5) Các nội dung của Báo cáo
2.3 THỬ NGHIỆM CÁC CHỨC NĂNG HỆ GIÁM SÁT
STT Tên thiết
bị Thông số kỹ thuật lượng Số Ghi chú
1 Máy chủ IBM CPU xeon 3.0 Ghz HDD 320 GB DDR2 1 GB Mainboard IBM X3200 2 Nic intel Server
2 Bộ Database Server và Database Server dự phòng 2 Máy tính CPU E8400 3.0 Ghz HDD 250 GB DDR2 1GB Mainboard HP DC7900 Monitor LCD 19” 2 Nic intel 2 Trạm thao tác buồng chỉ huy B_OS và Trạm thao tác buồng điều khiển máy ME_OS 3 Bộ lưu điện Santak Input 250V/50Hz Output 250V/50Hz Backup 1400VA/840W
2 đặt tại B_OS và ME_OS
4 Switch 24
port Dlink 10/100/1000 Base 2 đặt tại B_OS và ME_OS 5 Switch 4
port
10/100 Base tiêu chuẩn công
nghiệp 2 + 2 đặt tại B_OS và ME_OS 6 Máy tính công nghiệp - Màn hình LCD 15inch tích hợp Touch Screen - 2 Nic intel 3
Có OPC Server của mỗi hệ MEC, EPM, TMC
2.3.2 Các chức năng cần thử.
§ Giám sát (dữ liệu đo, cảnh báo) các hệ hiện trường § Điều khiển các hệ hiện trường
§ Cấu hình hệ thống
§ Dò lỗi và chẩn đoán
§ Mạng LAN có dự phòng cho toàn bộ hệ thống
Trong các chức năng trên, hai chức năng đầu đã được thử nghiệm cùng với các hệ hiện trường MEC, TMC và EPM.
2.3.3 Chuẩn bị
- Thiết bị phục vụ thử:
• 02 Máy tính cài đặt các phần mềm gồm:
Phần mềm giám sát hệ điều khiển máy chính MEC, phần mềm giám sát hệ quản lý nguồn điện tàu thủy EPM, phần mềm giám sát hệ đo mức két và điều khiển TMC, phần mềm cấu hình hệ thống, phần mềm dò lỗi SysMonitor, phần mềm SubMonitor • 02 Máy tính (cấu hình máy chủ) cài đặt các phần mềm gồm:
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server 2005, cơ sở dữ liệu của hệ IAS có thiết lập cơ chế sao lưu dự phòng, phần mềm ghi dữ liệu thời gian thực, phần mềm dò lỗi SubMonitor
• Các hệ MEC, EPM, TMC
• Phần mềm cấp giám sát nối với các hệ MEC, EPM, TMC thông qua OPC Server của mỗi hệ
• Các máy tính phục vụ cấp giám sát được nối với các hệ MEC, EPM, TMC sử dụng mạng LAN có dự phòng. Mỗi máy tính bao gồm 2 card mạng đấu nối theo cơ chế có dự phòng.
- Tài liệu:
+ Hướng dẫn sử dụng các phần mềm
+ Sơđồ hệ thống IAS (Mục 3 trong Thuyết minh cấp Giám sát) + Sơ đồ đấu nối mạng LAN (có dự phòng) của hệ thống IAS (Mục 4 trong Thuyết minh cấp Giám sát)
2.3.4 Tiến hành thử
2.3.4.1 Chức năng của phần mềm cấu hình hệ thống
• Kết nối với các OPC Server của hệ MEC, EPM, TMC, sử dụng mạng LAN có dự phòng
• Kết nối với cơ sở dữ liệu của hệ thống • Chức năng thiết lập cấu hình
Kiểm tra chức năng của phần mềm cấu hình hệ thống
• Phần mềm nhận được dữ liệu cấu hình cho các hệ MEC, EPM, TMC thông qua các OPC Server
• Phần mềm kết nối được với cơ sở dữ liệu của hệ thống và lấy được dữ liệu cấu hình cho các hệ MEC, EPM, TMC từ CSDL
• Phần mềm có chức năng cấu hình cho OPC Server, OPC Group, OPC Item. Chức năng này đáp ứng khả năng mở rộng của hệ thống qua việc cho phép thêm, sửa, xóa khai báo các OPC Server, OPC Group, OPC Item được sử dụng trong hệ thống IAS.
2.3.4.2 Chức năng của phần mềm ghi dữ liệu thời gian thực
• Kết nối với hệ MEC, EPM, TMC thông qua OPC Server, sử dụng mạng LAN có dự phòng
• Chức năng ghi dữ liệu: Chức năng ghi dữ liệu bao gồm 2 chương trình ghi dữ liệu, 1 chương trình chính và một chương trình phụ, chương trình phụ luôn ở trạng thái dự phòng. Mỗi chương trình được cài đặt trên một máy chủ khác nhau, 2 chương trình có cơ chế truyền thông tin cho nhau để đảm bảo mỗi khi chương trình chính không có khả năng ghi dữ liệu thì chương trình phụ sẽ tiếp tục ghi dữ liệu hoặc ngược lại
• Sử dụng cơ sở dữ liệu có dự phòng
Kiểm tra chức năng của phần mềm ghi dữ liệu thời gian thực
• Phần mềm nhận được dữ liệu và các cảnh báo được gửi về từ hệ MEC, EPM, TMC.
• Dữ liệu và các cảnh báo đã được ghi vào cơ sở dữ liệu của hệ thống , khi đóng chương trình chính (chương trình chính không hoạt động) thì chương trình phụ tiếp tục ghi dữ liệu vào cơ sở dữ liệu của hệ thống • Tắt một trong 2 máy chủ thì máy chủ còn lại vẫn hoạt động bình
thường, dữ liệu vẫn được tiếp tục được đọc, ghi vào cơ sở dữ.
2.3.4.3 Chức năng của phần mềm dò lỗi và chẩn đoán
• Truyền tin giữa phần mềm SubMonitor và SysMonitor • Kết nối với cơ sở dữ liệu của hệ thống
• Kết nối với các OPC Server của hệ MEC, EPM, TMC. • Dò và thông báo lỗi trạng thái cục bộ
• Thiết lập thư viện chẩn đoán
• Dò và hiển thị trạng thái toàn hệ thống • Báo cáo thống kê trạng thái của hệ thống
Kiểm tra chức năng của phần mềm dò lỗi và chẩn đoán
• Thông qua dữ liệu hiển thị trên SysMonitor thì thấy dữ liệu được dò bởi SubMonitor (dò lỗi cục bộ) có được gửi về cho SysMonitor.
• Dữ liệu dò lỗi đã được ghi được vào cơ sở dữ liệu của hệ thống • Phần mềm đã kết nối với các OPC Server của hệ MEC, EPM, TMC
• Kiểm tra chức năng dò lỗi liên quan đến card mạng, đường truyền mạng bằng cách rút bỏ một dây mạng; khi đó phần mềm báo 1 đường truyền mạng lỗi kết nối và đường truyền dự phòng có lỗi kết nối. Khi cắm cả hai dây mạng tương ứng vào 2 card mạng thì chức năng dò lỗi báo kết nối tốt cho cả 2 card mạng và đường truyền mạng
• Kiểm tra được trạng thái kết nối với các OPC Server của hệ MEC, EPM, TMC
• Phần mềm SysMonitor có chức năng thiết lập thư viện chẩn đoán. • Phần mềm SysMonitor có chức năng dò và hiển thị trạng thái toàn hệ
thống. Dữ liệu được gửi về từ các SubMonitor được tổng hợp và hiển thị trên SysMonitor.
• Có chức năng báo cáo thống kê trạng thái của hệ thống từ dữ liệu về trạng thái của hệ thống trong cơ sở dữ liệu
2.3.4.4 Mạng LAN có dự phòng cho toàn bộ hệ thống
• Kết nối 2 máy tính của 2 trạm thao tác, 2 máy tính chứa cơ sở dữ liệu, 3 máy tính cài đặt OPC Server phục vụ cho các hệ MEC, EPM, TMC theo 2 đường mạng riêng rẽ
• Tại mỗi máy tính 2 card mạng được nối riêng rẽ vào mỗi đường mạng khác nhau và được thiết lập cầu nối giữa hai card mạng
Kiểm tra tính dự phòng của mạng LAN cho toàn bộ hệ thống
Tính dự phòng của mạng LAN ảnh hưởng bởi các yếu tố gồm: card mạng, dây mạng, switch đấu nối mạng, vì vậy để kiểm tra tính dự phòng mạng cho hệ thống IAS cần kiểm tra các yếu tố ảnh hưởng tới tính dự phòng của mạng
• Sự cố card mạng: giả lập một trong 2 card mạng bị hỏng bằng cách Disable (Vô hiệu hóa) một card mạng, khi đó các phần mềm của cấp
giám sát vẫn hoạt động bình thường, vẫn đảm bảo chức năng giám sát của hệ thống IAS (thời gian trễ tối đa 15 giây kể từ khi thao tác Disable một card mạng đến lúc nhận được dữ liệu)
• Sự cố đứt dây mạng: giả lập bằng cách rút bỏ một trong hai đường mạng, khi đó các phần mềm của cấp giám sát vẫn hoạt động bình thường, vẫn đảm bảo chức năng giám sát của hệ thống IAS (thời gian trễ tối đa 15 giây kể từ khi rút dây mạng đến lúc nhận được dữ liệu) • Sự cố lỗi Switch: giả lập bằng cách tắt nguồn của một trong hai Switch
mà một trong hai dây mạng kết nối đến, khi đó các phần mềm của cấp giám sát vẫn hoạt động bình thường, vẫn đảm bảo chức năng giám sát của hệ thống IAS (thời gian trễ tối đa 15 giây kể từ khi tắt nguồn một trong hai switch đến lúc nhận được dữ liệu)
2.3.5 Kết quả thử:
Xin xem tài liệu “Kết quả thử nghiệm OFFLINE” và “Kết quả thử nghiệm ONLINE”
3 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY CHÍNH MEC 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ MEC
Trong hệ thống điều khiển trên tàu thuỷ, hệ điều khiển máy chính MEC (Main Engine Control System) đóng vai trò trung tâm, và có mặt trên mọi con tàu. Với những tàu nhỏ, hệ MEC chỉ là một hệ điều khiển bằng tay trực tiếp tại buồng máy với một vài thông số quan trọng nhất được chỉ thị bằng các máy đo như tốc độ máy, áp lực dầu v.v. . Đối với tàu lớn, nhất là tàu thủy hiện đại, máy chính cùng với các hệ thống phụ trợ như hệ thống dầu bôi trơn LO, hệ thống dầu nhiên liệu FO, hệ thống khí nén/khí xả, hệ thống nước làm mát, nước la canh ... tạo thành một cụm thiết bị phức tạp với hàng trăm thông số cần giám sát, cảnh báo khi quá giới hạn cho phép và kịp thời bảo vệ (giảm tốc độ hoặc dừng khẩn cấp); và phải lưu trữ thông tin thu thập được để phục vụ cho việc kiểm tra, phân tích, thống kê về tình trạng hoạt động của tàu. Việc giám sát, cảnh báo phải được thực hiện tại chỗ ngay tại buồng máy (ER) hoặc từ xa từ buồng điều khiển máy (ECR) hoặc từ Buồng lái (BR) như sơ đồ sau:
Hình 3. 1: Sơđồ khối hệ MEC
Trạm thao tác trên Buồng lái B_OS trong những con tàu hiện đại là hệ thống máy tính liên kết với cơ sở dữ liệu và với trạm điều khiển MEC tại
buồng ECR thông qua mạng truyền thông có dự phòng (ví dụ mạng Ethernet, mạng CAN...). Các phần mềm tạo ra các chức năng của trạm thao tác B_OS gồm:
• Nhận số liệu về giá trị các đại lượng đo, trạng thái các thiết bị, tình trạng hệ thống (các cảnh báo)... từ trạm điều khiển MEC và lưu trữ vào Cơ sở dữ liệu của tàu.
• Thể hiện những thông tin chính của máy trên màn hình gồm:
o Tốc độ máy, áp suất bình khí khởi động, Bộđếm số vòng quay (hoặc số giờ làm việc) của máy chính
o Trạng thái hiện thời của máy: STOP/ Tiến/ Lùi/ Dừng khẩn cấp o Danh sách các cảnh báo và tình trạng xử lý.
o Vị trí đang điều khiển máy: Local tại phòng máy hay Remote từ buồng điều khiển máy (ECR) hoặc từ Buồng lái (BR)
• Khi vị trí điều khiển máy từ BR, trên trạm tháo tác B_OS có màn hình cho phép đưa ra các lệnh START, TIẾN, LÙI, STOP và gửi xuống trạm điều khiển MEC đểđiều khiển máy.
Trạm điều khiển MEC tại buồng ECR là hệ thống đo lường/điều khiển với các chức năng sau:
• Chức năng đo lường: trạng thái của máy chính được thể hiện bởi các thông số kỹ thuật như nhiệt độ, áp suất (nước, dầu, khí...), tốc độ vòng quay, vị trí của các đối tượng cần giám sát,... Các thông số kỹ thuật này được sử dụng cho mục đích khác (cảnh báo, bảo vệ, điều khiển, truyền xa) .
• Chức năng điều khiển: các lệnh START, TIẾN, LÙI, STOP do Trạm thao tác trên Buồng lái B_OS gửi xuống hoặc do cần điều khiển (Telegraph Unit) tại ECR tạo ra được trạm điều khiển MEC phân tích và tạo ra các tín
hiệu điều khiển tương ứng để điều khiển các van trên máy chính, kết quả là máy chính sẽ vận hành theo các lệnh tương ứng.
• Chức năng theo dõi: Trạng thái của máy chính được thể hiện bởi các thông số kỹ thuật. Vì vậy, các thông số kỹ thuật của máy chính và thiết bị liên quan phải liên tục được theo dõi, so sánh với giá trị (ngưỡng) đặt trước và khi có ít nhất một thông số nằm ngoài dải an toàn, người vận hành và hệ thống phải được thông báo về tình trạng bất thường bằng cách tạo ra thông báo tương ứng gửi cho Trạm thao tác trên Buồng lái B_OS, hiển thị ngay tại ECR và có tín hiệu âm thanh (chuông, còi) kết hợp ánh sáng (đèn) tại một số vị trí có người vận hành trong ECR và trong buồng máy. Tín hiệu cảnh báo cũng phải được tạo trễ nhằm tránh cảnh báo sai khi có nhiễu tác động lên hệ thống và phải khóa liên động với các tín hiệu khác liên quan (ví dụ khi máy chính dừng thì không cần theo dõi các thông số liên quan tới hoạt động; khi biển động thì các ngưỡng cảnh báo cần thay đổi,...). • Chức năng bảo vệ : Khi trạng thái máy chính và thiết bị liên quan không
bình thường, việc cảnh báo với người vận hành có thể chưa đủ. Nếu tình trạng bất thường ở mức độ khẩn cấp nào đó và/hoặc người vận hành không có phản ứng phù hợp nhằm cải thiện tình hình, hệ thống phải tự đưa ra các tác động nhằm tránh hậu quả xấu cho người vận hành, máy chính cùng thiết bị liên quan. Tác động có thể phân loại làm hai cấp độ
o Giảm tốc (SLOW DOWN): khi thông số kỹ thuật vượt quá ngưỡng giảm tốc, hệ thống phải tự động đưa ra tín hiệu giảm tốc độ tác động Van Giảm tốc cho máy chính, cũng như báo động thích hợp tới người vận hành cùng thiết bị liên quan.
o Dừng máy (SHUT DOWN): khi thông số kỹ thuật vượt quá ngưỡng dừng máy và có khả năng gây nguy hiểm trực tiếp cho người vận hành, máy chính hay thiết bị liên quan, hệ thống phải tự động đưa ra tín hiệu dừng khẩn cấp cho máy chính làm ngắt đường cấp nhiên liệu và từ đó
làm máy dừng, đồng thời báo động thích hợp tới người vận hành cùng thiết bị liên quan.
Trong trường hợp cần thiết mà Trạm điều khiển MEC chưa thực hiện chức năng bảo vệ thì người vận hành hay người chỉ huy ra lệnh dừng khẩn cấp do có sự cố bằng các phím “Dừng khẩn cấp” tại Buồng lái, tại buồng điều khiển ECR hoặc tại buồng máy. Khi đó đường cấp nhiên liệu bị ngắt và từ đó làm máy dừng. Tình trạng này phải được lập tức thông báo cho các cấp của hệ MEC.
Máy chính và các hệ thống phụ trợ.
Ở đây ta đề cấp đến máy chính là loại động cơ Diesel với các cơ cấu van khí nén và các công tắc hành trình báo vị trí của các bộ phận như trục cam, hộp số, cho phép thực hiện các thao tác điều khiển START, TIẾN, LÙI, STOP hoặc các lệnh bảo vệ GIẢM TỐC hay DỪNG MÁY. Một đầu dò tốc độ phát ra chuỗi xung tương ứng với tốc độ quay của máy chính cho phép đo được tốc độ quay của máy và từ đó đếm (cộng dồn) được số vòng quay của máy chính.
Đi cùng máy chính luôn cần các hệ thống phụ trợ như hệ thống dầu bôi trơn LO, hệ thống dầu nhiên liệu FO, hệ thống khí nén/khí xả, hệ thống nước làm mát, nước la canh ... với một loạt các thông số cần giám sát như áp suất, nhiệt độ, mức các thùng chứa v.v. làm cơ sở cho việc cảnh báo, bảo vệ tự động. Mỗi loại máy Diesel cụ thể đi cùng với các hệ thống phụ trợ với những yêu cầu về các thông số trong các giải giá trị cụ thể. Như vậy để có thể tương thích với nhiều loại máy khác nhau, việc kết nối các I/O của Trạm điều khiển MEC với máy chính và các hệ thống phụ trợ cần linh hoạt (cấu hình được) và các ngưỡng cảnh báo đối với các thông số cần giám sát cũng có thể thay đổi được ngay tại Trạm điều khiển MEC.
Nhiệm vụ của Đề tài KC.03.03/06-10 đối với phân hệ MEC là chế tạo
Trạm điều khiển MEC với tên gọi i Ship-M và xây dựng các phần mềm chạy trên Trạm thao tác ở cấp giám sát. Mô hình thử nghiệm sẽ được xây dựng với một dạng máy thông dụng như Man B&W, Hanshin hay Sulzer Denis.
3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG TRẠM ĐIỀU KHIỂN i Ship-M 3.2.1 Tính năng kỹ thuật của Trạm điều khiển i Ship-M 3.2.1 Tính năng kỹ thuật của Trạm điều khiển i Ship-M
Với mục đích tạo ra mô hình thử nghiệm hệ điều khiển MEC trong khuôn khổ của một đề tài nghiên cứu, Trạm điều khiển i Ship-M được thiết kế có các đặc tính kỹ thuật sau:
1) Có thể dùng cho nhiều loại tàu.
2) Tích hợp sẵn 250 đầu I/O, mở rộng được tới 1000 đầu I/O cho những máy lớn;
3) Điều khiển trọn vẹn tổ máy chính (đo lường, theo dõi, cảnh báo, giám