TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP TÀU THUỶ VIỆT NAM DỰ ÁN KH&CN: Phát triển KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô 100.000 DWT BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP NHÀ NƯỚC Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ THỬ CÁC THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG, CẢNH BÁO, ĐIỀU KHIỂN CHỦ YẾU TRÊN TÀU CHỞ DẦU 100.000 T” Mã số: 07ĐT-DAKHCN Cơ quan chủ quản: TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP TÀU THỦY VIỆT NAM Cơ quan chủ trì: CÔNG TY CỔ PHẦN KỸ THUẬT ĐIỆN VINASHIN Chủ nhiệm đề tài: Lê Minh Đức 7970 09/6/2010 Hà nội 2008 THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1-Tên Đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế, chế thử các thiết bị và hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000T” • Mã số: 07ĐT-DAKHCN 2- Thuộc Chương trình (nếu có): Dự án KH&CN “Phát triển KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô 100.000 DWT” 3- Chủ nhiệm Đề tài: Lê Minh Đức - Tổ chức chủ trì Đề tài: CÔNG TY CỔ PHẦN KỸ THUẤT ĐIỆN VINASHIN 5- Thời gian thực hiện Đề tài: 20 tháng (từ tháng 03/2006 đến tháng 11/2007), được gia hạn đến hết tháng 06/2008 6- Cơ quan phối hợp chính: Tên cơ quan Địa chỉ Điện thoại 1 Tập đoàn Công nghiệp tàu thủy Việt Nam 109 Quán Thánh – Ba Đình – Hà Nội 2 Nhà máy đóng tàu Dung Quất Dung Quất – Quảng Ngãi 3 Nhà máy đóng tàu Bạch Đằng Số 3 –Phan Đình Phùng, phường Hạ Lý, Hồng Bàng, Hải Phòng 4 Trường ĐH Hàng hải Việt Nam Số 484 Lạch Tray, Hải Phòng 5 Công ty CP Phần mềm Công nghiệp tàu thủy Số 20 TT Thủy sản, Thanh Xuân, Hà Nội 6 Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa Số 156 Quán Thánh – Ba Đình – Hà Nội 7 Công ty Cơ khí – Điện – Điện tử tàu thủy Tổ 6, Láng Thượng, Đống Đa, Hà Nội 7- Danh sách những người thực hiện chính: Họ và tên Cơ quan công tác Chữ ký 1 Chủ nhiệm đề tài Lê Minh Đức Công ty Cổ phần Kỹ thuật điện Vinashin 2 Bùi Quang Việt KS Công ty Cổ phần Kỹ thuật điện Vinashin 3 Nguyễn Duy Vượng KS Công ty Cổ phần Kỹ thuật điện Vinashin 4 Vũ Văn Tráng KS Công ty Cổ phần Kỹ thuật điện Vinashin 5 Bạch Xuân Long KS Công ty Cổ phần Kỹ thuật điện Vinashin 6 Nguyễn Tiến Ban TS Viện KHCN Hàng hải Trường ĐH Hàng hải Việt Nam 7 Vũ Tiến Mạnh ThS Viện KHCN Hàng hải Trường ĐH Hàng hải Việt Nam 8 Trương Hoàng Cao KS Công ty đóng tàu Bạch Đằng 9 Nguyễn Sĩ Hiệp Ths Công ty Cơ khí – Điện – Điện tử tàu thủy 10 Lê Thanh Bình KS Viện NC Điện tử, Tin học, Tự động hóa BÀI TÓM TẮT Đề tài NCKH “Nghiên cứu, thiết kế, chế thử các thiết bị và hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000T” thuộc Dự án KH&CN “Phát triển KH&CN phục vụ đóng tàu chở dầu thô 100.000 DWT”. Đề tài nhằm mục đích thiết kế và chế thử một số hệ thống tự động và điều khiển hiện đại tiến tới chủ động chế tạo, thay thế nhập khẩu cho các tàu 100.000 T và các tàu khác, góp phần tăng hàm lượng nội địa hóa, giảm giá thành đóng mới tàu thủy tại Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu của đề tài này là trên cơ sở phân tính, đánh giá tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước, làm rõ các hệ thống điển hình đang được sử dụng rộng rãi, công nghệ chế tạo chúng (của các hãng trên thế giớ i), các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu, khả năng công nghệ chế tạo ở Việt nam, đề tài nghiên cứu này ứng dụng các kỹ thuật, công nghệ hiện đại nhất trong điều khiển, tự động hóa, công nghệ thông tin và vi điện tử (kỹ thuật vi xử lý – vi điều khiển, công nghệ nhúng, hệ thống thông minh, máy tính và truyền thông công nghiệp,.v.v ) để thiết kế và chế thử 03 hệ thố ng đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên tàu chở dầu 100.000T và cũng là các hệ thống phổ biến được sử dụng trên nhiều loại tàu: - Hệ thống báo động và giám sát đa năng (All-in-One Alarm and Monitoring System - SAM); - Hệ thống quản lý trạm phát điện tàu thủy (Power Management System - PMS); - Hệ thống báo cháy tự động (Fire Automatic Alarm System - FAS) Các kỹ thuật cơ bản được sử dụng trong nghiên cứu này là: kỹ thuật vi xử lý, vi điều khiển, kỹ thuật mô phỏng các quá trình, kỹ thuật tích hợp hệ thống, kỹ thuật xây dựng các module chuẩn. Đề tài đã nghiên cứu, thiết kế và chế thử thành công 03 hệ nói trên, thỏa mãn yêu cầu của Đăng kiểm Việt Nam. Các hệ này có thể giám sát bằng PC, sử d ụng chuẩn tín hiêu điện RS485 hoặc Ethernet để kết nối và truyền thông tin với các hệ khác hoặc với hộp đen (VDR), do đó có khả năng thích ứng với các hệ liên quan của các hãng nước ngoài. CHÚ GIẢI CÁC CHỮ QUY ƯỚC, KÝ HIỆU DẤU, ĐƠN VỊ VÀ THUẬT NGỮ Ký hiệu Tên gốc Nghĩa tiếng Việt Ghi chú σ Mean Square Value, (Standard Deviation) Trị số trung bình bình phương, độ lệch quân phương σ 2 Variance, Dispersion Phương sai a Mean Value Trị số trung bình cộng, Vọng số E(x) µP Microprocessor Vi xử lý A/D Analog – Digital Tương tự - số ABS American Bureau of Shipping [Tổ chức] Đăng kiểm Hoa Kỳ ACK Acknowledge Thao tác xác nhận AC Alternate current Dòng điện / nguồn xoay chiều AD Nguồn một chiều ADC Analog digital converter Bộ biến đổi tương tự - số ADC_lo w Giá trị ADC hiệu chỉnh ngưỡng dưới ADC_hi Giá trị ADC hiệu chỉnh ngưỡng trên AdF Adaptive functions Các chức năng thích nghi AF Auxiliary functions Các chức năng phụ ANSI American National Standards Institute Chuẩn quốc gia Hoa Kỳ AGC Bộ điều khiển quá trình phát công suất tự động ALU Analog Logic Unit Khối logic AIS Automation Integrated System Hệ thống tự động hóa tích hợp toàn tàu ASIC Application – Specific Integrated Circuit Mạch tích hợp ứng dụng đặc biệt AS - I Actuator Sensor Chuẩn mạng công nghiệp, Interface khởi xướng bởi hãng Siemens AVR Automatic voltage regulator Vi điều khiển AVR BC Bridge console Bàn điều khiển buồng lái C Controller Thiết bị điều khiển CAD Computer Aided Design Thiết kế với hỗ trợ của máy tính CAE Computer Aided Engineering Kỹ thuật với hỗ trợ của máy tính CAN Control Area Network Chuẩn mạng công nghiệp, khởi xướng bởi hãng Bosch CAL_low Giá trị thực chuẩn ngưỡng dưới CAL_hi Giá trị thự c chuẩn ngưỡng trên CCRC Cargo Control Room Console Bàn điều khiển làm hàng CMOS Complemantary Metal – Oxide Semiconductor Vi mạch kiểu bán dẫn – kim loại CMOS VLSI Very Large Scale Intergration CMOS Vi mạch tích hợp siêu lớn CMOS CNC Computer Numerical Controller Bộ điều khiển số dùng máy tính CNTT Công nghệ thông tin PSoC Programable System-on- Chip Tên dòng vi mạch cao cấp của hãng Cypress COGES Combination of Gas Electric and Stream Hệ thống phát điện với tua bin khí và tua bin hơi kết hợp CPP Controllable Pitch Propeller Plants Thiết bị chân vị t biến bước điều khiển được CPU Centeral Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm D/A Digital – Analog Số - tương tự DAQ Data AcQuisition Mạch thu nhận dữ liệu DCS Distributed Control Hệ thống điều khiển phân System tán DC Direct current Dòng điện / nguồn một chiều ĐKTĐ Automatic Control Điều khiển tự động DSP Digital Signal Processing Khối xử lý tín hiệu số DPs Design parameters Các thông số thiết kế DP Dynamic position Hệ thống đinh vị động e Deviation Sai lệch điều khiển ECR Engine Control Room Buồng điều khiển máy chính ECRC Engine Control Room Console Bàn điều khiển buồng máy e 1 (iT) Tín hiệu vào của máy tính số e 2 (iT) Tín hiệu ra của máy tính số ER Buồng máy chính ENC Vi mạch EMC Electromagnetic Compatible Nguồn nhiễu tương thích trực tiếp do bản thân các hệ thống, trang thiết bị gây ra ảnh hưởng các hệ thống khác hoặc gây nhiễu chính nó EMI Electromagnetic Interference Nhiễu giao thoa, các loại nhiễu xuất phát từ các nguồn gây nhiễu khác nhau giao thoa với nhau gây ảnh hưởng tới các hệ thống EMS Hệ thống quản lý năng lượng E (x) Mean Value V ọng số FAS Fire Automatic Alarm System Hệ thống báo cháy tự động FPGA Field-Programable Gate Arrays Mảng cổng khả trình trường FPP Fixed Propeller Plants Thiết bị chân vịt cố định FIFOs First-in, first-out Một dạng bộ đệm theo kiểu hàng đợi - một kỹ thuật lập trình f i (t) Tín hiệu nhiễu GAL General Array Logic Logic mảng chung HDL Hardware Description Languages HMI human - machine interface Giao diện người – máy HVAC Air conditioning Hệ thống làm mát và điều hòa không khí I/O Input/Output vào/ra IAS Integrated Automation System Hệ thống tự động hóa tích hợp IC Integrated Circuit Mạch tích hợp ICSP In Circuit Serial Programing Lập trình nối tiếp trong mạch IEEE Institute of Electronic, Electrical Engineering Viện kỹ thuật điện, điện tử IP Intellectual Properties Tài sản / sở hữu trí tuệ IPD Integrated Product Development Sản phẩm tích hợp IMAC L H ệ thống tự động hóa tích hợp IAS iT là các thời điểm rời rạc với thời gian cắt mẫu T. LLC Logical Link Control Lớp liên kết dữ liệu của mạng Ethernet M Measuring Device Thiết bị đo lường MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập của mạng Ethernet MCS Tên khác của họ vi điều khiển tương thích Intel 8051 MEC Main Engine Control System Hệ thống điều khiể n máy chính MCMs Multichip modules Các module đa chíp MCU Micro-Controller Unit Bộ vi điều khiển MHC Make hole conductive Kỹ thuật MHC NAND Non-And Và-không NMEA National Marine Electronic Association Hiệp hội điện hàng hải Hoa Kỳ NK Nippon Kaiji Kyokai [Tổ chức] Đăng kiểm Nhật Bản O Objective Đối tượng điều khiển OCS Open control system Hệ thống điều khiển mở OS Operation Stations Trạm hoạt động PAL Programmable Array Logic Logic mảng khả trình PC Personal computer Máy tính cá nhân PCS Process control segment Trạm điều khiển quá trình phân tán PIC Tên dòng vi điều khiển của hãng Microchip PMS Power Management System Hệ thố ng quản lý trạm phát điện tàu thủy PLA Programmable Logic Array Mảng logic khả trình PLC Programmable logic controller Bộ điều khiển logic khả trình PHY Lớp vật lý PLD Programmable Logic Device Thiết bị logic khả trình PSoC Programmable System on a Chip Hệ thống khả trình trên một con chip PTH Platting through hole Nguyên tắc mạ xuyên lỗ (hay đôi khi còn gọi là mạ lỗ) PTC Positive Temperature Coefficient Điện trở phụ thuộc nhiệt độ PXI PWM Pulse Width Modulation Bộ đi ều biên độ rộng xung RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên RCA Dự phòng và đánh giá mức độ hỏng hóc ROM Read-Only-Memory Bộ nhớ chỉ đọc RTU Bộ thiết bị đầu cuối từ xa SAMI Standard Architechture of Measurement Instrumentation Mô hình kiến trúc chuẩn của thiết bị đo SAM All-in-One Alarm and Monitoring System Hệ thống báo động và giám sát đa năng SCADA Supervisor Control And Data Acquisition Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCU Sub Control Unit SSP Cổng nối tiếp đồng bộ SPLD Simple programmable logic device Một dạng [đơn gi ản nhất của] vi mạch tích hợp số lập trình được TTL Transistor–transistor logic Một chuẩn mức điện áp logic của vi mạch số, cụ thể là 0/5 VDC Telegraph Hệ thống điện báo Transmitter Máy phát tín hiệu UART Universal Asynchronous Receiver/Transmitter Vi mạch thu phát không đồng bộ đa năng u Input Tín hiệu vào u(t) Tín hiệu điều khiển VAC Voltage AC` Điện áp xoay chiều VDC Voltage DC Điện áp một chiều VDR Voltage Dependent Resistor Điện trở phụ thuộc điện áp VAL Giá trị vật lý của thông số VCC Nguồn cấp cho linh kiện VHDL Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language Ngôn ngữ lập trình bậc cao VHDL VR [Tổ chức] Đăng kiểm Việt Nam [...]... NGHIÊN CỨU, THI T KẾ, CHẾ THỬ 42 Chương I: T U CHỞ DẦU THÔ 100. 000 T VÀ CÁC 42 THI T BỊ, HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, T ĐỘNG TRÊN T U I– T u chở dầu thô 100. 000 T và các yêu cầu đối với các 42 thi t bị, hệ thống điều khiển, t động hóa trên t u 1- Khái qu t chung về t u chở dầu thô 100. 00 0T đóng 42 mới ở Vi t Nam 2- Các yêu cầu đối chủ yếu với hệ thống điều khiển, t 43 động trên t u chở dầu thô 100. 00 0T Xây... nghiên cứu của đề t i này là các thi t bị và hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên t u chở dầu 100. 000 (cụ thể là 03 hệ thống: Hệ thống báo động và giám s t đa năng; Hệ thống quản lý trạm ph t điện t u thủy; Hệ thống báo cháy t động) Đề t i nhằm mục đích thi t kế và chế thử các thi t bị và hệ thống hiện đại đó, tiến t i chủ động chế t o, thay thế nhập khẩu cho các t u 100. 000 T và các. .. lường, 9 điều khiển trên t u thủy 1- Thế hệ các thi t bị, hệ thống dùng truyền động cơ khí, 9 thủy lực 2- Thế hệ các thi t bị, hệ thống đo lường và điều khiển t 9 động sử dụng mạch điện t t ơng t 3- Thế hệ các thi t bị, hệ thống đo và điều khiển ứng 10 dụng công nghệ số M t số đặc thù đối với t u chở dầu II1- 11 Đặc điểm, t nh ch t của môi trường làm việc của các 11 thi t bị, hệ thống đo lường và. .. ngành công nghiệp t u thủy Vi t Nam thông qua việc đóng mới t u chở dầu thô 100. 000 DWT, Nhà nước đã cho phép T p đo n Công nghiệp t u thủy Vi t Nam triển khai Dự án KH&CN “Ph t triển KH&CN phục vụ đóng t u chở dầu thô 100. 000 DWT” Đề t i NCKH Nghiên cứu, thi t kế, chế thử các thi t bị và hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên t u chở dầu 100. 00 0T được triển khai thực hiện trong khuôn khổ... kế chung cho cả 03 hệ thống 67 1- Thi t kế các thành phần chung cho các thi t bị trường 67 2- Thi t kế các khối cơ bản của thi t bị, hệ thống đo 67 lường, giám s t, cảnh báo, điều khiển 3- Lựa chọn chuẩn t n hiệu và thi t kế mạch truyền 68 thông công nghiệp II1- Các vấn đề dự phòng trong hệ thống 71 Thi t kế kỹ thu t từng hệ thống 4- 71 Thi t kế kỹ thu t hệ thống báo động và giám s t đa 71 năng (All-in-One... Monitoring System SAM) 2- Thi t kế kỹ thu t hệ thống quản lý trạm ph t điện t u 73 thủy (Power Management System - PMS) 3- Thi t kế kỹ thu t hệ thống báo cháy t động (Fire 76 3 Automatic Alarm System - FAS) Chương IV: CÁC NỘI DUNG CÔNG NGHỆ CHẾ T O CHỦ YẾU 79 I- Các giải pháp công nghệ chế t o 79 M t số yêu cầu chủ yếu đối với các thi t bị, hệ thống 79 1- do lường, cảnh báo và điều khiển trên t u thủy... của t u thủy đóng mới lên t i 60-70% Hiện nay trên t u thủy đóng mới (nh t là t u thủy đóng cho chủ t u nước ngoài) có sử dụng nhiều thi t bị, hệ thống điều khiển, t động hiện đại và gần như chúng ta phải nhập ngoại 100% Tuy các thi t bị, hệ thống đó chiếm t lệ không lớn trong giá thành con t u được đóng mới, nhưng có thể nói, chính các hệ thống đo lường, điều khiển, t động trên t u giữ vai trò then... – vi điều khiển, công nghệ nhúng, hệ thống thông minh, máy t nh và truyền thông công nghiệp,.v.v ) để thi t kế và chế thử 03 hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển nói trên Việc nghiên cứu, chế thử các thi t bị, hệ thống mới bao giờ cũng là công việc khó khăn, nh t là đối với t u chở dầu thô 100. 000 T lần đầu tiên được đóng mới t i Vi t Nam, nhưng nhóm thực hiện đề t i đã nỗ lực trong khoảng thời... thế hệ các thi t bị, hệ thống đo lường, điều khiển được sử dụng rộng rãi trên các t u thuỷ đóng vào các thập niên 60 và 70 của thế kỷ 20 Thế hệ thi t bị, hệ thống này tiên tiến hơn so với thế hệ dùng cơ cấu cơ khí, thủy lực và cũng đ t độ chính xác, tin cậy cao hơn, lại có kích thước nhỏ gọn, 9 tiêu hao năng lượng t hơn, Thêm vào đó, thao t c nhanh hơn, k t hợp khá đơn giản với các thi t bị, hệ thống. .. thay thế bằng thế hệ các thi t bị, hệ thống hiện đại hơn, thích hợp với môi trường làm việc và đảm bảo độ tin cậy, chính xác trong đo lường, điều khiển, đồng thời lại có thể giảm chi phí bảo dưỡng, vận hành, 2- Thế hệ các thi t bị, hệ thống đo lường và điều khiển t động sử dụng mạch điện t t ơng t : Các thi t bị, hệ thống này sử dụng các linh kiện bán dẫn (như transitor trường, transistor, t , trở…) . đóng t u chở dầu thô 100. 000 DWT”. Đề t i NCKH Nghiên cứu, thi t kế, chế thử các thi t bị và hệ thống đo lường, cảnh báo, điều khiển chủ yếu trên t u chở dầu 100. 00 0T đượ c triển khai thực. T n đề t i: “NGHIÊN CỨU, THI T KẾ, CHẾ THỬ CÁC THI T BỊ VÀ HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG, CẢNH BÁO, ĐIỀU KHIỂN CHỦ YẾU TRÊN T U CHỞ DẦU 100. 000 T Mã số: 07 T- DAKHCN Cơ quan chủ quản: T P ĐO N. ph t triển chủ yếu 39 PHẦN II: CÁC NỘI DUNG NGHIÊN CỨU, THI T KẾ, CHẾ THỬ 42 Chương I: T U CHỞ DẦU THÔ 100. 000 T VÀ CÁC THI T BỊ, HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN, T ĐỘNG TRÊN T U 42 I – T u