i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên SV: Nguyễn Doãn Đường Lớp: 50DLTT Chuyên ngành: Động lực tàu thủy Khoa: Kỹ thuật giao thông Tên đề tài: “Chế tạo mô hình hệ thống tự động hút khô nước lacanh phục vụ đào tạo”. Số trang: 75 Số chương: 04 Số tài liệu tham khảo: 5 Hiện vật: 01 mô hình, 2 bản thuyết minh, 2 đĩa CD. NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Kết luận:…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Nha Trang, ngày ……tháng……năm 2012 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) Điểm chung Bằng số Bằng chữ ii PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên SV: Nguyễn Doãn Đường Lớp: 50DLTT Chuyên ngành: Động lực tàu thủy Khoa: Kỹ thuật giao thông Tên đề tài: “Chế tạo mô hình hệ thống tự động hút khô nước lacanh phục vụ đào tạo”. Số trang: 75 Số chương: 04 Số tài liệu tham khảo: 5 Hiện vật: 01 mô hình, 2 bản thuyết minh, 2 đĩa CD. NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Kết luận:…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Nha Trang, ngày ……tháng……năm 2012 CÁN BỘ PHẢN BIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) Điểm chung Bằng số Bằng chữ iii LỜI CẢM ƠN Sau gần bốn tháng tìm hiểu và thực hiện đề tài: “chế tạo mô hình hệ thống tự động hút khô nước lacanh phục vụ đào tạo” nay đã hoàn thành. Có được kết quả đó không chỉ là sự cố gắng của bản thân mà còn được sự chỉ bảo, giúp đỡ của nhiều người. Qua đây cho em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy ThS. Đoàn Phước Thọ – Người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trong suất quá trình em làm đồ án. Em cũng xin chân thành cảm ơn tới các quý thầy trong trong khoa Kỹ Thuật Giao Thông – Trường ĐH Nha Trang đã tận tình truyền đạt kiến thức trong bốn năm học tập. Với vốn kiến thức trong quá trình học tập không chỉ là nền tảng trong quá trình làm đề tài mà còn là hành trang quý báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin. Em cũng thầm biết ơn sự ủng hộ của gia đình, bạn bè – những người thân yêu luôn là chỗ dựa vững chắc cho em. Cuối cùng em xin kính chúc quý thầy và gia đình dồi dào sức khỏe, thành công trong sự nghiệp cao quý. Nha Trang, Tháng 7 năm 2012 Sinh viên thực hiên Nguyễn Doãn Đường iv MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH vi CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÚT KHÔ NƯỚC LACANH 1 1.1 Chức năng, nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống tự động hút khô. [ 1] 1 1.2 Những kiểu bố trí đường ống của hệ thống hút khô. [1] 1 1.2.1 Hệ thống tập trung. 2 1.2.2 Hệ thống phân tán 2 1.2.3 Hệ thống độc lập 3 1.2.4 Hệ thống phân nhóm 3 1.3 Giới thiệu hệ thống hút khô lacanh ở buồng máy 4 1.3.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống 6 1.3.2 Chức năng, nhiệm vụ, cấu tạo của các phần tử trong hệ thống. 6 1.4 Các loại hình điều khiển hệ thống hút khô được áp dụng cho tàu thủy 16 1.4.1 Điều khiển bằng tay 16 1.4.2 Điều khiển bán tự động tự động 17 1.4.3 Điều khiển tự động. 17 CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN 25 2.1 Phân tích các phương án điều khiển tự động hút khô trên tàu thủy. 25 2.1.1 Điều khiển cổ điển 25 2.1.2 Điều khiển hiện đại 26 2.2 Lựa chọn phương án 30 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG HÚT KHÔ NƯỚC LACANH 31 v 3.1 Giới thiệu đối tượng làm mô hình 31 3.1.1 Giới thiệu về tàu hàng 56000DWT. 31 3.1.2 Hệ thống hút khô trên tàu hàng 56000DWT. ( hệ thống bilge). 34 3.2 Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống hút khô 36 3.2.1 Thiết kế chế tạo vỏ tàu mô hình 36 3.2.2 Thiết kế chế tạo đường ống, lựa chọn bơm, van điều khiển 37 3.2.3 Thiết kế lắp đặt hệ thống đường ống, bơm, van điều khiển. 38 3.3 Thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử 39 3.3.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển điện tử 39 3.3.2 Nguyên lý làm việc của các khối 39 3.4 Mô hình sau khi chế tạo. 64 3.5 Các phương án làm việc của mô hình 65 3.5.1 Phương án mô hình hoạt động được 65 3.5.2 Phương án mô hình không hoạt động được 67 3.6 Thử nghiệm và bàn luận 72 3.6.1 Thử nghiệm. 72 3.6.2 Bàn luận. 73 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 74 4.1 Kết luận 74 4.2 Đề xuất ý kiến 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống hút khô theo nguyên tắc tập trung. 2 Hình 1.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống hút khô theo nguyên tắc phân tán 3 Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống hút khô theo nguyên tắc phân nhóm 4 Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống hút khô buồng máy. 5 Hình 1.5. Bơm hút khô, bơm cứu hỏa 6 Hình 1.6. Cấu tạo bơm ly tâm 7 Hình 1.7. Cấu tạo bơm piston dẫn động bằng tay 7 Hình 1.8. Cấu tạo van dẫn động bằng khí nén 8 Hình 1.9 Cấu tạo van dẫn động bằng thủy lực 9 Hình 1.10. Cách bố trí miệng hút khô. 10 Hình 1.11 Các phần tử định hình đường ống 12 Hình 1.12. Bộ lọc nước lacanh 13 Hình 1.13. Sơ đồ hệ thống lọc nước lacanh 15 Hình 1.14. Ảnh ghe của ngư dân 16 Hình 1.15 Một số loại hình lắp đặt hệ thống bán tự động 17 Hình 1.16. Sơ đồ điều khiển kiểu cơ khí. 18 Hình 1.17. Điều khiển kiểu điện tử. 19 Hình 1.18 Một số loại công tắc phao 20 Hình 1.19 Một số hình thức lắp đặt công tắc phao và nguyên lý hoạt động 20 Hình 1.20 Cấu tạo của cảm biến phao từ 21 Hình 1.21 Một số kiểu cảm biến phao từ. 22 Hình 1.22 Phần tử điều khiển PLC và máy tính. 23 Hình 1.23 Một sô hệ thống điều khiển hệ thống tự động 23 Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển cổ điển 25 Hình 2.2. Sơ đồ điều khiển điện tử ở cấp đơn giản 26 vii Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống SCADA trên tàu thủ 28 Hình 2.4. Hệ thống phân cấp điều khiển tích hợp trên tàu thủy.[3] 29 Hình 3.1. Bố trí chung tàu hàng rời 56000DWT. 31 Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống ballast 34 Hình 3.3. Sơ đồ hệ thống hút khô toàn tàu 35 Hình 3.4 Mặt cắt giữa tàu. 36 Hình 3.5. Vỏ tàu mô hình sau khi chế tạo. 37 Hình 3.6 Van một chiều 37 Hình 3.7 Van điện 220 V 37 Hình 3.8 Lắp đặt hệ thống bơm, van, đường ống. 38 Hình 3.9 Sơ đồ khối của thiết bị điều khiển hệ thống tự động. 39 Hình 3.10 Bảng điều khiển sau khi chế tạo. 39 Hình 3.11 Khối cảm biến mức nước sau khi chế tạo 40 Hình 3.12 Khối điều khiển roler sau khi chế tạo 41 Hình 3.13 Sơ đồ khối mạch roler 42 Hình 3.14 Khối điều khiển trung tâm sau khi chế tạo 42 Hình 3.15 Sơ đồ khối của ATmega16 43 Hình 3.16 Sơ đồ cấu trúc CPU của ATMEGA16 46 Hình 3.17 Thanh ghi trạng thái SREG 46 Hình 3.18. Thanh ghi chức năng chung 47 Hình 3.19. Thanh ghi con trỏ ngăn xếp . 47 Hình 3.20 Bản đồ bộ nhớ chương trình 49 Hình 3.21 Bản đồ bộ nhớ dữ liệu SRAM. 49 Hình 3.22 Sơ đồ cấu trúc bộ định thời 51 Hình 3.23 Đơn vị đếm. 52 Hình 3.24 Sơ đồ đơn vị so sánh ngõ ra 53 Hình 3.25 Thanh ghi điều khiển bộ định thời 53 Hình 3.26 Thanh ghi bộ định thời 54 Hình 3.27 Thanh ghi so sánh ngõ ra 55 viii Hình 3.28 Thanh ghi mặt nạ ngắt TIMSK 55 Hình 3.29 Thanh ghi cờ ngắt bộ định thời 55 Hình 3.30 Sơ đồ khối bộ USART. 56 Hình 3.31 Đơn vị tạo xung clock 57 Hình 3.32 Định dạng khung truyền 58 Hình 3.33 Sơ đồ bộ biến đổi A/D 59 Hình 3.34 Thanh ghi ADMUX. 60 Hình 3.35 Thanh ghi điều khiển và trạng thái ADC. 61 Hình 3.36 Thanh ghi dữ liệu ADC 63 Hình 3.37 Hộp điều khiển sau khi chế tạo 64 Hình 3.38 Mô hình sau khi chế tạo. 64 Hình 3.39 Sơ đồ giải thuật hoạt động của bộ điều khiển tự động 66 Hình 3.40 Mô Hình hoạt động khi có nước trong hố hút khô đèn led báo sáng. 66 Hình 3.41 Mô hình hoạt động khi nước trong hố hút khô đầy. 67 Hình 3.42 Mô Hình ngừng hoạt động khi nước trong hố hút khô cạn 67 Hình 3.43 Sơ đồ hút nước lacanh ở hầm hàng 68 Hình 3.44 Sơ đồ hút nước lacanh ở buồng máy 69 Hình 3.45 Sơ đồ hệ thống hút khô kết hợp với hệ thống ballast. 70 Hình 3.46 Sơ đồ hệ thống hút khô kết hợp với hệ thống cứu hỏa, rửu boong 70 Hình 3.47 Sơ đồ hệ thống hút khô sử dụng bơm eductor 71 Hình 3.48 Sơ đồ hệ thống hút khô khi hệ thống phân ly nước dầu gặp sự cố 72 1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÚT KHÔ NƯỚC LACANH 1.1 Chức năng, nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống tự động hút khô. [ 1] Trong quá trình hoạt động của tàu thủy, có một lượng nước rò rỉ vào trong boong tàu. Như nước rò rỉ qua: vỏ tàu, các cụm kín nước, các két, nước rơi từ trên boong hoặc nắp hàm hàng xuống, hay là sự ngưng tụ của hơi nước trong tàu… Những thành phần nước trên sẽ tích tụ lại dưới đáy tàu. Sau thời gian, lượng nước tăng lên sẽ làm ảnh hưởng tới sự hoạt động của tàu, làm ăn mòn các thiết bị, ngập hư hỏng hàng hóa, trong buồng máy nước ngập lên bánh đà lúc tàu hoạt động làm vung tóe nước lên sàn buồng máy dẫn tới hư hỏng các thiết bị ở buồng máy… Mặt khác nếu thành phần nước lacanh ở buồng máy đổ trực tiếp ra biển thì sẽ gây ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng tới môi trường sinh thái, gây thiệt hại tới nguồn kinh tế biển. Hiện nay, để hạn chế ô nhiễm môi trường biển trên thế giới đang áp dụng các công ước quy định về phòng chống ô nhiễm tàu biển như: MARPOL, IMO… Vì vậy hệ thống tự động hút khô nước lacanh có nhiệm vụ: đảm bảo việc hút khô nước đọng trong khoang tàu, trong quá trình hoạt động của con tàu. Hệ thống phải đảm bảo yêu cầu: Hút toàn bộ nước lacanh khi tàu hoạt động, kể cả lúc tàu nghiêng ngang, nghiêng dọc trên song; và xử lý nước lacanh trong buồng máy có thành phần tạp chất theo đúng chỉ tiêu đăng kiểm cho phép trước khi đổ ra biển; đối với hệ thống hút khô tự động phải có khả năng tự động hút khi mực nước trong mỗi giếng hút khô đạt tới mức cần thiết, mà không cần sự can thiệp của các thuyền viên trên tàu, lúc hoạt động phải có tín hiệu, báo động; trong qua trình hoạt động thì hệ thống phải hoạt động an toàn, tin cậy, dễ bảo dưỡng và sửa chữa. 1.2 Những kiểu bố trí đường ống của hệ thống hút khô. [1] Hiện nay lắp đặt hệ thống đường ống hút khô chủ yếu dựa vào việc bố trí van và bơm. Người ta phân loại theo nguyên tắc: tập trung, phân tán, độc lập và nhóm. 2 1.2.1 Hệ thống tập trung. Là kiểu hệ thống được sử dụng hầu hết trên các tàu hàng nội địa, tàu kéo, tàu cá dưới 1000cv. Ở hệ thống này bơm hút khô được bố trí ở buồng máy, phục vụ cho tất cả các hộ tiêu thụ của hệ thống. Ở mỗi khoang có có một đường ống riêng dẫn từ giếng hoặc rãnh hút khô tới buồng máy. Cuối ống bố trí một van, sau đó hòa chung với ống hút chính dẫn về bơm. Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống hút khô theo nguyên tắc tập trung. 1- bơm hút khô; 2- van điều khiển; 3- van ba ngả; 4 - nối lên bờ hoặc công trình nổi. Ưu điểm của hệ thống này là: số lượng bơm ít, công việc điều khiển được tập trung ngay trong buồng máy, bơm có thể đặt trên cao chống được các hư hỏng, dễ lắp đặt và điều khiển nên phù hợp với điều kiện kinh tế, kĩ thuật của nước ta. Nhược điểm của hệ thống này là: số lượng ống và ống qua vách nhiều, khả năng phục vụ các hộ tiêu thụ cùng một lúc không đảm bảo. 1.2.2 Hệ thống phân tán. Hệ thống này được bố trí trên các tàu vận tải lớn chủ yếu là tàu xuyên lục địa hoặc các tàu có tính chất tự động hóa cao. Đặc điểm của hệ thống này là: Có một ống chính chạy suốt từ mũi về lái; từ ống chính nối với các ống nhánh ở các khoang, mỗi ống nhánh có van điều khiển riêng; máy bơm được bố trí ngay trong buồng máy. [...]... trình nổi 1.3 Giới thiệu hệ thống hút khô lacanh ở buồng máy Hiện nay trên các tàu thủy hiện đại, cỡ lớn chủ yếu được lắp đặt hệ thống hút khô theo sơ đồ: 5 5 Hình 1 4 Sơ đồ hệ thống hút khô buồng máy 6 1.3.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống Nước lacanh từ các giếng hút khô được tập trung vào đường ống hút khô chính Từ đây, nước lacanh được bơm hút khô hút đẩy ra ngoài mạn Bơm hút khô, bơm ballast và bơm... công việc của con người Hệ thống điều khiển bán tự động hút khô nước lacanh, là giám sát mực nước trong giếng hút khô để chỉ báo cho các thủy thủ trên tàu Hệ thống có thể phát ra tín hiệu bằng đèn, còi hoặc thiết bị chỉ thị mực nước Cấu tạo của hệ thống gồm: Hình 1.15 Một số loại hình lắp đặt hệ thống bán tự động Cấu tạo: - Cảm biến mức đặt ở giếng hút khô - Thiết bị giám sát mức nước (bộ điều khiển)... trong nước Cấu tạo: gồm một hoặc hai bơm dẫn động độc lập, và hệ thống đường ống dẫn tới các giếng hút khô ở các khoang Nguyên lý hoạt động: các thủy thủ trên tàu phải thường xuyên thăm và quan sát mực nước lacanh trong các giếng hút khô Nếu một trong các giếng hút khô có 17 lượng nước đầy tới mức cho phép, thì tiến hành mở van và bơm để hút khô giếng lacanh đó 1.4.2 Điều khiển bán tự động tự động Là hình. .. điểm của hệ thống này là: Hệ thống làm giảm được số lượng ống, lượng ống qua vách đáng kể so với hệ thống tập trung; độ tin cậy trong quá trình hoạt động của hệ thống cao hơn Nhược điểm của hệ thống là: Việc điều khiển van rời rạc, nên hệ thống không thể lắp đặt trên các con tàu điều khiển hệ thống bằng tay Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống hút khô theo nguyên tắc phân tán 1- bơm hút khô; ... Cấu tạo của cảm biến phao từ 22 Hình 1.21 Một số kiểu cảm biến phao từ 23  Phần tử điều khiển Hình 1.22 Phần tử điều khiển PLC và máy tính Hình thức điều khiển hệ thống tự động hút khô trên tàu thủy hiện đại Hình 1.23 Một sô hệ thống điều khiển hệ thống tự động 24 Trên tàu thủy điều khiển tự động hút khô chủ yếu sử dụng các thiết bị lập trình PLC Thiết bị có thể được kết nối với máy tính thông qua... động an toàn, tin cậy, hoạt động có độ chính xác cao, phù hợp với các tàu cỡ lớn, điều khiển van rời rạc như hệ thống phân tán - Nhược điểm: Hệ thống lắp đặt đòi hỏi phải có công nghệ kĩ thuật, chi phí lắp đặt khá cao Khó khăn trong việc bảo trì và sửa chữa  Những thiết bị sử dụng trong hệ thống điều khiển tự động hút khô Trong thiết bị điều khiển tự động hệ thống hút khô thì gồm các phần tử chính... 1.3.2 Chức năng, nhiệm vụ, cấu tạo của các phần tử trong hệ thống a) Bơm Chức năng, nhiệm vụ: Vận chuyển nước trong khoang ra khỏi tàu với lưu lượng cần thiết, tạo được cột áp đủ lớn để kết hợp được với các hệ thống khác, đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn, tin cậy trong quá trình hoạt động  Bơm ly tâm: Cấu tạo gồm: 1 Cánh công tác 2 Ống hút, ống đẩy 3 Bộ làm kín Hình 1.5 Bơm hút khô, bơm cứu hỏa 7 4... 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 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... tục đo hàm lượng dầu trên đường nước sạch ra khỏi bộ lọc 16) Van ba ngả: xả nước sạch ra mạn và tái tuần hoàn nước dầu về két lacanh khi mà hàm lượng dầu trong nước vượt quá 15 phần triệu 17) Van điều khiển cảng: cho phép kiểm tra bằng tay máy lọc nước lacanh trong khi tàu ở cảng 15 15 Hình 1.13 Sơ đồ hệ thống lọc nước lacanh 16 1.4 Các loại hình điều khiển hệ thống hút khô được áp dụng cho tàu thủy... nối với các ống nhánh tới các giếng hút khô ở các khoang và buồng 4 Ở hệ thống này giảm được số lượng ống giảm hơn so với hệ thống tập trung, số lượng máy bơm giảm và sử dụng triệt để hơn so với hệ thống độc lập Tuy nhiên việc điều khiển phức tạp do hệ thống van nằm rời rạc Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống hút khô theo nguyên tắc phân nhóm 1- bơm hút khô; 2- van điều khiển; 3- van ba ngả; . 3.40 Mô Hình hoạt động khi có nước trong hố hút khô đèn led báo sáng. 66 Hình 3.41 Mô hình hoạt động khi nước trong hố hút khô đầy. 67 Hình 3.42 Mô Hình ngừng hoạt động khi nước trong hố hút khô. MỤC HÌNH vi CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÚT KHÔ NƯỚC LACANH 1 1.1 Chức năng, nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống tự động hút khô. [ 1] 1 1.2 Những kiểu bố trí đường ống của hệ thống hút. 67 Hình 3.43 Sơ đồ hút nước lacanh ở hầm hàng 68 Hình 3.44 Sơ đồ hút nước lacanh ở buồng máy 69 Hình 3.45 Sơ đồ hệ thống hút khô kết hợp với hệ thống ballast. 70 Hình 3.46 Sơ đồ hệ thống hút