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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 1 LỜI NÓI ĐẦU Vận tải đường sắt là một trong những ngành xương sống của nền kinh tế quốc dân. Nhưng để có thể chạy tàu một cách an toàn và năng lực thông qua lớn thì không thể không nói đến vai trò của thông tin tín hiệu. Thông tin tín hiệu là 1 trong 4 ngành chủ quản của của đường sắt (đầu máy toa xe, cầu đường, vận chuyển, thông tin tín hiệu). Tín hiệu đường sắt có 2 công năng chính: Tăng năng lực thông qua và nâng cao an toàn chạy tàu. Như các ngành khác của nền kinh tế quốc dân đều đang chuyển mình trong xu hướng công nghiệp hoá, hiện đại hoá. Ngành đường sắt cũng đang phát triển theo hướng hiện đại hoá cơ sở hạ tầng nhằm theo kịp các nước trong khu vực và trên thế giới để tăng khối lượng vận chuyển và bảo đảm an toàn. Trong xu thế chung đó thông tin tín hiệu đóng một vai trò lớn. An toàn trên đường ngang là một vấn đề bức xúc hiện nay đối với toàn xã hội. Các tai nạn liên tục xảy ra gây thiết hại về người và của gây ảnh hưởng xấu đến uy tín của ngành đường sắt. Vì vậy phải tăng cường các biện pháp phòng vệ đường ngang. Hiện nay trên đường sắt Việt Nam có rất nhiều loại hình thiết bị phòng vệ đường ngang. Một trong những loại hình đó là đường ngang cảnh báo tự động dùng PLC. PLC là một thiết bị điều khiển công nghiệp mới đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam. Cảnh báo tự động dùng PLC nhằm thay thế cho hệ thống rơle cũ có nhiều nhược điểm. Cảnh báo tự động dùng PLC có nhiều ưu điểm như: nhỏ gọn, hoạt động chính xác tin cậy và đặc biệt có thể thay đổi chương trình điều khiển một cách dễ dàng. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 2 Dưới đây tôi xin trình bày những thiết kế cho hệ thống cảnh báo tự động dùng PLC tại đường ngang KM 7 +137 trên tuyến đường sắt thống nhất. CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG NGANG VÀ THỰC TRẠNG ĐƯỜNG NGANG VIỆT NAM I. Khái niệm chung về đường ngang và an toàn chạy tàu: I.1.Khái niệm chung về đường ngang: Đường ngang nói trong Điều lệ đường ngang là nơi đường sắt và đường bộ giao nhau trên cùng một mặt bằng, được cơ quan có thẩm quyền quyết định xây dựng để đảm bảo an toàn giao thông. Những quy định trong Điều lệ đường ngang không áp dụng đối với cầu chung (đường sắt và đường bộ trên cung một mặt cầu) và nơi đường sắt giao cắt với đường bộ trong nội bộ ga, cảng, bãi hàng, nhà máy, xí nghiệp. Phạm vi đường ngang bao gồm: • Đoạn đường bộ đi qua đường sắt nằm giữa hai chắn hoặc nằm giữa hai ray chính ngoài cùng và hai bên đường sắt cách má ray ngoài cùng trở ra 6m nơi không có chắn • Đoạn đường sắt nằm giữa hai vai đường bộ tại điểm giao. Đường ngang được phân loại như sau: 1.Theo thời gian sử dụng: lâu dài; có thời hạn; thường xuyên đóng. 2.Theo cách tổ chức phòng vệ: có người gác; không có người gác; biển báo hiệu . 3.Theo cơ quan quản lý: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 3 - Cơ quan quản lý đường sắt Việt Nam quản lý: đường ngang nơi đường bộ giao nhau với đường sắt chính hoặc đường sắt chuyên dùng của ngành đường sắt gọi là đường ngang công cộng, đường ngang nơi đường bộ chuyên dùng giao nhau với đường sắt gọi là đường ngang nội bộ. - Cơ quan quản lý đường bộ quản lý: đường ngang nơi đường bộ giao nhau với đường sắt chuyên dùng không do đường sắt quản lý gọi là đường ngang chuyên dùng. I.2. Phân loại đường ngang Điều 4. Đường ngang được phân thành các cấp cụ thể như sau: 1. Đường ngang cấp I: Đường sắt chính giao nhau với đường bộ cấp I, cấp II, cấp III; 2. Đường ngang cấp II: Đường sắt chính giao nhau với đường bộ cấp IV, cấp V; 3. Đường ngang cấp III: Đường ngang còn lại không thuộc đường ngang quy định tại khoản 1, khoản 2 của Điều này; 4. Đường ngang nằm trong nội đô, nội thị ( thành phố, thị xã, thị trấn ) được xếp vào cấp tương ứng do Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải quyết định. I.3.Các yêu cầu đối với cấu trúc đường ngang: Theo quy định đường ngang phải được đặt trên các đoạn thẳng của đường sắt và đường bộ. Đường bộ phải cắt vuông góc với đường sắt; trong các trường hợp ngoại lệ cho phép đặt trên giao cắt một góc nhọn nhưng không nhỏ hơn 45 độ. Trắc dọc nền đường bộ ở hai phía đường ngang phải là đoạn đường bằng không ngắn hơn 10m ở nơi nền đường đắp và 15m ở nơi nền đường đào. Hướng đường cong sắp tới đường ngang không ngoặt quá 0.05. Chiều rộng của đường ngang không được ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 4 nhỏ hơn bề rộng của đường ô tô và cho phép chuyển động theo cả hai hướng cùng một lúc. Trong tất cả các trường hợp, chiều rộng của các đường ngang hiện có không nhỏ hơn 6m và khi cải tạo lại không nhỏ hơn 7m. Để tránh đoản mạch mạch điện đường ray tại đường ngang khi có xe bánh sắt chạy qua, phía ngoài lòng đường sắt cao hơn đỉnh ray từ 30 đến 40 mm đặt gờ chống chập. Tại đường ngang cấp I, cấp II, gờ chống chập làm bằng tấm đan bê tông. Mặt gờ chống chập phải bằng phẳng không được lồi, lõm cản trở giao thông đường bộ, hạn chế năng lực thông qua đường ngang. Trên đoạn đường sắp tới đường ngang phải trồng cọc tiêu cách nhau 1.5m hoặc hàng rào dài suốt 16m tính từ ray ngoài cùng trở ra. Cách đường ngang từ 500m đến 1500m về mỗi phía đường sắt phải đặt biển “kéo còi”. Trên đường bộ về hai phía đường ngang đặt: - Trước đường ngang không trang bị tín hiệu phòng vệ đặt hai biển báo “Đường ngang không có cần chắn” . Biển thứ nhất cách đường ngang 40 đến 50m, biển thứ hai cách đường ngang 150 đến 250 m tính từ mép ray ngoài cùng cùng phía. - Trước đường ngang có trang bị cần chắn (tự động hoặc điều khiển bằng tay) đặt hai biển báo “ Đường ngang có cần chắn”.Vị trí hai biển báo này như nêu trên cho đường ngang không cần chắn. - Trước đường ngang được trang bị cần chắn tự động hoặc nửa tự động phía bên phải đường ô tô cách mép ray cùng phía 50 còn trang bị thêm biển báo “ Đường ngang có cần chắn tự động”. - Trên tất cả các đường ngang không có cần chắn và cả các đường ngang có cần chắn nửa đường tự động, ở gần đường ngang đặt biển chéo hình chữ X. Để tránh nhầm lẫn, tại các đường ngang có cần chắn không gắn biển này. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 5 - Tất cả các biển báo nêu trên đặt trên lề đường đường bộ về phía bên phải theo hướng chạy của ô tô. - Các đường ngang câp I, cấp II và cả các đường ngang phòng hộ của các cấp khác nằm gần ga cần có điện thoại liên lạc với ga gần nhất. - Những cần chắn cơ khí phải được điều khiển tập trung. Trên cần chắn cơ khí có đèn sáng về ban đêm và cả ban ngày khi tầm nhìn tín hiệu hạn chế. Khi đóng chắn các đèn này chiếu ánh sáng đỏ về phía đường ô tô, khi chắn mở: ánh sáng màu xanh.Trong cả hai trường hợp vừa nêu từ phía chòi chắn đều nhìn thấy đèn màu trắng. I.4.Các quy định về đèn báo hiệu đường bộ cho đường ngang. - Đèn báo hiệu và chuông điện trên đường bộ phải đặt trước chắn đường bộ (hoặc liền với trụ chắn đường bộ ) hoặc đặt cách ray ngoài cùng 6m trở lên. - Đèn báo hiệu và chuông đường bộ phải đạt các yêu cầu sau: + Đèn báo hiệu phải có hai đèn đỏ đặt ngang nhau, hai đèn nay thay phiên nhau nhấp nháy khi bật sáng; cấm mọi sự đi lại qua đường ngang. Khi tàu ra hết đường ngang, chắn đã mở hoàn toàn, đèn báo hiệu tắt, đi lại trên đường bộ trở lại bình thường; Thời điểm đèn báo hiệu bật sáng phải đảm bảo trước lúc tàu tới đường ngang ít nhất là: a) 50 giây khi dùng đèn báo hiệu tự động và chắn đường bộ tự động. b) 90 giây khi dùng đèn báo hiệu tự động và chắn đường bộ không tự động. c) 120 giây khi dùng đèn báo hiệu không tự động (điện hoặc dầu). + Chuông điện phải được lắp đặt trên cùng cột đèn báo hiệu, khi chuông kêu phải có âm lượng đủ to để người đi bộ cách xa 15m nghe ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 6 thấy, chuông kêu khi tàu tới gần đường ngang. Chuông tắt khi chắn đóng hoàn toàn. + Ánh sáng và góc phát sáng của đèn báo hiệu phải đảm bảo để người điều khiển phương tiện giao thông đường bộ nhìn thấy được tín hiệu từ khoảng cách 100m trở lên. Ánh sáng đỏ của đèn tín hiệu không được chiếu về phía đường sắt. Trong Điều lệ đường ngang quy định: đèn báo hiệu trên đường bộ phải có hai đèn đỏ đặt ngang nhau, hai đèn này thay phiên nhau nhấp nháy khi bật sáng; không dùng hai đèn xanh và đỏ hoặc dùng một loại đèn đỏ như cũ vì: - Trạng thái thường xuyên của đường là khai thông đường bộ. Đèn xanh sáng chứng tỏ đường khai thông do đó phải sáng thường xuyên dẫn đến tốn điện, chóng hỏng bóng đèn. Đã có đèn báo hiệu trên đường bộ dùng hai đèn một xanh và một đỏ tại đường ngang đầu cầu Cốc Lếu (Lào Cai) nhưng thực tế vì bất lợi nêu trên nên không dùng đèn xanh. - Khi đèn đỏ bật sáng có nghĩa là đóng đường ngang, cấm người và các phương tiện giao thông đường bộ qua đường ngang. Trên cột đèn báo hiệu còn có biển đề : “ Đèn đỏ dừng lại”. - Đèn đỏ sáng nhấp nháy để phân biệt với đèn đường bộ tại nút giao thông. Sáng nhấp nháy chẳng những thu hút được sự chú ý của người điều khiển giao thông đường bộ mà còn tăng tầm nhìn của đèn tín hiệu. Vì vậy cần thiết lắp hai đèn đỏ ngang nhau thay phiên nhau nhấp nháy để tăng cường chú ý và dễ phân biệt. - Thực tế hai đèn đỏ ngang nhau thay phiên nhau nhấp nháy trên cột đèn báo hiệu đường bộ tại các đường ngang phía Bắc ga Hà Nội mỗi khi có tàu sắp tới đường ngang được xây dựng từ những năm đầu thập kỷ 70, mãi đến những năm đầu thập kỷ 80 mới chính thức đưa vào sử dụng. Cột đèn báo hiệu tại đường ngang Sinh Từ (nay là đường ngang Nguyễn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 7 Khuyến, Hà Nội) được xây dựng từ thời kỳ đó vẫn đúng với Điều lệ đường ngang mới. Ngoài đèn đỏ nhấp nháy nêu trên hiện nay tại các đường ngang có trang bị hệ thống tín hiệu cảnh báo tự động còn có một ánh đèn màu vàng sáng nhấp nháy khi thiết bị của hệ thống tín hiệu tự động có trở ngại không bật được đèn đỏ sáng nhấp nháy (không đóng đường ngang) cảnh báo cho người điều khiển các phương tiện giao thông tăng cường chú ý khi qua đường ngang. Một ánh đèn màu vàng sáng nhấp nháy cả về hai phía đường sắt nhằm cảnh báo cho tài xế xe lửa. I.5.Tín hiệu ngăn đường và những quy định đối với tín hiệu ngăn đường. - Tín hiệu ngăn đường để phòng vệ đường ngang từ phía đường sắt khi cần bắt tàu dừng lại hoặc khi đường ngang có chướng ngại. Trong trường hợp này các tín hiệu ngăn đường đèn màu đặt ở phía trước đường ngang được bật sáng, ở trạng thái bình thường các đèn tín hiệu ngăn đường không sáng. - Trên hai phía đường sắt đi tới đường ngang có người gác khi cần phải đặt tín hiệu ngăn đường thì người đứng đầu ngành Đường sắt Việt Nam quyết định, trừ những đường ngang sau: a)Đường ngang mà chắn đường bộ thường xuyên đóng hoặc có cần chắn tự động hoặc tín hiệu cảnh báo tự động; b)Đường ngang nằm trong phạm vi phòng vệ của tín hiệu vào ga, ra ga, hoặc tín hiệu bãi dồn, tín hiệu thông qua trên đường sắt có thiết bị đóng đường tự động hoặc tín hiệu phòng vệ khác, khi các tín hiệu trên cách đường ngang dưới 800 m. c)Tín hiệu ngăn đường trên đường sắt đặt cách đường ngang (tính từ vai đường bộ cùng phía) từ 100 m đến 500m. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 8 Nơi nhiều đường ngang có người gác ở gần nhau và khoảng cách giữa hai đường ngang nhỏ hơn 500 m mà chưa cải tạo theo quy định tại Điều 49 Điều lệ đường ngang, thì tín hiệu ngăn đường trên đường sắt bố trí ở hai đầu khu vực chung cho các đường ngang đó. d)Tín hiệu ngăn đường phải đặt ở bên trái theo hướng tàu chạy vào đường ngang. Trường hợp khó khăn đặc biệt, nếu được người đứng đầu Đường Sắt Việt Nam cho phép thì đặt ở bên phải theo hướng tàu chạy vào đường ngang. e)Tầm nhìn của tín hiệu ngăn đường trên đường sắt phải đảm bảo ít nhất 800 m. Trường hợp địa hình khó khăn tầm nhìn của tín hiệu ngăn đường không được nhỏ hơn 400m. f)Tín hiệu ngăn đường trên đường sắt là tín hiệu màu đỏ, tín hiệu ngăn đường bật sáng báo hiệu ngừng tàu. g)Khi tín hiệu ngăn đường tắt, tàu hoạt động bình thường. Khi có trở ngại trên đường ngang ảnh hưởng đến an toàn chạy tàu thì nhân viên gác chắn mới chuyển tín hiệu này bật sáng. i)Đường ngang có người gác nằm trên khu gian có thiết bị đóng đường tự động thì bất kể có tín hiệu ngăn đường trên đường sắt hay không, đều phải lắp đặt thiết bị để chuyển tín hiệu đóng đường ở gần đường ngang về trạng thái đóng để nhân viên gác chắn thao tác kịp thời khi trên đường ngang có trở ngại ảnh hưởng đến chạy tàu. I.6. Các thiết bị thông tin, tín hiệu trong nhà gác đường ngang: Trong nhà gác đường ngang phải có các thiết bị thông tin tín hiệu như điện thoại hoặc điện thoại và thiết bị thông báo tự động cho nhân viên gác chắn biết khi tàu tới gần đường ngang. Đường ngang có người gác ở nơi có nguồn điện lưới quốc gia phải trang bị đèn chiếu sáng về ban đêm và ban ngày khi có sương mù. Ánh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 9 sáng đèn đủ để người điều khiển phương tiện giao thông đường bộ nhìn rõ tín hiệu người gác chắn. Các thiết bị tín hiệu và các thiết bị phòng vệ đường ngang có người gác hoạt động bằng điện phải điều khiển tập trung tại nhà gác đường ngang. Các thiết bị này phải luôn tốt, sử dụng được và phải điều khiển được bằng tay nếu thiết bị tự động bị hỏng đột xuất. Trong trường hợp không điều khiển tập trung được phải được người đứng đầu Đường Sắt Việt Nam cho phép. Đường ngang có người gác chắn phải đặt chắn ở hai đầu đường bộ đi vào đường ngang. Xà chắn đặt cách má ray ngoài cùng 6 m. Trong trường hợp địa hình hạn chế, xà chắn không được vi phạm khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc của đường sắt. Xà chắn có thể làm trơn hoặc treo các lá kim loại hoặc lưới kim loại. Xà chắn (trừ xà chắn tự động) đều phải có bô phận chốt hãm để chắn không thể tự di động. Ở đường ngang có người gác, khi chắn đã đóng, xà chắn phải chắn ngang hết mặt đường bộ, liền sát với hàng rào cố định và phải cao hơn mặt đường bộ từ 1 đến 1.2 m. Chắn phải bắt đầu đóng từ phía bên phải đường bộ (theo hướng đi vào đường ngang) sang phía trái. Đường ngang có nhiều chắn phải đóng chắn phía bên phải trước, đóng chắn phía trái tiếp theo cho chắn đến tận cùng phía bên trái. Khi chắn mở, không một bộ phận nào của chắn được cản trở mặt đường. Cấm để giàn chắn, xà chắn ở vị trí lơ lửng. Chắn ở đường ngang có người gác có hai loại: cần chắn và giàn chắn. Quy cách, tiêu chuẩn kỹ thuật của giàn chắn phải theo quy định. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 10 Đường ngang cấp I, cấp II có tổ chức phòng vệ phải trang bị cần chắn tự động hoặc tín hiệu cảnh báo tự động. Khi chưa có cần chắn tự động hoắc tín hiệu cảnh báo tự động thì phải có người gác. Các cơ cấu và thiết bị chắn tự động phải đảm bảo hoạt động theo trình tự sau: a)Khi tàu tới gần đường ngang đèn đỏ báo hiệu trên đường bộ và đèn đỏ trên xà chắn tự động bật sáng, chuông báo hiệu tự động kêu. Sau 7 đến 8 giây cần chắn bắt đầu đóng. Khi cần chắn đóng hoàn toàn chuông báo hiệu tự động tắt. b)Khi tàu qua khỏi đường ngang, cần chắn tự động mở. Khi cần chắn đã mở hoàn toàn, đèn trên xà chắn và đèn báo hiệu đường bộ tự động tắt. Đường ngang lắp đặt chắn tự động và không bố trí người gác chỉ dùng loại cần đóng 1/2 hoặc 2/3 mặt đường bộ. Phần đường bộ còn lại không có cần chắn phải rộng ít nhất 3 m và ở bên trái của xe vào đường ngang. c)Hai phía đường bộ đi vào đường ngang phải được đóng chắn hoàn toàn trước khi tàu tới đường ngang ít nhất: - 40 giây đối với chắn tự động. - 60 giây đối với chắn điện và tời. - 90 giây đối với chắn thủ công. d)Không đóng chắn trước quá 3 phút đối với đường ngang cấp I, cấp II và 5 phút đối với đường ngang cấp III trước khi tàu tới đường ngang (trừ các đường ngang có quy định riêng của Bộ Giao thông vận tải). I.7.Quy định đối với đường ngang không đủ tiêu chuẩn. - Nơi đường bộ chạy song song với đường sắt có đường rẽ vào đường sắt mà đoạn đường bộ từ chỗ rẽ đến má ray ngoài cùng của đường sắt cùng phía nhỏ hơn 10 m thì phải bố trí giao cắt lập thể hoặc làm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 11 đường bộ đi vòng để kéơ dài đoạn đường rẽ đủ để đặt biển báo hiệu, cọc tiêu, vạch kẻ đường. - Việc đặt biển báo hiệu trên đường bô nói trên quy định như sau: a)Chiều dài đoạn đường bộ nhỏ hơn 10 m, không đặt biển báo hiêu nguy hiểm; b)Chiều dài đoạn đường bộ từ 10 m đến 50 m, chỉ đặt một biển phụ “ chỗ đường sắt cắt đường bộ”; c)Chiều dài đoạn đường bộ trên 50 m, đặt các biển báo hiệu: Biển 210, biển 211, biển 508a, biển 508b. - Mặt biển báo trên đường bộ đặt vuông góc với chiều xe đi vào đường ngang và đặt trong phạm vi đoạn đường rẽ vào đường sắt. - Tại ngã ba, ngã tư đường bộ có nhánh đường bộ đi vào đường ngang có tổ chức phòng vệ, khi khoảng cách từ ngã ba, ngã tư đó đến đường ngang nhỏ hơn 50 m thì cơ quan quản lý đường bộ phải: + Đặt đèn báo hiệu trên đường bộ ở ngã ba, ngã tư nếu ở ngã ba, ngã tư không có đèn điều khiển giao thông để báo cho người và phường tiện tham gia giao thông đường bộ sắp đi vào đường ngang đỗ lại trước ngã ba, ngã tư khi chắn đường bộ tại đường ngang phía trước đang đóng; Nếu ở ngã ba, ngã tư có đèn điều khiển giao thông đường bộ thì đèn này phải có biểu thị phù hợp với đèn báo hiệu trên đường bộ đặt trên đoạn đường bộ đi vào đường ngang. + Đèn báo hiệu trên đường bộ song song với đường sắt phải có biểu thị phù hợp với biểu thị tín hiệu đường sắt (khi đường bộ vào đường ngang đóng để cho tàu chạy; đường bộ song song với đường sắt phải thanh thoát). - Đường bộ cùng một lúc giao cắt với cả đường sắt và đường bộ chạy song song với đường sắt, việc đặt biển báo hiệu trên đường bộ đi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 12 vào đường ngang quy định như nêu ở trên cho từng phía đường bộ đi vào đường ngang: + Có giao cắt với đường bộ sau đó giao cắt đường sắt; + Không giao cắt với đường bộ. II.Thực trạng đường ngang Việt Nam. II.1.Tiêu chuẩn an toàn: Trước khi nghiên cứu và chọn lựa mô hình phòng hộ đường ngang tự động để ứng dụng ở Việt Nam, cần phải đề ra được các nguyên tắc căn bản đảm bảo an toàn cho đường ngang, dựa trên các tiêu chí đó tiến hành chọn ứng dụng các mô hình sẵn có trên thế giới hay đề ra các mô hình mới phù hợp với điều kiện Việt Nam. Trong ngành đường sắt ở các nước trên thế giới có nhiều tiều chuẩn khác nhau, dưới đây xin giới thiệu một bộ tiêu chuẩn an toàn cho đường ngang tương đối mang tính điển hình được áp dụng để xây dựng các đường ngang trên đường sắt nước Anh: Tiêu chuẩn an toàn giao cắt đồng mức sắt bộ tại Anh: 1) Người đi trên đường bộ phải có thông báo rõ ràng và kịp thời về việc tiếp cận đường ngang của họ. 2) Có thông báo đầy đủ và kịp thời về trạng thái đang đóng hay đã đóng hoàn toàn đối với giao thông đường bộ (khi có đoàn tàu tới gần đường ngang); 3) Luồng xe trên đường bộ không làm tắc gác chắn tự động; 4) Các đặc tính của đường bộ có đường ngang tự động không đảm bảo những điều kiện như vậy có thể sẽ gặp tai nạn rủi ro; 5) Chu kỳ thời gian của đường ngang tự động không nên quá ngắn để khi có một xe tải dài chạy chậm và không thể giải phóng đường trước khi tàu đến dẫn đến xảy ra tai nạn, song cũng không nên quá dài ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 13 làm cho người đi bộ sốt ruột và họ cũng không tuân theo tín hiệu ngăn đường bộ nữa; 6) Toàn bộ hệ thống phải rất tin cậy và có khả năng giảm thiểu tai nạn rủi ro đáng tiếc xảy ra trong trường hợp thiết bị bị hỏng. Đề xuất tiêu chuẩn an toàn đường ngang cho ĐSVN: a)Người và phương tiện đi trên đường bộ phải có thông báo rõ ràng và kịp thời về việc đến gần đường ngang; b)Có tín hiệu đầy đủ và kịp thời về trạng thái đóng, mở của đường ngang đối với giao thông đường bộ; c)Sự vận hành của thiết bị chắn đường ngang tự động không gây ra sự ách tắc đối với luồng xe trên đường bộ, ngược lại sự di chuyển của phương tiện vận tải đường bộ không làm hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến sự làm việc của chắn tự động; d)Đường ngang tự động có mật độ giao thông lớn cần có thông báo kịp thời cho đoàn tàu về sự tắc nghẽn trên đường ngang; e)Toàn bộ hệ thống phải tin cậy và có khả năng giảm tối thiểu tai nạn và rủi ro đáng tiếc xảy ra trong trường hợp thiết bị bị hỏng. II.2.Nhu cầu bức thiết hiện nay đối với hệ thống phòng vệ đường ngang ở Việt Nam Vấn đề an toàn giao thông đường sắt hiện nay có mối liên hệ chặt chẽ đến các biện pháp tổng thể giải quyết an toàn trên các giao cắt đồng mức. Việc nghiên cứu thay thế dần các đường ngang thủ công bằng tự động là lời giải đúng đắn cho vấn đề trên . Nhờ việc thay thế dần các lao động thủ công trên các đường ngang bằng công nghệ tự động hoá, có độ tin cậy làm việc cao, giảm nhỏ chi phí vận hành khai thác hệ thống. Hơn thế nữa, giải pháp tư động hoá thiết bị đường ngang còn đáp ứng sự tăng trưởng giao thông đường bộ trên đường ngang, dẫn tới tiết kiệm đáng kể lượng tài chính Quốc gia quy đổi từ sự thất thoát do ách tắc giao thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 14 trên đường ngang. Đồng thời sự tắc nghẽn giao thông trên đường ngang này cũng đã gây ra tổn thất lớn cho ngành đường sắt nói riêng cũng như Quốc gia nói chung khi nó là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến việc Nhà nước đình chỉ chạy tàu trong nội đô thành phố vào thời gian ban ngày. Ngành đường sắt Việt Nam hiện nay đang phấn đấu rút ngắn thời gian chạy tàu Bắc – Nam từ 30h xuống còn 28h. Cùng việc tăng tốc độ các đoàn tàu thì vấn đề an toàn trên các đường ngang sẽ trở nên khó khăn hơn và cấp thiết hơn. Trong tình hình thiếu vốn đầu tư trầm trọng để cải tạo và nâng cấp cơ sở hạ tầng nhằm đáp ứng mục tiêu chạy tàu tốc độ cao, thì việc xem xét kỹ lưỡng hơn đến đầu tư trang bị cho đường ngang còn là giải pháp có tính khả thi để rút ngắn đáng kể thời gian chạy tàu. Trong số các yếu tố cản trở việc nâng cao tốc độ các đoàn tàu Bắc Nam hiện nay có hai yếu tố thuộc về đường ngang có thể giải quyết được: Yếu tố thứ nhất – là một nguyên nhân xác định. Do đường sắt Bắc Nam chạy qua một số thành phố lớn dân cư đông, có mật độ đường ngang và lưu lượng người qua đường ngang lớn dẫn đến sự hạn chế tốc độ các đoàn tàu so với khả năng có thể của đầu máy, đường, cầu, cống...Ta gọi nguyên nhân hạn chế tốc độ này là sự hạn chế tốc độ do cường độ vận tải và mật độ đường ngang.(Ví dụ khu đoạn Hà Nội – Văn Điển). Yếu tố thứ hai – là một nguyên nhân bất định, tạm gọi là sự chậm tầu do nguyên nhân bất định. Khó có thể duy trì hành trình chạy tàu trong điều kiện an toàn chạy tàu hiện nay (nếu như giả thuyết có thể đạt được thời gian chạy tàu nói trên). Các nguyên nhân có thể là: Các sự cố tai nạn ngẫu nhiên xảy ra trên đường ngang do nguyên nhân yếu kém của các thiết bị phòng vệ đường ngang, dẫn tới cản trở hành trình chạy tàu; Yếu tố căng thẳng tâm lý của người lái tàu khi phải chạy với tốc độ cao trong điều kiện Việt Nam, nhất là tình trạng chấp hành kỷ luật giao ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 15 thông trên các đường ngang của nhân dân rất thấp dẫn đến sự giảm tốc độ theo bản năng của lái tàu khi đi qua các đường ngang (không theo quy định của công lệnh tốc độ). Thời gian chậm tốc độ trên mỗi đường ngang có thể rất ngắn (vài giây đến vài chục giây/đường ngang) nhưng nếu xét cả hành trình Bắc - Nam thì thời gian chậm tàu có thể sẽ rất đáng kể. Nguyên nhân chậm tàu từ yếu tố bất định này tuy mang tính ngẫu nhiên song nó tồn tại lâu dài và có thể sẽ gây ra sự chậm tàu không xác định được trước, hoặc khó quy kết được nguyên nhân. Đây là yếu tố cần loại trừ khi xây dựng kế hoạch chạy tàu 28h hành trình Bắc – Nam vì nó không chỉ gây các thiệt hại về mặt kinh tế mà còn ảnh hưởng tới uy tín của vận tải đường sắt so với các ngành vận tải khác. II.3. Thực trạng đường ngang trên đường sắt Việt Nam. II. Tình hình an toàn chạy tàu ở Việt Nam: Tình hình an toàn giao thông nói chung và an toàn chạy tàu đường sắt nói riêng trong khoảng thời gian 1995 – 2000 cho thấy: Tai nạn giao thông trong cả nước tăng 45.8%, trong đó tai nạn giao thông đường bộ chiếm khoảng 96%, tăng 46%. Số người chết do tai nạn giao thông tăng 38.3%, trong đó số người chết do tai nạn giao thông đường bộ chiếm 94%, tăng 38%. Số người bị thương do tai nạn giao thông tăng 49.67%, trong đó số người bị thương do tai nạn đường bộ chiếm 98%, tăng 49%. Bảng 1.1-Tổng hợp số vụ tai nan giao thông, tai nạn giao thông đường bộ và đường sắt Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Số vụ tai nạn ĐS 331 335 326 399 517 633 Tỉ lệ tai nạn ĐS/TNGT 2.07% 1.71% 1.63% 1.92% 2.40% 2.71% Số vụ TNGT đường bộ 15376 19075 19159 19975 20733 22486 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 16 Tỷ lệ TNGTĐB/TNGT 96.11% 97.13% 95.80% 96.25% 96.26% 96.39% Tổng số vụ TNGT 15999 19638 19998 20753 21538 23327 Bảng 1.2-Số tử vong và xu hướng phát triển do TNGT,GTĐB và ĐS Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Số tử vong do TNGT 5728 5932 6152 6394 7095 7924 Số tử vong do TNGTĐB 5430 5581 5680 6067 6670 7500 Tỷ lệ tử vong TNGTĐB/TNGT 95% 94% 92% 95% 94% 95% Số tử vong do tai nạn ĐS 123 136 115 129 181 185 Tỷ lệ tử vong TNĐS/TNGT 2% 2% 2% 2% 3% 2% Bảng 1.3- Số người bị thương và xu hướng phát triển do TNGT,GTĐB và ĐS 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Số người bị thương do TNGT 17167 21718 22071 22989 24179 25693 Số người bị thương doTNGTĐB 16920 21450 21800 22700 23850 25200 Tỷ lệ % 99% 99% 99% 99% 99% 98% Số người bị thương do TNĐS 157 185 180 226 293 445 Tỷ lệ % 1% 1% 1% 1% 1% 2% Tai nạn đường sắt chỉ chiếm2.1% trong tổng số vụ tai nạn giao thông , 2% về số người chết và 1.1% tổng số người bị thương do tai nạn, song ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 17 có xu hướng gia tăng. Trong khoảng thời gian 1995 – 2002, số vụ tai nạn đường sắt tăng bình quân 15%/năm, số người chết và bị thương do tai nạn đường sắt tăng tương ứng 8% và 30% năm. Theo trách nhiệm đối với tai nạn, tai nạn giao thông đường sắt được chia thành: - Tai nạn xảy ra do chủ quan ngành đường sắt - Tai nạn xảy ra do khách quan gây ra đối với ngành đường sắt. - Theo mức độ thiệt hại của tai nạn, tai nạn đường sắt được phân thành 3 loại: - Tai nạn nhẹ là tai nạn xảy ra không có người chết hoặc có 2 người bị thương nặng (theo giám định y tế) hoặc phương tiện thiết bị không phải sửa chữa lớn. - Tai nạn nặng là tai nạn xảy ra có từ 1-2 người chết hoặc có đến 3 người bị thương nặng (theo giám định y tế) - Tai nạn nghiêm trọng là tai nạn xảy ra có từ 3 người chết hoặc có 4 người bị thương nặng trở lên (theo giám định y tế) hoặc phương tiện thiết bị phải thanh lý. Trong số các tai nạn đường sắt xảy ra thì tai nạn đường sắt do chủ quan gây ra chỉ chiếm tỉ lệ nhỏ (5%) trong tổng số các vụ tai nạn đường sắt đồng thời có xu hướng ngày một giảm trong khi các vụ tai nạn đường sắt do khách quan mang lại chiếm tỉ lệ lớn (95%). Đối với các tai nạn đường sắt do chủ quan gây ra thì 50% số vụ tai nạn này nguyên nhân do cán bộ công nhân viên trực tiếp làm công tác chạy tàu trong khi thừa hành nhiệm vụ thiếu tinh thần trách nhiệm không chấp hành quy trình quy phạm luật lệ chạy tàu gây lên. Phần cồn lại là do phương tiện gây ra. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 18 Bảng 1.4- Tai nạn nghiêm trọng Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Chủ quan 0 0 0 0 0 1 Khách quan 1 1 3 1 1 2 Tổng 1 1 3 1 1 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 19 Bảng 1.5-Tai nạn nặng Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Chủ quan 0 0 0 0 0 1 Khách quan 1 3 2 0 2 5 Tổng 1 3 2 0 2 6 Bảng 1.6- Tai nạn nhẹ Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Chủ quan 26 23 16 16 17 24 Khách quan 35 31 28 40 53 53 Tổng 61 54 44 56 70 77 Các vụ vi phạm quy trình quy tắc và trở ngại chạy tàu tuy chưa tới mức tai nạn song là một nguy cơ đe doạ an toàn chạy tàu, do chủ quan gây ra chiếm một tỷ lệ đáng kể, trong đó số vụ vi phạm và trở ngại chạy tàu thuộc hệ đầu máy toa xe luôn chiếm một tỷ lệ cao (khoảng 40-60%) trong toàn bộ các vụ việc của toàn ngành. Bảng 1.7- Tình hình vi phạm quy trình quy phạm chạy tàu Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Chủ quan 8 5 0 9 3 8 Khách quan 2 1 0 0 0 0 Tổng 10 6 0 9 3 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 20 Bảng 1.8-Tình hình trở ngại chạy tàu Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Chủ quan 1247 1515 920 840 796 1097 Khách quan 248 295 206 239 238 273 Tổng 1495 1810 1126 1079 1034 1370 Đường ngang, đặc biệt là đường ngang dân sinh và đường ngang không có phòng vệ là những điểm đe doạ an toàn lớn nhất đối với hoạt động chạy tàu của ĐSVN. Số vụ tai nạn đường ngang chiếm xấp xỉ 82% trong tổng số tai nạn đường sắt và có xu hướng gia tăng với tốc độ bình quân khoảng 19% năm. Trong đó khoảng 60% xảy ra tại các đường dân sinh và 25% tại các đường ngang không có phòng vệ và 15% tại các đường ngang có phòng vệ. Số người chết do tai nạn đường ngang trong thời gian 1995-2002 chiếm trên 90% tổng số tử vong do tai nạn đường sắt, tăng với tốc độ bình quân 9.7% năm. Giai đoạn 1997-2002 số tử vong do tai nạn đường ngang tăng với tốc độ bình quân 12% năm. Số người bị thương do tai nạn đường ngang chiếm khoảng 96% tổng số người bị thương do tai nạn đường sắt và tăng với tốc độ bình quân 31% năm. Trong thời gian 1997- 2002 số người bị thương do tai nạn đường ngang tăng tốc độ là 39% năm. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 21 Bảng 1.9- Tai nạn đường ngang và xu hướng phát triển ở ĐSVN, 1995- 2002 Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Số vụ tai nạn ĐS 331 335 326 399 517 633 Số vụ tai nạn ĐN 252 276 258 322 429 544 Tỉ lệ TNĐN/TNDS 76% 82% 79% 81% 83% 86% SốTNĐN/triệu đoàn tàu-km 16.1 17.5 16.4 20.8 25.5 28.4 Bảng1.10 – Số lượng và tỷ lệ tử vong do tai nạn đường ngang ở Việt Nam Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Số người chết do tai nạn ĐS 123 136 115 129 181 185 Số người chết do tai nạn ĐN 113 131 104 122 170 179 Tỉ lệ người chết TNĐN/TNĐS 92% 96% 90% 95% 94% 97% Số người chết do TNĐN/triệu đoàn tàu-km 7.2 8.3 6.6 7.9 10.1 9.4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 22 Bảng1.11- Số người và tỉ lệ người bị thương do tai nạn đường ngang ở Việt Nam Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Số người bị thương do TNĐS 157 185 180 226 293 445 Số người bị thương do TNĐN 152 171 170 213 289 437 Tỉ lệ người bị thương TNĐN/TNĐS 97% 92% 94% 94% 94% 99% Số người bị thương do TNĐN/triệu đoàn tàu-km 9.7 10.8 13.8 13.8 17.2 22.8 Hiện nay đường sắt Việt Nam có chừng 4854 đường ngang các loai, tức là cứ nửa km đường sắt lại có một đường ngang, là nước có mật độ đường ngang cao nhất Châu Á, gấp 3 lần so với Ấn Độ. Số đường ngang dân sinh và đường ngang không có người gác chiếm tới 91% trong tổng số đường ngang ở Việt Nam Hiện nay ở ĐSVN chỉ có 11 giao cắt lập thể giữa đường bộ và đường sắt, trong đó 6 giao cắt ở Hà Nội và 5/6 giao cắt được xây dựng từ đầu thế kỷ 20. Bảng1.12-Số lượng và mật độ đường ngang ở Việt Nam ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 23 Chiều dài đường sắt Số lượng đường ngang Mật độ đường ngang/ km Số đường ngang chính thức Đường ngang dân sinh Có phòng vệ Không phòng vệ 2,712 4,854 1.8 429 73 3,642 Hà Nội và TP Hồ Chí Minh là hai nơi có mật độ đường ngang cao nhất. Hà Nội chỉ có 34km đường sắt nhưng có tới 305 đường ngang, hay cứ 110m lại có một đường ngang.Trong đó 32 đường ngang là đường ngang có người gác, 55 đường ngang có trang bị biển báo giao cắt đường bộ đường sắt và 218 đường ngang dân sinh. Tại TP Hồ Chí Minh, có chừng 58 đường ngang dân sinh. III.Giới thiệu các loại hình thiệt bị đường ngang tự động. Tín hiệu cảnh báo tự động trên đường ngang có ba loại hình khác nhau: Cần chắn tự động là loại hình thiết bị tiên tiến nhất để phòng vệ đường ngang. Nó được xây dựng như một bước bổ sung các cần chắn vào hệ thống tín hiệu cảnh báo tự động.Vì các cần chắn tự động hạ xuống hoặc nâng lên nên phải nâng, hạ xuống từ từ để cần không rơi xuống đầu người qua đường và chiều dài cần không thể chắn hết mặt đường bộ (phần đường xe chạy) nhằm để cho xe cộ đã lọt vào đường ngang có lối thoát ra khỏi đường ngang. Lợi dụng quãng hở này, những người không hiểu biết cố ý lách qua đường ngang khi cần chắn đã hạ xuống. Trong 6 tháng đầu thử nghiệm tại 4 cần chắn đã bị va quệt làm gãy 5 lần. Vì dân trí thấp như trên nên loại này tuy có mẫu hình thiết kế được duyệt sớm nhưng ít được phát triển sử dụng. Đã có hơn 200 đường ngang được trang bị hệ thống tín hiệu cảnh báo tự động.Nhiều người dân sống gần đường ngang khi thấy trang bị tín ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 24 hiệu cảnh báo tự động rất phấn khởi, hoan nghênh ngành ĐSVN cho lắp đặt thiết bị này. Khi nghe qua loa tại đường ngang giọng nói .nhắc nhở:”Chú ý có tàu qua đường ngang… chú ý có tàu qua đường ngang …" thì người qua đường, xe cộ nhanh chóng thoát khỏi đường ngang. Bình thường chuông và đèn của hệ thống cảnh báo tự động không hoạt động, trước khi tàu tới đường ngang ít nhất 40 giây là có chuông kêu, đèn đỏ bật sáng (đóng đường ngang); đuôi tàu qua khỏi đường ngang là chuông ngừng kêu, đèn đỏ tắt. Tất cả đường ngang cảnh báo tự động đều đảm bảo yêu cầu này. Biên bản nghiệm thu bàn giao đưa vào sử dụng đều có ghi kết luận là đảm bảo thi công theo thiết kế được duyệt; đã tiến hành theo dõi và đạt tỉ lệ hoạt động không có trở ngại từ 99% trở lên tính theo số chuyến tàu. Khi đưa hệ thống CBTĐ đầu tiên tại đường ngang Thú Y km 2+273 khu gian Hà Nội - Giáp Bát vào thử nghiệm đã rút được bài học sau: trong điều kiện hiện nay, không thể xây dựng tín hiệu ngăn đường cho hệ thống tín hiệu cảnh báo tự động; không thể kiểm soát được chướng ngại trên đường ngang; sau này tuy đã cải tiến lập ra loại tín hiệu mới: tín hiệu cảnh báo đường ngang (dùng cho tài xế tàu hoả, đặt quay về hai phía đường sắt) nhưng nay cũng chưa dùng được vì rất nhiều nguyên nhân. Điều rất quan trọng là mới chỉ xác định được tốc độ cho phép lớn nhất chạy qua đường ngang chứ chưa xác định được tốc độ hạn chế thấp nhất là bao nhiêu. Nhiều các đoàn tàu hàng chạy rất chậm trên khu gian có đường ngang cảnh báo tự động. Có trường hợp tàu chạy hơn 3 phút kể từ lúc đèn đỏ sáng, chuông bắt đầu kêu mà tàu vẫn không chạy tới đường ngang nên đành phải giải phóng đường ngang, khai thông đường bộ, khi tàu chạy lại, đèn đỏ báo hiệu đường bộ không sáng, chuông không kêu. Hiện tượng tương tự xảy ra đối với đường ngang gần ga, hoặc trong ga. Những tồn tại nêu trên dần dần được khắc phục nhưng chưa giải quyết triệt để các vấn đề mới phát sinh. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 25 Hệ thống cảnh báo tự động dùng máy tính nhúng hoặc phần mềm dùng PLC có thể điều chỉnh thời gian đóng đường ngang; có hệ thống giám sát từ xa: từ phòng trực của ga có thể quan sát, theo dõi hoạt động của hệ thống CBTĐ. Với các yêu cầu ngày càng cao như vây, nhiều đơn vị đã tham gia chế tạo thiết bị, lập trình, chọn phần mềm tương thích. Đã sử dụng rất nhiều loại cảm biến phát hiện tàu như mạch điện đường ray, phô to sensor, các loại sensor điện, từ, điện từ, địa chấn… nhưng chưa chọn được loại nào có tính ổn định cao ngang tầm quốc tế, chưa tổ chức phân tích đánh giá chất lượng của các loại cảm biến. Trở ngại chính của hệ thống CBTĐ hiện nay là do sensor gây ra (những sensor công nghiệp nhập từ nước ngoài thì không phù hợp với điều kiện nhiệt đới của ĐSVN, các loại thiết bị sản xuất trong nước do công nghệ chế tạo kém, chưa đủ thiết bị đo kiểm để có các tham số kĩ thuật, chỉ tiêu kỹ thuật chính xác). Ví dụ: không xác định được khoảng thời gian đóng đường ngang cần điều chỉnh là bao lâu cho phù hợp với các tàu công trình, tàu hàng chạy rất chậm hoặc việc chưa đo được cường độ ánh sáng của đèn LED và độ lệch trục của chùm sáng qua thấu kính là bao nhiêu, các đèn LED dùng trên cột báo hiệu đường bộ còn sáng rất mờ. Cảm biến phát hiện tàu cung cấp thông tin đầu vào mà hoạt động chưa ổn định thì làm sao bộ điều khiển dùng phần mềm lập trình hoạt động đúng được. Ví dụ: do cảm biến ở đầu vào không hoạt động (không báo tàu) nên khi tàu đến đường ngang. Đèn đỏ không sáng, chuông không kêu nhưng khi tàu qua đường ngang tới điểm báo tàu ở đầu kia thì đèn đỏ sáng, chuông kêu, lỗi này đâu tại phần mềm. Hiện nay có nhiều loại phần mềm khác nhau, nhiều loại sensor khác nhau, xây dựng CBTĐ không trang bị thiết bị dự trữ , không làm dự trữ nóng thì lúc CBTĐ bị hỏng chưa kịp sửa chữa, đường ngang không được phòng vệ. Một số hệ CBTĐ được xây dựng trước khi Điều lệ đường ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 26 ngang mới có hiệu lực thi hành nên còn nhiều nội dung phải bổ sung để không trái với Điều lệ. Tuy vậy: - Các hệ thống CBTĐ đều đều đạt yêu cầu tối thiểu đã đề ra, thực hiện tổ chức phòng vệ đường ngang theo quy định của văn bản pháp quy hiện hành. - Được nhân dân địa phương sở tại (nơi đã xảy ra nhiều tai nạn, chứng kiến hậu quả thiệt hại về người, về của) rất hoan nghênh: đáp ứng nguyện vọng của nhân dân và phù hợp với chủ trương của Đảng và Nhà nước. - Rút được nhiều bài học từ khâu thiết kế, lập trình, chế tạo thiết bị, đo đạc, đánh giá chất lượng thiết bị và hệ thống, tìm hiểu các tiêu chuẩn của thiết bị và hệ thống. - Ra được một số văn bản quy định cho công tác thiết kế, quản lý, kiểm tra; xác định được một số mẫu hình thiết kế; xác định các tồn tại để tìm ra giải pháp khắc phục và hoàn thiện thiết bị theo một hướng xác định. III.1.Giới thiệu chung về mô hình đường ngang tự động của Đường sắt Việt Nam Tháng 7 năm 2001 ĐSVN ban hành mẫu hình thiết kế đường ngang cảnh báo tự động 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 hiệu có nguồn và máy tính hoạt động; - Màn hình tinh thể lỏng thể hiện chương trình phần mềm trong máy tính hoạt động bình thường; 1. Các đèn bao gồm: - Trên đỉnh cầu dao điện 220V có đèn LED biều thị nguồn 220V có sau các cầu chì và bộ chống sét đường nguồn. - Trên mạch mặt hộp máy tính nhúng có 8 đèn LED đỏ biểu thị trở ngại và tín hiệu của 8 cổng cảm biến ( đánh số từ 1 đến 8 ). - Hai đèn LED vàng biểu thị hoạt của MT1 và điều khiển có tàu (TX và RX). - Hai đèn LED vàng biều thị giao tiếp với hai kết nối từ xa về hai hướng đường tàu (TM và 12V) và cầu chì nguồn nuôi 12V (nuôi các thiết bị điều khiển ). - Một đèn LED vàng thể hiện cầu chì nguồn nuôi 24V ( nuôi các thiết bị biểu thị tín hiệu ). - Một đèn đỏ trong nút “ Kiểm tra “ thể hiện mạch ổn áp 5V nuôi máy tính nhúng không có trở ngại. 2. Kiểm tra bằng thể hiện đèn. - Đèn nguồn 220V không sáng : kiểm tra điện lưới, cầu chì 220V, bộ chống sét quá áp đường nguồn. - Đèn 24V không sáng: kiểm tra cầu chì bộ ổn áp nguồn 24Vvà cầu diode 24V. - Đèn 12V không sáng: kiểm tra vế thứ 2 của bộ nguồn. - Đèn đỏ trong nút “ Kiểm tra” không sáng: ổn áp 5V cấp nguồn cho máy tính nhúng không hoạt động. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 43 - Đèn RX không nháy đều: MT1 không hoạt động. - Đèn TM sáng: tàu dồn từ ga qua ghi nhưng không qua đường ngang. - Đèn TX sáng nháy: máy tính điều khiển đèn đỏ nháy. - Các đèn đỏ từ 1 đến 8 sáng liên tục thể hiện đường nối kết đến cảm biến tương ứng có trở ngại. Đèn đỏ cũng sáng khi cảm biến được gắn đúng qui cách vào cọc đấu nhưng jump tương ứng với cảm biến trên GTV bị tháo ra. Nếu đèn đỏ nháy thể hiện có tín hiệu địa chấn trên cảm biến tương ứng. - Đèn đỏ không sáng nếu không có cảm biến( đứt hoặc không lắp ) và Jump tương ứng trên GTV không cắm. * Phần mềm điều khiển Ngoài các lập trình thực hiện đúng chu trình hoạt động mô tả trong phần tiếp theo và điều khiển các thành phần của hệ thống, phần mềm máy tính trong hệ thống Cadpro CBTH 3.0 còn có nâng cao chương trình kiểm tra tự động xác định lỗi cảm biến bằng lô gíc và tự động chạy hệ thống ở chế độ phòng khi một trong hai cảm biến ở một đầu tầu trở ngại. Cảm biến được xác định là có trở ngại nếu phần mềm thấy một trong các hiện tượng sau: - Đứt hoặc chập dây cáp tín hiệu: mức ra của GTV tại cổng t- ương ứng ở “1” liên tục dài hơn 1 giây; - Có tàu chạy theo đúng hành trình lô gíc tại các cảm biến lân cận nhưng không có tín hiệu tại cảm biến đánh dấu lỗi; - Có tín hiệu tại cảm biến đánh dấu lỗi nhưng không có tín hiệu cảm biến lân cận trong vòng 5 phút; Khi một trong hai cảm biến chôn cặp 12m bị ghi nhận là có trở ngại, phần mềm sẽ tự động chuyển sang chế độ cảnh báo với một cảm biến tại một điểm cảnh báo tàu: tàu vào cảnh báo ngay không xác định ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 44 phương hướng và tốc độ đóng chắn. Do vậy, hệ thống CBTH 3.0 hoạt động không biểu thị trở ngại đèn vàng ngay cả khi 3 trong số 6 địa chấn ghi nhận là lỗi nếu cặp địa chấn còn lại cảm biến tốt. Cảm biến hỏng chỉ được thông báo trên màn hình và có thể báo bằng đèn LED. Khi cảm biến được phần mềm ghi nhận là có trở ngại lại nhận tín hiệu với lô gíc hợp lý thì nó được tự động ghi nhận là hoạt động. Màn hình sẽ không thông báo lỗi cảm biến đó nữa. Đây là điều kiện tự phục hồi do những động tác giả như duy tu gõ đập trên cảm biến, nước ngập HF-4 gây trở ngại ngắn mạch cảm biến. Khi tàu dừng trong phân khu tới gần quá 3 phút, hệ thống sẽ báo trở ngại và ghi nhận là 2 cảm biến được coi là chờ tàu ra sẽ bị đánh dấu trở ngại. Khi tàu chạy qua 2 cảm biến đó theo đúng lô gíc thì phần mềm sẽ tự động khôi phục trạng thái của cảm biến. * Điều khiển và giao tiếp đầu ra 1. Nguyên tắc hoạt động: Nhận điều khiển từ máy tính nhúng và điều khiển các tầng công suất. 2. Tính năng kỹ thuật: - Các điều khiển được đóng mở bằng rơ le chịu tải 5A điện áp 12V. Có 3 Rơ le: rơ le đèn vàng, rơ le chuông- âm thanh và rơ le đèn đỏ. Trong một số trường hợp đặc biệt như kết nối đường bộ hoặc đóng chắn, hệ thống đã có một rơ le dự phòng. - Điện áp đưa ra nuôi đèn LED đã qua một bộ rung 100Hz nhằm tăng cường độ sáng của LED và bảo vệ tuổi thọ đèn LED. Với thiết kế của cadPro CBTH 3.0, mỗi dây LED mắc nối tiếp chịu tải 24V chỉ cần 6 LED, mỗi LED sẽ có dòng đi qua gần gấp đôi ở chế độ làm việc thông thường hiện nay. Tuổi thọ của bóng LED cũng được nâng cao trong khi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 45 cường độ sáng của đèn gấp 4 với cùng số bóng đèn LED trên một bảng đèn, cùng công suất tiêu hao. * Thiết bị nguồn 1. Các thành phần: - Bộ giao tiếp 220V bao gồm cầu chì, bộ chống sét hạt nổ 471V gây chập mạch phá cầu chì khi gặp điện áp lớn hơn 470V đường nguồn. - Biến áp 220V-10x12V với giải làm việc từ 180V đến 290V đầu vào bảo đảm điện áp ra từ 2x12V đến 2x18V. - Hai bộ điều khiển nạp ắc quy theo mức dưới 12V nạp, trên 12,8V cắt, khống chế dòng nạp dới 7A. - Một tổ ắc quy 2 bình 12V acquy dung lượng từ 45Ah đến 70Ah. - Một bộ điều khiển tự động chuyển mạch nguồn từ nguồn qua nắn dòng thành nguồn ắc quy khi mất điện lưới. - Một bộ bảo vệ chống quá áp, xung nhiễu đường nguồn cho mạch máy tính nhúng. - Đồng hồ chỉ thị dòng nạp ắc quy. - Ổn áp. 2. Tính năng kỹ thuật: - Trong điều kiện làm việc 20 ngày với 20 đôi tàu/ ngày, các quạt thông gió tắt, hai tổ 45Ah bảo đảm cho hệ thống CadPro CBTH 3.0 hoạt động không có trở ngại ít nhất 20 ngày liên tục. - Bảo đảm nạp ắc quy ở trạng thái đói với dòng nạp cực đại 10A. - Nguồn nuôi máy tính khi có điện xoay chiều có độ phẳng cao, không lọt nhiễu xoay chiều. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 46 Chương 2 ĐƯỜNG NGANG KM 7+137 VÀ CÁC THIẾT KẾ DÙNG CHO ĐƯỜNG NGANG KM 7+137 I.Giới thiệu khái quát về đường ngang KM 7+137. Đường ngang km7+137 khu gian Giáp bát - Văn điển thuộc tuyến đường sắt thống nhất Hà Nội – Sài Gòn. Đường ngang km 7+137 hiện chưa có hệ thống tín hiệu phòng vệ. Bề mặt giao cắt đường ngang rộng 6m. Tốc độ chạy tàu cực đại trên khu gian là 60 km/h (trong công lệnh tốc độ chạy tàu năm 2003 của LHĐSVN). Đường ngang km 7+137 là một đường ngang đơn nằm giữa khu gian Giáp bát - Văn điển. Đường ngang có mật độ giao thông đi lại tương đối lớn, ý thức người dân chưa cao nên cần lựa chọn loại hình tín hiệu phòng vệ đường ngang để đảm bảo an toàn cho người và các phương tiện khi qua đường ngang. Bên cạnh đó theo Điều lệ đường ngang 2001 thì đường ngang km 7+137 là một đường ngang không đủ tiêu chuẩn: lối rẽ vào đường ngang là đường Quốc lộ song song với đường sắt, dễ gây nguy hiểm cho người và phương tiện lưu thông qua lại trên đường ngang. Mà trong quy định của Điều lệ đường ngang thì lối rẽ vào đường ngang chỉ cho phép một góc nhọn nhưng không nhỏ hơn 450 trong trường hợp ngoại lệ. II.Lựa chọn thiết bị cho đường ngang km 7+137. Qua nghiên cứu và tìm hiểu các loại hình thiết bị đường ngang cảnh báo tự động hiện có trên đường sắt Việt Nam. Tôi quyết định chọn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 47 loại hình thiết bị tín hiệu cảnh báo tự động dùng PLC với cảm biến từ. Hiện nay loại hình này đang được sử dụng phổ biến trên đường sắt Việt Nam. Nó phù hợp với điều kiện của đường sắt Việt Nam và thể hiện được tính ưu việt hơn so với các loại hình cảnh báo trước đây như cảnh báo bằng nhân công, cảnh báo bằng rơle. Tín hiệu cảnh báo tự động có ưu điểm là thời gian chiếm dụng đường ngang ngắn: 40 giây. Có thế xác định hướng chạy tàu bằng các cảm biến, có thể điều chỉnh thời gian cảnh báo đường ngang... * Lựa chọn các thiết bị cho đường ngang: II.1. Cột đèn báo hiệu đường bộ: Đặt hai cột đèn báo hiệu đường bộ về phía bên phải hướng đi vào đường ngang. Sử dụng loại hình cột tín hiệu cảnh báo tự động “ĐN-2001” đã được Liên hiệp ĐSVN cho phép sử dụng trong toàn ngành và đã được cải tiến. Cột và tán đèn, hộp chuông, culiê được sơn tĩnh điện đảm bảo độ bền và đẹp (xem bản vẽ trang sau). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 48 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 49 II.2. Bộ điều khiển PLC: 2 bộ(1 chính, 1 phụ) Đặt trong tủ điều khiển Bộ điều khiển dùng loại S7-214 (CPU-224) của hãng Siemens có các đặc tính kỹ thuật chính sau: - Nhiệt độ làm việc: 00 C – 750 C - Độ ẩm: 5%-95% - Kích thước (rộng-dài-cao):120.5-80-62 (mm) - Công suất tiêu thụ: 7W - Số cổng vào: 14 cổng - Số cổng ra: 10 cổng - Số mô đun mở rộng: 7 môđun - Số bộ định thời gian: 256 - Số bộ đếm: 256 - Số cổng truyền thông: 1 cổng (RS485/PPI) - Tốc độ truyền thông: 9.6, 19.2, 187.5 KB - Khoảng cách truyền lớn nhất: 1200 m - Dải điện áp làm việc: 20.4 – 28.8 VDC - Điện áp vào phá hỏng: 35 VDC trong thời gian 0,5 s - Điện áp vào cho phép tới 30 VDC - Họat động bình thường: 24 VDC, dòng 4 mA - Cổng vào ở trạng thái 1: điện áp thấp nhất là 15 VDC và dòng lớn nhất là 2,5 mA. - Cổng vào ở trạng thái 0 : điện áp cao nhất 5 VDC và dòng 1 mA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 50 - Không bảo vệ quá tải ở đầu vào - Số đầu vào kích hoạt cùng một lúc là 14 - Điện áp ở đầu ra cho phép là: 20.4 ÷ 28.8 VDC - Dòng ở cổng ra trạng thái 1: 0,75 A - Trở kháng ra khi được kích hoạt: 0,3 Ω - Dòng rò ở cổng ra: 10 μA - Dòng phá huỷ đầu ra: 8A trong thời gian 100ms - Không bảo vệ quá tải ở đầu ra II.3. Bộ xác báo đoàn tầu Đặt 6 bộ cảm biến BERO (3RG4644 – 6AN01) của hãng SIEMENS (xem bản vẽ trang sau) có các đặc tính kỹ thuật sau: - Điện áp làm việc từ 10 – 30 V - Độ nhạy lớn nhất 40 mA - Dòng điện quá tải 0,2 A - Nhiệt độ lớn nhất 800c - Độ ẩm 100 % - Điện trở cách điện ≥ 100 MΩ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 51 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 52 II.4. Bộ phát âm thanh Dùng thiết bị cảnh báo bằng âm thanh do Công Ty Tư vấn Đầu tư & Xây dựng sản xuất, đăt trong tủ điều khiển(xem bản vẽ 04) có các đặc tính kỹ thuật sau: - Nguồn nuôi 12 VDC/2A - Tín hiệu điều khiển: mức điện áp 18 – 24 VDC - Công suất PMax: 15 W - Trở kháng ra: 4 Ω - 8 Ω - Làm việc ở chế độ: “Chú ý có tầu ra đường ngang” II.5. Bộ giao tiếp: Bộ giao tiếp phù hợp với các cảm biến loại BERO (3RG4644 – 6AN01), đặt trong tủ điều khiển (xem bản vẽ trang sau) có các đặc tính sau: - Có 6 cổng vào, 6 cổng ra - Điện áp danh định 24 VDC - Tín hiệu kiểm tra: mức điện áp 16 – 18 VDC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 53 II.6. Khối nguồn: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 54 Cấp nguồn cho cảnh báo tự động từ nguồn ắc quy. Mạch nạp cho ắc qui làm việc ở chế độ tự động điều chỉnh nạp. Có thể thay đổi dòng nạp ắc qui bằng cách đầu tắt R1 hoặc R2 hoặc R3. Được đặt trong tủ điều khiển (xem bản vẽ trang sau) + Khi điện áp ắc qui ≤ 24 V: mạch tự động nạp. + Khi điện áp ắc qui ≥ 28 V: Mạch nạp tự động ngắt. + Dòng nạp tối đa: 5 A. + ắc qui gồm 2 tổ, mỗi tổ 24 V – 100 AH. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 55 II.7. Đèn LED: Sử dụng loại đèn LED “LED-CT-001”(xem bản vẽ trang sau), có các đặc tính kỹ thuật sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 56 +Dùng loại đèn LED có độ phát xạ cao, đảm bảo tầm nhìn tín hiệu từ khoảng cách trên 100m. +Vỉ đèn LED bao gồm 198 bóng chia thành 22 nhánh song song với nhau, mỗi nhánh có 9 bóng đèn. Vỉ đèn LED được chia thành nhiều tam giác đều bằng nhau, các đèn LED được bố trí tại đỉnh của các tam giác đều để đảm bảo cường độ sáng cao và đồng đều. + Các đèn LED được bố trí theo nguyên tắc xen kẽ để khi có một số bóng đèn bị hỏng thì vẫn đảm bảo độ sáng tương đối đồng đều, không bị xuât hiện vùng tối. + Mạch đèn LED có độ bền cao và ổn đỉnh nhờ có mạch ổn áp và các điện trở bảo vệ + Các thông số của mạch đèn LED: - Điện áp sử dụng: từ 22-28VDC - Điện áp tiêu thụ: 330 mA - Công suất tiêu thụ: 5.3 W II.8.Loa: Sử dụng loa nén loại 8Ω -15W, đặt trên cột đèn báo hiệu đường bộ, lắp trong hộp gỗ hoặc tôn đảm bảo âm thanh rõ ràng, trung thực, vành loa rộng đảm bảo phạm vi phủ âm thanh lớn. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 57 II.9.Chuông: Chuông lắp trong hộp gỗ hoặc tôn,lắp trên cột tín hiệu đường bộ, sử dụng chuông 24VDC đảm bảo phát âm thanh rõ ràng phải đủ lớn cho người đi bộ cách xa 15m vẫn nghe rõ. III.Sơ đồ bố trí loại hình thiết bị: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 63 IV.Nguyên lý hoạt động của hệ thống và của từng thiết bị: * Nguyên lý giám sát – kiểm tra: IV.1. Giám sát: Toàn bộ hệ thống có thể giám sát trực tiếp bằng phần mềm GS Version 1.0. Phần mềm này có tác dụng giúp cho người kiểm tra có thể giám sát trạng thái hoạt động tại chỗ của toàn bộ hệ thống cảnh báo đường ngang tự động một cách trực quan. Khi chạy phần mềm này, người sử dụng phải cắm cáp PC/PPI vào cổng PPI của PLC chính (đang ở chế độ “Run”). Và kích hoạt vào nút “Cho phép truyền” để kích hoạt việc truyền thông giữa máy tính và PLC. Để nhận biết được máy tính và PLC có đang ở trạng thái kết nối được hay không, người sử dụng nhìn vào thanh diễn tiến ở góc cuối bên tay phải của màn hình có chuyển dịch hay không hoặc ở góc bên trái có hiện lên ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 64 dòng chữ “chưa kết nối”. Phần mền này mặc đỉnh cổng truyền thông là cổng COM1. Vì vậy người sử dụng chương trình này nên chú ý để cắm cáp cho đúng cổng COM1 trên máy tính. Khi máy tính được kết nối với PLC (cần chú ý là PLC chính) thì việc thể hiện của màn hình như sau: - Khi có tầu tác động vào cảm biến nào thì cảm biến đó sáng đỏ lên. Cảm biến này đếm được bao nhiêu xung, thì cảm biến tương ứng trên màn hình nháy được bằng số lần tương ứng. Đồng thời số trục mà hệ thống đếm đực đều thể hiện trên các ô chữ. - Các cột tín hiệu trên màn hình, được thể hiện tương ứng với các cột tín hiệu, ở ngoài đường ngang và tín hiệu đèn phù hợp với trạng thái hoạt động hoặc không hoạt động của thiết bị thật. - Chuông và loa trên màn hình máy tính được thể hiện tương ứng với trạng thái hoạt động hoặc không hoạt động của thiết bị (không hoạt động là mầu ghi, khi hoạt động chuyển sang màu xanh). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 65 - Ngoài ra màn hình máy tính còn thể hiện được thời gian trễ mà PLC đã tính toán để mở tín hiệu cảnh báo đường ngang và đồng hồ đếm thời gian tầu đến đường ngang. - Màn hình cũng thể hiện khi hệ thống chuyển sang chế độ cảnh báo đèn vàng (chú ý: Khi đoàn tầu chạy ngược trở lại thì số lượng trục đếm được tăng gấp đôi). IV.2. Kiểm tra: Bộ nhớ của PLC có thể lưu được số liệu về thời điểm đoàn tầu qua đường ngang trong phạm vi 42 đoàn tầu gần nhất. Khi cần thiết kiểm tra có thể in ấn và báo cáo số liệu bằng phần mềm GS. Version 1.0. * Các dữ liệu được thể hiện khi báo cáo là: Ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây của đoàn tầu khi qua đường ngang (thời điểm hệ thống mở tín hiệu cho đường bộ). Vì vậy phần mềm GS. Version 1.0 yêu cầu cấu hình tối thiểu của máy tính như sau: - Tốc độ 200 MHz - Ram: 32 Mb - Cổng truyền thông : COM1 - Dung lượng ổ cứng còn trống: 30 Mb - Phần mền Microsoft Access Để lấy được dữ liệu mà PLC lưu trữ, người sử dụng cần phải cắm cáp PC/PPI vào cổng PPI của PLC phụ (đang ở chế độ “Run”) và kích hoạt vào nút “Cho phép truyền” trên màn hình giám sát của phần mềm GS. Version 1.0. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 66 Khi đó trên màn hình giám sát, người sử dụng cần phải kích hoạt vào nút. “Báo cáo dữ liệu”. Sau đó kích hoạt vào cổng I1.3. của PLC phụ. khi đó dữ liệu trên màn hình được thể hiện như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 67 Khi cần thiết ín ấn, người sử dụng cần nhập vào các thông tin như: tuyến đường sắt, người kiểm tra, km số. Để xem trước khi in, người sử dụng kích hoạt vào nút “In ấn”. Khi đó màn hình như sau: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 68 Để in ấn, người sử dụng kích hoạt vào nút “Print” trên góc trên bên trái màn hình. Nếu người dụng muốn lưu trữ dữ liệu vừa kiểm tra thì chỉ việc kích hoạt vào nút “export” trên màn hình. Chú ý: - Nếu trên máy tính mà còn lưu trữ dữ liệu của những lần kiểm tra trước đây, thì người sử dụng cần phải kích hoạt vào nút “Xoá dữ liệu” trên thanh công cụ của màn hình giám sát. Khi xoá các dữ liệu trên thì mới lấy được các dữ liệu mà PLC đang lưu trữ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 69 - Để tăng tính bảo mật trong công tác kiểm tra, phần mền yêu cầu người sử dụng phải nhập đúng mật khẩu của mình. Mật khẩu này chỉ cung cấp cho người có thẩm quyền trong ngành. CHƯƠNG3 TÍNH TOÁN VÀ LẬP DỰ TOÁN CỤ THỂ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 70 CHO ĐƯỜNG NGANG KM7+137. I. Tính toán chiều dài phân khu tới gần: Hiện tại tốc độ khu gian là 60 km/h. Để dự phòng cho tương lai, chọn tốc độ khu gian tăng đến 50% (tương ứng với vận tốc là Vmax = 90 km/h) để thiết kế. Điều lệ đường ngang hiện hành quy định tại điều 21 về thời gian bật tín hiệu cảnh báo đối với hệ thống phòng vệ gồm đèn báo hiệu và chắn tối thiểu bằng 50 giây. Còn đối với hệ thống phòng vệ không chắn chọn thời gian bật đèn hiệu cảnh báo tác động trước khi tàu đến đường ngang tối thiểu là 40 giây và tối đa là 180 giây. Ta chọn tthông báo = 40 (s) Với tthông báo = 40 (s) khoảng cách tới gần mỗi phía (S) sẽ được xác định theo công thức sau: S = vmax.t (m) Trong đó v là vận tốc cực đại tính trong tương lai tức là : vmax = 90 km/h = 25 (m/s) Vậy: S = 25 x 40 = 1000 (m) II.Tính toán nguồn điện cho tủ điều khiển và đèn báo hiệu đường bộ II.1.Tính công suất của hệ thống II.1.1Công suất cho loa: Loa sử dụng là loại loa nén loại 8Ω - 15W và điện áp sử dụng là loại nguồn 24V DC / 2A. Nên ta có công suất tiêu thụ cho một loa là: Pmột loa= 24 x 2 = 48W Công suất tiêu thụ cho hai loa là: P1 = 2 x 48 = 96W II.1.2. Công suất cho mạch thắp đèn tín hiệu đường bộ: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 71 Khi có tàu qua đường ngang cũng như gặp sự cố thì chỉ có hai đèn Led làm việc. Nên ta có công suất của hai đèn Led là (U =24V, I = 330 mA): Công suất 1 LED là: P1 LED = 0,33 x 24 = 7,92W. Công suất của cả 2 đèn LED là: P2 LED =2 x 7,92 = 15,84W II.1.3. Công suất cho chuông: Dòng điện cho chuông khoảng 2mA = 0,02A và nguồn dùng là nguồn 24V. Nên ta có công suất tiêu thụ cho một chuông sẽ là: P cho 1 chuông = 0,02 x 24 = 0,48W. Công suất tiêu thụ cho cả hai chuông là: P3 = 2 x 0,48 = 0,96W. II.1.4. Công suất cho PLC: Công suất tiêu thụ cho 1 PLC (với điện áp 24V DC dòng định mức là 220mA = 0,22A) là: P1 PLC = 24 x 0,28 = 6,72 W. Công xuất tiêu thụ cho cả 2 PLC là : P 4=6,72 x 2 = 13,44 W. II.1.5. Công suất cho mạch giao tiếp: Mạch giao tiếp có dòng tiêu thụ tối đa là 20mA = 0,02A, nên ta có công suất tiêu thụ cho 1 mạch giao tiếp là: P1mạch giao tiếp= 24 x 0,02 = 0,048 W. Công xuất tiêu thụ cho cả 2 mạch giao tiếp là : P5 = 0,048 x 2 =0,096 W. II.1.6. Công suất cho cảm biến từ: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 72 Dòng điện tiêu thụ của cảm biến lúc có tàu là 35mA = 0,035A, từ đây ta có công suất tiêu thụ tối đa cho một cảm biến là: Pmột cảm biến = 0,035 x 24 = 0,84W. Công suất tiêu thụ cho 6 cảm biến là: P6 = 6 x 0,84 = 5,04 W. II.1.7. Công suất cho dây tín hiệu và dây dẫn điện: Ta chọn dây cáp có φ 1,4 dẫn đến điện trở tương ứng của loại dây này là 21,5 ς/ km đôi. Tổng chiều dài cáp chúng ta sử dụng là 5000 m, từ đây ta có điện trở cho cáp là: Rcáp = 21,5 x 5 = 107,5ς. Công suất tiêu thụ của cáp sẽ là: P7 = U2/R = 242/ 107,5= 5,36W. II.2.Tính dung lượng ắc quy Việc chọn dung lượng nguồn ắc quy cho hệ thống tín hiệu phòng vệ tự động chưa có các quy định cụ thể nào ở đường sắt Việt Nam. Do đó trong thiết kế này tạm thời đưa ra hai chỉ tiêu làm căn cứ tính chọn, trong đó xét theo chế độ làm việc có thể xảy ra đối với hệ thống phòng vệ tự động này đó là: chế độ làm việc bình thường của hệ thống và trạng thái xảy ra sự cố hệ thống kéo dài. Nguyên tắc lựa chọn một là đảm bảo trong trạng thái làm việc bình thường nguồn ắc quy dự phòng phải đảm bảo lâu dài không phải thay thế hay xúc nạp lại, hai là trong chế độ khi có sự cố hệ thống xảy ra thường xuyên dẫn tới tiêu hao nguồn dự phòng nhiều thì dung lượng ắc quy dự phòng cần đủ lớn để người duy tu kiểm tra định kỳ có thể phát hiện để thay thế kịp thời. Trên nguyên tắc nêu trên, các chỉ tiêu tạm đưa ra trong thiết kế này là: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 73 - Trong chế độ làm việc bình thường dung lượng ắc quy cho phép hệ thống làm việc tối thiểu 1 năm không phải thay thế, tạm gọi là chế độ bình thường. Tải trong trường hợp này lấy phụ tải làm việc trong trạng thái có sự cố của hệ thống để tính toán. - Trong chế độ làm việc thường xuyên có sự cố làm tiêu tốn nguồn dự phòng thì dung lượng ắc quy cần đảm bảo cho hệ thống làm việc liên tục tối thiểu 1 tuần để kịp phát hiện và có biện pháp thay thế. Tải trong trường hợp này thì lấy phụ tải làm việc trong trạng thái có sự cố của hệ thống để tính toán. 3.5.1. Tính nguồn trong chế độ bình thường Tiêu thụ nguồn một ngày đêm của hệ thống (QHT) được tính trung bình theo số đôi tàu = 15 đôi / ngày đêm. Mỗi lần tàu qua hệ thống làm việc trong khoảng thời gian 1 phút. Công suất tiêu thụ nguồn chung của hệ thống (PHT) trong trạng thái này bao gồm: PHT =P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + P7 Trong đó P1 là công suất tiêu thụ của loa P2 là công suất tiêu thụ của LED P3 là công suất tiêu thụ của chuông P4 là công suất tiêu thụ của PLC P5 là công suất tiêu thụ của mạch giao tiếp P6 là công suất tiêu thụ của cảm biến P7 là công suất tiêu thụ của cáp PHT là công suất tiêu thụ của cả hệ thống ->PHT = 96 + 15,84 + 0,96 + 13,44+ 0,096+ 5,04 + 3,82 = 135,196(W) ~135(W) Với bộ nguồn ắc quy 24VDC công suất trên yêu cầu dòng tải: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 74 IHT = 135 /24 =5,625A. QHT/ngày đêm = 15 đôi/ngày đêm x 2 x 5,625A x (1/60)h =2,8125 Ah. Dung lượng nguồn cần cung cấp trong thời gian 1 năm là: QHT/1 năm = 2,8125Ah x 365 ngày = 1026,5625 Ah~1026,56Ah Giả thiết chế độ cấp nguồn không ổn định, thời gian mất điện trung bình chiếm đến 10 % tổng thời gian làm việc thì dung lượng ắc quy cần khoảng 102,656 cho hệ thống trong một năm. 3.5.2. Tính nguồn trong chế độ tiêu tốn nguồn Trong trường hợp xảy ra sự cố thì hệ thống chỉ có đèn vàng, PLC và mạch giao tiếp phải làm việc. Và công suất tiêu thụ của hệ thống lúc này gồm P2 , P4, P5, công suất tiêu thụ trong trường hợp có sự cố: PSC = P2 + P4 + P5 =15,6 +13,44 + 0,096=29,136W~29W từ đây ta có yêu cầu của dòng tải là: ISC = 29 W / 24V (Ah). QSC/ngày đêm = 29/24 x 24 = 29 Ah. Dung lượng ắc quy cần cung cấp cho hệ thống trong vòng 7 ngày là: Q = 29 x 7 = 203Ah. Vậy chọn 2 tổ acquy 100Ah đấu nối tiếp. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 75 III. Lập dự toán kính phí cho hệ thống: Bảng vặt tư chủ yếu STT Tên vật tư Quy cách Đ.vị Tính Số lượng Đơn giá (Đ) T. Tiền (Đ) Ghi chú 1 Cột th đường bộ Cột 2 2,778,000 5,556,000 2 Đèn vàng cột TH đường bộ LED Đèn 1 700,000 700,000 3 Đèn đỏ cột th đường bộ LED Bộ 2 2,800,000 5,600,000 4 Cảm biến từ BERO (3RG46 44 – 6AN01 Cái 6 3,500,000 21,000,000 Phát hiện tàu 5 Bộ cắt sét nguồn điện EPLF Bộ 1 658,000 658,000 6 Móng tủ điều khiển Cái 2 95,000 190,000 7 Ac quy 12V- Segasa Tổ 2 1,000,000 2,000,000 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 76 100AH 8 Chỉnh lưu si lic 24V- 30A Bộ 2 700,000 1,400,000 9 Chuông 24V Cái 2 120,000 240,000 10 Bộ lưu điện (UPS) 1kw Bộ 1 3,500,000 3,500,000 11 Bộ biến áp 0,6kw Bộ 1 600,000 600,000 12 Bộ PLC S7214 Bộ 1 5,000,000 5,000,000 13 Bộ phát hiện lỗi hệ thống Bộ 1 5,000,000 5,000,000 14 Tủ rơle Cái 1 2,000000 2,000,000 15 Máy tính PC Cái 1 6,000,000 6,000,000 16 Cáp chôn 5(2) m 33 m 10,000 330,000 17 Cáp treo 9(1) m 39 m 15,000 585,000 18 Cáp treo 5(1) m 2000m 11,000 22,000,000 19 Hộp cáp HZ-12 Hộp 6 90,000 540,000 20 Loa Cái 1 120,000 120,000 21 Cáp điện lực chôn 2x2,5 m 76 9,000 684,000 22 ống luồn cáp đ/k34 m 25 10,000 250,000 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 77 23 Dây sắt chịu lực đ/k4 kg 500 6,500 3,250,000 24 Ap-to-mat 10A Cái 3 15,000 45,000 25 Hộp cáp HZ-12 Cái 6 15000 90,000 26 Xi măng kg 200 746 1,492,000 27 Cát vàng m3 1 68,000 68,000 28 Đá dăm m3 1 50,000 50,000 29 Cát đen rải rãnh cáp m3 12 276,000 30 Gạch chỉ viên 300 96,000 31 Cầu chì Cái 14 5000 70,000 32 Thiếc hàn Kg 1 35000 35000 33 Sơn phòng rỉ nt 1 12,000 12,000 34 Sơn trắng nt 2 17,000 34,000 35 Sơn đen nt 1 14,000 14,000 36 Sơn xám nt 2 16,500 33,000 37 Loa phát thanh Cái 1 500,000 500,000 38 Các linh kiện khác 5,000,000 Cộng tổng số 95,018,000 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 78 Nhân công - Nhân công thi công đường ngang 7,825 h - Nhân công bổ xung 2,500 h Cộng nhân công 10,325 h =1291 công Thành tiền đơn giá 18415 đ/công 23,766,859đ Tổng hợp chi phí - Vật tư thiết bị 95,018,000đ - Nhân công 23,766,859đ Cộng trực tiếp (A) 118,784,859đ Dự phòng (10%) 11,878,486đ Cộng giá trị dự toán (T) 130,663,345đ. IV. Kết luận ưu, nhược điểm và hướng cải tạo của loại hình thiết bị đã chọn. Trong suốt thời gian vừa qua tiến hành thử nghiệm, dùng thử và thực tế khai thác đưa vào sử dụng hơn 100 hệ thống tín hiệu cảnh báo tự động tại các đường ngang cấp 3 chủ yếu trên tuyến đường sắt Thống Nhất, mẫu thiết kế đường ngang cảnh báo tự động dùng PLC đã khắc phục được nhiều tồn tại, có nhiều ưu điểm hơn: - Chương trình điều khiển được lập hoàn thiện hơn, có dự trữ nóng và hoạt động tin cậy hơn, tuy vậy hệ thống đạt độ ổn định chưa cao(10 – 2); ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 79 - Công nghệ chế tạo được bộ cảm biến phát hiện tàu bền chắc, hoạt động chính xác hơn, có độ tin cậy 10 –4 ; - Có bổ sung thiết kế thêm các bộ chống sét, dây tiếp đất cho một số thiết bị; - Có hoàn thiện kết cấu mạch đèn LED; mạch nguồn điện... . - Dùng PLC điều khiển làm cho hệ thống tín hiệu hoạt động linh hoạt hơn so với mẫu thiết kế dùng rơ le điều khiển: - Xác định được hướng tàu chạy đến đường ngang; - Đo được tốc độ tức thời (giá trị trung bình chạy trên đoạn đường ngắn) để điều chỉnh thời gian đóng đường ngang (bằng phương pháp làm trễ thời gian báo tàu đến đường ngang, tránh đóng đường ngang quá lâu khi tàu chạy chậm hơn tốc độ quy định trong công lệnh tốc độ); - Đếm được số trục bánh tàu (toa xe, đầu máy) đã vào phân khu tới gần để xác định phân khu đã thanh thoát hay vẫn còn bị chiếm dụng nhằm tự động đưa hệ thống thiết bị về trạng thái bình thường. - Việc đếm trục bánh tàu là vấn đề khá phức tạp, khi bộ cảm biến hoạt động kém ổn định như không đếm được khi tàu hẫng bánh hoặc hoạt động đếm khi có vật bằng sắt (không phải là trục bánh tàu ) lướt ngang qua cảm biến sẽ dẫn đến đếm sai số trục làm cho hệ điều khiển gặp trở ngại, khó khăn cho việc khôi phục thiết bị về trạng thái bình thường. - Ngoài ra dùng tín hiệu cảnh báo tự động còn làm giảm được phụ tải đường ngang (thời gian tàu chiếm dụng đường ngang,cấm giao thông đường bộ) tăng năng lực thông qua của đường ngang, tránh ùn tắc giao thông đường bộ (theo quy định của Điều lệ đường ngang hiện hành thì phải đóng chắn hoàn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 80 toàn trước khi tàu tới đường ngang, 40s đối với tín hiệu cảnh báo tự động và 50s đối với cần chắn tự động) - Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm của hệ thống cảnh báo tự động dùng PLC vẫn còn tồn tại những nhược điểm cần khắc phục: - Độ tin cậy của các sensor do Việt Nam sản xuất chưa đạt được tiêu chuẩn của quốc tế (khối OSZD yêu cầu độ tin cậy của sensor là 10 –9) - Chưa lắp đặt được tín hiệu ngăn đường để thông báo trở ngại trên đường ngang cho lái tàu vì nhiều nguyên nhân; - Chưa xác định được độ tin cậy của chương trình phần mềm lập trình cho bộ đếm trục; - Chưa có thiết bị kiểm chướng tại đường ngang (thiết bị kiểm tra chướng ngại vật trên đường ngang) nhằm thông báo cho lái tàu về trở ngại trên đường ngang. - Chưa thể tự động giám sát từ xa cho tất cả các loại hình thiết bị dùng cảnh báo tự động; - Đã sử dụng rất nhiều loại cảm biến phát hiện tàu như mạch điện đường ray, phô tô sensor, các loại sensor điện, từ, điện từ, địa chấn... nhưng chưa chọn được loại nào có tính ổn định cao; - Trở ngại chính của hệ thống CBTĐ hiện nay là do sensor gây ra. Những sensor công nghiệp nhập từ nước ngoài thì không phù hợp với điều kiện nhiệt đới của ĐSVN, các loại thiết bị sản xuất trong nước do công nghệ chế tạo kém, chưa đủ thiết bị đo kiểm để có các tham số kĩ thuật, chỉ tiêu kĩ thuật chính xác. Ví dụ: chế tạo ra bộ cảm biến nhưng chưa biết dùng để đo được tốc độ của tàu trong phạm vi từ bao nhiêu km/h đến bao nhiêu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 81 km/h; Phần mềm lập nên có thể điều chỉnh được thời gian đóng đường ngang được từ bao nhiêu giây đến bao nhiêu phút; - Chưa đo được cường độ ánh sáng của đèn LED là bao nhiêu, độ lệch trục của chùm sáng qua thấu kính là bao nhiêu, tầm nhìn do các đèn LED tạo ra, chùm sáng của đèn được khuyếch đại đến mức nào; - Chưa có tiêu chí đánh giá chất lượng của từng thiết bị, từng hệ thống thiết bị do ta sản xuất so với tiêu chuẩn thế giới; - Chưa thống nhất được quan điểm dùng đường ngang cảnh báo tự động cho tất cả các đường ngang mà mới chỉ dùng cho đường ngang cấp 3, nơi mật độ tàu xe qua lại đường ngang thấp; - Chưa thống nhất được mẫu định hình cho hệ thống thiết bị tín hiệu đường ngang (nhiều kiểu loại khác nhau); - Dân trí thấp nên đường ngang cảnh báo tự động sáng đỏ nhưng vẫn cứ lao bừa vào đường ngang dẫn đến các tai nạn thương tâm. - Mẫu thiết kế chưa giải quyết hết các tình huống xẩy ra đối với hệ đếm trục cho các loại đường ngang: trong ga, gần ga và đường ngang gần nhau thành cụm; Hướng cải tạo hệ thống : - Nghiên cứu chế tạo ra các loại sensor có độ ổn định cao, đạt được tiêu chuẩn quốc tế của khối OSZD (10-9); - Cần nghiên cứu thử nghiệm các loại hình cảnh báo tự động mới như sử dụng máy tính nhúng của công ty CADPRO nhưng cần phải có thời gian thử nghiệm; - Cho dùng thử các loại đèn LED màu phát xạ cao có độ sáng cao hơn các đèn báo hiệu hiện dùng; ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 82 - Nghiên cứu các giải pháp để đưa được tín hiệu cảnh báo tự động vào tất cả đường ngang các cấp tuy nhiên vẫn phải bảo đảm yếu tố an toàn. Tổ chức theo dõi kĩ hoạt động của các máy tín nhúng, các cảm biến, các bộ vi xử lý, các phần mềm đã có, phân tích thống kê, phân loại trở ngại để tìm giải pháp hữu hiệu loại trừ và hoàn thiện hệ thống đã có; - Lựa chọn mẫu CBTĐ dùng vi xử lý điều khiển để điều chỉnh thời gian đóng đường ngang và giám sát từ xa được các hệ CBTĐ trong khu gian. - Hoàn thiện bộ gá lắp cảm biến vào ray sao cho cảm biến không bị xê dịch, long ốc vít. Trước mắt khi chưa chế tạo được cảm biến tốt hơn đường sắt Việt Nam đã và đang thử nghiệm dùng cảm biến địa chấn thay thế cho cảm biến điện từ. Vừa qua đã thay được ở 100 đường ngang. Cảm biến địa chấn là phần tử thụ động không cần nguồn nuôi, được chôn sâu dưới nền đường hơn 70 cm nên ít bị các tác động cơ học làm hỏng. Tuy nhiên phải lập trình phần mềm cho PLC sao cho phù hợp với cảm biến địa chấn. Không thể dùng như phần lập trình đã làm cho cảm biến từ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 83 CHƯƠNG IV CÁC GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN HỆ THỐNG ĐƯỜNG NGANG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG Hiện nay hệ thống đường ngang cảnh báo tự động trên đường sắt Việt Nam còn nhiều nhược điểm cần khắc phục. Ở đây tôi xin đưa ra một số giải pháp để khắc hoàn thiện hệ thống: Nghiên cứu lập trình phần mềm điều khiển sao cho khi 1 trong 2 cảm biến phát hiện ở đầu vào (theo hướng tàu chạy) không hoạt động thì hệ thống không trở về trạng thái đèn vàng nhấp nháy (báo trở ngại) mà vẫn đảm bảo khi đoàn tàu đến gần đường ngang, chiếm dụng phân khu tới gần, thiết bị tín hiệu tự động đóng đường ngang phía đường bộ: chuông reo, đèn đỏ báo hiệu trên đường bộ bật sáng, đưa đường ngang về trạng thái cấm đường bộ.Khi đuôi tàu qua khỏi đường ngang, các tín hiệu phía đường bộ, mở đường ngang đối với người và phương tiện giao thông đường bộ. Tiến tới bỏ tín hiệu đèn vàng trên cột tín hiệu đường bộ; Đối với đường ngang đơn (đường ngang ở giữa khu gian có khu đoạn tới gần ngắn hơn khoảng cách từ đường ngang đến cột hiệu vào ga) thì chỉ bố trí 4 bộ cảm biến phát hiện tàu: mỗi điểm báo tàu đến (theo hướng tàu chạy) 1 cảm biến; và 2 cảm biến ở 2 bên đường ngang để mở đường ngang sau khi đuôi tàu qua khỏi đường ngang.Làm như vậy vừa đơn giản hoá thiết bị, vừa rẻ tiền xây dựng vì ít cảm biến hơn, vừa dễ quản lý, ít sáng đèn vàng nhấp nháy trên cột đèn báo hiệu đường bộ hơn. Thực chất để đơn giản hoá yêu cầu trong hoạt động của hệ thống. - Đưa ra các tiêu chí đánh giá chất lượng tiêu chuẩn để đánh giá độ tín cậy của từng thiết bị, hệ thống sản xuất trong nước để đạt được các tiêu chuẩn quốc tế; ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 84 - Nghiên cứu để có thể đặt tín hiệu ngăn đường dùng cho cảnh báo tự động để có thể thông báo kịp thời cho tài xế; - Nghiên cứu để đưa vào sử dụng hệ thống tự động giám sát từ xa cho tất cả các loại hình thiết bị cảnh báo tự động; - Khắc phục những tồn tại của hệ cảnh báo tự động bằng cách xây dựng và thử nghiệm thiết bị giám sát hoạt động của hệ thống từ trung tâm quy định để nhanh chóng phát hiện trở ngại, giải quyết kịp thời; - Hoàn thiện các thiết bị xác báo đoàn tàu để đạt độ tin cậy cao. Khi không tự sản xuất trong nước được thì mua của nước ngoài các bộ cảm biến có chất lượng quốc tế; - Phải nghiên cứu thử nghiệm hệ thống phát hiện chướng ngại tại đường ngang để có thể phát triển sử dụng cần chắn tự động; - Quy định chính thức các tiêu chuẩn của hệ thống tín hiệu đường ngang tự động,cách duy tu sửa chữa giải quyết trở ngại nhanh; - Hoàn thiện các định hình về đường ngang có tín hiệu tự động; - Cho tiếp tục thử nghiệm một số các loại cảm biến khác chế tạo cải biên từ sản phẩm của nước ngoài như super sonic của Bộ CA đang dùng; sử dụng các bộ phận vi xử lý đơn giản; cho dùng các đèn LED màu phát xạ cao có độ sáng cao hơn các đèn báo hiệu hiện dùng; - Điều chỉnh thời gian đóng, mở đường ngang tới mức tối đa có thể thực hiện được trong điều kiện cụ thể nhằm nâng năng lực thông qua của đường ngang, là giải pháp hữu hiệu, cần được xem xét và cho phép thực hiện, là biện pháp chống ùn tắc giao thông; - Cần quy định tốc độ chạy tàu tối thiểu trên khu gian để tránh trường hợp tàu chạy quá chậm làm cho hệ thống cảnh báo tự động hoạt động nhầm; ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC 85 - Cần xây dựng cầu vượt hoặc cầu chui tại những đường ngang có mật độ giao thông lớn. Bên cạnh các giải pháp về vấn đề kỹ thuật còn các giải pháp về kinh tế, xã hội để có thể giải quyết hoàn thiện vấn đề: - Cần tuyên truyền vận động quần chúng nhân dân tham gia bảo đảm trật tự an toàn giao thông đường sắt. In các panô, áp phích quảng cáo để tuyên truyền đặc biệt tại các xã phường và các hộ dân dọc ven đường sắt. Kết hợp giưa công tác tuyên truyền trên các thông tin đại chúng với việc trực tiếp cùng các địa phương tổ chức các cuộc thi