KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
Só 07/2022
Nghiên cứu xây dựng hệ thống tích hợp
các thông số tàu phục vụ bảo đảm an toàn hàng hải
■ ThS. LÊ QUANG VINH; ThS. LÃ VĂN HÀI Trường Đại học Hàng hải Việt Nam
TÓM TẲT: Hệ thống tích hợp các thông số của tàu được thiết kế để thu thập và xử lý các thông tin từ các thiết bị hàng hải trên tàu như máy lái, máy đo sâu, đo gió, GPS, la bàn... nhằm hiển thị và giám sát các thông số như tốc độ, góc bẻ lái, tốc độ máy chính, hướng và tốc độ gió... trên một màn hình giao diện chung. Hệ thống này giúp cho sỹ quan vận hành có thể quan sát trực quan, tại chỗ các thông tin trên màn hình chính để đưa ra các quyết định kịp thời, nhanh chóng nhất, phục vụ bảo đảm an toàn cho tàu khi hành trình.
TỪ KHÓA: Hệ thống tích hợp các thông số tàu.
ABSTRACT: Integrated ship’s parameters system is designed to collect and process information from the marine equipment on the ship such as steering gear, speed log, anemometer, GPS, compass... in order to display and monitor parameters such as ship's speed, main engine RPM (Revolution Per Minute), ship's heading and wind speed... on a common interface screen. This system helps Navigational Officer to observe visually and at the same location all information on the main screen to make the most timely and fastest decision to ensure the safety of the ship during her voyage.
KEYWORDS: Integrated ship's parameters system.
Việc thiết kê hệ thống có khả năng tích hợp các thông số thu được từ các thiết bị rời rạc trên tàu để hiển thị trên màn hình chung giúp cho người sỹ quan vận hành có thể quan sát một cách trực quan, không phải tốn thời gian tra cứu sẽ có thể đưa ra các quyết định nhanh chóng, kịp thời để xử lý các tình huống là cần thiết, góp phần bảo đảm an toàn cho tàu khi vận hành.
Hiện nay, hệ thống tích hợp các thông số tàu đã được một số hãng nổi tiếng trong lĩnh vực hàng hải đã thiết kế, chế tạo. Tuy nhiên, tại Việt Nam, đây là hệ thống rất mới, hiện đại và chỉ có một số ít các tàu kiểm ngư được trang bị.
Việc nghiên cứu thiết kế, xây dựng hệ thống này đặt ra cần thiết, góp phần nâng cao an toàn cho tàu khi hành trình.
Do chưa có sản phẩm trong nước nên nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu từ sản phẩm của nước ngoài, ở đây lựa chọn hệ thống của hãng Kongsberg.
Hệ thống tích hợp các thông số tàu của hãng sử dụng kỹ thuật hiển thị đổ họa và định vị các đầu vào dữ liệu một cách thích hợp xung quanh và trên một biểu tượng minh họa cấu hình của con tàu. Hệ thống báo động cẩu và đổng hồ có sẵn như là một chức năng tích hợp trên màn hình, với chức nàng hiển thị thông báo cảnh báo và chức năng xác nhận rõ ràng ở mỗi màn hình. Trong đó, màn hình của hãng giúp người vận hành giám sát thông tin rất dễ dàng và hiệu quả. Dữ liệu đầu vào là các cảm biến được thu thập từ các cảm biến và dụng cụ riêng lẻ được nhóm hợp lý và được trình bày trên màn hình để dễ dàng xem từ các máy trạm chính cách màn hình khoảng 2 m, được thể hiện trên Hình 1.1.
1 .ĐẶTVẤN ĐỂ
Hiện nay, trên các tàu thủy chủ yếu đang trang bị các thiết bị thông tin hàng hải mang tính rời rạc, nằm rải rác tại nhiều vị trí, khu vực khác nhau theo chức năng của từng thiết bị này. Các thiết bị có thể nằm rải rác nhiều nơi trong buồng lái hay buồng máy. Chính vì vậy, trong quá trình trực ca, các sỹ quan hàng hải phải trực canh chúng với sự khó khăn, rất lớn trong việc tra cứu, tìm kiếm vị trí của từng thiết bị. Hơn nữa, việc các thiết bị phân tán, không tập trung cũng gây ra sự không kịp thời trong việc được cung cấp thông tin từ chúng, dẫn đến thiếu các quyết định chính xác, kịp thời, nhanh chóng trong quá trình khai thác, vận hành con tàu, gây ảnh hưởng không nhỏ đến sự an toàn cho tàu, thậm chí cả tính mạng con người.
Hình 1.1: Hệ thống tích hợp các thõng số tàu của hãng Kongs berg
2 . XÂY DỰNG CẤU HÌNH HỆ THỐNG TÍCH HỢP CÁC THÔNG SỐTẨU
Với chức năng thu thập, giám sát các thông số của các
144
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
Sô 07/2022
xây dựng như sau:
Các thiết bị cẩn giám sát: Đây là các thiết bị hàng hải a bàn, máy đo sâu, đo gió, GPS... cần được giám sát như
các thông số, là các thiết bị ngoại vi của hệ thống sẽ được kết nối vào hệ thống bằng cáp nối. Đây là các thiết bị có đầu
hoặdRS232.
- Mô-đun thu thập và xử lý dữ liệu: Đây là thành phần trọng nhất của hệ thống tích hợp các thông số tàu.
•a là các bản tin NMEA0183 theo chuẩn vật lý RS422
quan
Mô-qun đảm nhận nhiệm vụ thu thập tất cả các dữ liệu thu t|nập được từ các thiết bị trên tàu. Mô-đun thực hiện truyền thông với các thiết bị này thông qua chuẩn giao tiếp NMEA0183. Tín hiệu từ các thiết bị sẽ được thu thập và chuyển đổi bởi mô-đun thu thập và xử lý dữ liệu trước khi đưa đến mô-đun phần mềm giao diện các thông số.
Mô-đùn thu thập và xử lý dữ liệu có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ các thiết bị hàng hải cẩn giám sát và chuyển đổi tín hiệu NMEA 0183 sang chuẩn truyển thông MODBUS qua chuẩn vật lý RS485.
* Mô-đun này bao gồm các thành phân:
+ tác mô-đun truyền thông SCM12-SL, mỗi mô-đun gồm có 2 cổng COM hỗ trợ giao thức MODBUS để giao tiếp vời các thiết bị trên tàu thông qua các bộ chuyển đổi NMEA0183 sang MODBUS. Như vậy, nếu có n mô-đun truyền
kết nốỉ tới 2xn thiết bị hàng hải trên tàu.
+ 1 PLC sẽ đọc tín hiệu đã thu thập được từ các thanh ghi của các mô-đun SCM12-SL. Các tín hiệu thu về được từ mô-đuh thu thập dữ liệu trung tâm sẽ được gửi tới mô-đun giao diện các thông số thông qua giao thức Modbus TCP.
- Mô-đun phần mềm giao diện các thông số: Thường máy tính công nghiệp và được nhóm tác giả thực đặt chương trình phẩn mềm sẽ được trình bày chi thông sẽ có 2xn kênh truyền thông để thực hiện
là một hiện cà
tiết trong nội dung tiếp theo của bài báo. Mô-đun có chứa các driver, cho phép kết nối vào để lấy dữ liệu và mô-đun này gia6 tiếp với các thiết bị vật lý bao gồm Modbus RTU, Modbus TCP/IP, S7 Ethernet TCP/IP. Mô-đun này được kết nối với màn hình để hiển thị các thông số của các thiết bị hàng hải cần giám sát trên màn hình hiển thị chung đồng thời có
theo chuẩn giao thức TCP/IP.
- Man hình hiển thị để hiện thị toàn bộ các thông số của các miết bị cần giám sát được kết nối tới hệ thống.
:hể kết nối với hệ thống mạng Ethernet trên tàu
3. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẨN MỀM GIAO DIỆN CÁC THÒNG số
Để xây dựng chương trình phần mềm giao diện các thông số cho hệ thống, lựa chọn sửdụng phần mểm Visual Studio kết hợp với phần mểm ATSCADA để sử dụng các controls có sẵn trong Studio với các Controls trong công cụ ATSCADA kết hợp với việc tích hợp thêm một số Controls khác như CompassCard, Analogmeter, Chart... Tín hiệu từ các thiết bị hàng hải sau khi qua các bộ chuyển đổi để gửi vể PLC, các tín hiệu sẽ được đưa vào phần mềm Visual Studio thông qua phần mềm ATDriver Server và phấn mềm iTagBuilder. Tại đây, nhóm tác giả sử dụng ngôn ngữ lập trình C# trong Visual Studio để gia công và lập trình một số tín hiệu và đô họa động.
Giao diện các thông số bao gồm các thông số trạng thái và thòng số tàu như tốc độ quay trở, hướng đi của tàu... Nhóm tác giả lựa chọn xây dựng giao diện thông số hướng đi của tàu sử dụng phần mềm Visual Studio. Giao diện thông số hướng đi của tàu nhằm mục đích chỉ báo hướng đi hiện tại của con tàu so với cực Bắc của trái đất, đơn vị đo là độ. Ngoài chỉ báo hướng đi bằng độ, hướng đi của tàu còn được hiển thị bằng một hình ảnh đó họa màu vàng nhạt, hình ảnh minh họa con tàu sẽ được lập trình bằng ngôn ngữ C# để nó có thể quay đi các góc tương ứng với hướng đi. Ngoài ra, trong giao diện này còn có các mũi tên theo phương dọc và phương ngang thể hiện chiều chuyển động của con tàu trên các phương này so với mặt đất. Khi các chiểu chuyển động này thay đổi thì chiểu của mũi tên sẽ đảo chiều như Hình 3.1.
Hình 3.1: Xây dựng giao diện thông số hướng đi của tàu trên Visual studio
Sau đó, nhóm tác giả tiến hành xây dựng các tag (tương ứng với một thông số) đọc dữ liệu từ PLC và đưa các tags được đọc vào phần mểm Visual studio. ATDriver Server chứa các Driver để kết nối đến PLC qua một số giao thức khác nhau. Ở đây, ta sử dụng giao thức Modbus để kết nối giữa ATDriver Server với PLC.
Mỗi một biến (thông số) đọc về từ PLC tương ứng với một tag (các thông số từ các thiết bị hàng hải được gửi về PLC ứng với các địa chỉ cẩn đọc từ PLC. Nhóm tác giả lựa chọn các thông số cần tích hợp, giám sát bao gồm hướng đi, tốc độ tàu, độ sâu, tốc độ dòng chảy, hướng dòng chảy,
145
KHOA HỌC CŨNG NGHẸ
Só 07/2022
tốc độ gió và hướng gió thật. Khi đó, mỗi thông số này (tag) được đọc vể từ PLC tương ứng với địa chỉ 40001,4002..., 4007 như thể hiện trên Hình 3.2.
file fdit yiew Tool flelp
□ £? fl E Ũ * 4» a, K
hT. NewDevice Tag Name Address Data Type Client Access Value Status Time Samp Description
ijHuong.di 40001 Word ReadWrite 17 Good 14:50:17 Word. Short. Dwon
|JToc_do_tau(SOG) 40002 Word ReadWrite 23 Good 14:50:17 Wad. Short. Dwort
LJDo.sau 40003 Word ReadWrite 13 Good 14:50:17 Word. Short. Dwon
u Toc_do_dong_chay 40Ũ04 Word ReadWrite 3 Good 14:50:17 Word, Short. Dwon
u Huong_dong_chay 40005 Word ReadWrite 91 Good 14:50:17 Word. Short. Dwort
JJToc_do_go 40006 Word ReadWrite 25 Good 14:50:17 Word, Short. Dwon
u Huong_gro_thuc 40007 Word ReadWrite 105 Good 14:50:17 Word. Short. Dwon
4 _ _ _____...21 ... _ ... _ 1'... i »
Date Time Source Event %
o13/02'2020 14 03:24 Channel Driver C:\Program Ries \ATPro\ATDriverServer\Drivers\ModbusTCP di is loaded o 14/02/2020 14:34:01 Channel Driver C:\Progam Rtes\ATPro\ATDriverServer\Drivers\ModbusTCP.dl is loaded
1 Serving on: 1921681.7 Clients: 0
Hình 3.2: Xây dựng các tag đọc dữ liệu từPLC bằng phần mềm ATDriver Server
Cuối cùng, thực hiện nhập các tags đã xây dựng vào phẩn mểm Visual Studio bằng phẩn mềm iTagBuilder để lấy dữ liệu từ PLC vào phần mểm Visual Studio.
Phần mềm ITagBuilder (đóng vai trò là 1 Client) có nhiệm vụ lấy dữ liệu các tags từ phẩn mềm ATDriver Server (đóng vai trò là 1 Server) để vào phần mềm Visual Studio. Việc nhập các tags từ ATDriver Server vào phần mềm ÍTagBuilder thể hiện như Hình 3.3.
Hình 3.3: Quá trình nhập các tags vào phần mềm ITagBuilder
Tiếp tục đưa các tags đã nhập vào phần mềm bằng cách chọn Project Register trong Visual Studio.
Hình 3.4: Đưa các tags đã import vào Visual studio
146
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
Só 07/2022
SỐ
Cuối cùng, sử dụng các tags đã đưa vào Visual Studio. Các tags đã đưa vào Studio sê xuất hiện khi ta gán cho các thông trong Visual Studio như Hình 3.5.
__ ýD packages, config
Nam |> c« Program.es
í-l SlidingScale.es
■4 UserControll.es ũ UserControă.resx
■«' HitRedZonefobject, EventArgs): void 7 ' • Team Explorer Class View
___________________ Properties ’ ụ X
i Label 1 ATSCADA.iWinTools.iLabel
# *
* Tabindex 61 A
► Tag TagName
Text thunghiem2NewDevice.Huong_di TextAli thunghiem2NewDevice.Toc_do_tau (SOG) UseCoi thunghiem2NewDevice.Do_sau
? X UseMntbunghiem2NewDevice.Toc_do_dong_chay UseWa thunghiem2NewDevice.Huong_dong_chay Visible thunghiem2NewDevke.Toc_do_gio
thunghiem2NewDevice.Huong_gio_thuc TagNam<
Select Tag for sc ADA control
Publish
Hình 3.5: Các tags được đua về sẽ xuất hiện trong báng thuộc tính của tùng đối tượng
Như vậy, bằng việc sửdụng phần mềm ATDriver Server và phần mềm iTagBuilder ta đã lấy được dữ liệu từ PLC về phầr
TCP giao
mểm Visual Studio thông qua giao thức MODBUS có độ chính xác và tốc độ cao để hiển thị trong các
diện đã thiết kế.
.KẾT LUẬN
hóm tác giả đâ thực hiện xây dựng hệ thống tích hợp 4
M
các thông số tàu với việc xây dựng cấu hình và thực hiện xây d
để hi^n thị các thông số của các thiết bị hàng hải cẩn được theo dõi, giám sát trên màn hình của hệ thống. Các kết quả đạt được từ nghiên cứu sẽ là cơ sở để chê tạo sản phẩm thương mại, góp phẩn nâng cao hiệu quả khai thác tàu cũng như bảo đảm an toàn cho con tàu khi hành trình.
ựng chương trình phần mểm giao diện các thông số
Tài liệu tham khảo
[1 . Kongsberg Maritime, Integrated Information and Alarm System.
[2], TS. Đinh Anh Tuấn (2017), Giáo trình Hệ thống Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA), NXB. Hàng hải.
Ngày nhận bài: 10/6/2022 Ngày chấp nhận đăng: 04/7/2022
Người phản biện:TS. Nguyễn Thái Dương ThS. Nguyễn Thanh Vân
