Tổng quan hệ thống lái tàu thủy. nghiên cứu các xê ry pt500 của hệ máy lái yokogawa

  • 48 trang
  • file .docx
LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của Khoa Điện – Điện tử Trường Đại Học Hàng Hải Việt
Nam và được sự đồng ý giúp đỡ của thầy giáo Th.s Bùi Văn Dũng. Em đã hoàn
thành được đề tài tốt nghiệp : “Tổng quan hệ thống lái tàu thủy. Nghiên cứu các
xê-ry PT500 của hệ máy lái YOKOGAWA “ .
Để hoàn thành được nội dung của đồ án này thì lời đầu tiên em xin gửi lời
cảm ơn đến các thầy, các cô trong Khoa Điện – Điện tử, cảm ơn thầy giáo Th.s
Bùi Văn Dũng, cùng các bạn sinh viên đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành được
nội dung của bản đồ án này.
Mặc dù còn nhiều điều thiếu sót trong quá trình làm việc do lần đầu tiếp
cận với quá trình làm đồ án, nhưng đều là những kinh nghiệm quý báu giúp ích
cho công việc của em sau này. Vì vậy em rất mong được sự góp ý tận tình của
các thầy, các cô, cũng như các bạn sinh viên để bản đồ án được hoàn chỉnh hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đồ án này là của riêng tôi. Các kết quả và số liệu trong
đề tài là trung thực, chưa được đăng trên bất kì tài liệu nào. Ngoài ra đề tài còn
tham khảo một số phần trong cuốn bài giảng truyền động điện tàu thủy1, bài
giảng hệ thống tự động tàu thủy 1 và công nghệ lắp đặt và khai thác các hệ
thống ĐTT.
Hải Phòng, tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Đỗ Quang Dũng
2
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN...................................................................................................................2
LỜI MỞ ĐẦU........................................................................................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TÀU THỦY.........................................7
1.1 Chức năng, yêu cầu, phân loại......................................................................................7
1.1.1 Khái niệm – chức năng.............................................................................................7
1.1.2 Yêu cầu.....................................................................................................................7
a. Điều kiện làm việc của hệ thống lái.................................................................................7
b. Yêu cầu khai thác.............................................................................................................8
c. Yêu cầu về cấu trúc..........................................................................................................9
1.1.3 Phân loại...................................................................................................................9
a. Phân loại theo chế độ công tác của hệ thống...................................................................9
b. Phân loại theo cấu tạo thiết bị điều khiển......................................................................10
c. Phân loại theo nguyên lý hoạt động của thiết bị điều khiển...........................................11
d. Phân loại theo hình dạng của bánh lái (Cách phân loại theo truyền động điện)............12
e. Phân loại theo dạng năng lượng truyền động.................................................................12
1.2 Các chế độ làm việc, cấu trúc và thuật toán điều khiển của từng chế độ...................13
1.2.1 Chế độ lái tự động...................................................................................................13
1.2.2 Chế độ lái truy theo (lái lặp)........................................................................................15
1.2.3 Chế độ lái đơn giản......................................................................................................15
1.3 Sơ đồ khối của hệ thống lái tự động tàu thủy.............................................................16
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY LÁI TÀU THỦY.............................17
2.1 Yêu cầu đối với hệ thống máy lái tàu thủy.....................................................................17
2.2 Máy lái Điện - Cơ..........................................................................................................18
2.3 Máy lái Điện – Thủy Lực................................................................................................18
2.3.1 Máy lái Điện – Thủy Lực với bơm lưu lượng ra không đổi........................................19
2.3.2 Máy lái Điện – Thủy Lực với bơm lưu lượng ra thay đổi............................................20
2.3.3 Máy lái Điện – Thủy Lực sử dụng bơm có đảo chiều quay.........................................20
CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CÁC XÊ-RY MÁY LÁI N2 VÀ K2T..................................21
3.1 Giới thiệu chung (bản vẽ số 1)........................................................................................21
3.2 Nguyên lý hoạt động và chỉnh định trước khi đưa hệ thống vào khai thác của xê-ry máy
lái N2.....................................................................................................................................22
3.2.1 Chế độ lái đơn giản (NON FOLLOW UP) (bản vẽ số 3)............................................23
3
3.2.2 Chế độ lái lặp (HAND - FOLLOW UP) (bản vẽ số 3)................................................24
3.2.3 Chế độ lái tự động (AUTO PILOT) (bản vẽ số 3).......................................................25
3.2.4 Một số chỉnh định trước khi đưa hệ thống vào khai thác.............................................27
3.2.4.1 Tổng quan.................................................................................................................27
3.2.4.2 TEST hoạt động của máy lái.....................................................................................27
3.2.4.3 Điều chỉnh liên kết cơ khí của μ Transmitter............................................................28
3.2.4.4 Chỉnh điểm 0 cho µ Transmitter...............................................................................28
3.2.4.5 Chỉnh không cho tín hiệu phản hồi góc bẻ lái µ.......................................................29
3.2.4.6 Điều chỉnh độ rộng của tín hiệu phản hồi góc bẻ lái µ.............................................29
3.2.4.7 Điều chỉnh giới hạn góc bẻ lái..................................................................................29
3.2.4.8 Điều chỉnh dải chết Dead-band.................................................................................30
3.2.4.9 Kiểm tra tín hiệu phản hổi góc bẻ lái về trụ điều khiển Control stand.....................31
3.3 Nguyên lý hoạt động, chỉnh định trước khi đưa hệ thống vào làm việc của xê-ry K2T.31
3.3.1 Chế độ lái đơn giản (NON FOLLOW UP) (bản vẽ số 4)............................................32
3.3.2 Chế độ lái lặp (HAND - FOLLOW UP) (bản vẽ số 5)................................................32
3.3.3 Chế độ lái tự động (AUTO PILOT) (bản vẽ số 5).......................................................33
3.3.4 Một số chỉnh định trước khi đưa hệ thống vào hoạt động...........................................34
3.3.4.1 Tổng quan.................................................................................................................34
3.3.4.2 Kiểm tra hệ thống dây điện kết nối bên ngoài.........................................................35
3.3.4.3 Kiểm tra cài đặt của Torque motor...........................................................................35
3.3.4.4 Kiểm tra hoạt động của máy lái................................................................................36
3.3.4.5 Kiểm tra sự thay đổi của Torque motor....................................................................36
3.3.4.6 Điều chỉnh không của Torque motor........................................................................37
3.3.4.7 Điều chỉnh công tắc giới hạn....................................................................................37
3.3.4.8 Điều chỉnh LVDT.....................................................................................................37
3.3.4.9 Điều chỉnh liên kết cơ khí của phản hồi....................................................................38
3.3.4.10 Điều chỉnh không của phản hồi μ...........................................................................38
3.3.4.11 Điều chỉnh không của tín hiệu phản hồi μ..............................................................38
3.3.4.12 Điều chỉnh dải tín hiệu phản hồi μ..........................................................................38
3.3.4.13 Điều chỉnh tốc độ quay của bánh lái ở lái FU.........................................................39
3.3.4.14 Điều chỉnh tỷ lệ biên...............................................................................................40
3.3.4.15 Điều chỉnh dải biên cho nhiều bơm thủy lực hoạt đông.........................................40
3.3.4.16 Kiểm tra thiết bị lái ở chế độ làm việc độc lập.......................................................41
3.3.4.17 Kiểm tra tín hiệu phản hồi μ đến trụ điều khiển.....................................................42
3.4 Nhận xét, đánh giá về các xê-ry máy lái........................................................................43
KẾT LUẬN...........................................................................................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................45
4
NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN..........................................46
ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN..................................................................47
5
LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay nước ta đang trên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước nên việc giao lưu kinh tế, hàng hóa giữa các vùng miền trong nước, cũng
như giữa nước ta với các nước trong khu vực và trên thế giới càng cần được tăng
cường ưu tiên phát triển và hoàn thiện hơn. Đặc biệt là ngành giao thông đường
biển, vì đây là ngành đem lại nguồn tài chính lớn cho đất nước. Để thực hiện
được mục tiêu đó, ngành Hàng Hải Việt Nam phải không ngừng nỗ lực đi sâu
nghiên cứu, nâng cấp phát triển cũng như từng bước tự động hóa các hệ thống
điện trên tàu thủy. Để đảm bảo vận hành, khai thác con tàu 1 cách hiệu quả, an
toàn và lâu dài nhất.
Là một sinh viên, sau hơn 4 năm học tập và rèn luyện tại khoa Điện – Điện
tử của trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, em đã được các thầy cô dạy bảo và
trang bị tương đối đầy đủ những kiến thức cơ bản về ngành điện nói chung và
ngành điện tàu thủy nói riêng. Sau bốn tuần thực tập tốt nghiệp tại nhà máy
đóng tàu Oshima Shipbuilding em đã được tìm hiểu được những kiến thức thực
tế cũng như biết thêm về điều khiện và môi trường làm việc trên tàu thủy. Kết
thúc đợt thực tập vừa qua, em đã được Khoa và nhà trường giao cho đề tài tốt
nghiệp:
“Tổng quan hệ thống lái tàu thủy. Nghiên cứu các xê-ry PT500 của hệ máy
lái Yokogawa.”
Sau thời gian hai tháng, với sự nghiên cứu nghiêm túc của bản thân và
được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Th.s Bùi Văn Dũng cùng
các thầy cô giáo trong khoa Điện – Điện tử đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp. Tuy nhiên, do khả năng của em còn hạn chế, nên đồ án tốt nghiệp của
em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý, bổ sung
của các thầy cô và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, cùng các thầy cô giáo
trong khoa và các bạn đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
Em xin chân thành cảm ơn !
Hải Phòng, tháng 12 năm 2015
Sinh viên: Đỗ Quang Dũng
6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TÀU THỦY
1.1 Chức năng, yêu cầu, phân loại.
1.1.1Khái niệm – chức năng
“Trên tàu thuỷ hệ thống lái là một hệ thống đặc biệt quan trọng. Nó
đảm nhiệm chức năng ổn định con tàu theo hành trình cho trước, nhanh
chóng thay đổi hướng đi của tàu theo hướng đi đã đặt, điều động tàu khi ra
vào cảng, luồng lạch…
Với tải trọng định mức, hệ thống lái phải làm việc an toàn, tin cậy trong
mọi điều kiện thời tiết và khí hậu. Ngoài việc giữ cho con tàu đi đúng
hướng, hệ thống lái còn phải đảm bảo cho tàu đi theo một con đường gần
nhất và thời gian hành trình được rút ngắn. Nếu hệ thống lái thực hiện được
tốt những chức năng trên thì hiệu quả kinh tế trong vận chuyển hàng hoá sẽ
được tăng cao, con người và thiết bị trên tàu sẽ được đảm bảo an toàn.
Ngược lại nếu hệ thống không đáp ứng đầy đủ những chức năng đó thì nó có
thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng làm thiệt hại đến hàng hoá trên tàu
và tính mạng của thuyền viên.
Hiện nay nhờ việc ứng dụng những thành tựu của khoa học và công
nghệ hiện đại, các nhà sản xuất đã liên tục cải tiến hệ thống lái để nó luôn
thích ứng được với những yêu cầu cao hơn được đặt ra. Những hệ thống lái
này có thể hoạt động dài ngày trên biển với độ tin cậy lớn trong điều kiện
khắc nghiệt của môi trường. Đó là các chế độ lái tự động hành trình theo quỹ
đạo, tự thích nghi, tối ưu, kinh tế... Nó có kết cấu gọn nhẹ, điều khiển đơn
giản và tính kinh tế cao...”
[Trích dẫn giáo trình hệ thống tự động tàu thủy 1]
1.1.2 Yêu cầu
a. Điều kiện làm việc của hệ thống lái
“Môi trường hoạt động của con tàu là trên biển nên các hệ thống trên
tàu thuỷ nói chung và hệ thống lái nói riêng hoạt động trong điều kiện hết
sức khắc nghiệt:
 Sự thay đổi nhiệt độ môi trường là rất lớn, có vùng lạnh -30 0C, có vùng
nóng hơn 450C. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến điều kiện tỏa nhiệt
cũng như khả năng công tác của hệ thống.
 Độ ẩm môi trường dao động lớn 80%  95%.
 Độ ăn mòn đối với thiết bị lớn vì môi trường biển có nồng độ muối rất
cao.
7
 Các thiết bị trên tàu chịu sự rung lắc lớn, biên độ lắc ngang 22 0 với chu
kỳ 8s  22s, biên độ lắc dọc đến 100 với chu kỳ dao động 6s  10s.
Với những điều kiện trên để đảm bảo hiệu quả kinh tế, độ an toàn cho
tàu và người vận hành thì hệ thống lái phải được chế tạo chắc chắn, kết cấu
gọn nhẹ, dễ lắp đặt, hoạt động một cách tin cậy, dễ dàng sửa chữa, bảo
dưỡng và thay thế, vận hành khai thác đơn giản, an toàn.”
[Trích dẫn giáo trình hệ thống tự động tàu thủy 1]
b. Yêu cầu khai thác
 “Hệ thống điều khiển cho phép chỉnh định các thông số khi điều kiện
khai thác của tàu thay đổi để đáp ứng được yêu cầu về chất lượng và an
toàn của hệ thống.
 Trong chế độ tự động giữ hướng đi cho trước với độ chính xác 
10 trong điều kiện vận tốc của tàu V t 6 hải lý/h và không phụ thuộc
vào trạng thái mặt biển cũng như trọng tải thực của tàu. ( = 0 - ,
0 là hướng đi cho trước,  là hướng đi thực của tàu)
 Biên độ dao động trung bình của con tàu so với hướng đi cho trước:
 Không vượt quá 10 khi sóng biển không quá cấp 3 và tốc độ tàu
Vt 6 Hải lý/h
 Không vượt quá từ 2 – 30 khi sóng biển lớn hơn cấp 3 và không quá
cấp 6
 Biên độ dao động trung bình 4  50 khi sóng biển quá cấp 6
 Hệ thống lái tự động phải đảm bảo có thể thay đổi hướng đi của con
tàu. Trong quá trình thay đổi đó ta phải thay đổi từ từ, mỗi lần chỉ thay
đổi không quá 10% tổng giá trị góc thay đổi hướng đi. Thực tế thay đổi
khoảng 50 một lần, tránh xảy ra lật tàu. Với tàu chở chất lỏng, chở nước
sự thay đổi hướng đi phụ thuộc vào tốc độ góc cho phép.
 Hệ thống có khả năng cho phép chỉnh định các thông số khi chế độ
chuyển động của con tàu và điều kiện trạng thái mặt biển thay đổi để
đảm bảo chất lượng an toàn.
 Hệ thống thông thường có thể điều khiển được ở 3 chế độ lái
 Lái đơn giản
 Lái lặp (truy theo) dùng khi tàu điều động ra vào bến và thay đổi
hướng đi.
 Lái tự động (tự động giữ hướng đi) dùng cho tàu khi hành trình trên
biển.
Ngoài ra còn có chế độ điều khiển sự cố tại buồng máy lái khi các chế
độ lái trên không làm việc được hay mất điện hệ thống lái
8
 Hệ thống phải đảm bảo thuận lợi khi khai thác, phải có tín hiệu báo
động khi khai thác bằng đèn và còi: mất nguồn la bàn, mất nguồn máy
lái, hệ thống lái quá tải, lệch hướng đi quá góc cho phép ...
 Hệ thống hoạt động bình thường, an toàn, khi tàu lắc ngang 22 0 chu kỳ
8s  22s hoặc chúi dọc 100 chu kỳ (6 10)s, chịu được rung lắc có tần
số (5 30) Hz, biên độ (0,3 3,5) mm.
 Hệ thống đảm bảo độ chính xác khi nhiệt độ môi trường thay đổi trong
khoảng
(-10 +50)0, độ ẩm (95– 98)%.
 Các mạch điện của hệ thống phải có bảo vệ ngắn mạch. Động cơ quá
tải không được ngắt mà chỉ báo động.”
[Trích dẫn giáo trình hệ thống tự động tàu thủy 1]
c. Yêu cầu về cấu trúc
 “Cấu trúc các khí cụ và các phản ứng của hệ thống phải có khả năng
làm việc tin cậy trong thời gian ít nhất là 10 năm. Trong thời gian đó
phải đảm bảo các yêu cầu về khai thác đã nêu ở trên, phải chịu được
thử thách về cơ học, thời tiết...
 Cấu trúc các phần tử phải đơn giản, thuận tiện, an toàn cho việc sửa
chữa, bảo quản. Trụ điều khiển đặt ở buồng lái phải kín nước, các thiết
bị đặt ở buồng máy lái phải chống nước (tia nước bắn vào).
 Hoạt động của hệ thống không gây nhiễu đối với thiết bị vô tuyến quá
mức cho phép.
 Thiết bị chỉ thị, chỉnh định cũng như là các cơ cấu điều khiển cần bố trí
trên bề mặt trụ điều khiển hay là nơi thuận tiện cho khai thác, bên cạnh
phải có tem ghi chức năng.
 Trụ điều khiển phải có đèn chiếu sáng riêng ở bảng chia độ, cường độ
sáng có thể điều chỉnh được từ 0  Max.
 Cần có biện pháp đề phòng điện giật đối với người sử dụng khi tháo mở
quan sát các thiết bị.
 Các nắp đậy, các cửa phải được mở dễ dàng bằng các khí cụ thông
thường khi cần sửa chữa, bảo quản.
 Vỏ máy phải được nối đất với vỏ tàu
 Các cơ cấu điều khiển, các núm điều chỉnh cần có định vị.
 Bề mặt khí cụ cần bọc lớp chống rỉ, không cho phép dùng các vật liệu
dễ nóng chảy để chế tạo các linh kiện dẫn điện.”
[Trích dẫn giáo trình hệ thống tự động tàu thủy 1]
1.1.3 Phân loại
a. Phân loại theo chế độ công tác của hệ thống
9
 “Chế độ lái đơn giản: Là hệ thống mà vị trí của bánh lái không phụ
thuộc vào vị trí của tay điều khiển, bánh lái còn di chuyển khi tay điều
khiển còn nằm ngoài vị trí “0”. Nó chỉ dừng di chuyển khi tay điều
khiển được đưa về vị trí “0”, người điều khiển phải thường xuyên theo
dõi hệ thống chỉ báo góc lái để xác định được vị trí thực của bánh lái.
 Chế độ lái lặp: Là hệ thống trong đó vị trí thực của bánh lái luôn luôn
trùng với vị trí thực của tay điều khiển. Hệ thống chỉ báo góc lái chỉ
nhằm giúp cho người điều khiển kiểm tra tính chính xác trong hoạt
động của hệ thống.
 Chế độ lái tự động giữ hướng: Là hệ thống có khả năng giữ cho con
tàu đi theo một hướng đi đặt trước mà không cần có sự tác động của
con người.
Các hệ thống lái tự động mới hiện nay còn thực hiện các chế độ khác
như tự động thích nghi (tự động điều chỉnh các tham số điều khiển), điều
khiển tối ưu theo nhiên liệu, quãng đường (chế độ kinh tế)…”
[Trích dẫn giáo trình hệ thống tự động tàu thủy 1]
b. Phân loại theo cấu tạo thiết bị điều khiển
 “Hệ thống lái dùng các phần tử điều khiển điện cơ: Thiết bị điều
khiển có cấu tạo từ những máy điện đặc biệt công suất nhỏ như sensin,
biến áp quay, máy phát tốc, động cơ dị bộ 2 pha, khuếch đại từ…Ưu
điểm của loại này là có độ tin cậy cao, chắc chắn, chịu quá tải tốt. Nhược
điểm là kích thước, trọng lượng lớn, chế tạo phần cơ phức tạp, khó chính
xác. Loại này thường là các thế hệ cũ như các lái AASP (Liên xô cũ),
ARM, ART (Đức), Anchutz (Mỹ)…
 Hệ thống lái dùng các phần tử bán dẫn, vi mạch rời rạc: Thiết bị điều
khiển có cấu tạo từ linh kiện bán dẫn: Transistor, IC...cơ bản là sử dụng
điều khiển tương tự.Ưu điểm của loại này là kích thước nhỏ, trọng lượng
bé, công suất tiêu hao ít, độ tin cậy cao, chính xác, dễ chế tạo thay
thế.Nhược điểm là trong quá trình làm việc đặc tính công tác phụ thuộc
nhiều vào điều kiện môi trường. Đặc trưng cho các hệ thống lái thế hệ
này là: Lái tự động Brown-X (Anh), Hokushin, Gylot PR 200 – 2600
(Nhật), Decca Arkass (Đan Mạch) ...
 Hệ thống lái dùng các bộ vi xử lý: Trong hệ thống lái dùng các bộ vi
xử lý, vi điều khiển hoặc máy tính với mục đích để tính toán trong điều
khiển. Thực hiện các thuật điều khiển như PID, thuật điều khiển tối ưu
(nhiên liệu, tối ưu quảng đường..) hay các luật thích nghi, mờ, nơ ron,
điều khiển bền vững… Các phương pháp điều khiển này có thể điều
10
khiển hành trình tàu theo các phương pháp mới hết sức hiệu quả như tự
động điều chỉnh thời tiết, tự động điều khiển tàu theo toạ độ, hiển thị các
thông số cần kiểm tra, kết nối với các hệ thống điều khiển khác… Các hệ
thống lái này có ưu điểm là kích thước gọn nhẹ, tín hiệu điều khiển được
sử dụng bằng phương pháp số do đó thực hiện được những chức năng có
tính kỹ thuật và kinh tế theo yêu cầu điều khiển, tiện lợi cho phép nối với
máy tính để tạo ra một mạng điều khiển từ xa và tập trung, có thể kết nối
với các thiết bị vô tuyến điện hàng hải như GPS, Ra đa, … nhằm tự động
hoá trong quá trình dẫn đường, tự động điều khiển vị trí tàu (Hệ thống
DP), tự động điều khiển tàu theo quỹ đạo, theo chương trình rất hiệu
quả. Hệ thống lái loại này thuộc các series mới đang đóng trên các tàu
đóng mới ở nước ta như: Hokushin PT11, Yokogawa – PT500, PT70,
Gylot PR6000…
[Trích dẫn giáo trình hệ thống tự động tàu thủy 1]
c. Phân loại theo nguyên lý hoạt động của thiết bị điều khiển
 “Hệ thống hoạt động theo nguyên tắc liên tục
Là hệ thống chứa các phần tử hoạt động liên tục. Ưu điểm của hệ
liên tục là đảm bảo độ láng của điều khiển, độ chính xác tương đối cao
khi nhiễu tác động vào đối tượng bé. Tuy nhiên, khi có nhiễu tác động
vào làm tín hiệu ra bị méo, làm chất lượng hệ thống bị suy giảm. Mặt
khác hệ tuyến tính không có khả năng tính toán điều khiển tối ưu, thích
nghi bởi không có sự hỗ trợ của các thiết bị tính toán.
 Hệ thống hoạt động theo nguyên tắc không liên tục
Là hệ thống có một hoặc nhiều hơn một phần tử hoạt động không liên
tục.
11
Ưu điểm của hệ là tận dụng tốt hơn công suất của phần tử nhất là
các phần tử thực hiện có công suất lớn vì tác động năng lượng theo
xung. Hệ thống được chế tạo với các chíp gọn nhẹ, khả năng liên kết
mạnh theo kiểu mạng nên rất gọn nhẹ. Hệ thống có khả năng điều khiển
theo nhiều chức năng từ đơn giản đến phức tạp do sử dụng các phép
tính trên các vi xử lý. Kết cấu đơn giản, dễ lắp ráp và ghép nối. Nhược
điểm của hệ thống rời rạc là làm mất tuyến tính, tính liên tục gây tác
động đột biến cho các phần tử.”
[Trích dẫn giáo trình hệ thống tự động tàu thủy 1]
d. Phân loại theo hình dạng của bánh lái (Cách phân loại theo truyền động
điện)
 “Hệ thống có bánh lái hình lá có phần bù.
 Hệ thống có bánh lái hình lá không có phần bù.
 Hệ thống có bánh lái dạng (Propin) có phần bù.
 Hệ thống có bánh lái dạng (Propin) không có phần bù.”
e. Phân loại theo dạng năng lượng truyền động
 “Máy lái điện - cơ
 Máy lái điện - thủy lực.
 Máy lái điện - thủy lực với bơm lưu lượng không đổi.
 Máy lái điện - thủy lực với bơm lưu lượng thay đổi.”
12
1.2 Các chế độ làm việc, cấu trúc và thuật toán điều khiển của từng chế độ
1.2.1 Chế độ lái tự động
K2d/dt f
0 + y
K1 KD TH ML BL
- + DD
-
DD CT
K3dt Dd K4
K5d/dt
LB
Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống lái tự động tàu thủy
“Trong đó:
K1: Khối tạo tín hiệu tỷ lệ góc bẻ lái.
K2d/dt: Khối tạo tín hiệu vi phân góc bẻ lái.
K3dt: Khối tạo tín hiệu tích phân góc bẻ lái.
LB: La bàn lấy tín hiệu phản hồi hướng đi thực của con tàu.
K4: Khối tạo tín hiệu tỷ lệ góc quay bánh lái.
K5d/dt: Khối tạo tín hiệu vi phân góc quay bánh lái.
f: Tác động của nhiễu(sóng, gió, hải lưu,…).
y: Tín hiệu điều khiển của hệ thống.
Phương trình thuật toán điều khiển hệ thống lái tự động đầy đủ như sau:
y = K1 + K2d/dt + K3dt - K4 - K5d/dt
Khi hướng đi của con tàu trùng với hướng đi đặt trước (= 0) thì  = 0.
Giả sử nhiễu tác động làm tàu lệch khỏi hướng đi cho trước (0), khi đó
hướng đi thực tế  của tàu sẽ được cảm nhận từ la bàn về so sánh với hướng đi
cho trước 0 xuất hiện  = 0 -  0.
Các tín hiệu tỷ lệ, vi phân, tích phân sau khi được đưa vào khâu khuếch đại
sẽ qua khối thực hiện trung gian tác động bẻ lái đưa tàu về hướng đi ban đầu.
Khi bánh lái quay xuất hiện tín hiệu phản hồi K4 và K5d/dt làm giảm tín
hiệu điều khiển y.
Khi tàu trở về hướng đi đặt trước thì  = 0.
Trong quá trình tàu dần trở về hướng đi đặt trước, tín hiệu điều khiển đổi dấu,
bánh lái được quay theo chiều ngược lại dần trở về mặt phẳng đối xứng của con
tàu.
Như vậy khi mũi tàu trở về hướng đi đặt trước thì đồng thời bánh lái cũng trở
về mặt phẳng đối xứng.
13
Do có quán tính, tàu có xu hướng dao động một vài lần sau đó tàu sẽ trở lại
hướng đi ban đầu.
Đối với sơ đồ cấu trúc đầy đủ của hệ thống lái như trên:
 Giảm độ quá điều chỉnh, thời gian quá độ và số lần dao động của hệ thống
do sử dụng các khâu vi phân
 Nâng cao tính chính xác do sử dụng khâu tích phân .”
[Trích dẫn giáo trình hệ thống tự động tàu thủy 1]
14
1.2.2 Chế độ lái truy theo (lái lặp)
Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống lái lặp
“Hệ thống lái lặp – truy theo là lái bằng tay để ra lệnh cho bánh lái truy theo
lệnh đặt trước góc lái bằng vô lăng lái (khối ĐL).
Dùng khi cần điều động vào cảng, hành trình trên khoảng hẹp, khi cần chuyển
hướng đi ở chế độ tự động thì chuyển sang lái lặp để điều khiển lái (dùng vô
lăng lái lặp, khi con tàu đã đi đúng hướng đi mới thì mới chuyển sang chế độ lái
tự động).
KĐ: Khối khuếch đại tín hiệu lái (Lái lặp và lái tự động thường được dùng
chung bộ khuếch đại)
CT: Đối tượng điều khiển lúc này là (bánh lái)
Phương trình thuật toán điều khiển
Y = K10 - K4
Khi người điều khiển thực hiện bẻ vô lăng lái,00 y  0  tác động qua
KĐ, THTG, ML  Làm bánh lái quay theo và bánh lái quay đi 1 góc tương ứng
đến khi  = 0 thì y = 0, bánh lái dừng lại.”
[Trích dẫn giáo trình hệ thống tự động tàu thủy 1]
1.2.3 Chế độ lái đơn giản
“Chế độ lái đơn giản là tác động trực tiếp vào cơ cấu THTG. Khi ta muốn bẻ
lái 1 góc nào đó thì phát lệnh bẻ lái, sau khi đã đạt được góc bẻ lái theo yêu cầu
ta phải trả tay lệnh về 0 (lái không phản hồi), nếu không đưa tay lái về 0 thì bánh
lái sẽ bẻ hết mạn. Thường sử dụng tay lệnh lái đơn giản là công tắc hoặc nút ấn,
ít khi dùng chung với tay lái lặp.”
15
1.3 Sơ đồ khối của hệ thống lái tự động tàu thủy
Hình 1.3: Cấu trúc chung của hệ thống lái tự động tàu thủy
“Nguyên lý: Để điều khiển tàu theo ý muốn, người ta đưa tín hiệu đặt lái vào
khối điều khiển lái. Tín hiệu này có thê được lấy từ vô lăng (chế độ lái lắp) hoặc
la bàn (trong chế độ lái tự động) hoặc nút ấn hay cần gạt (trong chế độ lái đơn
giản). Tín hiệu đặt lái sau đó được đưa đến điều chỉnh, khuếch đại, thực hiện
trung gian, cấp đến cho máy lái. Máy lái bẻ lái, đưa bánh lái sang trái hay phải
theo ý muốn, đưa tàu đi đúng hướng. Khi hành trình, nếu sai lệch hướng đi xảy
ra tín hiệu phản hồi hướng đi đưa về khối xử lý tín hiệu lái, tại đây nó được so
sánh với tín hiệu đặt ban đầu và tạo ra tín hiệu điều khiển để quay bánh lái, đưa
tàu về hướng hành trình cũ. Khi tàu đã về đúng hành trình ban đầu, tín hiệu bẻ
lái sẽ được ngắt, bánh lái trở về vị trí 00.”
[Trích dẫn giáo trình hệ thống tự động tàu thủy 1]
16
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MÁY LÁI TÀU
THỦY
2.1 Yêu cầu đối với hệ thống máy lái tàu thủy
 “Hệ thống phải có cấu tạo đơn giản, độ bền cao. Hệ thống điều khiển phải
được thiết kế đơn giản, sử dụng ít nhất các thiết bị. Các thiết bị cấu thành bộ
điều khiển phải được chế tạo và kiểm tra đặc biệt trước khi lắp đặt và sử
dụng trên tàu
 Có hệ số dự trữ cao: Những phần tử quan trọng trong hệ thống được lắp đặt
dưới dạng kép, có thể làm việc song song hoặc độc lập với nhau.
 Có khả năng quá tải momen lớn. Phải đảm bảo momen bẻ lái luôn lớn hơn
momen cản cực đại xuất hiện trên trụ lái.
 Phải đảm bảo thời gian bẻ lái. Khi tàu hành trình với tốc độ lớn nhất, thời
gian để bẻ lái từ 350 mạn này sang 350 mạn kia không quá 28 giây. Nếu góc
lái δ < 350 thì thời gian bẻ lái được tính theo công thức
0
δ max −5
T =28 ( gi â y )
65
Đối với tàu quân sự, hoặc tàu công trình (tàu cuốc, tàu lai dắt...) thì thời
gian bẻ lái từ góc bẻ lái lớn nhất mạn này sang mạn kia là 20 (giây), hoặc
có thể còn nhỏ hơn nữa.
 Đơn giản và thuận tiện trong điều khiển. Mọi thao tác điều khiển cần được
thực hiện qua một cơ cấu điều khiển. Cần có ít nhất hai đến ba trạm điều
khiển. Việc chuyển từ trạm điều khiển này sang trạm điều khiển khác cần
phải được thực hiện nhanh chóng, dễ dàng.
 Phải có thiết bị kiểm tra vị trí thực của bánh lái. Thiết bị này phải hoạt động
tin cậy với độ chính xác cho phép. Ở vùng bẻ lái nhỏ, sai số cho phép là ± 10,
ở vùng góc bẻ lái lớn, sai số cho phép lên tới ± 2 ,5 0.
 Phải có hệ thống lái sự cố. Thời gian chuyển từ lái chính sang lái sự cố
không quá hai phút
 Cấu tạo đơn giản, giá thành hạ.”
[Trích dẫn giáo trình truyền động điện tàu thủy 1]
17
2.2 Máy lái Điện - Cơ
Hình 2.1: Cấu trúc máy lái điện cơ.
“Bánh lái được dẫn động bằng động cơ điện thông qua bộ truyền động cơ
khí (bánh răng, hộp số).
Loại máy lái này có ưu điểm là có kết cấu đơn giản, tuổi thọ khá cao và
vận hành dễ dàng. Tuy nhiên thì hiệu suất không cao, nặng nề, quay trở kém,
khó lắp đặt.
Ngày nay, trên các tàu đóng mới, người ta chỉ dùng hệ thống máy lái Điện
– Thủy lực vì có độ tin cậy và hiệu suất cao. Hệ thống máy lái Điện – Cơ chỉ
còn tồn tại trên các tàu được đóng từ thời gian trước.”
[Trích dẫn giáo trình truyền động điện tàu thủy 1]
2.3 Máy lái Điện – Thủy Lực
Hình 2.1: Cấu trúc chung của máy lái Điện – Thủy Lực
“Với loại máy lái này, bánh lái được dẫn động nhờ áp lực của dầu thủy
lực tác động lên piston nằm trong xylanh thông qua cơ cấu truyền động thủy lực.
Động cơ điện chỉ có chức năng lai bơm thủy lực để tạo ra dòng thủy lực có áp
lực cao, cấp cho cơ cấu chấp hành quay bánh lái do đó nó có thể hoạt động ở chế
18
độ dài hạn. Máy lái dạng này có khả năng tạo ra momen quay trở lớn. Hiệu suất
cao hơn nhiều so với máy lái Điện - Cơ.
Máy lái Điện – Thủy Lực có hai dạng:
 Máy lái Điện – Thủy Lực với bơm lưu lượng không đổi.
 Máy lái Điện – Thủy Lực với bơm lưu lượng thay đổi.”
[Trích dẫn giáo trình truyền động điện tàu thủy 1]
2.3.1 Máy lái Điện – Thủy Lực với bơm lưu lượng ra không đổi
Hình 2.2: Cấu trúc máy lái Điện – Thủy Lực với bơm lưu lượng không thay đổi
“Với máy lái dạng này, động cơ điện lai bơm thủy lực luôn hoạt động với
một tốc độ không đổi, dài hạn. Lưu lượng dòng thủy lực do đó cũng không thay
đổi. Việc bẻ lái được thực hiện bằng cách điều khiển đóng mở các van điện từ
cấp dầu thủy lực vào các xylanh lực. Ưu điểm của nó là cho phép thay đổi đột
xuất năng lượng thủy lực cấp cho máy lái, tăng hiệu suất của hệ thống. Tuy
nhiên, nó chứa các phần tử không tuyến tính (rơ le...), làm cho hệ thống dễ dao
động, mất tính liên tục.”
[Trích dẫn giáo trình truyền động điện tàu thủy 1]
19
2.3.2 Máy lái Điện – Thủy Lực với bơm lưu lượng ra thay đổi
Hình 2.3: Cấu trúc máy lái Điện – Thủy Lực với lưu lượng ra thay đổi
(Điều khiển bằng Servo Motor)
“Trong cấu trúc máy lái dạng này, động cơ điện lai bơm cũng sẽ hoạt
động liên tục (công tác chế độ dài hạn). Lưu lượng dòng thủy lực đầu ra được
thay đổi bởi Servo Motor. Khi điều khiển Servo Motor làm dịch tâm bơm của
bơm thủy lưc, lưu lượng ra của dòng thủy lực cũng thay đổi theo, từ đó thay đổi
áp suất tới cơ cấu chấp hành của hệ thống máy lái, tốc độ bẻ lái cũng được thay
đổi theo đó.”
[Trích dẫn giáo trình truyền động điện tàu thủy 1]
2.3.3 Máy lái Điện – Thủy Lực sử dụng bơm có đảo chiều quay.
Hình 2.4: Máy lái Điện – Thủy Lực dùng bơm có lưu lượng ra thay đổi, có đảo
chiều quay (Điều khiển bằng biến tần)
“Với máy lái điện thủy lực thông thường thì sử dụng động cơ lai bơm
thủy lực chỉ có một chiều quay, không điều chỉnh tốc độ. Tuy nhiên, trên một số
tàu người ta sử dụng bơm thủy lực có khả năng đảo chiều quay, cấp dòng thủy
lực theo 2 chiều. Để có thể đảo chiều quay bơm thủy lực thì người ta đảo chiều
quay động cơ lai bơm. Để thực hiện điều này, bộ biến tần công nghiệp được sử
dụng để điều khiển tốc độ và chiều quay của động cơ lai bơm.”
[Trích dẫn giáo trình truyền động điện tàu thủy 1]
20