Đồ án Thiết kế cho hệ thống cảnh báo tự động dùng PLC tại đường ngang KM 7 +137 trên tuyến đường sắt Thống Nhất

ng dùng rơle điều khiển. Tháng 10 năm 2001 Công ty tư vấn Đầu tư và Xây dựng đưa ra bản mẫu cảnh báo tự động đường ngang đơn nhưng phải đến cuối năm 2002 mới được LHĐSVN phê duyệt. Thực tế khai thác, sử dụng các đường ngang tự động điều khiển bằng rơle là bắt trước mô hình của nước ngoài lắp thêm các thiết bị phụ trợ khác cho phù hợp với điều kiện của đường sắt Việt Nam. Phần lớn các ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 27 đường ngang tự động theo kiểu điều khiển bằng rơle là các cần chắn tự động. Hoạt động của các hệ thống này nói chung là ổn định. Nguyên nhân chính gây ra trở ngại cho hoạt động tự động của cần chắn như: - Còn để cho các cần chắn không đóng hoặc mở kịp thời đúng quy định là do các thiết bị truyền tin (còn gọi là thiết bị phát hiện đoàn tàu) hoạt động chưa tin cậy hoặc bị tác động cơ học làm hỏng; vì các đoàn tàu chạy trên khu đoạn gần đường ngang có tốc độ rất khác nhau; - Các cần chắn hỏng do bị va đập do các phương tiện giao thông đường bộ lách qua đường ngang khi cần chắn đã hạ. Đối với hệ cảnh báo tự động (không có cần chắn) thì thiết bị phát hiện đoàn tàu là vấn đề nan giải. Trên thực tế Công ty Tư vấn Đầu tư và Xây dựng đã chế tạo nhiều kiểu sensor khác nhau; kiểu gần đây nhất là dùng sensor điện từ. Các sensor điện từ lắp ngay trên thân ray cũng vẫn bị đánh hỏng do duy tu đường ray, do kẻ gian phá hoại. Để khắc phục tồn tại hay bị phá hỏng như trên, LHĐSVN tiến hành thử nghiệm loại thiết bị sensor mới: loại cảm biến địa chấn. Sensor địa chấn không dùng nguồn, được chôn dưới nền đường sâu hơn 700 mm nên ít bị tác động cơ học phá hỏng. Hệ thống thiết bị có loại sensor mới này được dùng thử nghiệm ở một số đường ngang, cũng đã xác định chiều dài phân khu tới gần ra sao trong phần mềm lập trình trên máy tính nhúng, từ đó dẫn đến việc có điều chỉnh được thời gian đóng mở đường ngang hay không bởi các đoàn tàu có mác tàu khác nhau chạy qua đoạn đường có đường ngang với tốc độ tàu rất khác nhau. Yêu cầu này đối với loại cảnh báo tự động dùng rơle điều khiển là rất khó thực hiện. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 28 Qua thực tế sử dụng, kiểm nghiệm được loại thiết bị mới, cuối năm 2002 LHĐSVN phê duyệt mẫu hình đường ngang cảnh báo tự động dùng cảm biến địa chấn và máy tính nhúng. III.2.Các loại hình đường ngang được trang bị thiết bị cảnh báo tự động. Những năm qua, một số đơn vị trong và ngoài ngành đường sắt đã thiết kế và xây lắp hệ thống thiết bị tín hiệu tự động trên đường ngang. Khi thiết kế, ngoài việc phải xem xét đường ngang thuộc cấp đường ngang nào theo quy định của Điều lệ đường ngang còn phải xem xét đến vị trí của đường ngang so với ga gần nhất. Theo vị trí địa lý có thể chia ra 4 loại đường ngang sau: 1. Đường ngang đơn: nằm giữa khu gian có chiều dài phân khu tới gần đường ngang lớn hơn khoảng cách từ đường ngang tới cột tín hiệu vào ga của ga gần nhất; 2. Đường ngang nằm trong cụm đường ngang: tất cả các đường ngang trong cụm này đều là đường ngang đơn; 3. Đường ngang gần ga: nằm giữa khu gian có chiều dài phân khu tới gần đường ngang nhỏ hơn khoảng cách từ đường ngang tới cột tín hiệu vào ga của ga gần nhất; 4. Đường ngang trong ga: Nằm trong cột tín hiệu vào ga. Việc thiết kế quan hệ liên khoá và tự động điều khiển đường ngang trong ga và đường ngang gần ga là rất khó, bởi vì thiết bị trong ga hiện nay có nhiều loại khác nhau. Trực ban chạy tàu tại ga chỉ quen báo giờ tàu xin đường, giờ tàu chạy cho nhân viên gác chắn, nay trực tiếp điều khiển việc đóng mở đường ngang, mức độ tự động hoá đến đâu để kịp thời theo quy định là một vấn đề phức tạp. Thời gian qua đã châm chước nhiều vấn đề mang tính nguyên tắc, chưa tuân theo quy định hiện hành. Ví dụ: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 29 - Chỉ để thời gian đóng đường ngang Nhà Dầu có 30 giây (quy định là 40 giây) kể từ lúc bật đèn đỏ cấm đường bộ đến lúc tàu số lẻ chạy từ ga Hà Nội tới cụm đường ngang; - Cụm hai đường ngang vào Tổng Công ty Than và Tổng Công ty Xi Măng cùng hoạt động một lúc với đường ngang Nhà Dầu; - Phải chấp nhận sự điều khiển của trực ban ga chạy tàu ga Văn Điển đối với đường ngang gần ga phía nam ga này. Còn một số đường ngang có hệ thống cảnh báo tự động nhưng chưa có đèn vàng trên cột báo hiệu đường bộ sáng nhấp nháy mỗi khi thiết bị của hệ thống có trở ngại.Những tồn tại nêu trên sẽ được khắc phục trong thời gian ngắn nhất. Vấn đề tự động điều chỉnh thời gian đóng chắn trong hệ thống tự động cảnh báo đường ngang đang còn là vấn đề phải nghiên cứu hoàn thiện. Đã có kiến nghị là phải quy định tốc độ thấp nhất được phép đối với các tàu hàng, tàu công trình mới mong loại trừ được việc đóng đường ngang quá lâu gây ách tắc giao thông đường bộ. III.3.Chỉ tiêu chất lượng đảm bảo của hệ thống tín hiệu tự động: Bất kỳ thiết bị tín hiệu nào cũng phải có công dụng là góp phần nâng cao năng lực thông qua và đảm bảo an toàn chạy tàu. An toàn chạy tàu là một khái niệm rộng hơn nhiều so với an toàn của từng thiết bị hoặc của hệ thống thiết bị tín hiệu. Độ an toàn của thiết bị hoặc hệ thống thiết bị xác định chính bằng tính chất của thiết bị hoặc hệ thống thông qua các giá trị xác xuất thống kê về an toàn.Ví dụ đối với tín hiệu đường ngang tự động các nước OSZD khuyến cáo nên dùng chỉ tiêu chất lượng sau đây: Xác xuất làm việc an toàn trong 20 năm là 0.9990189. Trị số náy có nghĩa là chỉ số xác xuất về an toàn trung bình cho 20 năm làm việc của hệ thống tới khi có trở ngại nguy hiểm. Trở ngại nguy hiểm là hiện tượng phá vỡ các trạng thái làm việc và được bảo vệ của hệ thống. Như vậy là ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 30 mỗi hệ thống tín hiệu hoạt động trong 3 trạng thái: làm việc, được bảo vệ và nguy hiểm. Trong trạng thái nguy hiểm khi xảy ra trở ngại nguy hiểm hệ thống không khôi phục lại được. Các thiết bị tín hiệu đường sắt Việt Nam dùng rơle an toàn cấp một tuy có mật độ các trở ngại nguy hiểm tính theo 1/h là 1.10-9 nhưng trong mạch điện của từng thiết bị và của cả hệ thống thì thấp hơn nhiều. Độ tin cậy cũng như xác xuất làm việc an toàn của hệ thống các thiết bị được tính là tích số độ tin cậy của các đơn nguyên thành phần tạo nên hệ thống. Do chưa có thống kê xác xuất trở ngại đối với thiết bị tín hiệu cũng như cho cả hệ thống thiết bị đành phải tiến hành đánh giá chất lượng của thiết bị bằng cách thử nghiệm. Không có cơ quan thử nghiệm độc lập để có kết quả đem dùng thử một thời gian. Thời gian thử nghiệm đối với các hệ thống thiết bị tín hiệu mới không lâu, việc theo dõi trở ngại còn phụ thuộc rất nhiều vào con người kiểm tra, giám sát nên rất khó phán xét chất lượng an toàn của hệ thống này hay hệ thống kia. Trên cơ sở để trăm hoa đua nở, một số các cơ sở của ĐSVN thi nhau chế tạo, thử nghiệm các hệ thống tín hiệu cảnh báo tự động cho đường ngang. Năm 2001 LHĐSVN mới ban hành quyết định cho phép sử dụng một mẫu hình tín hiệu cảnh báo tự động đường ngang kiểu CBĐN-TĐ- 2001 dùng rơle điện từ điều khiển. Năm 2002 đã đưa vào sử dụng hệ thống tín hiệu cảnh báo đường ngang tự động dùng vi xử lý và máy tính nhúng với cảm biến địa chấn. Bàn về mức độ an toàn của hệ thống tín hiệu đường ngang tự động dùng rơle điện từ điều khiển có ý kiến đưa ra tiêu chí sau: theo dõi, thống kê cứ một trăm chuyến tàu chạy qua mà chỉ có một chuyến tàu gặp trở ngại của thiết bị(độ ổn định đạt 99%) là có thể đưa thiết bị vào sử dụng được. Đơn vị xây dựng tạo nên hệ thống tín hiệu mới, qua thử nghiệm đã đạt được yêu cầu nêu trên(99%). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 31 Cách đánh giá độ tin cậy nêu trên làm nhiều chuyên gia tín hiệu không an tâm vì: - Nguyên nhân gây ra các trở ngại trong thời gian chạy thử nghiệm tìm được rất đa dạng: lúc do mất nguồn điện, lúc hỏng sensor, lúc đứt cầu chì, lúc đứt sợi đốt bóng đèn tín hiệu, lúc tàu chạy quá chậm hết thời gian quy định rồi, tàu vẫn chưa chạy tới đường ngang… - Những trở ngại thống kê đều không phải là trở ngại nguy hiểm như giới thiệu trên đây. - Chỉ đạt 99% là 1.10-2 thì chất lượng hệ thống rất thấp, đem sử dụng thì yên tâm làm sao được. Chỉ số định mức về an toàn được tiến hành trên cơ sở tính toán theo định mức an toàn đạt được. Định mức an toàn đạt được tương ứng với mức an toàn đạt được, được công nhận bởi xã hội hoặc của các chuyên gia là đủ trong thời điểm xét có tham khảo đến chỉ tiêu chi phí và hiệu quả kinh phí của hệ thống nhằm hủy bỏ trở ngại nguy hiểm là mục đích chính xây dựng hệ thống. Trong điều kiện thực tế nêu trên, khi chưa đủ điều kiện để đánh giá chất lượng sản phẩm, nhất là đối với sản phẩm đầu tiên chế tạo do ứng dụng công nghệ mới, phán xét một cách cứng nhắc, sẽ không thể cấp giấy phép sử dụng cho bất kỳ một sáng tạo mới có giá trị nào. III.4. Tín hiệu cảnh báo đường ngang tự động dùng rơ le điện từ kiểu CBĐN- 01 – 2001. Căn cứ vào Điều lệ Đường ngang năm 2001 và Quy định về quản lý tín hiệu tự động phòng vệ đường ngang hiện hành, hệ thống thiết bị “Tín hiệu cảnh báo đường ngang tự động” dùng rơ le điện từ điều khiển CBĐN – 01 – 2001 được thiết kế trên nguyên tắc tín hiệu tuân thủ nguyên lý rơi an toàn, liên khoá bằng rơ le như nguyên lý liên khoá tín hiệu chạy tàu. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 32 Quy mô xây dựng của hệ thống gồm: một tủ điều khiển tự động, hệ thống cáp , cột đèn báo hiệu trên đường bộ loại ĐN-TĐ 2001 gồm ba đèn biểu thị (hai đèn đỏ, một đèn vàng), chuông báo và biển chữ cảnh báo, hệ thống xác báo đoàn tàu, hệ thống nguồn điện. • Các thiết bị của hệ thống hoạt động như sau: 1. Cột đèn báo hiệu trên đường bộ : - Cột đèn báo hiệu trên đường bộ sử dụng cột tín hiệu theo mẫu cột đèn báo hiệu đường bộ - dùng cho tín hiệu đường ngang tự động, kiểu ĐN-2001 đă được Liên hiệp đường sắt Việt Nam (nay là Tổng công ty đường sắt Việt Nam) duyệt. - Bình thường đèn tín hiệu trên cột báo hiệu đường bộ ở trạng thái tắt, chuông không kêu. Khi có đoàn tàu tới gần đường ngang thì hai đèn đỏ luân phiên nhau sáng nhấp nháy và chuông kêu lúc này cấm người và phương tiện tham gia giao thông đường bộ đi qua đường sắt. Khi đoàn tàu qua khỏi đường ngang, đèn tín hiệu tắt và chuông ngừng kêu. - Khi thiết bị tín hiệu đường ngang gặp trở ngại, đèn vàng trên cột tín hiệu sáng nhấp nháy. Đèn vàng sáng nhấp nháy của đường sắt cũng giống như đèn vàng đường bộ sáng nhấp nháy, chúng đều mang ý nghĩa cho người và các phương tiện tham gia giao thông được phép đi nhưng phải chú ý. - Bóng đèn thắp sáng trên cột đèn báo hiệu đường bộ dùng bóng đèn tín hiệu hai sợi đốt loại 12V – 25W. Chuông điện dùng chuông điện 220V- 50 Hz hoặc đèn LED và chuông điện có đặc tính kỹ thuật tương đường. 2. Hệ thống thông báo xác nhận đoàn tàu: - Xác nhận chính xác đoàn tàu tới điểm bắt đầu thông báo. - Đưa thông tin về đoàn tàu tới thiết bị điều khiển đặt trong tủ điều khiển đặt tại đường ngang. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 33 3. Thiết bị điều khiển : - Xác nhận đoàn tàu đã tới gần đường ngang chưa; - Điều khiển các đèn trên cột báo hiệu đường bộ hoạt động ra theo đúng trình tự thời gian đã được quy định trong Điều lệ đường ngang ; - Xác nhận đoàn tàu qua khỏi đường ngang để khôi phục thiết bị phòng vệ đường ngang về trạng thái bình thường; - Giám sát, kiểm tra tình hình hoạt động của thiết bị và có khả năng thông báo trạng thái về trung tâm giám sát hoặc địa điểm giám sát quy định; - Thực hiện cảnh báo cần thiết về đường bộ khi thiết bị có trở ngại; * Thiết bị cảnh báo trở ngại hoạt động trong các trường hợp sau: - Sợi đốt chính của đèn đỏ trên cột đèn báo hiệu trên đường bộ bị đứt; - Thiết bị xác nhận đoàn tàu có sự cố; - Sau khi tín hiệu cảnh báo đường ngang đóng hoàn toàn, Nếu quá 3 phút mà tàu vẫn chưa tới đường ngang - hệ thống sẽ tự động chuyển sang trạng thái báo trở ngại. Xẩy ra một trong các trở ngại nêu trên, đèn vàng ở cột đèn báo hiệu trên đường bộ sáng nhấp nháy để người và các phương tiện tham gia giao thông đường bộ phải chú ý khi qua đường ngang, giảm tốc độ và dừng khi cần thiết, đèn báo trở ngại trong hộp kiểm tra sáng màu đỏ nó giúp cho công nhân trực kiểm tra thiết bị tín hiệu biết. Hệ thống kiểm tra trở ngại này được ghép nối và truyền về thiết bị báo trở ngại tại trung tâm giám sát (Cung thông tin tín hiệu, phòng trực ban chạy tàu ga hoặc nhà gác đường ngang gần nhất). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 34 Công nhân trực kiểm tra thiết bị có thể kiểm tra và thử toàn bộ trạng thái hoạt động của hệ thống bằng hộp kiểm tra đặt trong tủ điều khiển. - Các nút NTTA, NTTB, NTTC, NTTD khi bị ấn lần lượt có chức năng như một đoàn tàu đi qua đường ngang. Công nhân trực tiếp kiểm tra thực hiện ấn từng nút một để kiểm tra từng hoạt động của hệ thống. Nút ấn NKT (nút kiểm tra) có chức năng kiểm tra sự toàn vẹn của sợi đốt bóng đèn. Khi ấn nút này thì hệ thống đèn báo kiểm tra sợi đốt chính của bóng đèn tín hiệu sẽ sáng đỏ. Nếu bóng đèn nào đứt sợi đốt thì bóng đèn kiểm tra tương ứng sẽ không sáng. Căn cứ vào kết quả kiểm tra này mà người công nhân có thể thay thế và sửa chữa. 5. Đặc tính kỹ thuật của thiết bị xác nhận, báo có tàu: Dùng mạch điện đường ray ngắn so le điện một chiều hoặc xoay chiều tần số 50 Hz làm thiết bị xác nhận và báo đoàn tàu. Tạm thời cho phép dùng Sensor loại SR - 10 - 00 do Công ty Thông tin tín hiệu chế tạo có các tham số sau: + Điện áp làm việc : 10V – 30V + Dòng không tải : 40 mA + Dòng có tải lớn nhất : 62 mA + Khoảng cách tới đỉnh ray : 42 mm (ù5 mm) + Thời gian động tác : 3 mS + Nhiệt độ làm việc : Từ – 100C đến +850C + Độ ẩm : 95% + Điện trở cách điện : ≥ 20 MΩ (đo thử ở điều kiện:20-250C, điện áp 1000V, độ ẩm 95%) + Thích hợp với tốc độ đoàn tàu 3 ~ 160 km/ h Khối nguồn điện: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 35 Nguồn điện sử dụng nguồn điện lới 220 VAC cung cấp nguồn xoay chiều và các bộ biến thế, chỉnh lu cung cấp các điện áp phù hợp cho thiết bị nạp và nạp đệm cho ác quy. Bộ Inverter (kí hiệu là Ivt) dùng ắc quy A xít kín khí 24V – 70 AH. ắc quy được dặt trong tủ điều khiển. Khi mất điện, nguồn ắc quy qua bộ Inverter sẽ được đổi thành nguồn điện 220V – 50Hz đảm bảo cho thiết bị hoạt động liên tục (Thời gian hoạt động tối đa khi mất điện lới là 48 giờ. Điện áp công tác 220 VAC±10%. Tiêu hao điện ở trạng thái bình thường bằng 20W. Tiêu hao điện ở trạng thái động bằng 120W. III.5. Tín hiệu cảnh báo đường ngang tự động dùng PLC điều khiển . Thiết bị điều khiển lập trình lô gíc (PLC) dùng trong hệ thống tín hiệu đường ngang cảnh báo tự động là bộ phận cốt lõi của hệ thống. Nó kết hợp với thiết bị xác báo tàu qua bộ bảo an, qua thiết bị giao tiếp đầu vào, kết nối với thiết bị giao tiếp đầu ra. Thiết bị nguồn điện cung cấp cho tất cả các bộ phận của hệ thống. Bên cạnh đó còn có các thiết bị phụ trợ. Việc phân bổ các thiết bị cũng giống như hệ thống tín hiệu cảnh báo dùng rơ le điều khiển .Điểm khác biệt là bộ điều khiển lập trình lô gíc có một số chức năng điều khiển khác mạch điện rơ le: thực hiện đo tốc độ tức thời của các đoàn tàu khi bắt đầu vào tới khu đoạn tới gần đường ngang, kiểm tra phân khu tới gần thanh thoát khỏi trục bánh tàu nên phải bố trí thêm một số thiết bị xác báo tàu và các thiết bị phụ trợ khác như bộ giao tiếp giữa thiết bị điều khiển và thiết bị chấp hành... Bộ cảm biến từ: Sử dụng bộ cảm biến CT-001 do Công ty Tư vấn Đầu tư và Xây dựng chế tạo có các thông số kỹ thuật sau: Điện áp làm việc định mức : 24 VDC. Điện áp cực đại cho phép : 100VDC. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 36 Công suất tiêu tán cho phép là : 2,4 VA. Dòng điện cực đại : 150 mA. Tần số làm việc giới hạn : 100 Hz. Khoảng cách tác động lớn nhất : 40 mm. Nhiệt độ làm việc từ : –100C đến 850C. Độ ẩm : 100%. Thiết bị giao tiếp. Thiết bị giao tiếp để liên kết giữa tín hiệu đầu ra của cảm biến với tín hiệu đầu vào của PLC, nhằm đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định . Thiết bị điều khiển tự động: Bộ điều khiển PLC (Thiết bị điều khiển lập trình lô gíc) điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống tín hiệu cảnh báo tự động đường ngang. Dùng loại PLC loại: S7 – 214 của hãng Siemens ghép song song. Nguồn điện : Hệ thống nguồn điện cung cấp cho thiết bị dùng ắc quy a xít khô 24V- 105 AH. Nguồn điện ắc quy này luôn luôn được nạp bổ sung từ bộ nạp nguồn tự động lấy từ nguồn điện xoay chiều 220V – 50 Hz tại khu vực đường ngang qua bộ biến đổi AC, được đảm bảo điện áp trên nguồn ắc quy là 24V- 28V. Thiết bị phụ trợ: - Trong tủ điều khiển có hệ thống quạt gió khi nhiệt độ trong tủ lớn hơn 400C hệ thống quạt tự động làm việc; - Trong tủ có đồng hồ đo điện áp, cường độ dòng điện nạp cho ắc quy: các nút ấn khôi phục hệ thống, cảnh báo nhân công hoặc khôi phục dành cho duy tu; - Hệ thống tiếp đất cho tủ theo tiêu chuẩn hiện hành; 1. Thiết bị chấp hành: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 37 - Đèn LED có các thông số sau: sử dụng đèn mầu phát xạ cao: đèn có 22 nhánh, mỗi nhánh 8 bóng ( tức là có 198 bóng). - Điện áp làm việc 24 VDC (ù 20%). - Dòng điện làm việc 100 mA cho một đèn vàng và 150 mA cho một đèn đỏ. Độ sáng của đèn: 80 bóng x 4800 mCd / bóng. - Tín hiệu âm thanh: loa và chuông sử dụng theo chế độ làm việc ngày đêm, có loa phát âm thanh cảnh báo bằng tiếng nói. - Điện áp làm việc 24 VDC (ù 20%). - Công suất tiêu thụ của cả hai: 6W ban ngày và 3W ban đêm. 2. Các trạng thái họat động của bộ điều khiển PLC: - Trạng thái bình thường: Cứ mỗi lần trục bánh tàu đi qua bộ cảm biến là một lần PLC nhận được tín hiệu. Căn vào chương trình phần mềm đã cài đặt sẵn cho đường ngang mà bộ PLC nhận biết các tín hiệu đầu vào và tự động xử lý tín hiệu đầu ra nhằm thực hiện việc cấp điện cho hệ thống thiết bị tín hiệu chấp hành hoạt động, đảm bảo cho đèn đỏ và chuông điện trên cột báo hiệu đường bộ hoạt động trước 40 giây trước khi tàu đến, đóng đường ngang. Khi đuôi tàu qua khỏi đường ngang đưa thiết bị về trạng thái bình thường (mở đường ngang ). - Một số trường hợp khác: Trường hợp tàu vào khu đoạn tới gần mà chạy chậm hoặc đỗ trên khu đoạn quá 3 phút bộ PLC sẽ tự động điều khiển các cột báo hiệu đ- ường bộ cắt đèn đỏ, tắt mạch chuông kêu và tự động chuyển sang chế độ đèn vàng sáng nhấp nháy. Khi tàu chạy qua đường bộ PLC điều khiển tắt đèn vàng và đưa thiết bị về trạng thái bình thường. Mỗi khi hệ thống thiết bị có trở ngại hoặc do tàu chạy vào khu đoạn tới gần với tốc độ quá chậm thì được ghi nhận lại để báo cho đơn vị quản lý hoặc đa thông tin cho thiết bị quản lý từ xa. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 38 Báo sự cố (sáng đèn vàng trên các cột báo hiệu đường bộ ) trong các trường hợp sau: + Các bộ cảm biến bị hỏng; + Đường dây dẫn đến bộ cảm biến bị chập hoặc đứt dây. III.6. Tín hiệu cảnh báo tự động dùng máy tính nhúng điều khiển với thiết bị cảm biến địa chấn CBTH 3.0 Khối cảm biến địa chấn: Để khắc phục tồn tại hệ thống cảnh báo tự động cơ học gây ra với các Sensor, Đường sắt Việt Nam đã tiến hành thử nghiệm và cho phép dùng bộ cảm biến địa chấn. 1. Nguyên tắc hoạt động: Phát hiện tàu hoả theo mức rung địa chấn. Thành phần cấu tạo: Bao gồm cảm biến địa chấn, bộ tiền xử lý tín hiệu, bộ giao tiếp hỏi đáp kiểm tra trở ngại đường truyền với tủ điều khiển, vỏ bảo vệ 5 lớp (vỏ nhựa PA, vỏ epoxy chống thấm, vỏ polymer chống va đập, hai lớp sơn đặc dụng ngoài cùng chống thấm), dây cáp nối tín hiệu hai sợi nối lên máy tính. Ngoài ra còn phải có cầu chì chống sét lan truyền lắp đặt trong hộp cáp bảo vệ vi mạch đối với khối cảm biến địa chấn và dây tín hiệu dự phòng trong trường hợp hỏng mạch điện tử giao tiếp trong khối cảm biến địa chấn. 2. Tính năng kỹ thuật: - áp đổ liền khối với cảm biến nối lên hộp cáp, có 3 sợi : dây chung (GND), dây tín hiệu (S) và dây dự phòng (P)*. Các đầu dây cáp ra có đầu cốt sẵn để thuận tiện gắn vào khối BVTB (Chống sét, bảo vệ và dự phòng ). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 39 - Kích thước: hình trụ đường kính 160 mm, cao 250 mm. Dây dẫn dùng cáp 3x1 loại chôn có vỏ sắt gia cường, độ dài của cáp là 3m. - Chất lượng sản phẩm xuất xưởng: 100% sản phẩm lắp đặt không có lỗi. - Độ bền của sản phẩm: không bị ngấm nước trong trường hợp ngấm nước lâu ngày, nhiệt độ làm việc 0-800C, chịu dung động theo lớp đất chôn cảm biến. - Kiểm tra tĩnh: điện trở giữa S và GND là ~ 10K, giữa P và GND là ~ 3,6K theo một chiều và vô cùng lớn theo chiều ngược lại. - Kiểm tra khi lắp vào mạch: điện áp một chiều giữa S và GND khoảng từ 6,5V đến 8,5V. Điện áp xoay chiều khi không có tàu chạy nhỏ hơn 0,01V. - Kiểm tra có tàu chạy hoặc rung động địa chấn trực tiếp trên khối cảm biến: điện áp xoay chiều trên 1V. - Tuổi thọ ít nhất là 3 năm từ khi lắp đặt trong điều kiện không bị sét đánh trực tiếp hoặc cố tình đưa điện áp vượt quá 40V vào dây tín hiệu mà không có bộ bảo vệ giao tiếp đặt trong hộp cáp. - Có khả năng phục hồi mạch vi điện tử trong cảm biến bằng cách lắp đặt bộ dự phòng trong hộp cáp, không cần thay cảm biến. 3. Mô hình ứng dụng: Mỗi điểm phát hiện tàu hoả dặt 2 cảm biến cách nhau một cầu ray (12,5m). Mục đích là máy tính nhúng sẽ đo khoảng cách thời gian chênh lệch giữa hai lần nhận được tín hiệu để đưa ra tốc độ đoàn tàu và phân biệt với các rung động khác như công nhân duy tu bảo dưỡng, tàu đỗ lâu tại một điểm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 40 * Khối truyền thông tin Dùng dây cáp loại chôn treo ít nhất 3 sợi từ hộp nối tín hiệu về tủ điều khiển. Khối này đảm bảo đường truyền tín hiệu từ đầu cảm ứng về tủ điều khiển . * Khối giao tiếp đầu vào 1. Nguyên tắc hoạt động: Nối kết cảm biến với cổng máy tính nhúng thông qua bộ bảo vệ khỏi sét lan truyền và kiểm tra trở ngại chập dây hoặc đứt dây điều khiển. 2. Tính năng kỹ thuật: - Tương đương với một bộ chống sét lan truyền 10 đường với các tính năng và thiết kế đặc dụng cho điều kiện đường truyền tín hiệu và tiếp đất ở đường sắt Việt Nam . - Điện áp làm việc: tĩnh (mức “0”) ở giải từ 6V đến 8V, phát tín hiệu (mức “1”) ở dưới 6V đến 9V. - Mức tín hiệu đa ra “0” dưới 2,5V và “1” trên 2,5V. - Băng tần làm việc dới 10MHz. - Điện áp đánh xuyên danh định ở đầu vào 90V. Bảo vệ xung sét, nhiễu đa cấp. Chịu 10kA trong điều kiện tiếp đất đúng tiêu chuẩn 4Ω. - Khi dây nối với cảm biến bị đứt thi mức điện áp đầu vào là 12V, khi chập thì mức điện áp đầu vào là 0V. Do vậy mức đưa ra cho máy tính là “1”. Nếu máy tính nhúng thấy mức “1” liên tục trong 1 giây thì sẽ là trở ngại, báo chính xác cổng bị trở ngại. - Mỗi cổng giao tiếp có một đèn LED hiển thị mức ra của cổng: mức “0” thì tắt, mức “1” thì sáng. - Có khả năng chỉnh độ nhậy, mức can nhiễu. * Khối xử lý trung tâm (CPU) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 41 Khối xử lý trung tâm gồm hai máy tính nhúng với một máy làm nhiệm vụ điều khiển và giao tiếp với các cổng đầu vào (gọi tắt là MT1), một máy ở phía trong làm nhiêm vụ Watch-dog (MT2) và điều khiển các thiết bị cảnh báo nội tại tủ điều khiển (cách biệt với môi trường). MT1 làm nhiệm vụ theo dõi tín hiệu đưa về từ cảm biến, 2 đường truyền giám sát từ xa và khống chế dồn tàu gần ga, điều khiển đèn đỏ, chuông, nguồn nuôi, tạo dao động, bảo vệ LED cường độ sáng cao. MT2 làm nhiệm vụ theo dõi khởi động máy tính 1 trong trường hợp trở ngại, điều khiển đèn vàng, điều khiển card âm thanh, điều khiển màn hình tinh thể lỏng giao tiếp với người kiểm tra hệ thống, ghi lại lịch sử các sự kiện xảy ra trên đường ngang. 2.Tính năng kỹ thuật: - Điện áp nguồn nuôi từ 3.3V đến 5V. - Phần mềm điều khiển do Công ty phần mềm Tự động hoá thiết kế xây dựng,bản quyền tác giả đã được bảo vệ tại Cục bản quyền tác giả. - Hai máy tính được nối kết hoạt động song song theo nguyên tắc truyền thông điệp (message passing) với tốc độ thời gian thực (172797 baud rate); - Giao tiếp với máy tính PC kiểm tra lịch sử các sự kiện; - Đồng hồ làm việc 11.059 Mhz; - Tốc độ xử lý tín hiệu: 2Mhz ( 2 triệu phép tính trong 1 giây ); - Bộ nhớ trong đủ để lưu lịch sử 50 sự kiện gần nhất ( các sự kiện được định nghĩa trong phần mềm chương trình điều khiển ); - Nội dung tiếng nói cảnh báo tàu được lưu trong bộ nhớ máy tính với dung lượng 64 K (đủ cho câu nói 6 giây, chất lượng lấy mẫu 8000 Hz và 8 bit mẫu); ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 42 * Khối hiển thị kiểm tra thiết bị Có 2 hệ thống kiểm tra trạng thái của hiển thị: - Các đèn báo h