Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG KHOA ĐIỆN - CƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Số hiệu sinh viên: 127510301046 Khóa: 2013 - 2015 Khoa: Điện - Cơ Ngành: Điện Công nghiệp Dân dụng Tên đề tài: Tổng quan nồi tàu thuỷ, sâu nghiên cứu đề xuất phương án chế tạo hệ thống điều khiển, rơle cảm biến lửa giám sát hệ thống nhiên liệu Các số liệu ban đầu: Nội dung phần cần thuyết minh tính toán: Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): Họ tên cán hướng dẫn: Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: Ngày tháng năm 2015 Trưởng môn ( Ký, ghi rõ họ, tên) Cán hướng dẫn ( Ký, ghi rõ họ, tên) Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày… tháng … năm 2015 Người duyệt ( Ký, ghi rõ họ, tên) Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Sinh viên ( Ký, ghi rõ họ, tên) Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tinh thần, thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……… Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………… Cho điểm cán hướng dẫn: (Điểm ghi số chữ) Ngày tháng năm 2015 Cán hướng dẫn (Họ tên chữ kí) Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………… Cho điểm cán chấm phản biện (Điểm ghi số chữ) Ngày tháng năm 2015 Người chấm phản biện Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “ Tổng quan nồi tàu thuỷ, sâu nghiên cứu đề xuất phương án chế tạo hệ thống điều khiển, rơle cảm biến lửa giám sát hệ thống nhiên liệu" em tự trình bày hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Tiến Ban, Trường Đại Học Hải Phịng với số liệu, hình vẽ kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hồn tồn trách nhiệm Hải phịng, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Quốc Việt Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Tiến Ban - người tận tình hướng dẫn, động viên giúp đõ' em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến q Thầy, Cơ dạy em thời gian học trường Đại Học Hải Phịng, cảm ơn q Thầy, Cơ khoa Điện Cơ trường Đại Học Hải Phòng tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đồ án Em xin gửi lời cảm ơn đến anh, chị, bạn lớp liên thông Điện công nghiệp dân dụng khóa LT K4 - người giúp đỡ em trình thực hiền đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng MỤC LỤC Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phịng LỜI NĨI ĐẦU Hiện nay, ngành công nghiệp tàu thủy gới nói chung ngành cơng nghiệp tàu thủy Việt Nam ta nói riêng đà phát triển mạnh mẽ Với địa thuận lợi có bờ biển dài hai ngàn số, nguồn nhân lực dồi có trình độ cao làm việc ngành công nghiệp tàu thủy, việc áp dụng nhiều cơng nghệ tiên tiến để đóng sửa chữa tàu biển nhà máy đóng tàu nước ta Qua góp phần khơng nhỏ q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa ngành đóng tàu nước, mà cịn đưa ngành cơng nghiệp đóng tàu nước ta lên tầm cao mới, dần ngang tầm với quốc gia có ngành cơng nghiêp đóng tàu phát triển gới Chúng ta đóng tàu cỡ lớn với chất lượng cao, tin cậy nhận nhiều đơn đặt hàng từ nhiều bạn hàng giới Là sinh viên học tập chuyên môn khoa Điện - Cơ trường đại học Hải Phòng Sau hai năm học tập rèn luyện, em trang bị tương đối đầy đủ kiến thức ngành Điện Công nghiệp Dân dụng Sau tháng thực tập tốt nghiệp nhà máy đóng tàu địa bàn Hải Phịng để bổ sung kinh nghiệm thực tế, em giao cho đề tài: “ Tổng quan nồi tàu thuỷ, sâu nghiên cứu đề xuất phương án chế tạo hệ thống điều khiển, rơle cảm biến lửa giám sát hệ thống nhiên liệu’’ Mục đích đề tài tìm hiểu, nghiên cứu tổng quan Nồi Hơi tàu thủy, nghiên cứu hệ thống Nồi Hơi số tàu nay, sâu nghiên cứu phần tử cảm biến lửa bán dẫn Sau thời gian mười tuần nhận đề tài, với nỗ lực nghiên cứu thân, hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Tiến Ban thầy cô giáo khoa Điện – Cơ Trường Đại học Hải Phòng giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Trong q trình hồn thành đồ án trình độ thân nhiều hạn chế, đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót định Để giúp cho Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng đồ án tốt nghiệp hồn chỉnh nữa, em kính mong thầy khoa góp ý, bổ sung để đồ án em hoàn thiện EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN ! Hải phòng, ngày … tháng…….năm 2015 Sinh viên thực Nguyễn Quốc Việt Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng Chương KHÁI NIỆM, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG NỒI HƠI TÀU THUỶ 1.1 Khái niệm chung Ngày nay, nhân loại cần lượng chủ yếu dạng điện năng, Nhưng năng, điện không tự nhiên sinh mà cần phải biến đổi từ nguồn nguyên liệu khác như: than, dầu lửa, khí tự nhiên,…Để có năng, điện cần sử dụng thiết bị biến đổi lượng như: Động Điesel, động tu bin khí, động tu bin hơi,… Trong nước mơi chất quan trọng, ứng dụng rộng rãi công nghiệp để biến đổi lượng từ dạng khác thành năng, điện Nồi tàu thuỷ thiết bị sử dụng lượng chất đốt (hoá dầu đốt, than, củi) biến nước thành có áp suất nhiệt độ cao Trên tàu thuỷ người ta sử dụng nồi nguồn lượng (chạy tuốc bin nước) để quay chân vịt tàu, phục vụ thiết bị máy móc phụ khác tời neo, bơm, Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, máy nước thay thiết bị máy móc khác, nhiên nồi cịn chiếm giữ vai trò định tàu đặc biệt tàu vận tải tàu có chứa dầu thơ, để hâm nóng dầu thơ, dầu nặng, ngồi nồi tạo nước để sấy máy, hâm nước, sưởi ấm, phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt thuyền viên tàu… 1.2 Yêu cầu hệ thống nồi tàu thuỷ - Sử dụng an toàn: Là hệ thống gây tai nạn cho tàu nồi tàu phải có kết cấu bền qua thử nghiệm lâu dài - Gọn nhẹ dễ bố trí tàu để tăng tải trọng tàu tầm xa hoạt động tàu nồi dùng có dung tích lớn q trình bốc cao - Cấu tạo đơn giản, bố trí thiết bị tiện cho việc bảo dưỡng sửa chữa khai thác Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 10 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phịng Hình 5.18: Đơn vị đếm count: tăng hay giảm TCNT0 direction: lựa chọn đếm lên đếm xuống clear: xóa ghi TCNT0 clkT0: xung clock định thời TOP: báo hiệu định thời đa tăng đến giá trị lớn BOTTOM: báo hiệu định thời đa giảm đến giá trị nhỏ (0) * Đơn vị so sánh ngõ Hình 519: Sơ đồ đơn vị so sánh ngõ Bộ so sánh bit liên tục so sánh giá trị TCNT0 với giá trị ghi so sánh ngõ (OCR0) Khi giá trị TCNT0 với OCR0, so sánh tạo báo hiệu Báo hiệu đặt giá trị cờ so sánh ngõ (OCF0) lên vào chu kỳ xung clock Nếu kích hoạt (OCIE0=1), cờ OCF0 tạo ngắt so sánh ngõ tự động xóa ngắt thực thi Cờ OCF0 xóa phần mềm Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 109 Đồ án tốt nghiệp * Mô tả ghi Trường Đại học Hải Phòng + Thanh ghi điều khiển định thời/bộ đếm TCCR0 Hình 5.20: Thanh ghi điều khiển định thời + Thanh ghi định thời/bộ đếm Hình 5.21 Thanh ghi định thời Thanh ghi định thời/bộ đếm cho phép truy cập trực tiếp (cả đọc ghi) vào đếm bit + Thanh ghi so sánh ngõ ra-OCR0 Hình 5.22 Thanh ghi so sánh ngõ Thanh ghi chứa giá trị bit liên tục so sánh với giá trị đếm + Thanh ghi mặt nạ ngắt Hình 5.23 Thanh ghi mặt nạ ngắt TIMSK + Thanh ghi cờ ngắt định thời Hình 5.23 Thanh ghi cờ ngắt định thời Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 110 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng Bit TOV0 đặt lên đếm bị tràn xóa phần cứng vector ngắt tương ứng thực Bit xóa phần mềm * USART Bộ truyền nhận nối tiếp đồng bất đồng thiết truyền thơng nối tiếp có chức sau: - Hoạt động song công (các ghi truyền nhận nối tiếp độc lập với nhau) - Hoạt động đồng bất đồng - Bộ tạo tốc độ baud có độ xác cao - Hỗ trợ khung truyền nối tiếp với 5, 6, 7, 8, bit liệu bit stop - Kiểm tra chẵn lẻ - Phát tràn liệu - Phát lỗi khung - Lọc nhiễu, bao gồm phát bit start lỗi lọc thông thấp số - Ngắt kết thúc truyền, ghi truyền hết liệu kết thúc nhận - Chế độ truyền thông đa vi xử lý - Chế độ truyền đồng tốc độ cao Sơ đồ khối USART sau: Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 111 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phịng Hình 5.25: Sơ đồ khối USART USART bao gồm phần chính: tạo xung clock, truyền nhận Các ghi điều khiển sử dụng chung phần * Bộ biến đổi A/D Vi điều khiểnATmega8 có biến đổi ADC tích hợp chip với đặc điểm: - Độ phân giải 10 bit - Sai số tuyến tính: 0.5LSB - Độ xác +/-2LSB - Thời gian chuyển đổi:65-260μs - Kênh đầu vào lựa chọn - Có hai chế độ chuyển đổi free running single conversion - Có nguồn báo ngắt hồn thành chuyển đổi - Loại bỏ nhiễu chế độ ngủ Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 112 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phịng Hình 5.26: Sơ đồ biến đổi A/D Sáu đầu vào ADC sáu chân PORTC chúng chọn thông qua MUX Để điều khiển hoạt động vào liệu ADC CPU có ghi: ADMUX ghi điều khiển lựa chọn kênh đầu vào cho ADC, ADCSRA ghi điều khiển ghi trạng thái ADC, ADCH ADCL ghi liệu * ADMUX: Multiplexer select register Đây ghi điều khiển bit Hình 5.27 Thanh ghi ADMUX Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 113 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng Với bit định nghĩa MUX3, MUX2, MUX1,và MUX0, ứng với tổ hợp logic ta chọn kênh đầu vào Cụ thể: Các bit REFS1 REFS0 dùng để chọn giá trị điện áp tham khảo cho ADC, sau: Các bit REFS1 REFS0 dùng để chọn giá trị điện áp tham khảo cho ADC, sau: * ADCSR-ADC control and status register Đây ghi điều khiển lưu trạng thái ADC Hình 5.28: Thanh ghi điều khiển trạng thái ADC * Bit 7-ADEN:ADC enable Đây bit điều khiển hoạt động ADC.Khi bit set ADC hoạt động ngược lại Nếu ta ngừng hoạt động ADC chuyển đổi kết thúc trình chuyển đổi.Mặc dù chưa chuyển đổi xong Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 114 Đồ án tốt nghiệp * Bit 6-ADSC: ADC start conversion Trường Đại học Hải Phịng Trong chế độ chuyển đổi đơn bit phải set lên để bắt đầu chuyển đổi.Trong chế độ chuyển đổi tự bit cần set lên để bắt đầu lần chuyển đổi đầu tiên.Bit giữ suốt trình chuyển đổi xóa mà chuyển đổi xong * Bit 5-ADATE :ADC Auto Trigger enable Khi bit set ADC bắt đầu chuyển đổi có nguồn kích hoạt xuất Việc lựa chọn nguồn kích hoạt thực cách set bit ghi SFIOR * Bit 4-ADIF: ADC interrupt Flag Bit set lên phần cứng q trình chuyển đổi hồn thành ghi liệu cập nhật Bit xóa phần cứng ngắt phép phục vụ Hoặc xóa cách ghi giá trị logic “0”vào cờ Cụ thể ngắt bị cấm ta sử dụng lệnh sbi cbi để tác dụng lên bit * Bit 3-ADIE:ACD interrupt Enable Nếu bit set ngắt tồn cục cho phép ngắt phép phục vụ (khi chuyển đổi xong liệu) bị xóa ngược lại * Bit 2.1.0-ADPS2…ADPS0: Bit lựa chọn xung nhịp(Tốc độ) Nguồn xung lấy từ nguồn xung Vi điều khiển(XTAL) chia tần thông qua chia tần Các bit ADPS có nhiệm vụ chọn số chia cho chia tần theo bảng sau: Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 115 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phòng * Thanh ghi liệu ACDH ADCL Thanh ghi chứa liệu chuyển đổi từ tương tự sang số, xếp hình Hình 5.29: Thanh ghi liệu ADC * Nguyên tắc hoạt động lập trình điều khiển ADC có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu điện áp tương tự thành tín hiệu số có độ phân giải 10 bit.Với giá trị nhỏ điện áp đặt chân AGND giá trị cực đại điện áp tương tự mắc vào chân AREF Tám kênh tương tự đầu vào chọn lựa thông qua ADMUX ADMUX điều khiển ghi ADMUX ADC hoạt động hai chế độ Đó chuyển đổi đơn: chuyển đổi lần có lệnh chuyển đổi chế độ tự chuyển đổi (Free running mode) chế độ mà ADC tự động chuyển đổi hoạt động cơng việc chuyển đổi có tính tuần hoàn (chỉ cần khởi động lần) ADC phép hoạt động nhờ thiết lập bit ADEN Quá trình chuyển đổi bắt đầu việc ghi vào bit ADSC mức logic suốt trình chuyển đổi bit giữ mức cao Khi q trình chuyển đổi hồn thành bit xóa phần cứng cờ AIDF bật lên Dữ liệu sau chuyển đổi đưa ghi liệu ADCL ADCH, ý đọc liệu từ hai ghi đọc ADCL trước đọc ADCH Nếu đọc ADCH trước liệu cập nhật ghi đè lên ADCL (Vi điều khiển nghĩ đa đọc xong liệu) Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 116 Đồ án tốt nghiệp b Sơ đồ nguyên lý mạch: Trường Đại học Hải Phòng Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 117 Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Hải Phịng Hình 5.30: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khỉên giám sát hệ thống nhiên liệu * Giới thiệu phần tử mạch: - J9: Đầu vào nguồn 12V xoay chiều - D2: Diode 1A chỉnh lưu điện chiều 12V - C6: Tụ lọc 470mF/16V - C4,C3: Tụ chống nhiễu cho nguồn - U1: IC ổn áp LM7805 để toạ nguồn 5V cho vi điều khiển - D1: Đèn led báo nguồn - J12: Cổng nạp cho vi điều khiển từ máy tính - J6, J5: Đầu điều khiển led đoạn - SW1: Nút ấn reset hệ thống - SW2: Nút ấn khẳng định cố - J1: Vi điều khiển ATmega8 Sinh viên: Nguyễn Quốc Việt 118 Đồ án tốt nghiệp - J3: Đầu vào tín hiệu dòng từ 4- 20mA Trường Đại học Hải Phòng - Y1, C1, C2: Thạch anh 8MHZ tụ 22pF để tạo dao động cho VĐK - C5, R3: Tụ 10mF điện trở 10K tạo mạch reset cho VĐK - R2: Điện trở 150Ω chuyển tín hiệu dịng thành tín hiệu áp để đưa vào cơng analog VĐK - R4: Biến trở điều chỉnh nguồn cho ADC VĐK - Đầu PC.5 đầu điều khiển hâm - Đầu PC.4 đầu điều khiển hâm báo động nhiệt độ dầu đốt cao - Đầu PC.3 đầu điều khiển hâm báo động nhiệt độ dầu đốt thấp - Đầu PB.4 đầu đèn boá lỗi cảm biến - Đầu PB.5 đầu còi báo động chung - Ngồi cịn có đầu gồm khối khuếch đại trung gian transistor ngược loại C1815 rơle gian loại 12V chiều để đưa tín hiệu báo điều khiển ngồi * Ngun lý hoạt động mạch: Với hệ thống dầu nặng (FO) tuỳ loại dầu có độ nhớt khác hệ thống điều khiển hâm dầu cài đặt lập trình để hâm, cắt hâm báo động ngưỡng nhiệt độ khác Trong hệ thống ta chọn ngưỡng báo động nhiệt độ thấp 85 0C, ngưỡng nhiệt độ bắt đầu hâm 95 0C, ngưỡng nhiệt độ cắt hâm 1200C ngưỡng nhiệt độ báo động cao 1300C - Muốn hệ thống hoạt động trước tiên ta cấp nguồn cho hệ thống, đèn led D1 sáng báo có nguồn - Giả sử ban đầu nhiệt độ dầu đốt nằm khoảng lớn 95 0C nhỏ 1200C vi điều khiển khơng đưa tín hiệu đầu để hâm báo động - Khi nhiệt độ giảm xuống = 1200C điện trở PT tăng đẫn đến đầu tín hiệu dòng từ 4mA – 20mA tăng làm cho sụt áp R2 tăng Điện áp đầu vào ADC0 tăng giá trị đặt cắt hâm vi điều khiển Vi điều khiển đưa tín hiệu đầu PC.5 = làm cho Q1 khoá, rơle LS1 điện cắt mạch hâm - Vì lí mà nhiệt độ đầu đốt tăng cao >= 130 0C điện áp đầu vào ADC0 giá trị đặt báo động nhiệt độ cao vi điều khiển Vi điều khiển đưa tín hiệu đầu PC.4 = làm cho Q2 thơng Rơle LS2 có điện đóng tiếp điểm đầu J8 để báo động nhiệt độ đầu đốt cao Đồng thời đầu PB.5 có tín hiệu = làm cho rơle LS5 có điện cịi kêu Khi ấn SW2 cịi ngừng kêu cịn đèn sáng Ấn SW1 reset hệ thống - Vì lí mà nhiệt độ đầu đốt giảm xuống