Đồ án Tổng quan trang thiết bị điện tàu 700TEU – đi sâu nghiên cứu thiết kế chế tạo trung tâm báo cháy tự động

ng điện máy lái tàu 700TEU a. Sơ đồ điều khiển động cơ lai bơm thuỷ lực b. Giới thiệu phần tử : + S1 : Cầu giao cấp nguồn cho động cơ lai bơm thuỷ lực + T2 : Biến dòng đo lường + A : Ampe kế đo dòng điện của động cơ + K1 : Công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ + F2 : Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải + F1 : Cảm biến mất pha + T1 : Biến áp thứ cấp có hai cấp điện áp là 220VAC và 21VAC + F10-61: Là các cầu chì + h : Đồng hồ đếm thời gian hoạt động của động cơ + S2 : Công tắc chọn chế độ điều khiển + V1 : Bộ chỉnh lưu + T3 : Biến áp cấp nguồn cho mạch sấy 57 + H2 : Đèn báo mạch sấy đang hoạt động + K10-12 : Rơle trung gian + H3 : Đèn báo nguồn + H1 : Đèn báo động cơ đang hoạt động c. Nguyên lý hoạt động : Khi đèn H3 sáng báo có nguồn sẵn sàng dược cấp đến cho mạch điều khiển. Dùng công tắc S2 để chọn vị trí điều khiển .Giả sử chọn vị trí điều khiển tại buồng máy lái thì ta xoay S2 về vị trí Local khi đó chân 2->11 nguồn 220VAC được cấp rơ le trung gian K11 .K11 có điện sẽ đóng tiếp điểm K11(14->13) cấp nguồn cho công tăc tơ K1.K1 có điện đóng tiếp điểm của nó ở mạch động lực cấp nguồn cho động cơ hoạt động K11(33->34) cấp nguồn cho đồng hồ đo thời gian hoạt động của động cơ Và đèn H1 sang báo động cơ đó hoạt động . Mở K11(62->61) và K11(72->71) ngắt điện mạch sấy ,đèn H2 tắt báo mạch sấy đó được ngắt điện . Muốn dừng động cơ ta chuyển công tắc S2 về vị trí STOP khi đó rơle trung gian K11 mất điện làm cho công tắc tơ K1 mất sẽ mở tiếp điểm của nó ở mạch động lực làm cho động cơ mất điện . d. Các báo động và bảo vệ : - Sơ đồ điều khiển động cơ lai bơm thuỷ lực hệ thống lái tàu 700TEU không có bảo vệ không do vậy khi mất điện mà có điện trở lại thì động cơ lai bơm thuỷ lực sẽ được khởi động lại ngay phục vụ cho công việc bẻ lái tàu. Bảo vệ ngắn mạch bằng các cầu chì. -Các tín hiệu báo động : + Báo động mất nguồn: Khi bị mất nguồn thì rơ le K10 mất điện. Tiếp điểm K10(2.6) mở ra có tín hiệu gửi tới khối (alarm unit) báo động mất nguồn . + Báo động động cơ thực hiện bị quá tải: Thì tiếp điểm phụ của rơ le nhiệt F2(2.5) mở ra cấp tín hiệu để khối (alarm unit) báo động cơ thực hiện bị quá tải. + Báo động mất pha: Khi bị mất pha thì tiếp điểm của cảm biến mất pha F1 Sẽ mở ra gửi tín hiệu đến khối (alarm uint) báo động mất pha. + Báo động mất nguồn điều khiển (mất nguồn bộ điều khiển van): Khi mất nguồn thi thì tiếp điểm U1(2.6) đóng lại và tiếp điểm K11(1.5) mở ra gửi tín hiệu đến khối (alarm uint) báo động. + Báo động mức dầu thuỷ lực thấp tín hiệu mức dầu thuỷ lực được lấy từ (level alarm switches) trong két chứa dầu thuỷ lực tín hiệu này được đưa tới khối (alarm unit ) để báo động . 4.1.3 Hệ thống lái tự động tàu 700TEU Lái tự động có chức năng tự động điều chỉnh bánh lái theo hướng đi đặt trước khi có sự khác nhau giữa tín hiệu hướng đi đặt và hướng đi thực tế của tàu và làm sự sai lệch bị triệt tiêu bằng cách sử dụng khối xử lý trung tâm CPU. Để thực hiện chế độ lái này người điều khiển phải chuyển công tắc Mode Switch về vị trí Auto và công tắc System Switch về vị trí FU. 58 Ở chế độ này, hệ thống lái hoạt động chủ yếu dựa vào các tín hiệu được đưa vào máy tính như tín hiệu la bàn con quay GYRO SIGNAL, tín hiệu của la bàn phụ AUX COMPASS SIGNAL, thông số nhập vào cho chế độ lái tự động từ máy tính bên ngoài EXTERNAL COMPUTER SIGNAL (các tín hiệu số NMEA 0183), và tín hiệu tốc độ tàu từ máy đo tốc độ tàu SPEED LOG SIGNAL (tín hiệu xung pulse/n mile) Tín hiệu độ lệch hướng đi của tàu sinh ra khi có nhiễu loạn tác động. Giả sử để thực hiện thao tác quay bánh lái sang trái thì tín hiệu điều khiển sau KĐTT được khuếch đại kích mở transistor trái dẫn đến rơle trái P.SSR được cấp nguồn đóng tiếp điểm của nó cấp nguồn 100V cho van điện từ trái P.SOL, dầu thủy lực được đưa vào xylanh lực theo chiều quay bánh lái sang trái. Khi bánh lái quay sang trái làm cho con chạy chiết áp phản hồi góc bẻ lái quay theo. - Lúc đó từ bộ  Transmitter phát ra tín hiệu  (1mA/1o) phản hồi qua các khuếch đại tỷ lệ tín hiệu đưa trở lại với giá trị tăng dần theo góc quay của bánh lái được chuyển đổi tín hiệu từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số nhờ bộ A/D và được CPU xử lý tính toán so sánh với tín hiệu lệnh lái o và các tín hiệu la bàn từ đó khối xử lý trung tâm CPU sẽ so sánh để tính toán ra độ lệch hướng đi -o sau đó độ lệch này được CPU xử lý theo thuật toán tỷ lệ vi tích phân PID để tạo ra sự phối hợp giữa tín hiệu tác dụng tỷ lệ điều khiển góc bẻ lái tùy theo mức độ độ lệch hướng đi, tác dụng tích phân độ lệch hướng đi được đưa vào để loại trừ bất kỳ sự nhô ra nào của mũi tàu khỏi hướng đi đặt do sóng, gió và dòng hải lưu gây ra, tác dụng vi phân được đưa vào điều khiển bánh lái nhằm cải thiện khả năng giữ hướng, cùng với bộ lọc thông thấp để tránh sự di chuyển quá lớn của bánh lái. -Tại bộ xử lý trung tâm CPU xảy ra sự tính toán so sánh hai tín hiệu góc lệnh bẻ lái và tín hiệu phản hồi góc bẻ lái, khi hai tín hiệu này bằng nhau thì tín hiệu điều khiển ở đầu ra của CPU sẽ bị mất và khi đó van điện từ mất điện sẽ đóng đường dầu thủy lực cấp cho xylanh lực làm bánh lái dừng lại. 4.2 Hệ thống quạt gió buồng máy 4.2.1 Giới thiệu chung Hệ thống quạt gió buồng máy tàu 700TUE làm nhiệm vụ thống gió cho buồng máy có thể hoạt động theo hai chiều đẩy và hút bằng cách đổi chiều quay của động cơ , có hai cấp tốc độ việc thay đổi tốc độ được thực hiện bằng cách thay đổi số cặp cực . 4.2.2 Giới thiệu phần tử Mạch cấp cho động cơ được lấy từ bảng điện chính . * Mạch động lực : - K14,K15: Là các tiếp điểm chính của các công tắc tơ dùng để đảo chiều quay cho động cơ do vậy thay đổi được chiều hút và đẩy của quạt gió - K11: Là các tiếp điểm chính của công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ hoạt động ở chế độ tốc độ thấp. 59 - K12,K13: Là các tiếp điểm chính của các công tắc tơ cấp nguồn cho động cơ hoạt động ở tốc độ cao . - F11: Là rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ ở tốc độ thấp - F13: Là rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ ở tốc độ cao - M: Là động cơ lai quạt gió, vỏ của động cơ được tiếp mát - Công suất và dòng ở tốc độ ở tốc độ thấp là 6.6(kw) , 17.7(A). - Công suất và dòng ở tốc độ ở tốc độ cao là 30(kw) , 51(A). * Mạch điều khiển : - F14,F15: Là các cầu chì bảo vệ ngắn mạch - T14: Là biến áp (400VA) thứ cấp cấp nguồn 230V cho mạch điều khiển - S11: Là nút ấn dừng - S12: Là nút ấn cấp nguồn cho quạt gió hoạt động theo chiều cấp gió cho buồng máy ở tốc độ thấp - S13:Là nút ấn cấp nguồn cho quạt gió hoạt động theo chiều hút gió ra khỏi buồng máy ở tốc độ thấp - S15: Là nút ấn cấp nguồn cho quạt gió ở tốc cao - S12,S13,S14,S15: Là các đèn báo - K16: Là rơ le thời gian dùng để khống chế thời gian đảo chiều của quạt gió - K14,K15,K11,K12,K13,K0: Là các công tắc tơ - F11,F13: Là tiếp điểm phụ của rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ 4.2.3 Nguyên lý hoạt động - Muốn cho quạt gió hoạt động ở chế độ cấp gió cho buồng máy ta ấn nút S12(13,14) đóng cấp nguồn cho công tắc tơ K14 . K14 có điện đóng tiếp điểm K14(13,14) tự nuôi và cấp nguồn cho đèn S12 sáng báo quạt gió hoạt động ở chế độ cấp gió .K14(43,44) đóng cấp nguồn cho rơ le thời gian K16 sau một thời gian trễ đóng tiếp điểm của nó cấp nguồn cho K11 .K11 có điện sẽ cấp nguồn cho quạt gió hoạt động với tốc độ thấp và đèn S14 báo quạt gió đang hoạt động với tốc độ thấp và mở tiếp điểm phụ của nó ngắt mạch điều khiển cấp nguồn cho quạt gió ở tốc độ cao . S12(21,22) mở ra khống chế mạch cấp nguồn theo chiều hút của quạt gió - Muốn cho quạt gió hoạt động ở tốc độ cao ta ấn nút S15(21,22) mở ra K11 mất điện ,S15(13,14) đóng lại cấp nguồn cho các công tắc tơ K12,K13 K13(13,14) tự duy trì và đóng các tiếp điểm của nó ở mạch động lực quạt gió được hoạt động ở tốc độ cao .K13(43,44) đóng cấp nguồn cho đèn báo S15 - Muốn đổi chiều hoạt động của quạt gió sang chiều hút gió ta ấn nút dừng S11 , sau đó ấn nút S13 .Thời gian đảo chiều của quạt gió được khống chế bằng rơ le thời gian K16, sau thời gian trễ của K16 thì quạt gió mới chuyển sang chế độ ngược lại . 4.2.4 Các hình thức bảo vệ - Bảo vệ không nhờ các tiếp điểm phụ của các công tắc tơ K14,K15 - Bảo vệ ngắn mạch cho mạch động lực nhờ áptômat Q6( trang 17 tập bản vẽ bảng điện chính ). - Bảo vệ quá tải nhờ các rơ le nhiệt F11,F13 60 - Bảo vệ ngắn mạch cho mạch điều khiển nhờ các cầu trì F14,F15 4.3 Hệ thống tời neo 4.3.1 Giới thiệu chung Hệ thống tời neo có chức năng thu thả neo. Hệ thống neo của một con tàu cũng rất là quan trọng, nó có nhiệm vụ giữ cho con tàu cố định một chỗ không bị thả trôi hay sẽ là một chiếc phanh hữu hiệu khi gặp sự cố. Hệ thống tời neo của tàu 700TEU có hai động cơ: một là động cơ tời neo mạn phải, một là mạn trái. Do ở hai mạn là giống nhau nên chỉ thuyết minh một sơ đồ, còn sơ đồ còn lại tương tự. 4.3.2 Giới thiệu phần tử - M3: Động cơ 3 pha rô to lồng sóc, có hai cuộn stato - Y: Phanh điện từ - E, E1, 2E1, 3E1: Các bộ sấy - T1: Biến áp cấp nguồn cho mạch điều khiển - F3, F4, F5, F6: Các cầu chì bảo vệ cho mạch điều khiển - V1: Cầu chỉnh lưu một pha cấp nguồn cho phanh điện từ - 2So: Nút dừng sự cố - 2S1, 2S2: Các tay điều khiển - A1: Rơ le bảo vệ áp - A2: Rơ le bảo vệ dòng - K0, K2: Các rơ le trung gian - K1, KB1: Các rơ le thời gian - KM1, KM2: Các công tắc tơ đảo chiều - KM3, KM4, KM5, KM6: Các công tắc tơ tốc độ 1,2,3 4.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Đóng aptomat Q1(4.0) cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển, rơle A1 có điện đóng tiếp điểm 11-14(7.0). Lúc đó tiếp điểm của A2 15-16(7.0) vẫn đóng. Đóng công tắc 2S2(8.1) cấp nguồn cho rơle K3(8.1), rơle K3 đóng tiếp điểm 11- 14(7.0) cấp nguồn cho K0(7.1), tiếp điểm K0 1-2(7.1) duy trì cho K0, đồng thời đóng tiếp điểm 3-4(7.2). Xoay công tắc 2S1 về vị trí thu các tiếp điểm 3-4(7.2), 5-6(7.5), 7-8(7.6) đóng cấp nguồn cho KM1, KM1 có điện mở tiếp điểm khống chế KM2 21-22(7.3), đóng tiếp điểm KM1 13-14(7.3) cấp nguồn cho rơle thời gian KB1, KB1 có điện đóng tiếp điểm KB1 1-2, 3-4, 5-6(4.6)cấp nguồn cho phanh điện từ Y, đồng thời đóng tiếp điểm 13- 14(7.9) cấp nguồn cho KM3, động cơ hoạt động ở tốc độ 1, (ở chế độ ). Sau thời gian trễ 2s tiếp điểm 67-68(7.5) của KB1 đóng cấp nguồn cho rơle thời gian K1, K1 đóng tiếp điểm 13-14(7.5) cấp nguồn cho KM6, KM6 mở tiếp điểm 61-62(7.9) khống chế KM3, đòng thời đóng tiếp điểm 13-14(7.5) cấp nguồn cho KM4, động cơ quay ở tốc độ 2(chế độ nối YY). Sau thời gian trễ 2s K1 đóng tiếp điểm 67-68(7.6) cấp nguồn cho K2(7.6), K2 đóng tiếp điểm 13-14(7.7) cấp nguồn cho KM5, đòng thời mở tiếp điểm 21-22(7.5) ngắt KM4,KM6, mở tiếp điểm 61-62(7.9) khống chế KM3. Động cơ hoạt động ở tốc độ 3(làm việc với cuộn stato thứ 2) 61 Đối với phía thả neo tương tự như phía thu neo đã trình bày ở trên. 4.3.4 Các phần tử bảo vệ Ngắn mạch được bảo vệ bởi các cầu chì F3, F4, F5, F6. Bảo vệ điện áp thấp bởi rơle A1. Bảo vệ quá dòng bởi rơle dòng A2. Các rơle thời gian K1, KB1 được thiết kế để bảo vệ khi người điều khiển đưa tay điều khiển từ vị trí không sang vị trí tốc độ 3. khi đó từ tốc độ 1 chuyển sang tốc độ 2 sau khoảng thời gian trễ của KB1, chuyển từ tốc độ 2 sang tốc độ 3 sau khoảng thời gian trễ của K1. 62 PHẦN II NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TRUNG TÂM BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG CHƯƠNG V : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG BÁO CHÁY 5.1 Giới thiệu chung Theo quy định của Đăng kiểm, trên tàu không thể thiếu những thiết bị báo cháy, đặc biệt khi mức độ tự động hoá ngày càng cao, số lượng thuyền viên ít, cấu trúc tàu phức tạp. Hệ thống tự động báo cháy càng trở nên quan trọng đối với những tàu mà khả năng cháy, nổ là không nhỏ như: tàu khách, tàu dầu, tàu chở hàng dễ cháy, tàu làm việc trong vùng có dầu hoặc chất dễ cháy… Nhiệm vụ của hệ thống tự động báo cháy là tự động báo cho người trực ca 5.2 Chức năng, yêu cầu, phân loại đối với hệ thống báo cháy 5.2.1 Chức năng, yêu cầu đối với hệ thống báo cháy chung + Chức năng - Cảnh báo khả năng sinh ra hoả hoạn và phát hiện ra đám cháy - Trung tâm báo cháy tự động phải có chức năng tự động kiểm tra tín hiệu từ các kênh báo về để loại trừ các tín hiệu báo cháy giả. Cho phép sử dụng các trung tâm báo cháy tự động không có chức năng tự động kiểm tra tín hiệu. Không được dùng các trung tâm không có chức năng báo cháy làm trung tâm báo cháy tự động. + Yêu cầu - Phải đặt trung tâm báo cháy ở những nơi luôn có người trực suốt ngày đêm. Trong trường hợp không có người trực suốt ngày đêm, trung tâm báo cháy phải có chức năng truyền các tín hiệu về cháy và về sự cố đến nơi trực cháy hay nơi có người trực suốt ngày đêm và có biện pháp phòng ngừa người không có nhiệm vụ tiếp xúc với trung tâm báo cháy. Nơi đặt các trung tâm báo cháy phải có điện thoại liên lạc trực tiếp với đội chữa cháy hay nơi nhận tin báo cháy. - Trung tâm báo cháy phải được lắp đặt trên tường, vách ngăn, trên bàn tại những nơi không có nguy hiểm về cháy nổ. - Nếu trung tâm báo cháy được lắp trên các cấu kiện xây dựng bằng vật liệu cháy thì những cấu kiện này phải được bảo vệ bằng lá kim loại dày từ 1mm trở lên hoặc bằng các vật liệu không cháy khác có độ dày không dưới 10mm. Trong trường hợp này, tấm bảo vệ phải có kích thước sao cho mỗi cạnh của tấm bảo vệ vượt ra ngoài cạnh của trung tâm tối thiểu 100,, về mọi phía. - Khoảng cách giữa các trung tâm báo cháy và trần nhà làm bằng vật liệu cháy không được nhỏ hơn 1,0m. - Trong trường hợp lắp cạnh nhau, khoảng cách giữa các trung tâm báo cháy không được nhỏ hơn 50mm. - Nếu trung tâm báo cháy được lắp trên tường, cột nhà hoặc giá máy thì khoảng cách từ 63 phần điều khiển của trung tâm báo cháy đến mặt sàn là từ 0,8m đến 1,8m. - Nhiệt độ và độ ẩm tại nơi đặt trung tâm báo cháy phải phù hợp với lý lịch kỹ thuật và hướng dẫn sử dụng của trung tâm báo cháy. - Tín hiệu âm thanh khi báo cháy và báo sự cố phải khác nhau. - Khi lắp các đầu báo cháy tự động với trung tâm báo cháy phải chú ý đến sự phù hợp của hệ thống (điện áp cấp cho đầu báo cháy, dạng tín hiệu báo cháy, phương pháp phát hiện sự cố, bộ phận kiểm tra đường dây). + Yêu cầu kĩ thuật đối với đầu báo cháy tự động - Các đầu báo cháy tự động phải đảm bảo phát hiện cháy theo chức năng đã được thiết kế và các đặc tính kỹ thuật nêu ra trong bảng 1. Việc lựa chọn đầu báo cháy tự động phải căn cứ vào tính chất của các chất cháy, đặc điểm của môi trường bảo vệ và theo tính chất của cơ sở được trang bị, tham khảo phụ lục A. Bảng 1 Đặc tính kĩ thuật Cảm biến nhiệt Cảm biến khói Cảm biến lửa Thời gian tác động Không lớn hơn 120s Không lớn hơn 30s Không lớn hơn 5s Ngưỡng tác động Từ 40°C đến 170°C. Sự gia tăng nhiệt độ trên 5°C/phút Độ che mờ do khói*: Từ 5 đến 20%/m đối với đầu báo cháy khói thông thường Từ 20 đến 70% trên khoảng cách giữa đầu phát và đầu thu của đầu báo khói tia chiếu Ngọn lửa trần cao 15mm, cách đầu báo cháy 3m Độ ẩm không khí tại nơi đặt đầu báo cháy Không lớn hơn 98% Không lớn hơn 98% Không lớn hơn 98% Nhiệt độ làm việc Từ -10°C đến 170°C Từ -10°C đến +50°C Từ -10°C đến +50°C Diện tích bảo vệ Từ 15m2đến 50m2 Lớn hơn 50m2đến 100m2 Hình chóp có góc 120°, chiều cao từ 3 đến 7m * Ngưỡng tác động của đầu báo cháy khói được tính bằng độ che mờ do kói trên một khoảng cách đo trước; ** Diện tích bảo vệ của đầu báo cháy khói tia chiếu là phần diện tích giới hạn bởi khoảng cách giữa đầu phát và đầu thu (từ 5 đến 100m) và độ rộng ở 2 phía dọc theo tia chiếu (15m): từ 75 đến 1500m2. - Các đầu báo cháy phỉ có đèn chỉ thị khi tác động. Trường hợp đầu báo cháy tự 64 động không có đèn chỉ thị khi tác động thì đế đầu báo cháy tự động phải có đèn báo thay thế. Đối với đầu báo cháy không dây (đàu báo cháy vô tuyến và đầu báo cháy tại chỗ), ngoài đèn chỉ thị khi tác động còn phải có đèn báo về tình trạng của nguồn cấp. - Số lượng đầu báo cháy tự động cần phải lắp đặt cho một khu vực bảo vệ phụ thuộc và mức độ cần thiết để phát hiện cháy trên toàn bộ diện tích của khu vực đó và phải đảm bảo yêu cầu về kinh tế kỹ thuật. Nếu hệ thống báo cháy tự động dùng để điều khiển hệ thống chữa cháy tự động thì mỗi điểm trong khu vực bảo vệ phải được kiểm soát bằng 2 đầu báo cháy tự động thuộc 2 kênh khác nhau. Trường hợp nhà có trần treo và giữa các lớp trần có lắp đặt các hệ thống kỹ thuật, cáp điện, cáp tín hiệu thì phải lắp bổ sung đầu báo cháy ở trần phía trên. - Các đầu báo cháy khói và đầu báo cháy nhiệt được lắp trên trần nhà hoặc mái nhà. Trong trường hợp không lắp được trên trần nhà hoặc mái nhà, cho phép lắp trên xà và cột hoặc treo trên dây dưới trần nhà nhưng các đầu báo cháy phải cách trần nhà không quá 0,3m tính cả kích thước của đầu báo cháy tự động. - Các đầu báo cháy khói và đầu báo cháy nhiệt phải được lắp trong từng khoang của trần nhà được giới hạn bởi các cấu kiện xây dựng nhô ra về phía dưới (xà, dầm, cạnh panel) lớn hơn 0,4m. Trường hợp trần nhà có những phần nhô về phía dưới trên 0,4m và độ rộng lớn hơn 0,75m thì phải lắp đặt bổ sung các đầu báo cháy ở những phần nhô ra đó. - Trường hợp các đống nguyên liệu, giá kê, thiết bị và cấu kiện xây dựng có điểm cao nhất cách trần nhà nhỏ hơn hoặc bằng 0,6m thì các đầu báo cháy tự động phải được lắp ngay phía trên những vị trí đó. - Số đầu báo cháy tự động mắc trên một kênh của hệ thống báo cháy phụ thuộc vào đặc tính kỹ thuật của trung tâm báo cháy nhưng diện tích bảo vệ của mỗi kênh không được lớn hơn 2000m2đối với khu vực bảo vệ hở và 500m2đối với khu vực bảo vệ kín. Các đầu báo cháy tự động phải được sử dụng theo yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn và lý lịch kỹ thuật của chúng có tính đến điều kiện môi trường nơi cần bảo vệ. Chú thích: Khu vực bảo vệ là khu vực mà ở đó khi cháy có thể nhìn thấy khói, ánh lửa, như kho tàng, phân xưởng sản xuất, hội trường Khu vực kín là khu vực mà ở đó khi cháy không thể nhìn thấy được khói, ánh lửa như trong hầm cáp, trần giả, các phòng đóng kín... - Trường hợp trung tâm báo cháy không có chức năng chỉ thị địa chỉ của từng đầu báo cháy tự động, các đầu báo cháy tự động mắc trên một kênh cho phép kiểm soát đến 20 căn phòng hoặc khu vực trên cùng tầng nhà có lối ra hành lang chung nhưng ở phía ngoài từng phòng phải có đèn chỉ thị về sự tác động báo cháy của bất cứ đầu báo cháy nào được lắp đặt trong các phòng đó, đồng thời phải đảm bảo yêu cầu của điều 6.7. Trường hợp căn phòng có cửa kính hoặc vách kính với hành lang chung mà từ hành lang nhìn được vào căn phòng qua vách kính hoặc cửa kính này thì cho phép không lắp đặt các đèn chỉ thịc ở căn phòng đó. 65 - Khoảng cách từ đầu báo cháy đến mép ngoài của miệng thổi của các hệ thống thông gió hoặc hệ thống điều hòa không khí không được nhỏ hơn 0,5m. Không được lắp đặt đầu báo cháy trực tiếp trước các miệng thổi trên. - Trường hợp trong một khu vực bảo vệ được lắp đặt nhiều loại đầu báo cháy phải đảm bảo sao cho mỗi vị trí trong khu vực đó đều được bảo vệ bởi ít nhất là một đầu báo cháy. Trường hợp trong một khu vực bảo vệ được lắp đặt đầu báo cháy hỗn hợp thì khoảng cách giữa các đầu báo cháy được xác định theo tính chất của chất cháy chính của khu vực đó. - Đối với khu vực bảo vệ có nguy hiểm về nổ, phải sử dụng các đầu báo cháy có khả năng chống nổ. Ở những khu vực có độ ẩm cao và/hoặc nhiều bụi phải sử dụng các đầu báo cháy có khả năng chống ẩm và/hoặc chống bụi. Ở những khu vực có nhiều côn trùng phải sử dụng các đầu báo cháy có khả năng chống côn trùng xâm nhập vào bên trong đầu báo cháy hoặc có biện pháp chống côn trùng xâm nhập vào trong đầu báo cháy. - Đầu báo cháy khói \ Diện tích bảo vệ của một đầu báo cháy khói, khoảng cách tối đa giữa các đầu báo cháy khói với nhau và giữa các đầu báo cháy khói với tường nhà phải xác định theo Bảng 2, nhưng không được lớn hơn các trị số ghi trong yêu cầu kỹ thuật và lý lịch kỹ thuật của đầu báo cháy khói. \ Trong những căn phòng có chiều rộng dưới 3m thì khoảng cách cho phép giữa các đầu báo cháy khói là 15m. \ Đầu báo cháy khói ion hóa không được lắp đặt ở những nơi có vận tốc gió tối đa lớn hơn 10m/s. \ Đầu báo cháy khói quang điện không được đặt ở những nơi mà chất cháy khi cháy tạo ra chủ yếu là khói đen. \ Đối với các đầu báo cháy tia chiếu, khoảng cách giữa đường thẳng nối đầu phát với đầu thu của hai cặp không được lớn hơn 14m và khoảng cách đến tường nhà hoặc các đầu báo cháy khác, không quá 7m. Trong khoảng cách giữa đầu phát và đầu thu của đầu báo cháy khói tia chiếu không được có vật chắn che khuất tia chiếu. Bảng 2: Độ cao lắp đầu báo cháy,m Diện tích bảo vệ của một đầu báo cháy,m2 Khoảng cách tối đa giữa hai đầu báo cháy,m Khoảng cách tối đa từ đầu báo cháy đến tường, vách,m Dưới 3.5m Nhỏ hơn 100 10 5.0 Từ 3.5 đến 6 Nhỏ hơn 80 8.5 4.0 Từ 6 đến 10 Nhỏ hơn 65 8.0 4.0 Từ 10 đến 12 Nhỏ hơn 65 7.5 3.5 - Diện tích bảo vệ của một đầu báo cháy nhiệt, khoảng cách tối đa giữa các đầu báo 66 cháy nhiệt với nhau và giữa đầu báo cháy nhiệt với tường nhà cần xác định theo bảng 3 nhưng không lớn hơn các trị số ghi trong điều kiện kỹ thuật và lý lịch kỹ thuật của đầu báo cháy nhiệt 5.2.2 Chức năng, yêu cầu đối với hệ thống báo cháy trên tàu thuỷ Ngoài các chức năng và yêu cầu chung ra thì một hệ thống báo cháy trên tàu thủy còn có các chức năng và yêu cầu sau. + Chức năng: Hệ thống báo cháy tàu thuỷ có chức năng báo và dự báo các vùng cháy trên tàu. Thường trên tàu chở hàng có một hệ thống báo cháy vùng cabin tàu và một hệ thống báo cháy hầm hàng (hay dùng báo khói). Theo mức độ hệ thống báo cháy còn có khả năng trợ giúp con người trong việc chữa cháy như tắt quạt thông gió, các bơm vận chuyển nhiên liệu ngăn chặn sự lan truyền đám cháy, mở buồng CO2 để dập cháy… + Yêu cầu: - Hệ thống phải tự động báo hiệu một cách chính xác các sự cố xảy ra ( Sự cố cháy, sự cố hỏng hóc trong bản thân hệ thống). - phải có thiết bị chỉ báo vị trí mà tại đó cảm biến hoạt động( đối với cảm biến khói kiểu buồng ion phải có nguồn điện dự phòng sự cố). - Các cảm biến phải có độ nhạy cao. - Các phần tử của hệ thống phảihoạt động tin cậy, chính xác - Các cảm biến phải công tác lâu dài trong điều kiện môi trường nhiều hơi nước, bụi bẩn, hơi dầu,.. - Hệ thống báo khói phải hoạt động trong điều kiện mật độ khói chiếm 10% trong một đơn vị thể tích - Hệ thống báo cháy kiểu nhiệt hoạt động trong khu vực khi nhiệt độ lớn hơn 70°C - Phải có thiết bị phj trợ kèm theo sẵn sàng thay thế trong trường hợp có hỏng hóc xảy ra 5.2.3 Phân loại + Phân loại theo mức độ hiện đại - Hệ thống báo cháy không báo vị trí cháy - Hệ thống báo cháy vị trí + Phân loại theo cách chế tạo trung tâm báo cháy - Hệ thống báo cháy sử dụng công nghệ khả trình PLC - Hệ thống báo cháy sử dụng vi điều khiển - Hệ thống báo cháy sử dụng các rơle 5.3 Các hệ thống báo cháy điển hình a. Hệ thống báo cháy hãng KIDDE MARINE SYSTEMS + Sơ đồ nguyên lí của hệ thống + Giới thiệu phần tử - Có hai nguồn cung cấp: Mains input. (xoay chiều) Main failure: nguồn sự cố 67 Khi nguồn chính mất điện tiếp điểm contacto MF là MF1, MF2 có thể được cung cấp từ nguồn khác - Biến áp nguồn T1 cung cấp ra các điện áp 24V, 150V, 175V cho các mạch báo động chiếu sáng điện trở cảm biến quang, chiếu sáng tín hiệu… - Biến áp T2 cung cấp nguồn 24V cho mạch điện tử xử lí tín hiệu, nguồn này được ổn áp kiểu bù nhằm tăng độ chính xác nguồn tránh sai số trong báo động - Các cầu chỉnh lưu BR1, BR2, BR3 - Motor no 1,2: các quạt hút khói đặt trên nóc cabin buồng lái - Fire repeater - Local bell - External bell - Fault repeater - LP5, BZ1: đèn và chuông báo lỗi hệ thống - LP6: Đèn chỉ thị báo động cháy - M/1: Rơle thời gian - S1: Nút hoàn nguyên - A, B, LF: Các role trung gian - Zone1- 12: Các role điện tử báo cháy cho các vùng ( thể gọi là các cảm biến) - S6 ( motor change over switch)- công tắc chuyển đổi động cơ hút khói - … + Nguyên lí hoạt động: - Nguồn sau khi đã cung cấp ngoài hai tiếp điểm MF1,2 để chuyển nguồn, tiếp điểm MF3 bật sang trái để khống chế báo lỗi mất nguồn ( thuộc lỗi hệ thống) - M/1: có điện→ tiếp điểm M1 mở ngay LP1 sáng báo có nguồn báo động 150V sau đó đóng lại để đưa mạch báo động vào làm việc. Kết hợp với S1 để thử nguồn và hoàn nguyên hệ thống . - Nguồn cung cấp cho các bóng đèn LP9 chiếu sáng các điện trở quang PCC1 được cấp theo mạch sau: +175V→ R1( chiết áp điều chỉnh cường độ sáng) → LF/1 (role dòng) → E→ LP9→ F→ (F→ LP9→ E vỉ tiếp theo)… cuối cùng đi đến E của vỉ 12→ F→ chiết áp R4→ 0V - Trạng thái bình thường: Vỉ cảm biến vùng cháy zone chưa có khói đủ đậm đặc thì ánh sáng chiếu vào Pcc1 ít ( ánh sáng chiếu vào PCC1 được phản xạ qua lớp khói) nên điện trở của nó còn lớn, TR5 và TR6 chưa thông, F chưa có điện, LP1 và LP8 chưa sáng → không có nguồn cấp cho cực gốc b của TR1 nên chưa có báo động cháy - Khi có một vùng cháy xuất hiện điện trở quang PCC1 sẽ có điện trở giảm xuống làm cho TR 5, TR6 thông→ F có điện LP8 sáng do hiện tượng phóng điện hồ quang. Đồng thời cực gốc bcủa TR1 được cấp điện mở thông→ role A/3 là role báo động có điện→ tiếp điểm A1 cấp điện mạch fire repeater, local bell, external bell báo động cháy, tiếp điểm A2 đóng lại, R1 để tăng cường độ sáng cho các bong chiếu sáng PCC1 nhằm làm cho mạch điện tử cảm biến chuển trạng thái một cách dứt khoát; tiếp điểm A3 cắt ra không cấp điện cho mạch báo lỗi hệ thống để khỏi nhầm lẫn. Trên bảng báo cháy LP6 sáng báo 68 cháy. Khẳng định báo động bằng công tắc S4→ chuyển công tắc này cắt các báo động chuông nội bộ và chuông còi đèn ngoài, con bóng LP8 báo vùng cháy vẫn tồn tại. - Các chỉ báo khác: báo lỗi hệ thống gồm: mất nguồn chính MF3, màng chắn cửa hút gió, bóng chiếu sáng cho PCC1 bị cháy (lúc này dòng chạy qua LF/1 nhỏ làm chổle dòng điện này không đủ sức hút) đồng thời nếu LP9 bị cháy thì LP10 sẽ sáng báovỉ đó bóng LP9 bị cháy. - Lp2, LP3 dùng để báo nguồn hệ thống ở chế độ ban ngày và ban đêm; ngày nối song song, đêm nối nối tiếp CHƯƠNG VI : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TRUNG TÂM BÁO CHÁY TỰ ĐỘNG 6.1 Giới thiệu về vi điều khiển AT mega16 - ATmega16 là vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC. Với khả năng thực hiện mỗi lệnh trong vòng một chu kỳ xung clock, ATmega16 có thể đạt được tốc độ 1MIPS trên mỗi MHz (1 triệu lệnh/s/MHz). Dưới đây là sơ đồ khối của ATmega16 Hình 6.1: Sơ đồ cấu trúc của ATmega16 ATmega16 có các đặc điểm sau: 16KB bộ nhớ Flash với khả năng đọc trong khi ghi, 512 byte bộ nhớ EEPROM, 1KB bộ nhớ SRAM, 32 thanh ghi chức năng chung, 32đường vào ra chung, 3 bộ định thời/bộ đếm, ngắt nội và ngắt ngoại, USART, giao tiếp nối tiếp 2 dây, 8 kênh ADC 10 bit,.... ATmega 16 hỗ trợ đầy đủ các chương trình và công cụ phát triển hệ thống như: trình dịch C, macro assemblers, chương trình mô phỏng/sửa lỗi, kit thử nghiêm,... - Cấu trúc nhân AVR 70 CPU của AVR có chức năng bảo đảm sự hoạt động chính xác của các chương trình. Do đó nó phải có khả năng truy cập bộ nhớ, thực hiện các quá trình tính toán, điều khiển các thiết bị ngoại vi và quản lý ngắt. Hình 6.2: Cấu trúc nhân của ATmega 16 AVR sử dụng cấu trúc Harvard, tách riêng bộ nhớ và các bus cho chương trình và dữ liệu. Các lệnh được thực hiện chỉ trong một chu kỳ xung clock. Bộ nhớ chương trình được lưu trong bộ nhớ Flash. + ALU ALU làm việc trực tiếp với các thanh ghi chức năng chung. Các phép toán được thực hiện trong một chu kỳ xung clock. Hoạt động của ALU được chia làm 3 loại: đại số, logic và theo bit. + Thanh ghi trạng thái Đây là thanh ghi trạng thái có 8 bit lưu trữ trạng thái của ALU sau các phép tính số học và logic. Hình 6.3: Thanh ghi SREG. C: Carry Flag ;cờ nhớ (Nếu phép toán có nhớ cờ sẽ được thiết lập) Z: Zero Flag ;Cờ zero (Nếu kết quả phép toán bằng 0) 71 N: Negative Flag (Nếu kết quả của phép toán là âm) V: Two’s complement overflow indicator (Cờ này được thiết lập khi tràn số bù 2) V, For signed tests (S=N XOR V) S: N H: Half Carry Flag (Được sử dụng trong một số toán hạng sẽ được chỉ rõ sau) T: Transfer bit used by BLD and BST instructions(Được sử dụng làm nơi chung gian trong các lệnh BLD,BST). I: Global Interrupt Enable/Disable Flag (Đây là bit cho phép toàn cục ngắt. Nếu bit này ở trạng thái logic 0 thì không có một ngắt nào được phục vụ.) + Các thanh ghi chức năng chung Hình 6.4: Các thanh ghi của ATmega16 + Con trỏ ngăn xếp (SP) Là một thanh ghi 16 bit nhưng cũng có thể được xem như hai thanh ghi chức năng đặc biệt 8 bit. Có địa chỉ trong các thanh ghi chức năng đặc biệt là $3E (Trong bộ nhớ RAM là $5E). Có nhiệm vụ trỏ tới vùng nhớ trong RAM chứa ngăn xếp. Hình 6.5: Thanh ghi con trỏ ngăn xếp Khi chương trình phục vu ngắt hoặc chương trình con thì con trỏ PC được lưu vào ngăn xếp trong khi con trỏ ngăn xếp giảm hai vị trí. Và con trỏ ngăn xếp sẽ giảm 1 khi thực hiện lệnh push. Ngược lại khi thực hiện lệnh POP thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 1 và khi thực hiện lệnh RET hoặc RETI thì con trỏ ngăn xếp sẽ tăng 2. Như vậy con trỏ ngăn xếp cần được chương trình đặt trước giá trị khởi tạo ngăn xếp trước khi một chương trình con được gọi hoặc các ngắt được cho phép phục vụ. Và giá trị ngăn xếp ít nhất cũng phải lơn hơn hoặc bằng 60H (0x60) vì 5FH trỏ lại là vùng các thanh ghi. 72 + Quản lý ngắt Ngắt là một cơ chế cho phép thiết bị ngoại vi báo cho CPU biết về tình trạng sẵn sàng cho đổi dữ liệu của mình.Ví dụ:Khi bộ truyền nhận UART nhận được một byte nó sẽ báo cho CPU biết thông qua cờ RXC,hoặc khi nó đa truyền được một byte thì cờ TX được thiết lập…Khi có tín hiệu báo ngắt CPU sẽ tạm dừng công việc đạng thực hiện lại và lưu vị trí đang thực hiên chương trình (con trỏ PC) vào ngăn xếp sau đó trỏ tới vector phuc vụ ngắt và thức hiện chương trình phục vụ ngắt đó cho tới khi gặp lệnh RETI (return from interrup) thì CPU lại lấy PC từ ngăn xếp ra và tiếp tục thực hiện chương trình mà trước khi có nhắt nó đang thực hiện. Trong trường hợp mà có nhiều ngắt yêu cầu cùng một lúc thì CPU sẽ lưu các cờ báo ngắt đó lại và thực hiện lần lượt các ngắt theo mức ưu tiên. + Bộ nhớ chương trình (Bộ nhớ Flash) Bộ nhớ Flash 16KB của ATmega16 dùng để lưu trữ chương trình. Do các lệnh của AVR có độ dài 16 hoặc 32 bit nên bộ nhớ Flash được sắp xếp theo kiểu 8KX16. Bộ nhớ Flash được chia làm 2 phần, phần dành cho chương trình boot và phần dành cho chương trình ứng dụng. Hình 6.6: Bộ nhớ chương trình + Bộ nhớ dữ liệu SRAM 1120 ô nhớ của bộ nhớ dữ liệu định địa chỉ cho file thanh ghi, bộ nhớ I/O và bộ nhớ dữ liệu SRAM nội. Trong đó 96 ô nhớ đầu tiên định địa chỉ cho file thanh ghi và bộ nhớ I/O, và 1024 ô nhớ tiếp theo định địa chỉ cho bộ nhớ SRAM nội. 73 Hình 6.7: Bộ nhớ SRAM + Bộ nhớ dữ liệu EEPROM ATmega16 chứa bộ nhớ dữ liệu EEPROM dung lượng 512 byte, và được sắp xếp theo từng byte, cho phép các thao tác đọc/ghi từng byte một. Bộ nhớ EEPROM này cho phép lưa trữ dữ liệu kể cả khi mất nguồn cấp do vậy các chương trình cài đặt được lưa trữ khi mất nguồn. + Các cổng vào ra (I/O) Vi điều khiểnATmega16có 32 đường vào ra chia làm bốn nhóm 8 bit một. Các đường vào ra này có rất nhiều tính năng và có thể lập trình được. Nếu xét trên mặt này thì các cổng vào ra này là cổng vào ra hai chiều có thể định hướng theo từng bit và chứa cả điện trở pull-up (có thể lập trình được). Mặc dù mỗi port có các đặc điểm riêng nhưng khi xét chúng là các cổng vào ra số thì dường như điều khiển vào ra dữ liệu thì hoàn toàn như nhau. Cổng PORTA của ATmega16 có thêm chức năng nữa là cổng vào tương tự. Chúng ta có thanh ghi và một địa chỉ cổng đối với mỗi cổng, đó là thanh ghi dữ liệu cổng (PORTA,PORTB, PORTC, PORTD), thanh ghi dữ liệu điều khiển cổng (DDRA, DDRB, DDRC,DDRD) và cuối cùng là địa chỉ chân vào của cổng (PINA, PINB, PINC, PIND). 74 Hình 6.8: Sơ đồ chân của ATmega16 + Bộ định thời Bộ định thời (timer/counter0) là một module định thời/đếm 8 bit, có các đặc điểm sau: Bộ đếm một kênh Xóa bộ định thời khi trong mode so sánh (tự động nạp) PWM Tạo tần số Bộ đếm sự kiện ngoài Bộ chia tần 10 bit Nguồn ngắt tràn bộ đếm và so sánh Hình 6.9: Sơ đồ cấu trúc bộ định thời 75 + USART Bộ truyền nhận nối tiếp đồng bộ và bất đồng bộ là một thiết truyền thông nối tiếp có các chức năng chính như sau: Hoạt động song song (các thanh ghi truyền và nhận nối tiếp độc lập với nhau). Hoạt động đồng bộ hoặc bất đồng bộ Bộ tạo tốc độ baud có độ chính xác cao Hỗ trợ khung truyền nối tiếp với 5, 6, 7, 8, hoặc 9 bit dữ liệu và 1 hoặc 2 bit stop Kiểm tra chẵn lẻ Phát hiện tràn dữ liệu Phát hiện lỗi khung Lọc nhiễu, bao gồm phát hiện bit start lỗi và bộ lọc thông thấp số Ngắt khi kết thúc truyền, thanh ghi truyền hết dữ liệu và kết thúc nhận Chế độ truyền thông đa vi xử lý Chế độ truyền đồng bộ tốc độ cao USART bao gồm 3 phần chính: bộ tạo xung clock, bộ truyền và bộ nhận. Các thanh ghi điều khiển được sử dụng chung giữa các phần này Hình 6.10: Sơ đồ cấu trúc bộ USART + Bộ biến đổi A/D 76 Vi điều khiển ATmega16 có một bộ biến đổi ADC tích hợp trong chip với các đặc điểm: Độ phân giải 10 bit Sai số tuyến tính: 0.5LSB Độ chính xác +/-2LSB Thời gian chuyển đổi:65-260μs 8 Kênh đầu vào có thể được lựa chọn Có hai chế độ chuyển đổi free running và single conversion Có nguồn báo ngắt khi hoàn thành chuyển đổi Loại bỏ nhiễu trong chế độ ngủ Để điều khiển hoạt động vào ra dữ liệu của ADC và CPU chúng ta có 3 thanh ghi: ADMUX là thanh ghi điều khiển lựa chọn kênh đầu vào cho ADC, ADCSRA là thanh ghi điều khiển và thanh ghi trạng thái của ADC, ADCH và ADCL là 2 thanh ghi dữ liệu. Hình 6.11: Sơ đồ bộ biến đổi A/D 6.2 Đề xuất cấu trúc hệ thống * Tình hình nội địa hoá thiết bị ở nước ta hiện nay: 77 Trong khoảng gần chục năm trở lại đây, nhà nước ta đã có những bước phát triển rất mạnh mẽ để công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước. Trong đó có các ngành công nghiệp và đặc biệt là ngành công nghiệp đóng tàu thuỷ. Ngành công nghiệp đóng tàu tuy phát triển mạnh nhưng vẫn phải phụ thuộc vào bên ngoài do phần lớn các thiết bị và hệ thống tự động trên tàu thuỷ của nước ta đều phải nhập ngoại. Do đó việc nội địa hoá chế tạo các thiết bị và hệ thống này là rất quan trọng và cần thiết. Một trong số đó có trung tâm báo cháy tự động tàu thuỷ. Đây là một hệ thống cũng tương đối phức tạp nhưng cũng rất phù hợp với việc nghiên cứu và chế tạo trên phương diện nội địa hoá. Để làm được điều này, sau khi đã tiến hành nghiên cứu một cách tổng quan về các chức năng và cấu trúc của một trung tâm báo cháy tự động tàu thuỷ, thì sau đây ta sẽ tiến hành lựa chọn cấu hình của hệ thống sao cho đơn giản và phù hợp với điều kiện ở nước ta. 6.2.1 Cấu trúc hệ thống Hình 6.12: Sơ đồ cấu trúc hệ thống Cấu trúc hệ thống gồm có: - Khối xử lí trung tâm: một trung tâm báo cháy tự động ( Automatic fire alarm control). Đây là khối quan trọng nhất của hệ thống, khối này thường sử dụng các thiết bị rơle, bán dẫn. Ngày nay người ta sử dụng phổ biến các thiết bị bán dẫn, linh kiện bán dẫn đã làm cho hẹ thống ưu việt hơn hẳn các hệ thống trước đây, như: có độ chính xác cao, độ tin cậy lớn, kết cấu của hệ thống gọn nhẹ. - Cảm biến: có 8 kênh cảm biến báo 8 vị trí khác nhau. 78 Các cảm biến được dùng là cảm biến khói, cảm biến ngọn lửa, cảm biến nhiệt độ. + Cảm biến nhiệt: Cảm biến nhiệt Bimetal Phần chính của cảm biến nhiệt kiểu bimetal là một thanh bimetal tiếp xúc với các mặt kim loại mỏng của đĩa nhận nhiệt (thường đĩa nhận nhiệt được chế tạo bằng nhôm). Khi xảy ra cháy nhiệt độ xung quanh khu vực đặt cảm biến tăng nhanh, đĩa nhận nhiệt được gia nhiệt và làm nóng thanh bimetal. Khi nhiệt độ môi trường lớn hơn nhiệt độ đặt, thanh bimetal bị uốn cong làm tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh gây ngắn mạch mạch điện. Đầu tiếp xúc vẫn giữ nguyên trạng thái trong suốt quá trình tăng nhiệt và nó trở về trạng thái ban đầu khi nhiệt độ môi trường nhỏ hơn nhiệt độ đặt. Cảm biến kiểu nóng chảy Người ta chủ yếu chất dễ bị nóng chảy. Chất này sẽ bị nóng chảy khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng khoảng 60ºC - 70ºC. Khi xỷ ra cháy chất nóng chảy chảy ra và dưới tác dụng của lò xo thì tiếp điểm mở ra. Cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn Cấu tạo phần chính là một điện trở nhiệt và một mạch điện tử. Khi có sự tăng nhiệt làm giá trị điện trở thay đổi, hai đầu của hiệt điện trở được mắc Hình 6.13: Cảm biến nhiệt hãng HORING + Cảm biến khói: Cảm biến kiểu quang điện trở Trong loại này, cảm biến theo nguyên tắc tự thay đổi điện trở do sự thay đổi nguồn sáng chiếu tới. Ở trạng thái bình thường ánh sáng từ nguồn phát ra tập trung tới điện trở là một giá trị cố định. Khi có khói từ các đám cháy, thông qua hệ thống quạt gió và đường ống bị thay đổi khói được đưa tới làm cho ánh sáng chiếu tới các điện trở. Chính sự thay đổi này kích thích sự hoạt động của mạch khuếch đại và chuyển tín hiệu báo động về khối xử lí trung tâm Cảm biến kiểu buồng ion Loại này dựa vào nguyên tắc: bình thường các hạt phóng xạ X được phát từ nguồn tới hai cực của cảm biến. Do vậy, có các dòng ion hoá không khí trong buồng ion; 79 lượng ion này cân bằng trong hai ngăn, làm cho dòng điện chạy trong mạch bằng không. Khi có khói thì lượng ion trong buồng tăng nhanh kéo theo dòng điện kích thích tăng và có tín hiệu đến khối xử lí trung tâm. Khi nhận được tín hiệu này, khối xử lí trung tâm phát tín hiệu báo động bằng đèn và còi. Hình 6.14: Cảm biến khói ion của hãng NITTAN Cảm biến hoạt động theo nguyên tắc tán xạ ánh sáng Cấu trúc cơ bản của hệ thống gồm một diode phát quang và một điện trở quang. Bình thường điện trở quang nhận ánh sáng từ diode phát quang. Khi có cháy, trong ngăn cảm biến chỉ có không khí. Do vậy ánh sáng từ diode phát quang truyền thẳng tới điện trở quang với một cường độ nhất định. Khi xảy ra cháy khói sẽ xâm nhập vào ngăn cảm biến làm ánh sáng từ diode phát quang bị tán xạ, điện trở quang sẽ nhận được ánh sáng với cường độ khác. Khi điện trở quang thay đổi, giá trị điện trở mạch điện thay đổi làm dòng từ cảm biến thay đổi và lúc này trung tâm xử lí sẽ nhận tín hiệu đó là có cháy, đưa ra tín hiệu báo động. Hình 6.15: Cảm biến khói theo nguyên tắc tán xạ ánh sáng của hãng NITTAN 80 Hình 6.16: Cảm biến khói đa dụng của hãng HORING Hình 6.17: Cảm biến khói của hãng DECKMA + Cảm biến ngọn lửa: Cảm biến ngọn lửa có khả năng cảm ứng được những tia cực tím phát ra từ ngọn lửa. Nó chủ yếu được lắp đặt ở những nơi mà mức độ cảnh báo cháy là cao, như buồng máy, kho chứa xăng dầu, tàu dầu, tàu chở khí hoá lỏng,… Hình 6.18: Cảm biến ngọn lửa của hãng NITTAN - Cũng giống như tất cả các hệ thống tự động khác trên tàu thuỷ, hệ thống tự động báo cháy cũng phải cấp nguồn điện năng. Hệ thống được cấp 2 nguồn nuôi: một là nguồn AC 230V, một nguồn dự phòng nóng cho hệ thống 24V 81 DC. Khi mất nguồn AC 230V thì hệ thống sẽ sử dụng nguồn 24V DC từ ăcquy mà không cần một thao tác chuyển đổi nào, đồng thời báo mất nguồn AC bằng đèn và còi. - Báo động: một đường báo động chung, một đường báo động bằng đèn và còi. Hình 6.19: Còi điện và đèn chớp của hãng HORING - Một panel thể hiện vị trí cháy, báo ngắn mạch, báo đứt cáp, báo điện áp thấp. Hình 6.20: Đầu báo cháy 6.3 Giới thiệu chi tiết mô hình hệ thống 6.3.1 Mạch xử lí tín hiệu từ cảm biến Tín hiệu từ cảm biến đưa về sẽ được gia công và đưa vào vi điều khiển để xử lí. Crystal Y1 là thạch anh tạo dao động cho vi điều khiển được nối với chân 12 và 13 của vi điều khiển. Tín hiệu từ cảm biến được xử lí qua mạch khuếch đại thuật toán và đưa vào chân PA0 đến chân PA7 của vi điều khiển. 82 RST 9 XTAL2 18 XTAL1 19 G N D 20 PSEN 29ALE/PROG 30 EA/VPP 31 V C C 40 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 P2.0/A8 21 P2.1/A9 22 P2.2/A10 23 P2.3/A11 24 P2.4/A12 25 P2.5/A13 26 P2.6/A14 27 P2.7/A15 28 P3.0/RXD 10 P3.1/TXD 11 P3.2/INT0 12 P3.3/INT1 13 P3.4/T0 14 P3.5/T1 15 P3.6/WR 16 P3.7/RD 17 P0.0/AD0 39 P0.1/AD1 38 P0.2/AD2 37 P0.3/AD3 36 P0.4/AD4 35 P0.5/AD5 34 P0.6/AD6 33 P0.7/AD7 32 U6 AT89C51 1 2 J2 CON2 1 2 J3 CON2 1 2 J4 CON2 1 2 J5 CON2 C4 C5 C6 C7 C8C9 R11 R12 PA1 PA2 AGN PA3 PA4 PA5 PA6 C12 CAPACITOR PA7 PB0 PB1 PB2 PB3 VCC_BAR PB4 PB5 PB6 VCC_BAR PB7 PD5 PD4 VCC_BAR AGN PB6 PD7 PC0 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 CRY1 CRY2 PD0 PD1 PD2 PD3 PC7 PD6 5V VCC_BAR CRY1 CRY2 R7 AGN Y1 CRYSTAL Hình 6.21: Sơ đồ mạch vi điều khiển Mạch xử lí tín hiệu từ cảm biến là mạch khuếch đại thuật toán sử dụng IC LM358. Tín hiệu ngõ ra được hồi tiếp âm về ngõ vào của khuếch đại thuật toán. 3 2 1 8 4 - + U1A LM358 1 2 J1 CON2 R1 R2 R3 R4 R5 R6 C1 C2 D1-5V VCC_24V VCC_24V VXL Hình 6.22: Sơ đồ mạch xử lí tín hiệu từ cảm biến Vài nét về khuếch đại thuật toán LM358 83 Hình 6.23: Hình ảnh về LM358 Hình 6.24: Sơ đồ chân LM358 Hình 6.25: Biểu đồ điện áp vào Hình 6.26: Sơ đồ cấu trúc Nguyên tắc hoạt động: Cấp nguồn 24V tới các cảm biến, điện trở R1 có tác dụng tạo ra dòng điện cấp vào chân 3 (chân +) của KĐTT, đầu ra của KĐTT được phản hồi âm qua điện trở R4 và tụ C2 về chân 2 của KĐTT, đây là mạch trừ và cách tính điện áp ngõ ra như sau: Vo=2.5V(1+ 3 4 R R ) Điện áp Vo được đưa tới vi điều khiển, khi Vo đạt từ 1.7V- 3.4V thì vi điều khiển sẽ nhận tín hiệu là có cháy, còn 0.15V- 1.7V là bình thường. Để tránh trường hợp điện áp đặt vào chân của vi điều khiển quá cao ta sử dụng thêm cặp diode zener D1- 5V và điện trở nối đất R6. Diode zener 5V chỉ cho phép đầu ra có mức điện áp cao nhất là 5V, đảm bảo an toàn cho vi điều khiển và chính xác cho phép đo. Sơ đồ trên là cho một kênh, còn các kênh còn lại tương tự. Trong mạch còn có 8 kênh như vậy. Các cảm biến mắc song song với nhau và được mắc song song với điện trở cuối R. Điện trở cuối có tác dụng để phát hiện trường hợp đứt cáp hay mất cảm biến. Khi chưa có cháy các cảm biến ở trạng thái không dẫn, tất cả dòng đo được đều là dòng qua điện trở cuối, dòng này là 3mA. Khi có cháy các cảm biến dẫn hay nội trở của các cảm biến giảm xuống cho dòng điện đi qua và lúc này dòng chủ yếu là dòng đi qua cảm biến, Ic = 30mA. 84 Hình 6.27: Sơ đồ mắc cảm biến và điện trở cuối 6.3.2 Mạch xử lí tín hiệu ngắn mạch, đứt cáp, chạm mát VCC 0V C21 R12 AGN R14 R1512 J3 CON2 R16 R17 R18 R19 REF_8 24V 3 2 1 8 4 - + U2A LM358 R20 TRO 1 2 3 4 J4 CON4 PA0 C24 AGNC25 D16 LED D17 3 2 1 8 4 - + U12A LM358 AVCC AGN AGN Hình 6.28: Sơ đồ mạch so sánh - Cũng là tín hiệu từ cảm biến qua khuếch đại thuật toán đưa vào vi điều khiển nhưng những ngưỡng tác động là khác nhau. - Tín hiệu qua R15 về chân PA0 của vi điều khiển, nhận các mức là + 0V-0.15V là đứt cáp + 0.15V-1.7V là bình thường + 1.7V- 3.4V là cháy + 3.4V-5V là báo ngắn mạch 6.3.3 Mạch chuông, Mạch báo động chung, Mạch Reset LS1 SPEAKER R bao dong 85 VCC- 24V 3 5 4 1 2 K3 RELAY SPDT 3 5 4 1 2 K2 RELAY SPDT 3 5 4 1 2 K1 RELAY SPDT VCC_BAR VCC_BAR VCC_24V 24V 24V PD7 1 2 4 3 U3 TLP621 1 2 4 3 U4 TLP621 PD6 1 2 4 3 U5 TLP621 1 2 4 3 U6 TLP621 1 2 4 3 U7 TLP621 1 2 4 3 U8 TLP621 PD5 1 2 4 3 U9 TLP621 1 2 4 3 U10 TLP621 R2 PD4 R3 R4 AL2 R5 R6 R7 PD3 R8 R9 PD2 BUZ PD1 24V D8 LED PD0 D9 LED D10 LED D11 LED AL1 D12 LED D13 LED D14 LED D15 LED COM 10 G N D 9 IN1 1 IN2 2 IN3 3 IN4 4 IN5 5 IN6 6 IN7 7 IN8 8 OUT1 18 OUT2 17 OUT3 16 OUT4 15 OUT5 14 OUT6 13 OUT7 12 OUT8 11 U11 ULN2803 1 2 3 4 5 6 7 8 J2 CON8 12 3 4 5 6 7 8 9 R11 RESISTOR SIP 9 Hình 6.29: Sơ đồ mạch chuông, báo động chung, reset Từ D8 – D15 là các đèn báo chức năng, Từ U3 – U10 là cách li quang xuất tín hiệu cho ULN2803 R11: điện trở treo K1 là role đóng mạch báo động chung K2 là role cấp nguồn cho hệ thống, dùng trong mạch reset K3 là role đóng mạch còi Buzzer Tín hiệu từ vi điều khiển xuất ra các chân PD0 – PD7 kích mở các photodiode. Vài nét về ULN2803: 86 Hình 6.30: Hình ảnh và sơ đồ chân ULN2803 Vài nét về cách li quang TLP621: Hình 6.31: Hình ảnh và sơ đồ chân ULN2803 Input diode: - Dòng điện cho phép: 50mA - Điện áp ngược: 5V - Công suất tiêu hao: 70mW Output transistor - Điện áp CE: Vce = 55V - Điện áp EC: Vec = 6V - Công suất tiêu hao: 150mW Sử dụng cách li quang nhằm đảm bảo khả năng cách li mạch điều khiển với mạch động lực Báo động chung: Như hình 6.16 Rơle K1 cấp nguồn cho còi, đèn nhấp nháy khi có tín hiệu báo cháy. Từ chân PD2 của vi điều khiển sẽ là mức 0 khi có tín hiệu báo cháy làm cách li quang U8 có điện và thông chân 3 và chân 4 nguồn được cấp đến chân 6 của ULN2803, đầu ra của chân 6 là chân 13. Rơle K1 mất điện đóng tiếp điểm 3,5 lại cấp nguồn cho còi và đèn báo động toàn tàu. 87 Mạch reset: Khi ấn nút reset ( ở mạch tín hiệu đầu vào) vi điều khiển nhận tín hiệu reset và xuất lệnh ra ở chân PD1, chân PD1 ở mức không làm thông TLP621 U9, chân 7 (in) của ULN2803 có điện, xuất tín hiệu ra ở chân 12(out), chân 12 ở mức 1 nên rơle K2 mất điện 6.3.4 Mạch xử lí tín hiệu vào ra D18 LED D19 LED D20 LED D21 LED R21 R22 R23 R24 PC4 PC5 PC6 PC7 VCC 1 2 4 3 U13 TLP621 1 2 4 3 U14 TLP621 1 2 4 3 U15 TLP621 1 2 4 3 U16 TLP621 Hình 6.32: Sơ đồ mạch xử lí tín hiệu vào Có 4 nút ấn cho tín hiệu đầu vào - Nút reset - Nút test đèn - Nút test chức năng - Nút khẳng định sự cố Khi ấn nút sẽ khép kín mạch cấp nguồn cho bóng của TLP621 sáng, khi có ánh sáng TLP621 dẫn. Chân 3 của TLP621 được nối với PC4- PC7 lấy tín hiệu từ vi điều khiển. Khi chưa có tác động ( ấn nút) thì TLP621 không thông chân vi điều khiển đang ở mức 1, khi ấn nút thì TLP621 thông đưa tín hiệu ở các chân PC4- PC7 về mức 0 và vi điều khiển nhận đâ là tín hiệu tác động của tín hiệu đầu vào. Đồng thời khi ấn nút các đèn LED D18- D21 sẽ sáng tương ứng với nút ấn. 88 VCC_BAR VCC_BAR VCC_24V PD7 1 2 4 3 U3 TLP621 PD6 1 2 4 3 U4 TLP621 1 2 4 3 U5 TLP621 1 2 4 3 U6 TLP621 1 2 4 3 U7 TLP621 1 2 4 3 U8 TLP621 PD5 1 2 4 3 U9 TLP621 1 2 4 3 U10 TLP621 R2 PD4 R3 R4 R5 R6 PD3R7 R8 R9 PD2 PD1 D8 LED PD0 D9 LED D10 LED D11 LED D12 LED D13 LED D14 LED D15 LED COM 10 G N D 9 IN1 1 IN2 2 IN3 3 IN4 4 IN5 5 IN6 6 IN7 7 IN8 8 OUT1 18 OUT2 17 OUT3 16 OUT4 15 OUT5 14 OUT6 13 OUT7 12 OUT8 11 U11 ULN2803 1 2 3 4 5 6 7 8 J2 CON8 12 3 4 5 6 7 8 9 R11 RESISTOR SIP 9 Hình 6.33: Sơ đồ mạch xử lí tín hiệu ra Các tín hiệu ra chính là các tín hiệu được đưa tới mạch reset, mạch chuông, mạch báo động chung, 6.3.5 Mạch dự phòng nguồn 1 4 3 2 - + D1 BRIDGE D2 DIODE D3 DIODE D4 D5 F1 FUSE VCC_24V DC VCC_24V AC VCC_24V AC VCC_24V DC 89 Hình 6.34: Mạch dự phòng nóng nguồn 24V Hệ thống báo cháy là một hệ thống rất quan trọng ở trên tàu, đặc biệt là những khu vực có nhiều hơi dầu, hơi muối và những chất dễ cháy nổ, nên đòi hỏi phải có một hệ thống báo cháy hoạt động tin cậy, luôn đảm bảo được tính liên tục của hệ thống và điều đó đòi hỏi phải có hai nguồn và đó là 2 nguồn dự phòng nóng. Hai mạch nguồn được mắc song song với nhau và đồng thời cấp nguồn cho hệ thống, trong trường hợp mất nguồn AC thì hệ thống vẫn sẽ công tác với nguồn DC được cấp từ acqui. Điều này có tác dụng duy trì sự hoạt động liên tục của hệ thống, đảm bảo không bị gián đoạn. VIN 1 OUT 2 G N D 3 FB 4 ON/OFF 5 U1 LM2576/TO C1 C2C3C4C5C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C14 1 2 J1 CON2 R1 RESISTOR D6 LED D7 DIODE VCC_5VVCC_BAR Hình 6.35: Mạch nguồn 5V cho vi điều khiển Mạch nguồn sử dụng LM2576 để lấy nguồn 5V nuôi vi điều khiển. Các tụ gốm có tác dụng san phẳng dòng điện sau chỉnh lưu. LED D6 là đèn báo nguồn, vài nét về LM2576: Hình 6.36: Hình ảnh LM2576 Hình 6.37: Mạch nguồn 5V dùng LM2576 90 Hình 6.38: Cấu trúc LM2576 6.3.6 Mạch báo điện áp nguồn thấp C26 CAP C27 CAP VCC_24V VCC_24V VCC_24V 1 2 4 3 U18 TLP621 PC0 VCC_24V 3 2 1 8 4 - + U17A LM358 5 6 7 8 4 - + U17B LM358 R25 R26 R27 R28 R29 R30 R31 R32 D23 LED Hình 6.39: Sơ đồ mạch báo điện áp nguồn thấp Mạch báo điện áp nguồn thấp sử dụng sơ đồ thuật toán khuếch đại đảo, ngõ ra được hồi tiếp âm về chân 2 của KĐTT nhưng không dùng trở, như vậy hệ số khuếch đại sẽ là một. Tín hiệu áp qua trở R27 về chân 6 của KĐTT, ngõ ra 2 của KĐTT được hồi tiếp dương về chân 5 qua trở R31, hệ số khuếch đại được tính theo công thức: Vo=2.5V(1+ 3R R ) 6.4 Giải thích phần mềm 6.4.1 Lưu đồ thuật toán 91 6.4.2 Chương trình 6.5 Một số thử nghiệm Hình 6.40: Bản layout board mạch chính Hình 6.41: Mặt bottom 92 Hình 6.42: Cả 2 mặt top và bottom 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS.Phạm Ngọc Tiệp Đề tài NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG THEO CÔNG NGHỆ KHẢ TRÌNH CHO CÁC HỆ THỐNG, THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG TÀU THUỶ [2] ThS. Kiều Đình Bình Giáo trình môn Hệ thống tự động [3] Ngô Diên Tập Lập trình C với AVR Nhà xuất bản Khoa học kĩ thuật [4] GS Phạm Văn Ất Kĩ thuật lập trình C Nhà xuất bản thống kê [5] [6] [7] [8] Catalog thiết bị báo cháy của hãng DECKMA [9] Catalog thiết bị báo cháy của hãng NITTAN [10] Và các tài liệu khác có liên quan