BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… Luận văn Thiết Kế Hệ Thống Chng Truyền Lệnh Trên Tàu Thủy LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta đà phát triển từ nước nơng nghiệp lạc hậu với mục tiêu trở thành nước cơng nghiệp Do vậy, sử dụng thiết bị tự động nhu cầu khơng thể thiếu xí nghiệp, nhà máy Bên cạnh đó, việc giao thơng vận tải phát triển theo khơng kém, đặc biết ngành hàng hải Việc giao thơng biển, vận chuyển hàng hóa, giao lưu nước ngồi nước vơ quan trọng bước chuyển đất nước tồn quốc nói chung thành phố Hải Phòng nói riêng Với đề tài “Thiết Kế Hệ Thống Chng Truyền Lệnh Trên Tàu Thủy” Ths Nguyễn Đồn Phong đưa ra,em thực sau: Nội dung đề tài: Chương Tổng quan tàu thủy hệ thống lái tàu Chương Lựa chọn phương pháp thực thiết bị với giải pháp chọn Chương Xây dựng hệ thống CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÀU THỦY VÀ HỆ THỐNG LÁI TÀU 1.1 LỊCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN TÀU THỦY Trong lịch sử phát triển tàu thủy, tàu người có lẽ thuyền gỗ nhỏ Có nhiều loại thuyền gỗ, thuyền gỗ đóng gỗ ghép lại Để di chuyển mặt nước người từ chỗ sử dụng mái chèo biết tận dụng sức gió cách buồm Máy chèo cánh buồm vừa làm nhiệm vụ đẩy thuyền, vừa làm nhiệm vụ điều chỉnh thuyền theo hướng định Như nói phận lái cho tàu thủy mái chèo cách buồm Khi người làm thuyền lớn, tận dụng sức gió để đẩy thuyền đồng thời dùng cánh buồm để di chuyển thuyền theo hướng mong muốn Sau người ta phát minh bánh lái đơn giản gỗ đặt phần thuyền, nối với tay cầm (cán gỗ) đẩy đẩy lại sang hai bên giống cá để điều khiển hướng thuyền Bánh lái kết hợp với cánh buồm để điều khiển thuyền theo hướng mong muốn Khi sử dụng bánh lái đơn giản nối với tay cầm thấy muốn điều khiển thuyền sang phải phải đẩy tay cầm sang bên trái, ngược lại muốn điều khiển thuyền sang trái phải đẩy tay cầm sang trái Điều khiển thuyền, đặc biệt thuyền buồm lớn thấy "ngược tay vất vả q" nên người thiết kế vơ lăng lái (tay cầm hình tròn) qua hệ thống truyền động để lái tàu sang phải cách quay vơ lăng sang phải, lái tàu sang trái cách quay vơ lăng sang trái Và hệ thống máy lái tàu có chút “cơ giới hóa” Thời kỳ phát triển mạnh ngành hàng hải kỷ thứ 15, thuyền buồm gỗ cỡ lớn chạy nhiều ngày biển, mở thời kỳ thám hiểm hàng hải Các đội thuyền buồm mạnh thời đội thuyền Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha Anh Các thám hiểm chinh phục thuộc địa thuyền buồm (gỗ) liên tiếp kỷ 19 tàu sắt thay thuyền gỗ Thời kỳ thời kỳ lái tàu hệ thống lái vơ lăng truyền động học sử dụng la bàn, thời kế, sextant bảng lịch thiên văn để điều khiển thuyền buồm Một số nhà thám hiểm hàng hải tiếng thời kể đến Magellan, Zheng Ho (Trung Quốc), Colombus, James Cook Vào cuối kỷ thứ 18 đầu kỷ thứ 19, xuất máy nước, tàu sắt vá máy phát điện tạo cách mạng cơng nghiệp Châu Âu, kéo theo đời tàu sắt cỡ lớn chạy nước Sự phát triển từ thuyền buồm gỗ sang tài sắt chạy máy nước nảy sinh nhu cầu phát triển hệ thống lái tốt phương pháp xác định trị trí tàu tốt Vào kỷ thứ 19, nhà khoa học người Pháp J.B.L Foucault tiến hành thí nghiệm với bánh đà quay gắn vòng đăng (các vòng tròn nối khớp với nối với trục bánh đà để bánh đá quay tự theo hướng) Thiết bị bánh đà quay vòng đăng gọi quay (gyroscope) Qua thí nghiệm Foucault phát đặc điểm quan trọng quay tự quay trì hướng ban đầu khơng gian mà khơng phụ thuộc vào chiều quay trái đất Từ thí nghiệm mở đầu cho phát minh la bàn quay điện vào năm 1890 G.M Hopkins Sự đời quay điện làm phát sinh nhu cầu sử dụng quay để tạo la bàn quay dùng việc điều khiển tàu sắt tàu ngầm sử dụng tàu sắt, la bàn từ tàu sắt bị ảnh hưởng nguồn từ tàu sắt, tàu ngầm thiết bị điện La bàn điện (la bàn quay) hai người, H Anschutz Đức E Sperry Mỹ (xem lịch sử hãng Sperry Marine), đồng thời phát minh vào đầu kỷ 20 (1908 Anschutz cấp sáng chế la bàn quay hướng bắc, năm sau E Sperry đựơc cấp sáng chế ballistic compass) 1.2 CÁC YẾU TỐ ĐẶC TÍNH HÌNH HỌC CỦA TÀU THỦY 1.2.1 Ba mặt cắt thân tàu thẳng góc với Mặt cắt dọc tàu: mặt phẳng đứng dọc theo đường tâm chiều dài tàu mặt đối xứng mạn trái phải tàu Mặt cắt ngang tàu: mặt thẳng đứng ngang sườn Mặt đường nước thiết kế : mặt nằm ngang qua đường nước thiết kế 1.2.2 Kích thước chủ yếu Chiều dài tồn : khoảng cách nằm ngang tối đa mũi Chiều dài hai trụ: khoảng cách nằm ngang hai đường thẳng góc, tức sống mũi sống Chiều dài : chiều dài đường nước thiết kế chiều dài đường nước tải đầy Chiều rộng thiết kế : chiều rộng tối đa đường nước thiết kế Chiều cao mạn thiết kế: chiều cao thẳng đứng từ mặt sống tới bề mặt boong mặt cắt ngang sườn tàu Mớn nước : khoảng cách theo chiều thẳng đứng từ mặt sống tới đường nước thiết kế Mạn khơ : chiều cao mạn trừ mớn nước 1.2.3 Hệ số hình dáng tàu Chủ yếu có bốn hệ số hình dáng tàu Đó hệ số đường nước thiết kế,hệ số mặt cắt ngang sườn giữa, hệ số lượng chiếm nước (cũng gọi hệ số béo) hệ số lăng trụ dọc Hệ số hình dáng tàu giúp ta hiểu rõ hình dáng thân tàu nước biến thiên thân tàu dọc theo chiều dài ảnh hưởng trực tiếp tới đặc tính hàng hải tàu Hiển nhiên, vào mục đích, đặc tính, tốc độ nhiều thứ khác loại tàu khác mà ta phải chọn lựa hệ số thích hợp 1.3 TRỌNG TẢI VÀ LƯNG NƯỚC CHIẾM 1.3.1 Lượng chiếm nước Lượng chiếm nước sơ phân chia thành lượng chiếm nước tàu khơng (lượng chiếm nước nhẹ tải) lượng chiếm nước đầy tải Lượng chiếm nước khơng tải lượng chiếm nước mà tàu có thuyền viên, đồ đạc cá nhân thuyền viên, phụ tùng dự trữ, trang bị lương thực dự trữ, khơng có hàng hố, nhiên liệu thứ tiêu dùng khác, lượng chiếm nước đầy tải lượng chiếm nước mà tàu có hàng hố, định biên, nhiên liệu vân vân đạt tới mức đầy đủ Ngồi với tàu chiến, người ta áp dụng để tính tốn trọng lượng tàu hai khái niệm khác lượng chiếm nước thơng thường lượng chiếm nước tiêu chuẩn 1.3.2 Trọng tải Thơng thường chủ tàu thảo luận mặc với nhà máy đóng tàu để đạt tới trọng tải lớn có, vì, theo ý nghĩa đó, trọng tải vấn đề tiền bạc Như ta thấy, trọng tải trọng lượng tối đa hàng hố hành khách mà tàu chun chở điều kiện lượng chiếm nước đầy tải Hay nói cách khác, trọng tải lượng chiếm nước đầy tải trừ tổng lượng chiếm nước khơng tải cộng với trọng lượng thứ tiêu thụ tàu nước, dầu Xét thể tích tàu,người ta phân thành trọng tải tổng cộng trọng tải net, trọng tải hữu ích Trọng tải tổng tính dựa tổng thể tích tất phòng khơng gian kín tàu trọng tải net trọng tải tổng trừ thể tích phòng khơng gian khơng chứa hàng hố hành khách Cả hai trọng tải tổng net tính hai cơng thức đơn giản dẫn Cơng Ước Trọng Tải 1969 1.4 CÁC ĐẶC TÍNH HÀNG HẢI 1.4.1 Tính Một đặc tính hàng hải quan trọng tính nổi, tính chất nêu rõ khả tàu mặt nước với điều kiện trọng tải Khi đề cập tới tính trước hết phải làm rõ hai thuật ngữ sức dự trữ dấu hiệu đường nước có tải Như tất biết tàu thủy biển có mạn khơ đó, thể tích mà tàu lại làm sức dư thừa Đó mớn nước tàu cho phép tăng len mà khơng làm chìm tàu Sức dư gọi sức dự trữ, hay nói xác sức dự trữ đo mạn khơ, thể tích kín nước thân vỏ nằm đường nước có tải Về đường nước có tải, loạt đường nước tối đa tàu mùa khác thay đỏi tùy theo vùng hàng hải 1.4.2 Tính ổn định Một đặc tính hàng hải tính ổn định, khả tàu bị nghiêng có ngoại lực gió, sóng…tác dụng khơi phục lại vị trí ban đầu lực giỡ bỏ Tất nhiên tính ổn định có tầm quan trọng to lớn với ngành đóng tàu khiếm khuyết ln ln dẫn tới tổn thất to lớn sinh mạng Sự nghiêng tàu phân thành nghiêng dọc nghiêng ngang Vì tâm nghiêng ngang ln thiết yếu tâm nghiêng dọc nên ta ln phải nhấn mạnh tới ổn định ngang thường giới hạn góc nghiêng nhỏ 15 độ Để có ổn định tốt, ln ý tới hai điểm: Một mặt phải hạ thấp trọng tâm, mặt khác phải tăng chiều cao tâm nghiêng Trọng tâm tầu tính tốn thơng qua việc thử nghiêng lệch, Việc thử tiến hành nước tĩnh với thời tiết đẹp 1.4.3 Tính tốc độ cao Một đặc tính hàng khác tính tốc độ tức khả tàu đạt tốc độ cao với lượng tiêu thụ cơng suất Trong hành trình, tàu thủy chủ yếu chịu tác động sức cản nước Chúng ta khơng bận tâm tới sức cản khơng khí q nhỏ so với sức cản nước trừ tàu cao tốc Sức cản nước mà tàu phải chịu gồm sức cản ma sát, sức cản xốy sức cản tạo sóng Có hai cách để tăng tốc độ tàu giảm thiểu sức cản nước tăng cơng suất máy Để thực việc đó, mũi lê thường áp dụng rộng rãi cho nhiều loại tàu cơng suất danh định máy thường lớn gấp hai lần cơng suất hữu hiệu tàu 1.4.4 Lắc ngang lắc dọc Khi mặt nước hay chạy biển,tàu lắc ngang hay lắc dọc chuyển động sóng ảnh hưởng gió,dòng chân vịt Kết lắc ngang lắc dọc q mức sau: - Do lắc ngang tàu nghiêng q mức ,nên tăng khả bị lật úp - Cấu trúc thân tàu bị hư hỏng lắc ngang lắc dọc đột ngột hàng rời di chuyển mạnh xấu nữa, vỏ tàu bị vỡ - Ảnh hưởng tới trang bị đẩy, tức tăng sức cản nước giảm tốc độ lắc ngang lắc dọc -Tiếp đến ảnh hưởng tới việc điều hành loại máy móc dụng cụ -Cuối cùng, điều kiện làm việc vất vả làm thủy thủ bị say sóng Bởi vậy, giai đoạn thiết kế, phải xét tới lắc ngang lắc dọc liên quan mật thiết tới tồn đặc tính hàng hải Như ta biết, chu kỳ lắc có liên quan lớn tới chiều cao tâm nghiêng ban đầu, mức độ đó, tính ổn định trái ngược với tính lắc Có điều kỳ lạ, nhiều người nghĩ lắc mạnh khơng phải sinh từ ổn định Bởi người ta nghĩ nhiều thiết bị chống lắc, đưa vào áp dụng rộng rãi để giảm lắc ngang lắc dọc Các thiết bị chống lắc thường dùng thực tế vây bên hơng,thiết bị giảm lắc két bên hơng 1.4.5 Tính chống chìm Tính chống chìm xác định khả tàu mặt nước, đủ sức nổi, tính ổn định đặc tính hàng hải khác trường hợp hay vài khoang ngập nước Nếu có tai nạn xảy ra, sức dự trữ điều kiện chủ chốt để giữ cho tàu 1.4.6 Tính điều khiển Đặc tính hàng hải cuối mà ta xét tới tính điều khiển, khả tàu giữ hay thay đổi hướng tùy theo ý định người lái tàu.Tính điều khiển có hai tính chất, ổn định hướng khả quay vòng Ổn định hướng rõ khả tàu giữ hướng định tính chất sau khả tàu thay đổi hướng.Tàu biển đòi hỏi tính ổn định hướng tốt tàu tầm ngắn lại đòi hỏi tính quay trở tốt 1.5 KẾT CẤU THÂN TÀU Con tàu cơng trình to lớn mặt nước với số sàn gọi boong tàu.Trong số boong boong nằm chạy liên tục từ mũi tới đi.Trong số boong liên tục nằm boong có boong dưới.Trên boong có số boong khác Boong la bàn: có đặt thiết bị dẫn đường Boong xuồng : có xuồng cứu sinh,boong nơi có khu vực cho hànhkhách thuyền viên.Vì đặc tính kết cấu vỏ tàu,kết cấu nằm boong thường gọi thượng tầng phần nằm boong gọi thân vỏ theo sườn lên CU đếm lùi CTUD n Cxx theo sườn lên CD Khi giá trị n (word) : VW, T, đếm tức thời C-word, Cxx lớn C, IW ,QW, giá trị đặt trước n, C-bít MW, SMW, AC, có giá trị logic 1, đếm AIW, Hằng số, ngừng đếm tiến C-word đạt giá *VD, *AC trị cực đại 32.767 ngừng đếm lùi C-word đạt giá trị cực tiểu 32.767 CTUD reset bít đầu ngăn xếp có giá trị logic 57 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 MẠCH CẤP NGUỒN Hình 3.1 Mạch cấp nguồn cho hệ thống 58 3.2 CHỨC NĂNG ĐẦU VÀO RA Stt Tiếp điểm Chức I0.0 Phát lệnh tiến hết máy I0.1 Phát lệnh tiến nửa máy I0.2 Phát lệnh tiến chậm I0.3 Phát lệnh tiến chậm I0.4 Phát lệnh lùi hết máy I0.5 Phát lệnh lùi nửa máy I0.6 Phát lệnh lùi chậm I0.7 Phát lệnh lùi chậm I1.0 Dừng 10 I1.1 Trả lời 11 Q0.0 Đèn báo tiến hết máy 12 Q0.1 Đèn báo tiến nửa máy 13 Q0.2 Đèn báo tiến chậm 14 Q0.3 Đèn báo tiến chậm 15 Q0.4 Đèn báo lùi hết máy 16 Q0.5 Đèn báo lùi nửa máy 17 Q0.6 Đèn báo lùi chậm 18 Q0.7 Đèn báo lùi chậm 19 Q1.0 Đèn báo dừng 59 Hình 3.2 Chng thiết kế sử dụng PLC 60 3.3 SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI ĐẦU VÀO RA Hình 3.2 Sơ đồ đấu nối đầu vào 61 3.4 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn 62 3.5 SẢN PHẨM HOÀN THIỆN Hình 3.4 Sản phẩm hồn thiện 63 3.6 CHƯƠNG TRÌNH THỰC HIỆN 64 65 66 67 68 69 KẾT LUẬN Sau thời gian thực hện đề tài tốt nghiệp, giúp đỡ hướng dẫn thầy giáo Thạc Sĩ Nguyễn Đồn Phong thầy giáo mơn Điện Tự Động Cơng Nghiệp, với nỗ lực thân kiến thức sau bốn năm học Đến em hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Thiết Kế Hệ Thống Chng Truyền Lệnh Trên Tàu Thủy” Trong đồ án em tìm hiểu giải vấn đề sau:  Thu thập đầy đủ tài liệu tàu thủy, thiết bị PLC step7 200  Thiết kế hệ thống chng truyền lệnh sủ dụng PLC Tuy nhiên trình độ có hạn nên khơng thể tránh thiếu sót, em mong đóng góp thầy giáo bạn Em xin cảm ơn thầy khoa Điện - Điện Tử, đặc biệt cảm ơn thầy Ths Nguyễn Đồn Phong hướng dẫn tận q trình làm đồ án tốt nghiệp vừa qua EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN ! Hải Phòng, ngày 14 tháng 10 năm 2010 Sinh Viên : Đồn Quang Hưng 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS TS Nguyễn Đức Ân, KS Nguyễn Bân(2005), Lý thuyết tàu thủy tập 1,2, Nhà xuất Giao Thơng Vận Tải Hà Nội KalassVan Dokkum, Ship knowledge Shipdesign,contruction and operation, Nhà xuất Dokmar Maritime, WWW.DOKMAR.COM Mai Xn Vũ, Nguyễn Thu Thiên, Sổ tay hướng dẫn lập trình PLC, Nhà xuất Trẻ Trần Thế San(2005), Hướng dẫn thiết kế mạch lập trình PLC, Nhà xuất Đà Nẵng Trần Cơng Nghị(2003), Thiết kế tàu thủy, Nhà xuất ĐH Quốc Gia TP Hồ Chí Minh TS Phạm Tiến Tỉnh(2006), Lý thuyết thiết kế tàu thủy, Nhà xuất Giao Thơng Vận Tải 71