BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TẬP ĐOÀN CÔNG NGHIỆP TÀU THỦY VIỆT NAM CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC.03 BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động điều khiển cân cho kho Mã số: KC.03.09/06-10 Cơ quan chủ trì đề tài: Tập đoàn Công Nghiệp tàu thuỷ Việt Nam Chủ nhiệm đề tài: TS Đặng Xuân Hoài 8203 Hà Nội- 2010 MỤC LỤC Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt viii Danh mục bảng .x Danh mục hình vẽ, đồ thị .xi Lời mở đầu Chương TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG KHO NỔI, PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG KHO NỔI 10 1.1 Vấn đề cân phương tiện 11 1.2 Các kỹ thuật ổn định chuyển động cuộn cho tàu thuỷ 14 1.2.1 Phương pháp dùng quay hồi chuyển 16 1.2.2 Phương pháp dùng sống đáy tàu .17 1.2.3 Hệ thống ổn định kiểu vây kiểu quay bánh lái 18 1.2.4 Phương pháp dùng thùng chứa chống cuộn 20 1.2.4.1 Floating dock of 60000t.m lifeting cacpacity (của Kongsberg Maritime) 22 1.2.4.2 Floating dock “Pride of San Diego” SWM’s 22,000 -tấn 23 1.2.4.3 Barge Ballasting (hãng JPG) 24 1.2.4.4 Dominion Devils Spar : Wieghing, Loadout & Ballast Monitoring hãng JPG (John Gibson pẹcect) 25 1.3 Phân tích phương pháp điều khiển cân sức 26 1.4 Lựa chọn phương pháp xây dựng hệ thống tự động cân cho kho 31 1.5 Hướng giải đề tài 34 Chương ĐỘNG LỰC HỌC CỦA PHƯƠNG TIỆN NỔI 37 2.1 Lịch sử điều khiển chuyển động cuộn 38 i 2.2 Phương pháp số để dự đoán chuyển động tàu 41 2.3 Hệ thống két chống cuộn thụ động chủ động 43 2.4 Hệ thống két chủ động chống cuộn dạng chuyển động sáu bậc tự 47 2.5 Các dạng mô tả động học khác liên quan chuyển động cuộn 50 2.6 Mô hình chuyển động gây sóng 53 2.7 Xác định đạo hàm thuỷ động lực học 55 Chương ỨNG DỤNG CÁC THUẬT TOÁN THÔNG MINH TRONG BÀI TOÁN CÂN BẰNG KHO NỔI 59 3.1 Thuật toán thông minh dựa điều khiển logic mờ 61 3.1.1 Điều khiển logic mờ 61 3.1.2 Một số phương pháp sử dụng điều khiển mờ thông dụng 64 3.1.2.1 Thiết kế điều khiển mờ giống như-PID 64 3.1.2.2 Điều khiển mờ dựa mô hình 69 3.1.3 Phương pháp điều khiển mở ổn định chuyển động cuộn tàu 81 3.2 Thuật toán thông minh sở phương pháp mô hình dự báo 90 3.2.1 Khái quát điều khiển dự báo dựa mô hình 90 3.2.2 RRS: Bài toán điều khiển mang tính thử thách 97 3.2.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển lái tự động có giảm lắc RRS 99 3.2.4 Giải pháp điều khiển dự báo mô hình 101 Chương ỔN ĐỊNH ĐỐI TƯỢNG NỔI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THỰC TẾ 106 4.1 Các khái niệm sức tàu thuỷ 106 4.1.1 Trọng tâm G 107 4.1.2 Tâm B 107 4.1.3 Khuynh tâm M 109 ii 4.1.4 Chiều cao khuynh tâm 110 4.1.5 Tác dụng chiều cao khuynh tâm 111 4.1.6 Thí nghiệm tượng nghiêng tàu 113 4.2 Tính ổn định ngang 114 4.2.1 Các ngẫu lực mômem 116 4.2.2 Tính ổn định khuynh tâm 117 4.2.3 Tính ổn định góc lớn 118 4.2.4 Tính ổn định có cạnh tường 119 4.2.5 Ảnh hưởng tính ổn định gây thay đổi vị trí tương đối B, G M 121 4.2.6 Tính mômen xung quanh sống tàu 126 4.2.7 Tính mômen xung quanh trọng tâm 128 4.2.8 Hiện tượng tròng trành 132 4.2.9 Hiện tượng nghiêng tàu đổi hướng 134 4.3 Tính ổn định theo chiều dọc, tức độ chênh (trim) 135 4.3.1 Quy trình để giải toán độ chênh 138 4.3.2 Tìm vị trí để đặt khối lượng trì mớm nước không đổi vị trí thẳng đứng (perpendicular) 144 4.3.3 Mớm nước trung bình thực 147 Chương THIẾT KẾ VÀ CÁC BƯỚC XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG KHO NỔI, TÀU LASH MẸ 151 5.1 Những két chống cuộn phương pháp cân kiểu dằn ballast 151 5.2 Nghiên cứu phân tích bước thiết kế hệ thống điều khiển cân kho phương pháp dằn kiểu ballast 156 5.2.1 Phạm vi hoạt động tính đối tượng 157 5.2.2 Giải pháp tạo mômen cân thiết kế khoang két dằn 157 iii 5.2.3 Giải pháp thiết kế hệ động lực bơm van 159 5.2.4 Giải pháp thiết kế hệ thống chức đo báo 160 5.2.5 Giải pháp thiết kế hệ thống điều khiển động lực bơm van 161 5.2.6 Giải pháp thiết kế chức giao diện 164 5.3 Thiết kế hệ thống tự động cân kiểu dằn ballast cho tàu Lash mẹ 165 5.3.1 Sơ lược trình làm hàng tàu Lash 167 5.3.2 Quan điểm thiết kế hệ thống tự động điều khiển cân cho tàu Lash mẹ 171 5.3.2.1 Thiết kế khoang két hệ đo báo két, hệ động lực ống, bơm, van 173 5.3.2.2 Thiết kế thiết bị đo độ nghiêng lệch tàu 174 5.4 Lựa chọn thiết kế phần cứng cho hệ thống cân tàu Lash 180 5.4.1 Các yêu cầu việc lựa chọn cấu trúc phần cứng hệ điều khiển PLC 181 5.4.2 Lựa chọn modul 183 5.4.3 Màn hình thao tác người máy HMI 186 5.5 Lập trình chức giám sát, điều khiển hệ thống 187 5.5.1 Lập trình chức giám sát hệ thống 187 5.5.2 Lập trình chức điều khiển hệ thống 198 5.5.3 Cấu trúc điều khiển mờ modul LB05 202 5.5.3.1 Thiết lập tham số logic mờ 203 5.5.4 Thiết lập luật mờ điều khiển hệ thống cân tàu Lash 208 Chương KẾT QUẢ TRIỂN KHAI THỰC TẾ VÀ LẮP ĐẶT THỬ NGHIỆM SẢN PHẨM CỦA ĐỀ TÀI TRÊN TÀU LASH MẸ 219 6.1 Kết triển khai thực tế sản phẩm đề tài 219 6.1.1 Thiết bị xác định độ nghiêng lệch theo 08 phương 219 iv 6.1.2 Tủ điều khiển 221 6.1.3 Tủ chuyển mạch cấp nguồn 24VDC cho bơm, van dằn 222 6.1.4 Tủ chuyển mạch tín hiệu đo cho hệ thống khoang két dằn.222 6.2 Các thao tác vận hành hệ thống tự động cân cho tàu Lash 223 6.2.1 Thao tác điều khiển tay bàn điều khiển 223 6.2.2 Chế độ tự động 223 6.2.3 Chế độ tay dự phòng (thao tác cho phần tử bơm, van) 224 6.2.4 Chức điều khiển tự động (thao tác bơm, van theo nhóm) 226 6.2.5 Điều khiển mờ FUZZY 226 6.3 Vấn đề kiểm tra lắp đặt, thử tính hệ thống xưởng 227 6.4 Lắp đặt, thử nghiệm hệ thống tàu Lash mẹ 229 Chương KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 235 7.1 Nội dung nghiên cứu khoa học triển khai thực nghiệm Đề tài phương án thực 235 7.2 Sản phẩm KH&CN Đề tài yêu cầu chất lượng cần đạt 240 7.2.1 Dạng I 240 7.2.2 Dạng II 242 7.2.3 Dạng III 243 7.2.4 Đánh giá trình độ khoa học sản phẩm (Dạng II & III) so với sản phẩm tương tự có 243 7.2.5 Kết tham gia đào tạo đại học 243 7.2.6 Sản phẩm dự kiến đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp, quyền giống trồng 243 7.2.7 Khả ứng dụng phương thức chuyển giao kết v nghiên cứu 244 7.2.7.1 Khả thị trường 244 7.2.7.2 Khả ứng dụng kết nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh 244 7.2.7.3 Khả liên doanh liên kết với doanh nghiệp trình nghiên cứu 245 7.2.7.4 Phương thức chuyển giao 245 7.3 Phạm vi địa (dự kiến) ứng dụng kết Đề tài 246 7.4 Tác động lợi ích mang lại kết nghiên cứu 260 7.4.1 Đối với lĩnh vực KH&CN có liên quan 246 7.4.2 Đối với tổ chức chủ trì sở ứng dụng kết nghiên cứu 246 7.4.3 Đối với kinh tế - xã hội môi trường 247 7.5 Mức độ sẵn sàng chuyển giao, thương mại hoá kết nghiên cứu 247 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 249 TÀI LIỆU THAM KHẢO 251 PHỤ LỤC TỔNG HỢP SỐ LIỆU 257 vi LỜI MỞ ĐẦU Cân nổi, hay nói cách khác giữ cho phương tiện đứng thẳng mặt phẳng nước, bao gồm cân ngang theo độ lệch mạn (lift hay heel), cân dọc liên quan đến mớn nước mũi đuôi (trim) đặc tính quan trọng thiếu phương tiện Khi nghiên cứu cân phương tiện nổi, vấn đề kỹ thuật xem mấu chốt đề giải toán chuyển động cuộn (hay roll) phương tiện Có nhiều lý để cần cố gắng kiểm soát làm giảm chuyển động cuộn tàu, loại chuyển động liên quan đến hầu hết nghiên cứu trình ổn định phương tiện nổi, tàu thuỷ Chuyển động cuộn theo mạn gắn với tượng nghiêng lệch (lift hay heel), chuyển động cuộn kiểu nhấp nhô (dọc thân tàu) lại gắn với tượng chúi mũi chúi đuôi (trim) Chuyển động cuộn chuyển động không mong muốn cho hầu hết tàu thuyền Tàu chuyển động cuộn với biên độ lớn dễ dàng dẫn đến bị lật, gây thiệt hại người tài sản Quá nhiều chuyển động gây trở ngại cho hoạt động thuyền viên, hành khách, giảm lực sẵn sàng chiến đấu tàu hải quân, gây mát container tàu thuyền chở hàng, làm giảm thông số hoạt động tàu Hơn nữa, chuyển động cuộn thành phần không mong muốn gần chuyển động lớn tàu cần phải hạn chế Kiểm soát, giảm chuyển động cuộn tàu vấn đề quan trọng tình Trải qua lịch sử nhiều năm nghiên cứu lĩnh vực tàu thuyền phương tiện nổi, nhà khoa học giới đề xuất nhiều loại thiết bị điều khiển chuyển động cuộn nhiều số ứng dụng vào thực tế Hầu hết chúng sử dụng nhằm giảm chuyển động cuộn cách hợp lý so với trọng lượng tàu Các phương pháp thực điều khiển chuyển động cuộn đề xuất nghiên cứu bao gồm hệ ổn định kiểu quay (gyroscopic), ổn định kiểu két chống lắc (hay chống cuộn, anti roll tank), phương pháp dùng vây (fin), ổn định kiểu di chuyển trọng lượng hệ lái ổn định cuộn (ruder roll stability) Các công trình tiêu biểu nghiên cứu liên quan đến vấn đề kể đến dùng ổn định kiểu vây [1], [2], [3], [11], dùng quay hồi chuyển [7], [9], ổn định kiểu quay bánh lái [4], [5], ổn định cách di chuyển trọng lượng [14], [15], ổn định kiểu dằn (ballast) thùng chứa [6] Với thiết bị này, nhiều thuật toán điều khiển thực triển khai, từ phương pháp cổ điển, chẳng hạn PID [44], [45], kiểm soát tối ưu [4], tiếp cận phương pháp đại, chẳng hạn điều khiển thích nghi dựa kế hoạch lập thành bảng [46], hay kiểm soát mạng nơron [15], [46], [47], điều khiển logic mờ [30], [32] Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống thường nhiều thời gian, tốn độ phức tạp lý thuyết lẫn vật tư thiết bị đặc biệt đòi hỏi có sở lý thuyết kinh nghiệm đối tượng nổi, nơi hệ thống trang bị Một thực tế hiển nhiên hầu hết vấn đề nghiên cứu thiết kế tàu thuỷ nói riêng phương tiện nói chung liên quan đến đặc trưng đối tượng này, vấn đề động học liên quan đến sức (buyoancy) đối tượng Riêng vấn đề điều khiển cân phương tiện cỡ lớn kho nổi, nước lại vấn đề mẻ tính phức tạp quy mô hệ thống, phải giải toán quan điểm lĩnh vực điều khiển hệ thống dạng co giãn kiểu đàn hồi, dạng nhiều đầu vào, nhiều đầu với tham số bất định có trễ v.v, mà phải giải toán quan điểm vấn đề thuỷ khí động lực học sức Cho đến nay, trừ tàu thông dụng (theo series) đóng với số lượng lớn, vấn đề động học tàu lớn phương tiện cỡ lớn hay loại đặc biệt vấn đề hóc búa nhà khoa học giới Các mô hình động học đưa mô hình gần dựa kết thực nghiệm Mặc dù vậy, mô hình mang tính thực nghiệm kiểu hạn chế, vài quốc gia có trình độ cao công nghệ đóng tàu, có sở vật chất phòng thi nghiệm thuỷ, khí động lực học đại (chẳng hạn bể thử mô hình) có điều kiện nghiên cứu Các hệ thống cân có mặt Việt nam (nhập tàu, phương tiện khai thác), hãng lớn nước nghiên cứu chế tạo dựa sở vật chất, lượng thông tin mặt lý thuyết lẫn thực tế, kinh nghiệm lĩnh vực tàu thuyền phương tiện phong phú Giá thành hệ thống mang đặc thù bề dày phát triển, tiềm lực khoa học bí công nghệ ngành công nghiệp đóng tàu thực tế đắt, gây áp lực cho nhà máy đóng sửa chữa tàu nước bị động, đặc biệt vấn đề tài để nhập trang thiết bị phục vụ kịp thời công tác đóng sửa chữa Thực trạng nay, ngành công nghiệp đóng tàu Việt nam chưa đủ khả mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm để đưa mô hình toán mô hình thực nghiệm kiểu vật lý cho tàu lớn, tàu đặc biệt nhiều loại phương tiện khác Đây trở ngại lớn việc giải hàng loạt toán liên quan mật thiết với động học đối tượng này, có toán cân kho Vấn đề thực trở nên xúc chuẩn bị cho giai đoạn phát triển mới, giai đoạn đóng tàu phương tiện cỡ lớn, bắt buộc phải có trình độ, hiểu biết thiết bị, hệ thống phương tiện đề bước làm chủ từ khâu thiết kế, chế tạo, lắp đặt, vận hành khai thác phương tiện an toàn hiệu Chính vậy, tác giả đề xuất đề tài “Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động điều khiển cân cho kho nổi”, nhằm đáp ứng nhu cầu trang bị cho phương tiện cỡ lớn đóng nước xa tiến đến việc xuất Để giải vấn đề khó khăn nêu, đặc biệt hạn chế khả hiểu biết động học đối tượng cỡ lớn điều kiện nước, đề tài tập trung giải vấn đề: thể tự động điều chỉnh để phương tiện trạng thái nghiêng lệch không 0,3o Kết thử nghiệm hệ thống xem phần phụ lục biên kiểm tra tàu 7.2.2 Dạng II Nguyên lý ứng dụng; Phương pháp; Tiêu chuẩn; Quy phạm; Phần mềm máy tính; Bản vẽ thiết kế; Quy trình công nghệ; Sơ đồ, đồ; Số liệu, Cơ sở liệu; Báo cáo phân tích; Tài liệu dự báo (phương pháp, quy trình, mô hình, ); Đề án, qui hoạch; Luận chứng kinh tế-kỹ thuật, Báo cáo nghiên cứu khả thi sản phẩm khác 1, Bộ hồ sơ thiết kế hệ thống tự động điều khiển cân tàu lash mẹ 10,900DWT - Yêu cầu: Phù hợp với thiết kế chuẩn quốc tế thoả mãn tiêu chuẩn Đăng kiểm Việt Nam (TCVN 6259-2-1997) Đánh giá: Hồ sơ đầy đủ, thiết kế chuẩn phê duyệt Đăng kiểm Việt Nam 2, Các báo phân tích : - Yêu cầu: Phong phú, khoa học, có ý nghĩa thực tiễn, phù hợp với xu nghiên cứu giới hướng phát triển Việt Nam Đánh giá: Các báo cáo phân tích phong phú, cập nhật thông tin liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu phù hợp với xu phát triển lĩnh vực Việt Nam 3, Bộ phần mềm điều khiển giám sát hoạt động hệ thống tự động điều khiển cân tàu Lash mẹ - Yêu cầu: Hiện đại, có tính mở, có khả áp dụng đối tương có cách điều khiển cân kiểu dằn ballast với số khoang két bơm van gần tương tự 242 Đánh giá: Đáp ứng đầy đủ chức điều khiển giám sát hệ thống, đại, có tính mở, có khả áp dụng đối tương có cách điều khiển cân kiểu dằn ballast với số khoang két bơm van gần tương tự 7.2.3 Dạng III Bài báo; Sách chuyên khảo; sản phẩm khác 1, Các báo cáo khoa học - Yêu cầu: Các kết nghiên cứu đề tài, công bố kỷ yếu Hội nghị toàn quốc Tự động hoá VICA Tạp chí Khoa học GTVT, Tạp chí CNTT Việt nam Đánh giá: Đã công bố kết nghiên cứu tạp chí chuyên ngành, Tạp chí CÔNG NGHIỆP TÀU THUỶ Việt nam (mã số ISSN 1859 -1574) số 71/2/2010, số 72/3/2010 7.2.4 Đánh giá trình độ khoa học sản phẩm (Dạng II & III) so với sản phẩm tương tự có Các sản phẩm dạng (Dạng II & III) đề tài liên quan đến báo cáo khoa học, cập nhật thông tin lĩnh vực nghiên cứu kết được công bố tạp chí chuyên ngành nên thể tính mới, tính thời Phần mềm lập trình dạng chuyên nghiệp phù hợp với thói quen người sử dụng (kể chức giám sát lẫn chức điều khiển thao tác hình HMI) dạng block nên có tính thừa kế cao, dễ mở rộng nâng cấp, lại tích hợp thuật toán thông minh dạng điều khiển mờ FLC nên mang tính đại, đặc biệt lĩnh vực ứng dụng Các hệ thống điều khiển mờ tương tự chưa có thị trường 7.2.5 Kết tham gia đào tạo đại học Do điều kiện thực tế hoạt động doanh nghiệp nên việc đào tạo sau đại học khó khả thi thực tế, tiêu chí không đăng kí thực 7.2.6 Sản phẩm dự kiến đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp Các sản phẩm dự kiến: 243 - Thiết bị xác định nhanh hướng nghiêng lệch phương tiện - Hệ thống tự động điều khiển cân sức tàu Lash mẹ Đánh giá: Đây sản phẩm chưa có mặt thị trường, có tính vượt trội ứng dụng nên khả đăng ký thực Chủ nhiệm Đề tài làm thủ tục đăng ký chờ đợi kết 7.2.7 Khả ứng dụng phương thức chuyển giao kết nghiên cứu 7.2.7.1 Khả thị trường - Tập đoàn Công nghiệp tàu thủy Việt nam đóng tổng cộng khoảng 2000 tàu, phương tiện năm vừa qua dự kiến tăng khoảng 40% hàng năm năm tới Trong số có hàng trăm tàu công ten nơ, tàu chở dầu tàu chuyên dụng, phương tiện cỡ lớn khác, bắt buộc phải lắp hệ thống tự động cân theo công ước quốc tế (IMO), Đăng kiểm Việt nam Nếu sản phẩm đề tài thị trường chấp nhận mức khiêm tốn 5% tổng sản phẩm tương tự đựợc nhập nước dự kiến năm tới riêng nhu cầu nước khoảng hàng trăm sản phẩm - Một số tổ chức đóng tàu nước (Công ty đóng tàu Bạch Đằng, Công ty CNTT Nam Triệu, số nhà máy thuộc Vinashin) có nhu cầu thiết bị hệ thống tương tự sản phẩm đề tài trang bị cho âu nổi, cầu tàu - Đề tài nghiên cứu tạo sản phẩm chế thử đầu tiên, sau dự kiến tiếp tục triển khai số dự án sản xuất thử nghiệm nhằm mục đích hoàn thiện phát triển sản phẩm đề tài để thương mại hoá kết nghiên cứu, tiến tới sản xuất hàng loạt 7.2.7.2 Khả ứng dụng kết nghiên cứu vào sản xuất kinh doanh Các thiết bị, hệ thống tự động cân kho mà Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế thử có chất lượng tương đương cao so 244 với sản phẩm hãng khu vực (ví dụ Trung Quốc) sản xuất, tiêu chất lượng chủ yếu đạt tương đương với sản phẩm nước có công nghiệp đóng tàu tiên tiến (Hàn Quốc, Nhật Bản, Mỹ ) sản xuất Nhờ tập trung nghiên cứu cách có hệ thống, ứng dụng kỹ thuật, công nghệ tiên tiến khả trình (phần mềm ứng dụng nước sản xuất nên giảm lớn chi phí nhân công kỹ thuật cao), giá thành sản phẩm rẻ khoảng 25% so với sản phẩm nhập Nếu so với giá thành phải nhập ngoại sản phẩm tương đương (giám sát 14 khoang, tính điều khiển mờ, lắp tàu dầu 12,500T Công ty đóng tàu Phà Rừng) có giá xấp xi 370,000 EUR (tính thời điểm năm 2008) thiết bị có giá thành tương đương khoảng 35% Ngoài ra, tính khả thi, tính mở linh hoạt lợi tính chủ động nước điều kiện để cạnh tranh với sản phẩm nước 7.2.7.3 Khả liên doanh liên kết với doanh nghiệp trình nghiên cứu - Có thể liên doanh liên kết với doanh nghiệp trình nghiên cứu thông qua hội nghị, hội thảo, hội chợ triển lãm - Tập đoàn Công nghiệp tàu thuỷ Việt nam Vinashin (gồm thành viên Tổng công ty đóng tàu lớn như: Tổng Công ty đóng tàu Bạch Đằng, Tổng công ty công nghiệp tàu thuỷ Nam triệu, Viện KHCN tàu thủy (SSTI), v.v hàng trăm công ty đóng tàu khác nước nên khả liên doanh, liên kết để hoàn thiện sản phẩm thiết kế, triển khai ứng dụng sản phẩm nhà máy lâu dài thuận lợi 7.2.7.4 Phương thức chuyển giao Các hình thức có thể: Chuyển giao công nghệ trọn gói, chuyển giao có đào tạo tự sản xuất kinh doanh sở liên kết gữa đơn vị phối hợp đề tài, chuyển giao trực tiếp cho đơn vị trực tiếp đóng sửa chữa tàu 245 lớn Tập đoàn Công nghiệp tàu thuỷ Việt nam 7.3 Phạm vi địa (dự kiến) ứng dụng kết Đề tài Trước mắt, sản phẩm đề tài thử nghiệm tàu Lash Công ty vân tải LashVinashin thành viên Công ty TNHH thành viên vận tải Viễn dương Vinashin Về sau, sản phẩm đề tài chấp nhận, hoàn thiện thêm để ứng dụng tất nhà máy đóng tàu cỡ lớn Tập đoàn Công nghiệp tàu thuỷ Việt nam 7.4 Tác động lợi ích mang lại kết nghiên cứu 7.4.1 Đối với lĩnh vực KH&CN có liên quan Đây số nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển phức tạp lĩnh vực tàu thủy, sâu trực tiếp vào kỹ thuật tiên tiến lĩnh vực thuỷ động học, lĩnh vực điều khiển, tin học, tự động hoá, đo lường, điều khiển, tiếp cận với trình độ tiên tiến giới đưa vào ứng dụng nhanh thực tế Việc thực đề tài nâng cao lực nghiên cứu, lực thiết kế, chế tạo kinh nghiệm triển khai thực tế, tạo điều kiện cho việc chế tạo hệ thống đo lường, điều khiển, tự động hoá đại Việt nam, đặc biệt hệ thống phức tạp phục vụ đóng tàu, nâng cao khả nội địa hoá, làm chủ công nghệ tổ chức KH&CN, sản xuất liên quan nước ta 7.4.2 Đối với tổ chức chủ trì sở ứng dụng kết nghiên cứu Tập đoàn Công nghiệp tàu thuỷ Việt nam Vinashin đơn vị chủ trì đề tài định hướng nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị đo lường, điều khiển, tự động hoá đòi hỏi kỹ thuật tiên tiến để phục vụ chiến lược nội địa hoá trang thiết bị cho tàu thủy, phương tiện nổi, lĩnh vực công nghịêp, dân dụng Việc thực thành công đề tài có ý nghĩa quan trọng chiến lược nội địa hoá phát triển bền vững ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam 246 Ngoài ra, việc thực đề tài góp phần nâng cao lực làm chủ KHCN, nâng cao lực nghiên cứu, lực thiết kế, chế tạo kinh nghiệm triển khai thực tế cho đội ngũ tham gia thực đề Tập đoàn 7.4.3 Đối với kinh tế - xã hội môi trường - Tiết kiệm lượng ngoại tệ lớn nhà nước việc mua thiết kế, thuê chuyên gia nước xây dựng lắp đặt hệ thống - Góp phần đại hoá ngành công nghiệp đóng tàu Việt nam - Đây nghiên cứu ứng dụng thẳng vào kỹ thuật công nghệ đại nhất, nên tạo sản phẩm đại, tạo niềm tin cho sản xuất nước khả tiếp cận, ứng dụng thành công hiệu công nghệ - Đề tài chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật tiên tiến lĩnh vực điện tử, tin học, tự động hoá nên không gây ảnh hưởng đáng kể đến môi trường Ngoài ra, việc thiết kế hệ thống sở phần tử hệ giải pháp mang lại kinh tế cao việc tiêu thụ nguồn lượng bé 7.5 Mức độ sẵn sàng chuyển giao, thương mại hóa kết nghiên cứu Sau đề tài thực thành công với kết thiết kế phê duyệt, sản phẩm thực hoá, kết kiểm tra kỹ lưỡng Cơ quan Đăng kiểm, chứng kiến thử nghiệm thành công bên liên quan chủ phương tiện, phận khai thác phương tiện v.v sở vững cho việc sẵn sàng đưa sản phẩm vào ứng dụng Với kết đạt được, sản phẩm đề tài hoàn toàn có khả chuyển giao, thương mại hóa kết nghiên cứu Kết luận: Chương trình bày cách vắn tắt kết nghiên cứu đề tài, tác động ảnh kết đạt KHCN, kinh tế, môi trường v.v Qua kết trình bày phần này, thấy, đề tài 247 thành công hứa hẹn khả ứng dụng cách rộng rãi phương tiện cỡ lớn đóng Việt Nam 248 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Việc cân cho phương tiện nổi, kho nhu cầu cấp thiết giải toán không đơn giản công cụ lý thuyết điều khiển truyền thống phải đối mặt với vấn đề phức tạp liên quan đến động học sức đối tượng Chính vậy, tác giả đề xuất đề tài này, nhằm nghiên cứu theo hướng xây dựng hệ thống tự động cân kho nổi, phương tiện hoạt động theo phương thức kiểu ballast (Auto hell and trim control system) sở áp dụng thuật toán điều khiển thông minh, đáp ứng việc xử lý điều kiện phức tạp, thông tin động học đối tượng bị hạn chế Việc nghiên cứu áp dụng thuật toán điều khiển thông minh, đặc biệt ứng dụng công cụ điều khiển mờ FLC (cả lý thuyết lẫn thực tế) kết đề tài Khả ưu việt mà công cụ mang lại áp dụng vào toán cân phương tiện đáng quan tâm vấn đề mang tính thời kể nước quốc tế Kiến nghị : Có thể nói, kết nghiên cứu đề tài số nghiên cứu ứng dụng hệ thống điều khiển phức tạp lĩnh vực tàu thủy, đối tượng Việc tiếp cận trực tiếp vào kỹ thuật tiên tiến lĩnh vực thuỷ động học, lĩnh vực điều khiển, tin học, tự động hoá, đo lường, điều khiển trình độ tiên tiến giới tạo sản phẩm có chất lượng cao, có khả triển khai nhanh để ứng dụng thực tế Tuy nhiên, để việc triển khai ứng dụng sản phẩm (có thể nói sản phẩm công nghệ cao) đề tài vào thực tế cách có hiệu quả, có kiến nghị sau: - Cần quan tâm hỗ trợ để tiếp tục hoàn thiện công nghệ cho sản phẩm đề tài 249 Thực tế trình nghiên cứu hệ thống, thiết bị nhằm phục vụ giải toán cân phương tiện khởi xướng cách trăm năm trải qua nhiều hệ trang thiết bị mức độ khác Tuy nhiên bước phát triển loại hệ thống thường phải đến mười, chí vài chục năm ngành công nghiệp đóng tàu giới tốn để đầu tư nghiên cứu lĩnh vực Chúng ta sau, tiếp cận công nghệ tiên tiến lĩnh vực điều khiển, chưa thể có bề dày kinh nghiệm lĩnh vực chế tạo trang thiết bị tàu thuỷ, có yêu cầu chất lượng, độ tin cậy, tính chuyên nghiệp nhiều yêu cầu khác ngặt nghèo Chính vấn đề mà cần phải có thời gian, kinh phí, nguồn lực để hoàn thiện sản phẩm Trên sở kết đạt, xét khả chiến lược lâu dài, kiến nghị nên có nghiên cứu tiếp sâu kể mặt lý thuyết lẫn áp dụng vào thực tiễn, đặc biệt liên quan đến vấn đề công nghệ chế tạo phần tử, thiết bị (quan trọng) nước có khả thay phần tử nhập ngoại sử dụng sản phẩm đề tài 250 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.E Baitis, G.G Cox, and D Woolaver Evaluation of V active fin roll stabilisers 3rd Ship Control System Symposium–SCSS, Bath, UK, 1972 [2] V Bertram Practical Ship Hydrodynamics Butterworth Heinemann, 2004 [3] M.T Sharif, G.N Roberts, and experimental results R of fin/rudder roll Sutton Sea-trial stabilization Control Eng Practice, 3(5):703—708, 1995 [4] Tristan Perez Ship Motion Control- Course Kepping and Roll Stabilisation Using Rudder and Fins Springer- Verlag London Limited 2005 [5] M.J Grimble, M.R Katebi, and Y Zang H∞ –based ship fin-rudder roll stabilisation In 10th Ship Control System Symposium SCSS, volume 5, pages 251–265, 1993 [6] Using Dynamic Ballasts for Ship Stability, Curt Baragar & Kyle Miller,Michael Olson December 15, 2004, pp 1-10 [7] Sperry, E., “Ship’s Gyroscope,” U.S Patent, No 1150311 (1915) [8] An Investigation of Head-Sea Parametric Rolling and its Influence on Container Lashing Systems, William N France,1 Marc Levadou,2 Thomas W Treakle,3 J Randolph Paulling,4 R Keith Michel,5 and Colin Moore 5, SNAME Annual Meeting 2001 Presentation, pp 1-24 [9] Bennett, S., “Ship Stabilization: History,” In M Papageorgiou, Ed., Concise Encyclopedia of traffic and Transportation Systems, Pergamon Press, pp 454-459 (1991) [10] Kim, S.-W and J.-J Lee, “Design of Fuzzy Con- troller with Fuzzy Sliding Surface,” Fuzzy Sets Syst., Vol 71, pp.359-367 (1995) [11] Hsueh, W.J., “Stabilization of Ship Roll by Intelli- gent Active Fins,” J 251 Soc Naval Architects Marine Eng R.O.C., Vol 15, No 2, pp 1-11 (1996) [12] A Time-Domain Numerical Study of Passive and Active Anti-Roll Tanks to Reduce Ship Motions, Thomas W Treakle, III, 1998, Blacksburg, VA , pp 1-72 [13] An Investigation of Head-Sea Parametric Rolling and its Influence on Container Lashing Systems, William N France,1 Marc Levadou,2 Thomas W Treakle,3 J Randolph Paulling,4 R Keith Michel,5 and Colin Moore 5, SNAME Annual Meeting 2001 Presentation, pp 1-24 [14] stabilisers and stabilising systems on ships, Gheorghe samoilescu, Assoprof pheng.*,Serghei RADU,eng.(marine first electric engineer)*,*Naval Academy “Mircea cel Batran”, Constantza , th INTERNATIONAL CONFERENCE, Târgu Jiu, May 24-26, 2002, pp 1-11 [15] Burgess K.L., Passino K.M., “Stability Analysis of Load Balancing Systems”, Int Journal of Control, Vol 61, No 2, pp 357–393, February 1995 [16] Naval ships’ technical manual,chapter 096, weights and stability, published by direction of commander, naval sea systems command august 1996 [17] Very large floating structures:applications, analysis and design, E Watanabe1, C.M Wang2, T Utsunomiya1 and T Moan3, CORE Report No 2004-02, pp 1-30 [18] Ship Stability for Masters and Mates, Fifth edition, Captain D R Derrett, Revised by Dr C B Barrass, Butterorth Heinemann, 2001 [19] Tài liệu hãng Kongsberg Norcontrol AS, Alstom, Uzushio, Sperry Marine, Kelvin Hughes, MarineTalk, Klein Associates, 252 [20] A.E Baitis The development and evaluation of a rudder roll stabilization system for the WHEC Hamilton class Technical Report DDDTNSRDC/SPD-0930-02, DTNSRDC, Bethsada, MD, 1980 [21] A.E Baitis, G.G Cox, and D Woolaver Evaluation of V active fin roll stabilisers 3rd Ship Control System Symposium–SCSS, Bath, UK, 1972 [23] J Bell and P Walker Activated and passive controlled fluid tank system for ship stabilization Transactions of Society of Naval Architects and Marine Engineers, 74, 1966 [24] R Bhattacharyya Dynamics of Marine Vehicles Ocean Engineering Wiley, New York, 1978 [25] M Blanke, P Haals, and K.K Andreasen Rudder roll damping experience in Denmark In Proc of IFAC workshop CAMS’89, Lyngby, Denmark, 1989 [26] Nayfeh, A.H and N.E Sanchez, “Chaos and Dy- namic Instability in the Rolling Motions of Ships,” Proc The 17th Symp Naval Hydrodynamics, The Hague, pp 617-632 (1988) [27] Burgess K.L., Passino K.M., “Stability Analysis of Load Balancing Systems”, Int Journal of Control, Vol 61, No 2, pp 357–393, February 1995 [28] Naval ships’ technical manual,chapter 096, weights and stability, published by direction of commander, naval sea systems command august 1996 [29] BIMAC Distributed Integrated www.bakkersliedrecht.com 253 monitoring and control, [30] Chen, S.-L., S.W Shaw, H.K Khalil, and A.W Troesch, “Robust Stabilization of Large Amplitude Ship Rolling in Beam Seas,” ASME Trans J Dyn Syst., Meas Contr., Vol 122, No 1, pp 108- 113 (2000) [31] Chen, S.-L., S.W Shaw, and A.W Troesch, “A Sys- tematic Approach to Modeling Nonlinear Multi- DOF Ship Motions in Regular Seas,” J Ship Res., Vol 43, No 1, pp 25-37 (1999) [32] T Takagi, M Sugeno: (1985), “Fuzzy identification of systems and its applica- tion to modeling and control” IEEE Trans Syst., Man, Cybern 15, 116–132 [33] L.X Wang: (1995), “Analysis and design of fuzzy identifiers of nonlinear dy- namic systems” IEEE Trans on Automatic Control 40, 11–23 [34] L.X Wang: (1994), Adaptive Fuzzy Systems and Control (Prentice Hall, Engle- wood Cli s, NJ) [35] S Boyd, L El Ghaoui, E Feron and V Balakrishnan, Linear Matrix Inequali- ties, System and Control Theory, SIAM, Philadelphia, 1996 [36] E.F Camacho and C Bordons, Model Predictive Control, Springer, 1999 [37] D.W Clarke, C Mohtadi and P.S Tuffs, Generalised predictive control, Parts and 2, Automatica, 23, 137-160, 1987 [38] D.W Clarke and R Scattolini, Constrained receding horizon predictive con- trol, Proceedings IEE, Pt D, 138(4), 347-354, 1991 [39] K.R Muske and J R Rawlings, Model predictive control with linear models, AIChE Journal, 39(2), 262-287, 1993 [40] E Baitis and L.V Schmidt Ship roll stabilization in the US Navy Naval Engineering Journal, 101(3):43–53, 1989 [41] V Bertram Practical Ship Heinemann, 2004 254 Hydrodynamics Butterworth [42] P Crossland The efect of roll stabilization controllers on warship operational performance In 5th IFAC Conference on Manoeuvring and Control of Marine Craft MCMC’02, pages 31–37, 2000 [43] P Crossland The e ect of roll stabilization controllers on warship operational performance Control Engineering Practice, 11:423–431, 2003 [44] Chen, S.-L., S.W Shaw, H.K Khalil, and A.W Troesch, “Robust Stabilization of Large Amplitude Ship Rolling in Beam Seas,” ASME Trans J Dyn Syst., Meas Contr., Vol 122, No 1, pp 108- 113 (2000) [45] K Astrom, T Hagglund: (1995), PID Controllers: Theory, Design and Tuning (ISA) [46] S Chen, S Billings: (1992), “Neural networks for nonlinear dynamic system modelling and identification” Intl J Control 56, 319–346 [47] J Suykens: (1995), “Artificial neural networks for modeling and control of non- linear systems,” Ph.D thesis, Faculty of Engineering, Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, Belgium [48] S Boyd, L Vandenberghe, M convex Grant: (1994), optimization for engineering design,” “E cient in IFAC Symposium on Robust Control Design Rio de Janeiro, Brazil [49] O.M Faltinsen Sea Loads on Ships and O shore Structures Cambridge Uni- versity Press, 1990 [50] N Hickey, M Johnson, M Katebi, and M Grimble PID controller optimisa- tion for fin roll stailisation In Proc of the International Conference on Control Applications, Hawai, USA, 1999 255 [ 51] Shyh-Leh Chen and Wei-Chih Hsu Fuzzy sliding mode control for ship roll stabilization, Asian Journal of Control, Vol 5, No 2, pp 187-194, June 2003 [ 52] Kemp & Young Ship Stability Notes & Examples, Butterworth- Heinemann, Third Edition Printed and bound in Great Britain by Athenaeum Press Ltd, Gateshead, Tyne & Wear 2001 [ 53] Brunswig, J and Pereira, R (2006), “Validation of Parametric Roll Motion Predictions for a Modern Containership Design”, Proceedings of the 9th International Conference on Stability of Ships and Ocean Vehicles, pp.157-168 [ 54] Bulian, G., Francescutto, A and Lugni, C (2003), “On the Nonlinear Modeling of Parametric Rolling in Regular and Irregular Waves”, Proceedings of the 8th International Stability of Ships and Ocean Vehicles, pp.305-323 [55] Hashimoto, H., Umeda, N and Sakamoto, G (2007A), “Head-Sea Parametric Rolling of a Car Carrier”, Proceedings of the 9th International Ship Stability Workshop, pp.4.5.1-4.5.7 [56] Hashimoto, H., Sueyoshi, M and Minegaki, S (2007B) “An Estimation of the Anti Rolling Tank Performance for the Parametric Roll Prevention”, Conference Proceedings of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers, Vol.4, pp.189-192, (in Japanese) [ 57] Hua, J., Palmquist, M and Lindgren, G (2006) “An Analysis of the Parametric Roll Events Measured Onboard the PCTC AIDA”, Proceedings of the 9th International Stability of Ships and Ocean Vehicles, pp.109-11 [ 58] Frank H Sellars, John P Martin, William L Schultz “ List Control Systems”, SNAME Transactions, Vol 105, 1997, pp 171—189 256 [...]... xét thiết kế và xây đựng hệ thống tự động cân bằng cho phương tiện nổi và kho nổi nói chung và cho tàu Lash nói riêng theo phương pháp dằn (kiểu ballast) Việc thiết kế hệ thống điều khiển cân bằng kiểu dằn cho tàu Lash đã được phân tích sâu bao gồm từ giải pháp thiết kế, chọn cấu trúc phần cứng (trên hệ PLC), việc thiết kế phần mềm chức năng giao diện giám sát và điều khiển Các vấn đề về điều khiển mờ,... của các hệ thống bổ trợ cân bằng kiểu lái và vây, ở điều kiện dễ mất cân bằng nhất khi thay đổi lượng tải lớn và rất nhanh khi làm hàng) là chế độ neo đậu Như vậy, về mặt nguyên lý, ở chế độ neo đậu làm hàng (không có yếu tố tốc độ), việc cân bằng cho các phương tiện nổi, các tàu cỡ lớn bằng hệ thống nước dằn rất giống với việc cân bằng các kho nổi và thường được thực hiện bằng cách thức điều khiển cân. .. toán điều chỉnh sức nổi, tính toán các điều kiện thay đổi tải trọng để giữ cân bằng đối tượng nổi Những kiến thức ở chương này sẽ là cơ sở cho việc giả quyết nhiều vấn đề liên quan đến điều khiển sức nổi, vấn đề ổn định đối tượng nổi Chương 5 THIẾT KẾ VÀ CÁC BƯỚC XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG KHO NỔI, TÀU LASH MẸ Chương này đã đề cập đến những vấn đề liên quan đến quá trình xem xét thiết. .. trang thiết bị vật tư cho ngành công nghiệp đóng tàu trong nước 4 Toàn bộ kết quả nghiên cứu của đề tài được trình bày trong các phần chính sau: Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÂN BẰNG KHO NỔI, PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG KHO NỔI Chương này nêu tổng quan các công trình nghiên cứu đã có trong và ngoài nước liên quan mật thiết đến đề tài, tập trung phân tích các. .. phương tiện nổi thụ động (không được trang bị hệ động lực đẩy chính), việc cân bằng là điều kiện tất yếu đảm bảo các tính năng của phương tiện, chẳng hạn các âu nổi, sân bay nổi, các cầu nổi, khách sạn nổi luôn phải ở trạng thái cân bằng trong quá trình hoạt động Các công trình nghiên cứu về kết cấu nổi, điển hình như [16], [17], [18] đã chỉ ra rằng, rất nhiều phương tiện nổi khi hoạt động phải có... trim control, giống hệt các phương tiện nổi cỡ lớn thụ động, được cố định mềm Tuy nhiên trên hành trình, việc cân bằng cho các đối tượng này thường được thực hiện bằng cách phối hợp hoạt động của hệ thống dằn Auto heel and trim control với các hệ thống có chức năng bổ trợ cho việc ổn định cân bằng kiểu quay bánh lái (Rudder Roll Stabilization System) hoặc hệ thống bổ trợ ổn định cân bằng kiểu vây (Fin... mờ, cấu trúc bộ điều khiển mờ trong phần cứng được lựa chọn và thuật toán điều khiển cũng đã được mô tả chi tiết Ngoài ra, chương này cũng đã đề cập đến việc thiết kế thiết bị đo nghiêng lêch, một thiết bị đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống điều khiển cân bằng phương tiện nổi Các kết quả ở chương này thực sự là nền tảng cho việc triển khai lắp đặt và thử nghiệm hệ thống cân bằng trên tàu Lash... bị hệ điều khiển tự động mang tên "ADOCS 1." Các phần tử vật lý của hệ thống "ADOCS 1." bao gồm các đầu đo, các bơm, hệ thống van, bộ điều khiển logic công nghiệp (ILC) và hệ thống máy tính Có hai máy tính được bố trí bên trong trung tâm điều khiển, được nối mạng với nhau và sẳn sàng thay thế cho nhau nếu máy kia hỏng Máy tính được nối với hệ thống phần cứng theo phương thức truyền quang gồm 22 bộ điều. .. chiến lược điều khiển đặc biệt (đối với hệ thống ổn định kiểu quay bánh lái) hoặc là điều chỉnh độ mở và góc nghiêng của các vây (hệ thống ổn định kiểu vây) trên cơ sở tận dụng ảnh hưởng đặc biệt vào yếu tố tốc độ của phương tiện Các hệ thống này được thiết kế để hoạt động độc lập, hoặc có thể phối hợp với nhau Tuỳ thuộc vào tính năng được thiết kế cho đối 28 tượng, hệ thống bổ trợ cân bằng kiểu quay... cảng và mặt 25 phẳng của phương tiện nổi được điều chỉnh thông qua lượng nước trong các két dằn Hình 1.12 Phương tiện nổi chở các kết cấu siêu trường, siêu trọng 1.3 Phân tích các phương pháp điều khiển cân bằng sức nổi Cân bằng nổi là giữ cho phương tiện nổi đứng thẳng trên mặt phẳng nước, bao gồm cân bằng ngang theo độ lệch giữa các mạn (lift hay heel), cân bằng dọc liên quan đến mớn nước mũi và