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

Hiện nay, ngành công nghiệp đóng tàu sử dụng ba phương pháp chính: đóng mới và sửa chữa trên triền đà, đóng mới và sửa chữa trong ụ chìm, và đóng mới và sửa chữa trên âu nổi. Mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng. Triền đà phù hợp cho đóng mới, ụ chìm khắc phục hạn chế về mặt bằng, còn âu nổi lại mang tính cơ động cao, có thể di chuyển dễ dàng. "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."

Quá trình đánh chìm và làm nổi âu lớn rất phức tạp, đòi hỏi độ chính xác và an toàn cao. Việc điều khiển bằng tay là không thích hợp. Vì vậy, các âu cần 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. "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."

Có 8 trường hợp nghiêng lệch cơ bản cần xem xét: lệch trước (chúi mũi), lệch sau, lệch phải (nghiêng mạn phải), lệch trái, lệch trước và lệch phải, lệch trước và lệch trái, lệch sau và lệch phải, lệch sau và lệch trái. Hệ thống cảm biến cần được bố trí hợp lý để phát hiện chính xác các trường hợp này. "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."

Âu cần được thiết kế để luôn có khả năng điều khiển được, nghĩa là quá trình cân bằng âu luôn có thể thực hiện được chỉ bằng cách thêm hoặc bớt nước của các khoang một cách hợp lý. Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển phải linh hoạt, có khả năng điều chỉnh lượng nước trong các khoang dằn một cách chính xác và kịp thời. "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."

Độ chính xác trong điều khiển và sự an toàn luôn được đặt lên hàng đầu. Hệ thống phải được thiết kế để đáp ứng nhanh chóng, tránh các tình huống nguy hiểm có thể xảy ra trong quá trình đánh chìm và làm nổi âu. Quá trình đánh chìm và làm nổi đòi hỏi độ chính xác cao và an toàn nên việc điều khiển bằng tay là không thích hợp.

Việc lựa chọn cảm biến phù hợp đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập thông tin về độ nghiêng lệch và mực nước trong các khoang dằn. Cảm biến tiệm cận có thể được sử dụng để phát hiện độ lệch của âu, trong khi cảm biến áp suất và cảm biến mức nước giúp theo dõi mực nước trong các khoang. "Thiết bị phát hiện độ lệch của âu sử dụng sensor tiệm cận, Các bộ hiển thị mức nước."

Hệ thống bơm và van cần được phân nhóm hợp lý để tối ưu hóa quá trình điều khiển. Mỗi bơm xả có thể được bố trí hút cho một số khoang nhất định, trong khi các van nhánh, van thu, và van xả cần được điều khiển một cách phối hợp để đảm bảo cân bằng âu. "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."

Thuật toán điều khiển cần được xây dựng dựa trên nguyên tắc cân bằng âu, đảm bảo hệ thống có thể tự động điều chỉnh lượng nước trong các khoang để duy trì trạng thái cân bằng. Các thuật toán điều khiển PID, điều khiển mờ (Fuzzy logic) hoặc điều khiển dự đoán mô hình (MPC) có thể được áp dụng. "Thuật toán của quá trình đánh chìm và làm nổi âu ở chế độ tự động."

Phần mềm SYSWIN là một công cụ mạnh mẽ để lập trình PLC. Với SYSWIN, có thể dễ dàng tạo ra các chương trình điều khiển phức tạp, đáp ứng yêu cầu của quá trình đánh chìm và làm nổi âu. Chương trình với phần mềm SYSWIN.

Việc phân bố địa chỉ vào/ra cho PLC và các module mở rộng cần được thực hiện một cách cẩn thận. Đảm bảo mỗi thiết bị có địa chỉ riêng, tránh trùng lặp và xung đột. Điều này giúp hệ thống hoạt động ổn định và tránh các lỗi không mong muốn. "Phân bố địa chỉ vào/ra cho CPM2A-40CDR-A và 3 modul mở rộng."

Sau khi lập trình và kết nối các thiết bị, cần tiến hành kiểm tra và đánh giá hệ thống điều khiển. Quá trình này giúp phát hiện và khắc phục các lỗi, đảm bảo hệ thống hoạt động đúng theo yêu cầu thiết kế. Kiểm tra hệ thống điều khiển để đảm bảo không có lỗi.

Hệ thống tự động giúp quá trình đánh chìm và làm nổi diễn ra nhanh chóng và chính xác hơn so với điều khiển thủ công. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và chi phí vận hành. Ứng dụng hệ thống tự động giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.

Hệ thống tự động có khả năng phát hiện và xử lý nhanh chóng các tình huống bất thường, giảm thiểu nguy cơ xảy ra sự cố trong quá trình vận hành. "an toàn âu tàu" được đảm bảo nhờ các thuật toán điều khiển hiện đại.

Hệ thống tự động có thể điều chỉnh lượng nước bơm vào và xả ra một cách tối ưu, giúp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong quá trình vận hành. Tiết kiệm năng lượng là một mục tiêu quan trọng.

Việc tích hợp AI có thể giúp hệ thống tự động học hỏi và thích nghi với các điều kiện vận hành khác nhau, nâng cao khả năng dự đoán và phòng ngừa sự cố. Tích hợp AI để hệ thống tự động học hỏi.

Hệ thống giám sát từ xa cho phép theo dõi và điều khiển âu tàu từ bất kỳ đâu, giúp tăng cường khả năng quản lý và kiểm soát. Hệ thống SCADA giúp giám sát quá trình từ xa.

Tiếp tục nghiên cứu các giải pháp tối ưu hóa quá trình vận hành để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ, góp phần bảo vệ môi trường. Tối ưu hóa năng lượng là một hướng phát triển quan trọng.