Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tự động điều khiển quá trình đánh trìm và làm nổi âu 8 500t phục vụ cho việc đóng mới và sửa chữa tàu biển

Việc sửa chữa tàu trên phương tiện này thực hiện bằng cách thu nước vào két dằn để làm chìm âu xuống đến mức cho trước, đưa tàu vào lòng âu rồi bơm nước ra khỏi các khoang dằn làm cho âu

NGUYỄN VĂN TOÁN

Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tự động điều khiển quá trình đánh chìm và làm nổi âu 8.500t phục vụ

cho việc đóng mới và sửa chữa tàu biển

luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: tự động hoá

Mã số: 20506

Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: TS.Đặng Xuân hoài

hà nội-2005

Danh mục bảng biểu, hình vẽ

2 Hình 1.2 Các tr-ờng hợp nghiêng lệch của âu nổi 5

10 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bơm xả 12

11 Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý điều khiển của van xả n-ớc 13

12 Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý điều khiển của van thu n-ớc 14

13 Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý điều khiển của van nhánh 15

14 Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển 17

17 Hình 2.4 Bố trí thiết bị ngăn 04 21

19 Hình 2.6 Nguyên lý phát hiện góc nghiêng của âu 23

20 Hình 3.1 Thiết bị phát hiện độ nghiêng lệch âu 33

21 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý đấu dây các sensor 34

23 Hình 3.4 Nguyên tắc tự động ngắt nhóm trong quá trình đánh chìm 43 24.Hình 3.5 Nguyên tắc tự động ngắt thu trong quá trình đánh chìm 45 25.Hình 3.6 Nguyên tắc tự động ngắt nhóm trong quá trình làm nổi 50 26.Hình 3.7 Nguyên tắc tự động ngắt xả trong quá trình làm nổi 53

27 Hình 4.1 Khung ch-ơng trình soạn thảo của SYSWIN 3.4 65

28 Biểu 4.1 Chi tiết địa chỉ vào/ra của CPU CMP2A-40CDR-A 66

29 Biểu 4.2 Chi tiết địa chỉ vào/ra của modul mở rộng 1 CMP1A-20EDR1 67

30 Biểu 4.3 Chi tiết địa chỉ vào/ra của modul mở rông 2 CMP1A-20EDR1 68

30 Biểu 4.4 Chi tiết địa chỉ vào/ra của modul mở rộng 3 CMP1A-20EDR1 68

31 Hình 4.2 CPU CMP2A-40CDR-A và modul mở rộng CMP1A-20EDR1 69

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan luận văn này được thực hiện do sự nỗ lực

cố gắng của chính bản thân mình, không hề sao chép tài liệu khác

Học viên

NGUYỄN VĂN TOÁN

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG TIỆN ÂU NỔI

1.3 Trang bị và truyền động điện của các bơm, van 11

1.3.1 Bơm xả và truyền động điện bơm xả 11

1.3.3 Van thu và truyền động điện van thu 13

1.3.4 Van nhánh và truyền động điện van nhánh 14 1.4 Hệ thống đo báo các mức nước của két, các góc của âu và góc mở các van

nhánh

15

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐÁNH CHÌM

VÀ LÀM NỔI ÂU

2.4 Qui trình thao tác của quá trình đánh chìm và làm nổi âu 24 2.4.1 Qui trình thao tác của quá trình đánh chìm 24

2.4.2 Qui trình thao tác của quá trình làm nổi 27

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ĐÁNH CHÌM VÀ LÀM NỔI ÂU

3.1 Thiết bị phát hiện độ lệch của âu sử dụng sensor tiệm cận 33

3.4 Thuật toán của quá trình đánh chìm và làm nổi âu ở chế độ tự động 39 3.4.1 Thuật toán của quá trình đánh chìm âu 40

3.4.1.2 Nguyên lý tự động ngắt nhóm van theo tín hiệu lệch âu 42 3.4.1.3 Nguyên lý tự động ngắt nhóm van theo mớn nước ở góc âu 45 3.4.2 Thuật toán của quá trình làm nổi âu 47

3.4.2.2 Nguyên lý tự động ngắt nhóm van theo tín hiệu lệch âu 50 3.4.2.3 Nguyên lý tự động ngắt nhóm van theo mớn nước ở góc âu 52 3.5 Phương trình thực hiện các thuật toán của quá trình đánh chìm và làm nổi 55 3.5.1 Phương trình thực hiện tín hiệu ngắt thu và ngắt xả 55 3.5.2 Phương trình thực hiện quá trình đánh chìm 55 3.5.3 Phương trình thực hiện quá trình làm nổi 56 3.5.4 Phương trình thực hiện đóng mở các van nhánh 56 3.5.5 Phương trình thực hiện đóng mở các van thu 59 3.5.6 Phương trình thực hiện đóng mở các van xả 59 3.5.7 Phương trình thực hiện khởi động các bơm xả 60

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CÓ KHẢ NĂNG LẬP TRÌNH PLC ĐỂ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ĐÁNH CHÌM VÀ LÀM NỔI ÂU 8.500T

4.2 Phần mềm SYSWIN 62

4.4 Phân bố địa chỉ vào/ra cho CPM2A-40CDR-A và 3 modul mở rộng 65

4.4.1 Phân bố địa chỉ vào/ra cho CPM2A-40CDR-A 65

4.4.2 Phân bố địa chỉ vào/ra cho modul mở rộng 1 CPM1A-20EDR1 66

4.4.3 Phân bố địa chỉ vào/ra cho modul mở rộng 2 CPM1A-20 EDR1 67

4.4.4 Phân bố địa chỉ vào/ra cho modul mở rộng 3 CPM1A-20 EDR1 68

LỜI NÓI ĐẦU

Âu nổi vỏ thép thường hay được sử dụng để đóng mới và sửa chữa các phương tiện thủy Thông thường, để sửa chữa toàn bộ một con tàu, điều kiện bắt buộc là phải cho toàn bộ con tàu cách ly khỏi mặt nước Một trong những cách thức cách ly tàu khỏi mặt nước là dùng Âu nổi Việc sửa chữa tàu trên phương tiện này thực hiện bằng cách thu nước vào két dằn để làm chìm âu xuống đến mức cho trước, đưa tàu vào lòng âu rồi bơm nước ra khỏi các khoang dằn làm cho âu nâng tàu lên khỏi mặt nước Bằng cách này, con tàu

có thể nằm trên âu hoàn toàn khô ráo, bảo đảm các điều kiện thuận tiện cho việc sửa chữa Sau khi công việc sửa chữa được hoàn tất thì việc hạ thuỷ tàu rất đơn giản, chỉ cần thực hiện việc đánh chìm âu để đưa tàu ra ngoài Quá trình đóng mới thì đơn giản hơn, được thực hiện khi cho âu nổi và lòng âu hoàn toàn khô ráo Sau khi con tàu được hoàn thiện đến công đoạn hạ thuỷ, chỉ cần thu nước để âu chìm đủ mức làm tàu nổi lên Lúc này có thể dễ dàng đưa tàu ra khỏi âu để tiếp tục hoàn thiện các công đoạn khác Chính vì tiện dụng như vậy nên việc trang bị âu nổi cho các nhà máy đóng và sửa chữa tàu thuỷ, đặc biệt là các nhà máy có hạn chế về mặt bằng để bố trí triền đà bến bãi

là một nhu cầu hết sức cần thiết

Hiện nay, ở nước ta, một số nhà máy đóng tàu đã và đang có nhu cầu trang bị các loại âu nổi cỡ nhỏ và vừa (trọng tải đến 8.500T và lớn hơn) do trong nước tự thiết kế và đóng mới Việc đóng và sửa chữa những con tàu lớn đòi hỏi âu nổi phải có sức nâng lớn, được trang bị phương tiện hiện đại nhằm

tổ chức điều hành hoạt động của âu một cách an toàn và hiệu quả Trên các loại âu nổi có trọng tải lớn, quá trình đánh chìm và làm nổi âu sẽ rất phức tạp,

đòi hỏi độ chính xác và an toàn cao nên việc điều khiển bằng tay là không thích hợp Đối với các nước có ngành công nghiệp đóng tàu tiên tiến, hệ thống điều khiển đánh chìm và làm nổi âu được thiết kế hiện đại, mang tính tự động hoá cao và thường giá thành cũng rất lớn Cũng chính vì vậy mà các hệ thống này, mặc dù rất hiệu quả an toàn trong khai thác nhưng chưa phù hợp với điều kiện kinh tế nước ta nếu phải nhập ngoại khi có nhu cầu trang bị Để

có thể làm chủ và dần dần nắm bắt được công nghệ này, giảm thiểu sự lệ thuộc việc nhập ngoại, vấn đề tự thiết kế hệ điều khiển tự động đánh chìm và làm nổi cho các âu đã và đang được đóng mới trong nước là một vấn đề hết sức cần thiết góp phần vào chiến lược hiện đại hoá và tăng cường năng lực nội địa hoá cho ngành đóng tàu Việt Nam

Luận văn “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống tự động hoá quá trình đánh

chìm và làm nổi âu 8.500T phục vụ cho việc đóng mới và sửa chữa tàu biển”, được thực hiện sẽ góp phần giải quyết các vấn đề trên Nội dung của

luận văn này được chia làm 04 chương, cụ thể:

Chương 1: Tổng quan về phương tiện âu nổi

Trong chương này trình bày một cách tổng quan về các cách thức cũng như các phương tiện dùng cho mục đích lên đà hoặc hạ thuỷ (phục vụ cho việc sửa chữa, đóng mới các phương tiện thuỷ) đặc biệt là âu nổi, sơ đồ phân vùng các khoang dằn, nguyên lý hoạt động của các bơm van, các trang bị động lực của âu Các thiết bị hiển thị đo báo các mức và các khoang dằn của

âu

Chương 2: Nguyên lý hoạt động của quá trình đánh chìm và làm nổi âu

Trong chương này trình bày một số vấn đề về trang bị điều khiển và động lực, nguyên lý của thiết bị phát hiện độ lệch của âu, nguyên lý hoạt động của quá trình đánh chìm và làm nổi âu, các quy trình vận hành thao tác quá trình đánh chìm và làm nổi âu

Chương 3: Thiết kế hệ thống tự động điều khiển quá trình đánh chìm và làm nổi âu

Trong chương này đưa ra nguyên tắc thiết kế hệ điều khiển tự động quá trình đánh chìm và làm nổi âu, thiết lập sơ đồ hệ thóng điều khiển, các thuật toán và các phương trình điều khiển thực hiện việc điều khiển các bơm xả, van xả, van thu và van nhánh tương ứng với quá trình đánh chìm và làm nổi

Chương 4: Ứng dụng bộ điều khiển có khả năng lập trình PLC để

thiết kế hệ thống tự động điều khiển quá trình đánh chìm và làm nổi âu

Chương này trình bày vắn tắt ưu nhược điểm của PLC, ứng dụng PLC

và phần mềm SYSWIN để thiết kế chế tạo hệ điều khiển quá trình đánh chìm

và làm nổi âu

Do thời gian có hạn và điều kiện thực tế còn nhiều khó khăn nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các thầy cô và đồng nghiệp

Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới tập thể các thầy cô trong bộ môn

Tự động hoá trường Đại học Bách khoa Hà nội và đặc biệt là TS Đặng Xuân

Hoài đã hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành bản luận văn này

Học viên Nguyễn Văn Toán

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG TIỆN ÂU NỔI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay trong ngành công nghiệp đóng tàu nước ta và trên thế giới thực hiện việc đóng mới và sửa chữa tàu theo ba phương pháp chủ yếu sau:

- ĐÓNG MỚI VÀ SỬA CHỮA TRÊN TRIỀN ĐÀ

- ĐÓNG MỚI VÀ SỬA CHỮA TRÊN Ụ CHÌM

- ĐÓNG MỚI VÀ SỬA CHỮA TRÊN ÂU NỔI

Phương pháp đóng mới và sửa chữa tàu bằng triền đà chủ yếu triển khai với việc đóng mới Ưu điểm của phương pháp này là đóng mới tàu rất thuận tiện, công việc được thực hiện trong không gian rộng, nhưng có nhược điểm

là tính cơ động kém đòi hỏi nhà máy phải có triền đà, hệ thống tời, chằng, kéo

và hạ thuỷ phải tốt Khi cần sửa chữa tàu có trọng tải lớn thì việc hạ thủy và kéo tàu lên triền đà là rất khó khăn và tốn rất nhiều thời gian

Với phương pháp đóng mới và sửa chữa tàu bằng ụ chìm: Ụ chìm được tạo ra trên một khoảng đất rộng đào sâu có bờ bao quanh và cửa kín nước, có thể lấy nước vào và bơm nước ra ngoài Bằng cách đóng hệ thống cửa kín nước của ụ chìm, bơm hết nước ra ngoài, công việc đóng và sửa chữa trong ụ chìm lúc này có thể coi gần giống trên đà Sau khi đã sửa chữa, đóng mới tàu xong mở cửa thu nước vào ụ làm cho tàu nổi lên để đưa tàu ra ngoài Đối với phương pháp này thì nhà máy không cần có hệ thống triền đà Nhưng phương pháp này có nhược điểm là phải tạo một khoảng đất rất rộng được đào sâu tối thiểu bằng độ sâu của đáy sông hoặc cửa sông bên ngoài, phải có hệ thống đóng mở cửa ụ chìm kín nước thật tốt Phương pháp này khắc phục được việc kéo và hạ thuỷ tàu, thời gian lên đà và hạ thủy tàu là rất nhanh, an toàn, giá thành đầu tư thấp Phương pháp này có thể áp dụng để đóng và sửa chữa những tàu có trọng tải lớn Hiện nay, ở nước ta đã có ụ chìm để đóng mới và sửa chữa tàu có trọng tải lên tới hàng chục vạn tấn, điển hình như ụ chìm của

Hyundai Vinashin Tuy nhiên cũng như phương pháp đóng mới và sửa chữa tàu bằng triền đà phương pháp này cũng có nhược điểm là tính cơ động không cao

Với phương pháp đóng mới và sửa chữa bằng âu nổi: Âu nổi là phương tiện thủy có thể thu nước vào khoang dằn để chìm xuống và có thể xả nước ra

để nổi lên Việc thu nước đó được thực hiện bằng các hệ thống van thu và van nhánh phối hợp với nhau, mở cửa van đưa nước vào âu và được gọi là quá trình đánh chìm âu nổi Còn việc xả nước ra được thực hiện nhờ hệ thống các bơm xả, van xả, van nhánh phối hợp với nhau xả nước ra ngoài cho âu nổi lên

và được gọi là quá trình làm nổi Việc đóng mới và sửa chữa tàu trên Âu nổi được thực hiện bằng cách đánh chìm đưa tàu vào âu, xả hết nước từ âu nổi ra ngoài nhờ các bơm xả, van xả, van nhánh để âu nâng tàu lên Lúc này thực hiện việc đóng mới và sửa chữa tàu trên âu nổi hoàn toàn giống như trên đà hoặc ụ chìm Sau khi việc đóng mới và sửa chữa được hoàn tất thì việc hạ thủy tàu rất đơn giản, chỉ cần thực hiện quá trình đánh chìm âu sau đó đưa tàu

ra ngoài Cũng như phương pháp đóng và sửa chữa tàu bằng ụ chìm, đối với

âu nổi nhà máy không cần phải có triền đà Ngoài ra âu nổi còn khắc phục được nhược điểm của hai phương pháp đóng mới và sửa chữa tàu ở trên là tính cơ động của ụ nổi rất cao, có thể di chuyển dễ dàng nhờ các tàu lai dắt Chính vì vậy việc đóng mới, sửa chữa trên âu nổi có thể thực hiện trên phạm

vi rộng Tuy vậy nó có nhược điểm là không thể làm được âu nổi quá lớn vì đầu tư tốn kém, công nghệ thực hiện khó khăn, quá trình cân bằng âu phức tạp

Hiện nay ngành đóng tàu nước ta mới chỉ trang bị âu nổi cỡ 8.500T như

âu nổi ở nhà máy đóng tàu Bạch Đằng, Công ty đóng tàu và công nghiệp Hàng hài Sài gòn và một số nhà máy đóng tàu khác có trọng tải nhỏ hơn Các

âu nổi này chỉ mới được trang bị khá đơn giản về mặt điều khiển, việc cân bằng được thực hiện bằng tay, dựa vào kinh nghiệm của người vận hành Như đã nêu trên, âu nổi là phương tiện thủy nên trong quá trình đánh chìm và làm nổi sẽ xảy ra quá trình động học liên quan đến việc cân bằng Khi đánh chìm và làm nổi, âu sẽ có hiện tượng mất cân bằng, nghiêng lệch theo phương nào đó và việc xử lý quá trình nghiêng lệch bằng tay là rất chậm, khó khăn không đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật, đặc biệt là đối với các âu lớn Để giảm bớt khó khăn trong quá trình vận hành, âu phải được trang bị hệ thống tự động phát hiện độ nghiêng lệch để từ đó ra lệnh thực hiện đóng mở các van thu, van nhánh thu, xả nước vào và ra khỏi âu một cách hợp lý giữ cho âu cân bằng Trên thực tế các âu này khi thiết kế đều có khả năng điều khiển bằng tay được Hơn nữa, âu được thiết kế để luôn luôn có khả năng điều khiển được, khái niệm điều khiển được ở đây hiểu theo nghĩa: quá trình cân bằng âu luôn luôn có khả năng thực hiện được chỉ bằng cách thêm hoặc bớt nước của các khoang một cách hợp lý Như vậy với các yêu cầu và tính điều khiển được của âu bản luận văn tập trung nghiên cứu đưa ra một giải pháp thiết kế hệ thống tự động hoá cho quá trình đánh chìm và làm nổi âu, cụ thể là

âu có trọng tải 8.500T nhằm góp phần phục vụ tốt hơn cho việc đóng mới và sửa chữa tàu biển

Để xét quá trình cân bằng của âu, trước hết coi mặt phẳng của nước là mặt phẳng ngang tuyệt đối, còn góc nghiêng của âu là góc giữa mặt sàn nằm ngang chuẩn của âu và mặt phẳng nước.Với các giả thiết này, ta dễ dàng đưa

ra 8 trường hợp cơ bản biểu thị sự nghiêng lệch của âu như sau:

- Lệch trước (Chúi mũi )

- Lệch sau (Chúi đuôi)

- Lệch trái (Nghiêng mạn trái)

- Lệch phải (Nghiêng mạn phải)

- Lệch trước và Lệch phải

- Lệch trước và Lệch trái

- Lệch sau và Lệch phải

- Lệch sau và Lệch trái

Sự nghiêng lệch này rút ra từ những nhận xét sau:

- Độ nghiêng lệch âu dựa trên việc quan sát 4 phương theo kiến trúc thực tế của âu gồm: Mũi, Đuôi, Mạn trái, Mạn phải

- Độ nghiêng lệch âu không có tính mâu thuẫn, không phủ định nhau chẳng hạn: Không thể vừa nghiêng mạn trái vừa nghiêng mạn phải trong cùng một thời điểm, không thể vừa nghiêng mũi vừa nghiêng đuôi trong cùng một thời điểm

Minh hoạ cho độ lệch thể hiện dưới hình 1.1 và 1.2:

Ga

Gb

sa sa1

sr

Gc 10

11

sl sr1 sr

2

3 5

1 4

9 7

8 6

13 14 Gd

12

sh1 sh

sl1 sl

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí các sensor

Trong đó:

- SA, SA1: Tương ứng là Sensor phát hiện lệch sau, lệch sau quá phạm

vi cho phép

- SH, SH1: Tương ứng là Sensor phát hiện lệch trước, lệch trước quá phạm vi cho phép

- SR, SR1: Tương ứng là Sensor phát hiện lệch phải, lệch phải quá phạm vi cho phép

- SL, SL1: Tương ứng là Sensor phát hiện lệch trái, lệch trái quá phạm

vi cho phép

- GA, GB, GC, GD: Tương ứng là Sensor phát hiện mớn nước bốn góc của âu

LÖch tr¸i

A LÖch gãc C

B

LÖch gãc B

C

C B

B

A

C D

¢u c©n b»ng

Hình 1.2 Các trường hợp nghiêng lệch của âu nổi

Hình 1.3 Ảnh một số âu nổi trên thế giới

Hình 1.4 Sơ đồ bố trí chung của âu nổi

Nguyễn Văn Toán Lớp Cao học Tự động hoá 2003-2005 ĐHBKHN

1.2 SƠ ĐỒ CÁC KHOANG DẰN CỦA ÂU

Âu nổi vỏ thộp 8.500T được thiết kế với chiều dài 150m, chiều rộng 21m và trọng lượng bản thõn đến 8.500T Âu cú 6 phao đỏy, kết cấu cỏc phao tương tự nhau Mỗi phao chia ra làm 02 khoang, riờng phao đầu và phao cuối cựng chia làm 03 khoang Toàn bộ cú 14 khoang, trờn mỗi khoang được thiết

kế với 02 van nhỏnh do vậy tổng cộng cú 28 van nhỏnh làm nhiệm vụ đúng

mở để làm nhiệm vụ thu và xả nước ở cỏc khoang trong quỏ trỡnh đỏnh chỡm

và làm nổi õu

v3, v8

v20, v24 v19, v25 v13, v17 v14, v18 v12, v15 v11, v16 v4, v9 v5, v10

v2, v7 v1, v6

Van nhánh vào ra các

khoang

12

4

1411

13

1210

Hỡnh 1.5 Sơ đồ phõn vựng cỏc khoang dằn Kớch thước chủ yếu của õu nổi:

- Chiều dài lớn nhất : Lmax = 162,00 m

- Chiều dài boong cụng tỏc : L = 143,20 m

- Chiều rộng lớn nhất : Bmax = 38,40 m

- Chiều rộng theo mạn ngoài : B = 36,00 m

- Chiều rộng lũng õu : BLA = 29,00 m

- Chiều cao đến boong đỉnh : H = 17,00 m

- Chiều cao đến boong an toàn : Hat = 14,00 m

- Số lượng phao đỏy : n = 6

- Chiều dài phao đỏy (theo chiều dài õu) : l = 23,20 m

- Chiều rộng phao đỏy : b = 36,00 m

- Chiều cao phao đáy ( ở giữa ) : h = 5 m

- Mớn nước đánh chìm tối đa : T2 = 14,00 m

- Mớn nước không tải với 100% dự trữ : T0 = 1,50 m

- Mớn nước dự trữ có tải với 100% dự trữ : T1 = 3,50 m

- Thuyên viên : K = 30 người

- Thời gian đánh chìm và làm nổi âu từ mớn nước :

T0 = 1,50 m đến T = 13,60 m → t  90 phút

Ngoài các van nhánh, các khoang của âu nổi còn được bố trí hệ thống các ống dằn liên quan đến các bơm xả, van xả, van thu để thực hiện việc thu nước ở quá trình đánh chìm, xả nước ở quá trình làm nổi Các khoang sau đây vừa bố trí van nhánh, van thu, bơm xả, van xả là khoang: K1, K3K12, K14 Việc lấy nước hoặc xả nước vào các khoang không có van xả, bơm xả, van thu đều thông qua các van nhánh Mỗi bơm xả được bố trí hút cho 02 khoang, riêng phao đầu và phao cuối cùng hút cho 03 khoang

Hệ thống bơm xả gồm 12 bơm được chia làm 06 nhóm cho 14 khoang như sau:

Hệ thống van nhánh gồm 28 van nhánh được chia làm 14 nhóm tương ứng như sau:

Biểu 1.2 Nhóm van nhánh cho 14 khoang

Hệ thống van thu gồm 12 van thu chia làm 06 nhóm bố trí 14 khoang tương ứng như sau:

Biểu 1.3 Nhóm van thu cho 14 khoang

Hệ thống 12 van xả chia làm 06 nhóm bố trí cho 14 khoang tương ứng như sau:

Biểu 1.4 Nhóm van xả cho 14 khoang

Việc cấp nước vào các khoang được thực hiện bằng cách mở các van thu (điều khiển bằng điện hoặc bằng tay) lấy nước vào hệ thống ống dằn chung rồi từ hệ thống này thông qua các van nhánh nạp vào khoang Quá trình này được thực hiện ở chế độ đánh chìm âu

Việc xả nước ở các khoang được thực hiện bằng bơm ly tâm dẫn động điện, kết hợp với van xả và thao tác đóng mở các van nhánh tương ứng Quá trình này được thực hiện khi làm nổi âu

1.3 TRANG BỊ VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CỦA BƠM, VAN

1.3.1 Bơm xả và truyền động điện bơm xả

Các bơm xả trang bị cho âu nổi 8.500T là bơm kiếu ly tâm có các thông

các van xả tương ứng đã được mở và nó chỉ làm việc khi làm nổi Các bơm và van xả kết hợp với thao tác mở các van nhánh tương ứng để hút nước từ các khoang dằn ra ngoài

Hình 1.6 là sơ đồ nguyên lý điều khiển của bơm xả:

§Õn bµn ®iÒu khiÓn tËp trung

K

B3 A3

B2

K A2 K

K1 K1 K1

11 54

RN

RN

RN K C2

§2 K1 K 34 44

K 36

50 30 RT

§2 32

K2

0

48 44

K2 18 TC 46 44

20 K

42

K§2 28

26

§2

TX 24

RT

D K§1

K1 22

K 12 16 K2

K2 K1 9 P

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý điều khiển của bơm xả

Nguồn cung cấp cho động cơ: 380VAC-50Hz

Nguồn điều khiển : 220VAC-50Hz và 24VDC

Việc chỉ báo các chế độ làm việc của bơm được thể hiện bằng các đèn

bố trí trên bàn điều khiển tập trung: đèn báo bơm đang khởi động, đèn báo bơm đang làm việc và đèn báo bơm đã dừng

1.3.2 Van xả và truyền động điện van xả

Các van xả trang bị cho âu nổi 8.500T là van cánh bướm kiểu Dy600 điều khiển bằng điện hoặc bằng tay, số lượng gồm 12 van Có thể đóng mở van bằng truyền động điện (tại chỗ hoặc tại bàn điều khiển tập trung) hoặc đóng mở bằng vô lăng cơ khí

Hình 1.7 là sơ đồ nguyên lý điều khiển truyền động điện của van xả nước:

C1 B1

A2

A1

C2 B2

11 7 24vdc

9 NN 7

9

M1 M2 24vdc

18 L0 22 14

18 B.§ãng

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý điều khiển của van xả nước

Nguồn cung cấp cho động cơ: 380VAC-50Hz

Nguồn điều khiển : 220VAC-50Hz và 24VDC

Việc chỉ thị tình trạng hoạt động của các van xả được thể hiện bằng tín hiệu đèn cho từng van tại bàn điều khiển tập trung, bao gồm: đèn báo van đã

mở, đèn báo van đã đóng, đèn báo động cơ truyền động van quá tải

1.3.3 Van thu và truyền động điện van thu

Các van thu trang bị cho âu nổi 8.500T là van cánh bướm kiểu Dy600, điều khiển bằng điện hoặc bằng tay, số lượng gồm 12 van Có thể đóng mở

van bằng truyền động điện (tại chỗ hoặc tại bàn điều khiển tập trung) hoặc đóng mở bằng vô lăng cơ khí

Hình 1.8 là sơ đồ nguyên lý điều khiển truyền động điện của van thu nước:

A2 M A1

18 L0 24vdc 22 14

7 11

L1 24vdc

at

C1 B1

13 M

htmm

8 htmm

Nm nn

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý điều khiển van thu nước

Nguồn cung cấp cho động cơ: 380VAC-50Hz

Nguồn điều khiển : 220VAC-50Hz và 24VDC

Việc chỉ thị tình trạng hoạt động của các van thu được thể hiện bằng tín hiệu đèn cho từng van thu tại bàn điều khiển tập trung, bao gồm: đèn báo van

đã mở, đèn báo van đã đóng, đèn báo động cơ truyền động van quá tải

1.3.4 Van nhánh và truyền động điện van nhánh

Các van nhánh trang bị cho âu nổi 8.500T là van nêm Dy300, điều khiển bằng điện hoặc bằng tay, số lượng gồm 28 van Có thể đóng mở van

bằng truyền động điện (tại chỗ hoặc tại bàn điều khiển tập trung) hoặc đóng

mở bằng vô lăng cơ khí

Hình 1.9 là sơ đồ nguyên lý điều khiển truyền động điện của van nhánh:

§Õn b¶ng ®iÖn chÝnh380v-50hz - L134/1(3x6) (*)

A1

A B C

at CC

18

RN 26v

ba

3

4 24VDC

R2

D1 R1

C1 C2

R3 D2 C3 R4

9 7

9

L0

14 22 11

P3 P4 24vdc

M 11

§ 15

§

§ 13

M

QT.M«men

M

18 B.§ãng 14

B.Më

CM

P1 P2 P4 RL

ht®

S

10

8 htmm

htmm htm

22 4ht1/1 (*)

NN N§

Nm

Hinh 1.9 Sơ đồ nguyên lý điều khiển van nhánh

Nguồn cung cấp cho động cơ: 380VAC-50Hz

Nguồn điều khiển : 220VAC-50Hz và 24VDC

Việc chỉ thị tình trạng hoạt động của các van nhánh được thể hiện bằng tín hiệu đèn cho từng van nhánh tại bàn điều khiển tập trung, bao gồm: đèn báo van đã mở, đèn báo van đã đóng, đèn báo động cơ truyền động van quá tải Đặc biệt chỉ ở van nhánh được trang bị thiết bị hiển thị bằng điện góc mở từng van

1.4 HỆ THỐNG ĐO BÁO MỨC NƯỚC CÁC KHOANG, MỚN NƯỚC CÁC GÓC CỦA ÂU VÀ GÓC MỞ CỦA CÁC VAN NHÁNH

Để tiện theo dõi cho quá trình vận hành trên mỗi khoang bố trí một thiết bị đo mức nước 14 khoang và hiển thị mớn nước bốn góc của âu Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo mớn nước của 14 khoang và mớn nước bốn góc của âu dựa trên cơ sở tính dãn nở màng đàn hồi dưới tác dụng của áp lực nước Tín hiệu ra của loại đầu đo này có chuẩn là 4-20 mA

1.4.1 Đo mức nước các khoang dằn

- Sensor: Loại áp suất GBS - 01 của hãng Greisinger CHLB Đức

- Tín hiệu ra : 4  20 mA

- Phạm vi đo : 0  12 m

- 4 mA ứng với mức nước thấp nhất 0 m (không có nước)

- 20mA ứng với mức nước cao nhất (12 m)

Hệ thống đo tất cả các mức nước của 14 khoang dằn

1.4.2 Đo mớn nước của âu

- Sensor : Loại áp suất GBS - 01 của hãng Greisinger CHLB Đức

- Tín hiệu ra : 4  20 mA

- Phạm vi đo : 1,5 m  14 m

- 4 mA ứng với mớn nước âu nổi không tải 1,5 m

- 20 mA ứng với mớn nước chìm tối đa 14 m

Chương này trình bày các vấn đề kết cấu cơ bản như phân khoang âu nổi, trang bị và bố trí thiết bị điện động lực, điều khiển, trang bị bơm, van và vấn đề truyền động bơm, van phục vụ quá trình đánh chìm và làm nổi âu Nội dung của chương này là cơ sở để đi sâu nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển quá trình đánh chìm và làm nổi trong chương hai

CHƯƠNG 2: NGUYấN Lí HOẠT ĐỘNG CỦA QUÁ TRèNH

ĐÁNH CHèM VÀ LÀM NỔI ÂU

2.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG

Hệ thống điều khiển đỏnh chỡm và làm nổi õu phải được thiết kế sao cho việc sử dụng (vận hành) phải dễ dàng thuận lợi, cú độ an toàn và tin cậy cao Thực tế hoạt động của phương tiện cho thấy, hệ thống điều khiển nờn được thiết kế để vừa cú khả năng điều khiển tự động và vừa điều khiển bằng tay Sơ đồ tổng quỏt hệ điều khiển quỏ trỡnh đỏnh chỡm và làm nổi được trỡnh bày trờn hỡnh 2.1

Nguồn điều khiển

12 động cơ xả 12 Van xả 12 van thu 28 van nhánh

gd

Đầu đo mớn n-ớc 4 góc (4 - 20mA)

gb

ga gc

Đầu đo mức nc 14 khoang (4 - 20mA) kh1 kh2 kh3

Hỡnh 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển

Ở chế độ điều khiển bằng tay, mọi thao tỏc thực hiện quỏ trỡnh đỏnh chỡm và làm nổi õu cú thể thực hiện tại bàn điều khiển Quỏ trỡnh này là quỏ trỡnh phải thực hiện liờn tục, hợp lý cỏc thao tỏc đúng mở cỏc van thụng qua việc quan sỏt độ nghiờng lệch để đưa õu về trạng thỏi cõn bằng Ở chế độ tự động, quỏ trỡnh được thực hiện một cỏch tự động thụng qua việc xử lý cỏc thụng tin về độ nghiờng lệch từ cỏc sensor đo lệch õu, sensor đo mớn nước bốn gúc của õu, mớn nước ở cỏc khoang

2.2 BÀN ĐIỀU KHIỂN TẬP TRUNG

Bàn điều khiển tập trung chia làm 05 ngăn:

Ngăn 01: Ngăn cấp nguồn từ hai máy phát hoặc điện bờ

Ngăn 02: Bố trí bàn điều khiển tự động

Ngăn 0305: Được dành để bố trí các thiết bị chỉ báo mức, mớn nước, góc mở các van nhánh, các nút ấn, công tắc, đèn phục vụ cho việc thao tác bằng tay quá trình đánh chìm và làm nổi âu

Như vậy trên bàn điều khiển tập trung sẽ có tín hiệu báo đã đóng hoặc

mở hết các van thu, van xả, van nhánh và bơm xả làm việc Tín hiệu báo các trạng thái gồm:

- 12 tín hiệu ứng với 12 van thu đóng

- 12 tín hiệu ứng với 12 van thu đã mở hết

- 12 tín hiệu ứng với 12 van xả đóng

- 12 tín hiệu ứng với 12 van xả đã mở hết

- 28 tín hiệu ứng với 28 van nhánh ở trạng thái đóng

- 28 tín hiệu ứng với 28 van nhánh ở trạng thái mở hoàn toàn

- 12 tín hiệu ứng với trạng thái 12 bơm xả không làm việc

- 12 tín hiệu ứng với trạng thái 12 bơm xả đang làm việc

Còn các khối điều khiển các cơ cấu chấp hành gồm:

- Khối điều khiển đóng van thu

- Khối điều khiển mở van thu

- Khối điều khiển đóng van xả

- Khối điều khiển mở van xả

- Khối điều khiển đóng van nhánh

- Khối điều khiển mở van nhánh

- Khối điều khiển khởi động bơm xả

- Khối điều khiển dừng bơm xả

Trên các hình 2.32.5 thể hiện việc bố trí thiết bị của bàn điều khiển

B-12

16

V2 V7 VT12

V3 V8 VX12

V8

VX2 VT2 B-2

VX11 VT11 B-11

V5 V10

§P-5

V4 V9 kÐt d»n 5 VT11

V2 kÐt d»n 1 V6

V1 VB-6

4

VX1 1 B1 VT1 4

VT2

VB-9

kÐt d»n sè 4 V4

VB-4

V5

V10

VX2 B2 4

§P-4 VB-5

Hình 2.3 Bố trí thiết bị ngăn 03

§P-9

16

VX8 VT8 B-8

VX6 VT6 B-6

V16 V12

§P-7

V13 V17 VB-16

V13

VB-4 V14

VX

5 B VT5

kÐt d»n 8

V17

B7 V18

VB-5

4

§P-8 VB-18

Hình 2.4 Bố trí thiết bị ngăn 04

V22 V27 VX3 VT3

VT3

V28 V23

VT10

B9 B10

VX10 VX9

V27 V23 4

2.3 NGUYÊN LÝ PHÁT HIỆN ĐỘ LỆCH CỦA ÂU

Một trong những cách phát hiện sự nghiêng lệch của âu đơn giản là cơ cấu quả rọi được gắn cố định vào sàn âu Khi âu nghiêng, góc giữa dây rọi và phương thẳng đứng chính là góc nghiêng của âu

Sµn ©u lóc lÖch Sµn ©u khi c©n b»ng

Sµn ©u lóc lÖch Sµn ©u khi c©n b»ng

Gãc lÖch tõ c¬ cÊu qu¶ räi

Hình 2.6 Nguyên lý phát hiện góc nghiêng của âu

Để đưa ra tín hiệu điện (thể hiện sự nghiêng lệch), ở xung quanh quả rọi bố trí các sensor đo lệch âu Tuỳ theo mục đích và yêu cầu thể hiện độ lệch, các sensor này có thể là tuyến tính (thường là loại thực hiện bằng công nghệ Laser như loại 4W2 của OMRON) hoặc các loại sensor phức hợp khác

Về mặt nguyên lý góc nghiêng  (góc nghiêng của âu) có thể tính theo độ dài dây rọi bằng công thức sau:

l

a

2arcsin2

=



Trong đó:

- : góc nghiêng của âu

- a: độ dài dây cung của đáy tâm quả rọi tạo ra khi lệch khỏi phương thẳng đứng

- l: độ dài dây rọi

Từ công thức này có thể thiết kế cơ cấu để phát hiện góc lệch theo mong muốn

2.4 QUI TRÌNH THAO TÁC CỦA QUÁ TRÌNH ĐÁNH CHÌM VÀ LÀM NỔI ÂU

Như trên đã phân tích, hệ thống điều khiển quá trình đánh chìm và làm nổi là một trong những hệ thống phức tạp nhất được trang bị trên âu Trên cơ

sở các chức năng, yêu cầu kỹ thuật, hệ thống điều khiển quá trình đánh chìm

và làm nổi được thiết lập trên cơ sở các thiết bị đo, báo, kiểm tra, so sánh để tạo tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu chấp hành như các bơm xả, van thu, van xả và van nhánh

2.4.1 Qui trình thao tác của quá trình đánh chìm

- Khởi động các động cơ truyền động các van thu nước

- Khởi động các động cơ truyền động các van nhánh

Nước sẽ tự động chảy vào các khoang dằn, âu chìm dần xuống Trong quá trình đánh chìm cần phải kiểm tra liên tục các thông số:

- Góc mở của các van nhánh vào các khoang dằn

- Mức nước trong các khoang dằn

- Mớn nước của âu

- Độ nghiêng lệch của âu

Trên cơ sở việc kiểm tra các thông số trên, người vận hành có những tác động cần thiết để điều chỉnh việc bù nước ở các khoang dằn sao cho độ nghiêng lệch của âu và độ chênh lệch mức nước giữa các khoang dằn luôn giữ trong phạm vi cho phép Khi âu đã chìm đến giới hạn cần thiết (hoặc mớn nước chìm tối đa) thì đóng tất cả các van thu và van nhánh lại Như vậy việc thao tác qui trình đánh chìm này là dựa rất nhiều vào kinh nghiệm của người vận hành Các trường hợp có thể gặp trong qúa trình đánh chìm:

Trường hợp 1: Âu đang ở trạng thái cân bằng Lúc này tất cả 12 van

thu và toàn bộ 28 van nhánh được mở để thu nước vào cả 14 khoang

Trường hợp 2: Âu không cân bằng mà nghiêng về bên trái, nghĩa là

nước vào các khoang bên trái “hơi nhiều”, cần đóng van để ngừng cấp nước

vào các khoang có chứa van nhánh này Lúc này các van nhánh ở các khoang K1, K4, K6, K8, K10, K12 đóng lại không thu nước vào các khoang này Van nhánh ở các khoang khác được tiếp tục mở để thu nước vào tạo lại sự cân bằng

Trường hợp 3: Âu không cân bằng mà nghiêng về bên phải Lúc này

các van nhánh vào các khoang K3, K5, K7, K9, K11, K14 phải được đóng lại, các van nhánh vào các khoang còn lại mở để tiếp tục thu nước vào tạo lại sự cân bằng

Trường hợp 4: Âu không cân bằng mà nghiêng về phía trước Lúc này

các van nhánh ở các khoang K8, K9, K10, K11, K12, K13, K14 phải được đóng lại, các van nhánh khác tiếp tục mở để thu nước tạo lại sự cân bằng

Trường hợp 5: Âu không cân bằng mà nghiêng về phía sau Lúc này

các van nhánh ở các khoang K1, K2, K3, K4, K5, K6, K7 phải được đóng lại, các van nhánh khác tiếp tục mở để thu nước tạo lại sự cân bằng

Trường hợp 6: Âu không cân bằng mà nghiêng về phía trái và phía

trước (âu nghiêng về góc C) Lúc này các van nhánh ở các khoang K8, K10, K12, K13 đều được đóng lại, các van nhánh khác tiếp tục mở để thu nước tạo lại sự cân bằng

Trường hợp 7: Âu không cân bằng mà nghiêng về phía phải và phía

trước (âu nghiêng về góc D) Lúc này các van nhánh ở các khoang K9, K11, K13, K14 đều được đóng lại, các van nhánh khác tiếp tục mở để thu nước tạo lại sự cân bằng

Trường hợp 8: Âu không cân bằng mà nghiêng về phía trái và phía sau

(âu nghiêng về góc B) Lúc này các van nhánh ở các khoang K1, K2, K4, K6 đều được đóng lại, các van nhánh khác tiếp tục mở để thu nước tạo lại sự cân bằng

Trường hợp 9: Âu không cân bằng mà nghiêng về phía phải và phía

sau(âu nghiêng về góc A) Lúc này các van nhánh ở các khoang K2, K3, K5, K7 đều được đóng lại, các van nhánh khác tiếp tục mở để thu nước tạo lại sự cân bằng

Ngoài ra, trong quá trình đánh chìm còn có thể xảy ra các trường hợp: Mớn nước góc A đạt đến giá trị mớn nước lớn nhất cho phép của quá trình đánh chìm Các van nhánh vào các khoang K2, K3, K5, K7 phải được đóng lại ngừng cấp nước, các van khác mở ra để tiếp tục thu nước vào các khoang còn lại, tạo lại sự cân bằng

Mớn nước góc B đạt đến giá trị mớn nước lớn nhất cho phép của quá trình đánh chìm Các van nhánh vào các khoang K1, K2, K4, K6 phải được đóng lại ngừng cấp nước vào các khoang này, các van khác mở ra để tiếp tục thu nước vào các khoang còn lại, tạo lại sự cân bằng

Mớn nước góc C đạt đến giá trị mớn nước lớn nhất cho phép của quá trình đánh chìm Các van nhánh vào các khoang K8, K10, K12, K13 phải được đóng lại ngừng cấp nước vào các khoang này, các van khác mở ra để tiếp tục thu nước vào các khoang còn lại, tạo lại sự cân bằng

Mớn nước góc D đạt đến giá trị mớn nước lớn nhất cho phép của quá trình đánh chìm Các van nhánh vào các khoang K9, K11, K13, K14 phải được đóng lại ngừng cấp nước vào các khoang này, các van khác mở ra để tiếp tục thu nước vào các khoang còn lại, tạo lại sự cân bằng

Mớn nước góc B và góc C đạt đến giá trị mớn nước lớn nhất cho phép của quá trình đánh chìm Các van nhánh vào các khoang K1, K4, K6, K8,

K10, K12 phải được đóng lại ngừng cấp nước vào các khoang này, các van nhánh khác mở ra để tiếp tục thu nước vào các khoang còn lại, tạo lại sự cân bằng

Mớn nước góc B và góc A đạt đến giá trị mớn nước lớn nhất cho phép của quá trình đánh chìm Các van nhánh vào các khoang K1, K2, K3, K4, K5, K6 phải được đóng lại ngừng cấp nước vào các khoang này, các van nhánh khác mở ra để tiếp tục thu nước vào các khoang còn lại, tạo lại sự cân bằng

Mớn nước góc D và góc A đạt đến giá trị mớn nước cho phép của quá trình đánh chìm Các van nhánh vào các khoang K3, K5, K7, K9, K11, K14 phải được đóng lại ngừng cấp nước vào các khoang này, các van nhánh khác

mở ra để tiếp tục thu nước vào các khoang còn lại, tạo lại sự cân bằng

Mớn nước góc D và góc C đạt đến giá trị mớn nước lớn nhất cho phép của quá trình đánh chìm Các van nhánh vào các khoang K8, K9, K10, K11, K12, K14 phải được đóng lại ngừng cấp nước vào các khoang này, các nhánh van khác mở ra để tiếp tục thu nước vào các khoang còn lại, tạo lại sự cân bằng

Nếu mớn nước ở cả 4 góc A, B, C, D đồng thời đạt đến giá trị mớn nước lớn nhất cho phép của quá trình đánh chìm thì tất cả các van đóng lại (ngắt toàn bộ quá trình đánh chìm) Ngoài ra, mức nước các khoang đạt giá trị lớn nhất cho phép thì đóng các van nhánh vào các khoang tương ứng đó Nếu tất cả các khoang đã đầy nước thì quá trình đánh chìm phải kết thúc

2.4.2 Qui trình thao tác của quá trình làm nổi

- Khởi động các động cơ truyền động các van xả nước

- Khởi động các động cơ truyền động các van nhánh

- Khởi động các bơm xả nước

Nước sẽ từ các khoang dằn được bơm xả ra ngoài, âu nổi dần lên Trong quá trình làm nổi âu, cần phải kiểm tra liên tục các thông số:

- Góc mở của các van nhánh

- Mức nước trong các khoang dằn

- Mớn nước của âu

- Độ nghiêng lệch của âu

Cũng giống như khi thao tác theo qui trình đánh chìm, trong quá trình làm nổi âu, người vận hành phải có những tác động cần thiết để điều chỉnh việc bù nước trong các khoang dằn sao cho độ nghiêng lệch và độ chênh lệch mức nước giữa các khoang dằn luôn được giữ trong phạm vi cho phép Khi âu

đã nổi hoàn toàn và cân bằng, dừng các bơm xả đồng thời đóng tất cả các van

xả nước, các van nhánh lại Như vậy, việc thao tác qui trình làm nổi này cũng dựa rất nhiều vào kinh nghiệm của người vận hành Sau đây là những trường hợp có thể xảy ra trong qúa trình làm nổi:

Trường hợp 1: Âu đang ở trạng thái cân bằng Lúc này tất cả 12 bơm

xả, 12 van xả và toàn bộ 28 van nhánh làm việc để xả nước từ 14 khoang ra ngoài, nâng âu nổi dần lên

Trường hợp 2: Âu không cân bằng mà nghiêng về bên trái, nghĩa là

nước trong các khoang bên trái “hơi nhiều”, cần ngừng xả nước bên phải

Lúc này 12 bơm xả hoạt động, 12 van xả mở ra, các van nhánh vào các khoang K3, K5, K7, K9, K11, K14 phải được đóng lại, các van nhánh khác còn lại vẫn mở để kết hợp với bơm xả, van xả đưa nước ra ngoài tạo lại sự cân bằng

Trường hợp 3: Âu không cân bằng mà nghiêng về bên phải, nghĩa là

nước trong các khoang bên phải “hơi nhiều”, cần ngừng xả nước bên trái

Lúc này 12 bơm xả hoạt động, 12 van xả hoạt động, các van nhánh vào các khoang K1, K4, K6, K8, K10, K12 phải được đóng lại, các van nhánh khác vẫn mở để kết hợp với bơm xả, van xả đưa nước ra ngoài tạo lại sự cân bằng