két và điều khiển TMC với hai hệ con là hệ Ballast và hệ Cargo/Fuel được thể hiện trên hình 5.3.

5.4.2 Nguyên lý làm việc của hệ TMC

Nguyên lý hoạt động của hệ TMC dựa trên cơ sở hoạt động của trạm điều khiển i Ship-Tđược cụ thể hoá như sau:

5.4.2.1 Các chế độ điều khiển

Chế độ chạy của máy chính do công tắc Remote/Local tại hiện trường (cho riêng từng nhóm Ballast/ Cargo) và công tắc CCR/ECR tại trạm điều khiển i Ship-T trong buồng điều khiển máy ECR quy định.

Chếđộ Công tắc Remote/Local Công tắc CCR/ECR Mô tả Bằng tay tại chỗ

Local X Điều khiển tại chỗ van và bơm Từ xa từ

ECR

Remote ECR Điều khiển từ trạm điều khiển i

Ship-T trong buồng ECR thông qua màn hình điều khiển TMC_VIEW

Từ xa từ CCR

Remote CCR Điều khiển máy từ buồng điều khiển làm hàng thông qua màn hình điều khiển trên cấp giám sát

5.4.2.2 Cách thức điều khiển

• Bộđiều khiển i Ship-Tđo mức két và điều khiển :

o Nhận các lệnh Đóng/Mở các van và START/STOP các máy bơm do Trạm thao tác trên buồng điều khiển làm hàng C_OS gửi xuống hoặc do trạm điều khiển TMC tại ECR tạo ra, phân tích các điều kiện thực hiện và tạo ra các tín hiệu điều khiển để điều khiển các van và các máy bơm tương ứng.

o Thực hiện chức năng tựđộng bảo vệ .

• Điều khiển từ cấp giám sát (trên buồng điều khiển làm hàng CCR) o Trên màn hình điều khiển trên cấp giám sát có đèn báo vị trí điều

khiển (chếđộ điều khiển) Local/ ECR/CCR

o Khi là vị trí CCR thì mới cho phép điều khiển từ màn hình giám sát

o Các lệnh Đóng/Mở các van và START/STOP các máy bơm có Confirm được gửi xuống i Ship-Tđể thực hiện.

5.4.3 Đấu nối tín hiệu giữa i Ship-T với hiện trường.

Sau đây là sơ đồ đấu nối tín hiệu I/O giữa i Ship-T với hai nhóm là hệ Ballast và hệ Cargo/Fuel .

Một số ký hiệu viết tắt:

Ký hiệu Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

E STOP Emergency Stop Dừng khẩn cấp

PT Pressure Transmitter Bộđo áp sất 4-20mA

TT Temperature Transmitter Bộđo nhiệt độ 4-20mA

TS Temperature Sensor Bộđo nhiệt độ PT100

PS Pressure Switch Bộ phát hiện quá áp suất

DPS Differentiate Pressure Switch Bộ phát hiện chênh áp suất

TS Temperature Switch Bộ phát hiện quá nhiệt

LS Limit Switch Công tắc hành trình

5.4.4 Các thông sốđo lường/cảnh báo.

Hệ Ballast đơn giản hơn hệ Cargo và các tính năng đều có trong hệ Cargo. Vì vậy trong phần này chỉđề cập tới hệ Cargo

Bảng liệt kê các thông số hiển thị cho mỗi bể Cargo tại màn hình trạm thao tác và trạm điều khiển Số TT Thông số Thiết bị phát hiện/ dải đo Chú thích 1 Nhiệt độđáy bể số n RTD 2 Nhiệt độ giữa bể số n RTD 3 Nhiệt độđỉnh bể số n RTD 4 Áp suất từđầu đo mức bể n PT/ 0-10 Kg/cm2 5 Áp suất khí đỉnh bể n PT/ 0-10 Kg/cm2 6 Báo vơi bể n FLS Cột hàng thấp 7 Báo đầy bể n FLS Cột hàng cao

8 Báo mở van vào bể n LS Van vẽ mở 9 Báo đóng van vào bể n LS Van vẽ đóng

10 Báo mở van ra bể n LS Van vẽ mở

11 Báo đóng van ra bể n LS Van vẽ đóng 12 Báo bơm hoạt động 13 Áp suất lối vào bơm PT/ 0-10 Kg/cm2 14 Áp suất lối ra bơm PT/ 0-10 Kg/cm2

Bảng liệt kê các tình huống tựđộng báo động từ mỗi bể Cargo của hệ TMC Số TT Tình huống cảnh báo Thiết bị phát hiện/ dải đo Ngưỡng cảnh báo Chú thích

1 Nhiệt độđỉnh bể số n quá cao RTD 2 Áp suất từđầu đo mức bể n quá cao PT/ 0-10 Kg/cm2 3 Áp suất khí đỉnh bể n quá cao PT/ 0-10 Kg/cm2 4 Áp suất lối ra bơm cao PT/ 0-10 Kg/cm2 5 Mức bể n thấp FLS 6 Mức bể n cao FLS 7 Van không mở Điều khiển mà không báo 8 Lỗi hệ thống van

Lỗi hệ thống van: khi có lệnh khởi động máy bơm mà tất cả các van lối vào (hoặc lối ra) của bơm đều đóng, hoặc van vào và van ra của cùng một bể chứa cùng mở

Ngưỡng cảnh báo: phụ thuộc thực tế.

5.4.5 Giới thiệu các giao diện phần mềm

- Mỗi một đối tượng hiển thị trên giao diện giám sát được kết nối với một đối tượng cấp hiện trường của hệ đo mức két và điều khiển TMC để hiển thị các thông số của đối tượng đó.

- Các thông số hiển thịđược giám sát trực quan theo ba dạng: + Biểu đồ thanh bargraph

+ Biểu đồ theo thời gian + Lưới dữ liệu

- Mỗi đối tượng cấp hiện trường của hệ đo mức két và điều khiển TMC khi có cảnh báo sẽ được hiển thị trên giao diện giám sát cảnh báo thông qua các ô hiển thị màu trên giao diện.

- Cấp độ cảnh báo sẽ được biểu thị bằng cấp độ của màu sắc như: Xanh, Vàng, Đỏ

- Các cảnh báo này gồm các thông số như: đối tượng có cảnh báo, thời gian cảnh báo, mức độ cảnh báo

Giao diện điều khiển cân bằng hàng của hệđo mức két và điều khiển TMC

• Điều khiển cân bằng tàu và điều khiển cân bằng hàng:

- Người vận hành có thể ra lệnh điều khiển đóng, mở các van của bể chứa nhiên liệu, chất lỏng từ trạm thao tác.

• Thống kê số liệu đã được lưu trữ:

- Module này có chức năng thống kê số liệu của hệ đo mức két và điều khiển TMC trong một khoảng thời gian do người giám sát cần thống kê.

• Cấu hình giao diện hiển thị:

- Module này có chức năng tạo kết nối các đối tượng trên giao diện giám sát với các đối tượng cấp hiện trường của hệ đo mức két và điều khiển TMC.

- Module này chỉ được sử dụng một lần khi tiến hành cài đặt hệ thống.

5.5 THỬ NGHIỆM HỆ TMC

Yêu cầu: Thiết bị thử phải đạt được các yêu cầu về chất lượng của đề tài đồng thời phải phù hợp với các yêu cầu theo Quy phạm TCVN 6277 :2003 « QUY PHẠM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ TỪ XA » trên tàu thuỷ.

5.5.1 Danh mục thiết bị trạm điều khiển hệ EPM i Ship-T Số Số

TT

Tên

thiết bị Ký hiệu

Số

lượng Thông số kỹ thuật chính Hãng SX

1 Máy tính

01 bộ -Panel Mount 15" 250nit TFT LCD Monitor With Resistive Type of Touch Screen AXIOMTEK AXIOMT EK Taiwan 2 Switch 5 port AXIOMTE K

02 Bộ 10/100Base-TX Ethernet Taiwan 3 Màn MK- 01 bộ - Độ phân giải: 320×240 Amulet

hình Touch Screen AOB32024 05T - Vùng quan sát: 122.0mm (rộng) × 92.0mm (cao) - Kiểu cảm ứng: FSTN Technolog ies 4 Bộ lưu điện SANTAK RS 1000 01 Bộ +Input 250V/50Hz +Output 250V/50Hz +Backup 1000W 5 Bộ điều khiển i Ship-T TMC_Box 01 Bộ +cổng RS232/RS485 nối với máy tính + 06 cổng analog 4-20mA + Bus dữ liệu kết nối với các I/O Module VIELINA 6 Khối Digital I/O i Ship-T I/O Module 01 Bộ + 48 đầu vào số 0-24VDC +16 đầu ra điều khiển số relay NC+NO VIELINA 7 Khối Analog Input i Ship-T Multiplexer 16

01 Bộ 16 đầu vào analog 4-20mA VIELINA

8 Khối Analog Input i Ship-T Multiplexer RTD

01 Bộ 8 đầu vào PT100 VIELINA

5.5.2 Thử nghiệm offline 5.5.2.1 Các chức năng cần thử 5.5.2.1 Các chức năng cần thử § Thiết lập tham số hệ thống § Đo lường/ Cảnh báo § Điều khiển o Chuyển vị trí điều khiển o Lệnh mở/đóng van o Lệnh START/STOP máy bơm § Bảo vệ o Tựđộng dừng bơm. Khoá liên động

o Tựđộng khởi động bơm dự phòng § Kết nối truyền thông với cấp giám sát

5.5.2.2 Phương pháp thử

Tạo các tín hiệu giả đưa vào đầu vào i Ship-T bằng các phương pháp với mã số sau:

1) Các đầu đo áp suất (PT), nhiệt độ (TT) được thay bằng máy phát dòng chuẩn 4-20mA (Calibrator).Thay đổi dòng để giả sự thay đổi của thông sốđo

2) Đầu đo nhiệt độ RTD nhúng vào nước đun nóng

3) Hệ Cargo/fuel với 2 thùng chứa được thay bằng 01 bộ PLC mô phỏng

Các tín hiệu báo mức, báo vị trí các van và chọn vi trí điều khiển cũng như tín hiệu 4-20mA báo mức của mỗi bể. PLC có màn hình touch screen hiển thị trạng thái Hệ Cargo/fuel là kết quả của mỗi lệnh điều khiển hay của chức năng bảo vệ. PLC có chế độ tự động kích hoạt các tín hiệu báo vị trí đóng mở các van vào/ra của từng bể khi có lệnh tác động van, và tự động tạo tín hiệu mô phỏng sự thay đổi mức trong từng thùng khi máy bơm hoạt động và van vào (hoặc van ra) của thùng được mở. Trong chế độ mô phỏng bằng tay, ta có thể tạo ra các tình huống cảnh báo/bảo vệ để thử phản ứng của hệ thống.

4) Thay đổi ngưỡng cảnh báo để tạo ra cảnh báo mà không cần thay đổi giá trị thông số.

5) Thực hiện như thực tế

5.5.2.3 Chuẩn bị

1. Thiết bị thử: trạm điều khiển i Ship-T có máy tính PC chạy phần mềm TMC-VIEW, được cài đặt OPC Server và các thiết bị trong danh mục 2.3. Hai trạm thao tác B_OS và ME_OS cùng hai Server CSDL. Tất cả được đấu nối qua mạng LAN có dự phòng

2. Tài liệu:

§ Thuyết minh hệđo mức két và điều khiển TMC § Sơđồđấu nối trạm điều khiển i Ship-T

3.Thiết bị phục vụ thử:

§ 02 máy phát tín hiệu chuẩn 4-20mA (Calibrator) mô phỏng các đầu đo áp suất, và phát RTD chuẩn mô phỏng các đầu đo nhiệt độ PT100

§ 02 đầu đo PT100

§ 01 bộ PLC CP1H 24DI+16DO+2AO mô phỏng các tín hiệu báo từ hiện trường với màn hình touch screen hiển thị trạng thái máy; mô phỏng các tín hiệu nhiệt độ, Áp suất dạng 4-20mA và các tín hiệu On/Off báo mức cũng như tín hiệu báo đóng mở các van hay On/Off các bơm.

4.Đấu nối mô hình thử nghiệm: I/O của PLC được đấu nối vào các I/O của trạm i Ship-T như trên hình 5.5.

5.5.2.4 Thực hiện và kết quả

6 CHƯƠNG 6. KẾT QUẢĐẠT ĐƯỢC 6.1 SẢN PHẨM KH&CN ĐÃ TẠO RA

a) Sản phẩm Dạng I: