khảo sát, nghiên cứu và thiết kế hệ scada cho hệ thống giám sát giao thông hầm hải vân

khảo sát, nghiên cứu và thiết kế hệ scada cho hệ thống giám sát giao thông hầm hải vân

PHẦN I

PHẦN I 3

TỔNG QUAN VỀ HẦM ĐƯỜNG BỘ HẢI VÂN 3

CHƯƠNG I : 5

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRONG HẦM HẢI VÂN 5

1.1 CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ LẮP ĐẶT TRONG HẦM LIÊN QUAN ĐẾN XỬ LÝ KHẨN CẤP: 6

1.1.1 Hệ thống thông gió trong hầm : 6

1.1.2 Hệ thống báo cháy : 6

1.1.3 Hệ thống chữa cháy : 6

1.1.4 Hệ thống thông tin liên lạc (điện thoại khẩn cấp SOS ) : 6

1.1.5 Hệ thống CCTV (CCTV: Closed Circuit Television): 7

1.1.6 Hệ thống giám sát và điều khiển giao thông : 7

1.1.7 Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition ): 7

1.1.8 Hệ thống chiếu sáng trong hầm : 7

2.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH : 7

2.2.1 Hệ thống điện : 7

1 Tổng quan hệ thống điện : 7

2 Điều khiển hệ thống điện : 8

3 Hệ thống nguồn điện dự phòng : 8

2.2.2 Hệ thống thông tin liên lạc và báo động : 8

1 Hệ thống điện thoại khẩn cấp : 8

2 Hệ thống báo cháy : Bao gồm 9

3 Hệ thống phát thanh lại : 10

4 Hệ thống truyền hình mạch kín(CCTV: Closed Circuit Television): 11

5 Hệ thống biển báo điện tử có nội dung thay đổi(VMS ) : 12

2.2.3 Hệ thống kiểm soát phương tiện : 13

1 Thiết bị đo độ cao : 13

2 Thiết bị đếm xe : 13

2.2.4 Hệ thống điều khiển thông gió : 13

1 Giới thiệu tổng quát : 13

2 Nguyên tắc vận hành của quạt phản lực ở chế độ tự động : 13

3 Nguyên tắc vận hành của quạt phản lực ở chế độ bằng tay : 14

PHẦN II 15

KHẢO SÁT VỀ CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT CỦA HỆ THỐNG QUẢN LÝ GIÁM SÁT GIAO THÔNG HẦM HẢI VÂN 15

CHƯƠNG I : 15

GIỚI THIỆU VỀ CHỨC NĂNG ĐẶT BIỆT CỦA HỆ THỐNG QUẢN LÝ GIAO THÔNG HẦM HẢI VÂN 15

1.1 Giới thiệu : 15

1.2 Nội dung biểu đồ và chức năng chính : 15

1.1.1 Phát hiện sự cố tự động và giám sát giao thông ( TM-AID) : 16

1.1.2 Quản lý sự cố và trạng thái giao thông TS-IM : 16

1.1.3 Cung cấp điều khiển giao thông PTC : 17

1.1.4 Cung cấp thông tin giao thông PTI : 17

1.3 Liên kết đến hệ thống ngoài : 17

1.4 Giám sát giao thông và tự động xác định sự cố : 17

1 Giám sát giao thông : 17

2 Tự động xác định sự cố : 18

3 Điểm đo giao thông : 19

4 Điểm đo chiều cao : 20

1.5 HỆ THỐNG QUẢN LÝ GIAO THÔNG HẦM ĐÈO HẢI VÂN PHƯƠNG PHÁP VẬN HÀNH SƠ BỘ : 20

1 Giới thiệu : 20

2 Thiết bị : 20

CHƯƠNG II : 22

NGHIÊN CỨU _ KHẢO SÁT HỆ SCADA CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG HẦM HẢI VÂN 22

2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG : 22

2.2 SỰ ỨNG DỤNG SCADA CHO HẦM HẢI VÂN : 23

2.2.1 Thay đổi màu sắc : 23

2.2.2 Màn hình chính : 23

2.2.3 Trang tình huống giao thông : 24

2.2.4 Trang các giới hạn giao thông : 24

2.2.5 Trang lược sử dữ liệu giao thông : 24

2.2.6 Trang lược sử tình huống giao thông : 24

2.2.7 Trang báo động : 25

2.3 CẤU TRÚC MẠNG : 25

2.3.1 Gới thiệu về mạng ETHERNET : 26

2.3.2 Giới thiệu về OPC : 32

2.3.3 Chuẩn giao thức modbus : 34

CHƯƠNG III : 40

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC THIẾT BỊ DÙNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG 40

3.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC TSX MICRO VÀ PHẦN MỀM CHUYÊN DÙNG PL 7 : 40

3.1.1 Giới thiệu về PLC TSX MICRO : 40

1 Giới thiệu về phần cứng PLX TSX Micro : 41

2 Giới thiệu về PLC TSX 37-10 : 45

3 Giới thiệu PLC TSX 37-21 : 48

4 Module truyền thông Ethernet TSX ETZ 410/510 : 51

3.1.2 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM CHUYÊN DÙNG PL7 : 55

3.2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐO LƯỜNG GIAO THÔNG (LOOP detector): 65

3.2.1 Giới thiệu : 65

3.2.2 Cấu trúc loop: 66

3.2.3 Nguyên lý hoạt động: 67

3.3 GIỚI THIỆU VỀ Card MC2014 (Traffic calculation): 69

3.3.1 Đặc điểm : 69

3.3.2 Nguyên lý hoạt động : 72

PHẦN III 74

THIẾT KẾ XÂY DỰNG VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG HẦM ĐƯỜNG BỘ HẢI VÂN TRÊN PHẦN MỀM VÀ THIẾT BỊ CỦA HÃNG SIEMEN 74

CHƯƠNG 1 : 74

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH 74

Mục đích: 74

1.1 Tính toán về kích thước mô hình đường hầm : 74

1.2 Tính toán các thông số của mô hình hầm : 75

CHƯƠNG II : 76

THIẾT KẾ CẤU HÌNH MẠNG 76

2.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ SCADA : 77

2.1.1 Định nghĩa : 77

2.1.2 Chức năng cơ bản của hệ SCADA : 77

2.2 PHÂN CẤP CẤU HÌNH MẠNG CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG : 78

1 Lựa chọn công cụ thiết kế : Thiết kế mạng công nghiệp trên cơ sở hệ SCADA , sử dụng mạng Profibus DP 78

2 Lựa chọn phương án thiết kế : 78

3 Nhận xét, đánh giá và chọn phương án thiết kế: 78

4 Phân chia thiết bị : 79

5 Sơ đồ phân cấp mạng : 81

CHƯƠNG III : 82

LẬP TRÌNH CHO CÔNG NGHỆ GIÁM SÁT GIAO THÔNG HẦM HẢI VÂN 82

3.1 LẬP TRÌNH CHO THUẬT TOÁN GIÁM SÁT GIAO THÔNG : 82

3.2 THIẾT KẾ HMI CHO HỆ THỐNG GIÁM SÁT GIAO THÔNG HẦM HẢI VÂN : 93

3.2.1 Tổng quan về WinCC : 93

3.2.2 Một số nguyên tắc trong thiết kế giao diện HMI công nghiệp: 100

3.2.3 Thiết kế HMI : 101

PHẦN I TỔNG QUAN VỀ HẦM ĐƯỜNG BỘ HẢI VÂN

Hầm Hải Vân được khởi công xây dựng năm 2000 và đưa vào sử dụng năm

2005 Hầm nằm dưới sự quản lý trực tiếp của Xí Nghiệp quản lý và khai thác

hầm Hải Vân (HAPACO), trực thuộc Công ty quản lý và khai thác hầm đường

bộ Hải Vân (HAMADECO)

Việc xây dựng đường hầm không những thuận tiện cho xe lưu thông qua lại

mà nó còn mang tính chiến lược

Hệ thống đường hầm bao gồm đường dẫn vào và ra hầm , hai đầu hầm có

hai trạm thu phí Hệ thống đường hầm chính bao gồm hai hầm chạy song song

với nhau, trong đó một hầm xe lưu thông qua lại còn hầm kia dùng vào việc

cứu nạn và thoát hiểm khi xảy ra sự cố Thiết bị và hệ thống vận hành đựợc

cung cấp bởi các gói thầu từ chuyên gia nước ngoài bao gồm như:

 Hệ thống thông gió và lọc bụi tĩnh điện được cung cấp bởi các

chuyên gia từ Nhật Bản

 Các hệ thống như điện, giao thông, radio phát lại, hệ thống báo cháy

v.v Đựợc cung cấp bởi các chuyên gia Phần Lan bao gồm các thiết bị phần

cứng cũng như các phần mềm chuyên dụng

Hầm phục vụ giao thông là hầm chính có chiều dài 6.280 m, rộng 11,9 m

làn 3,75m được phân giới bởi hàng cột hộ lan mềm, giải an toàn ở mỗi bên

phần xe chạy rộng 1,25 m Xe lưu thông trong hầm chỉ được đi theo một làn

đường và cấm tất cả các xe vượt nhau trong đường hầm Phía Tây của hầm có

đường đi bộ dành cho người bảo dưỡng hầm cao 1m rộng 1m Dọc theo hầm

mỗi làn có 18 điểm mở rộng dùng cho mục đích đỗ xe khẩn cấp

Hầm phục vụ thoát hiểm ( hầm lánh nạn ) rộng 4,7m cao 3,8 m chạy song

song, nằm về phía Đông và cách hầm chính 30m Bình thuờng hầm này không

được sử dụng mà chỉ khi nào có sự cố thì người và xe cứu thương được thoát ra

bằng đường này

Các hầm ngang nối giữa hầm chính và hầm thoát hiểm có kích thước bằng

hầm lánh nạn và cách nhau 400 m Tổng số hầm nối ngang là 15 hầm, trong đó

có 11 hầm ngang dành cho người đi bộ có kích thước cửa vào rộng 2,25m cao

2m và 4 hầm ngang dành cho xe cứu hộ có cửa vào rộng 4,7m cao 3m Khi có

sự cố xảy ra trong hầm chính như tai nạn, hỏa hoạn do cháy nổ v.v thì hầm

thoát hiểm này được dùng để cho người và xe cứu thương rút ra khỏi hầm an

toàn

Trung tâm điều hành đường hầm (OCC) được đặt tại cửa hầm phía Nam có

nhiệm vụ trực 24h/24h để theo dõi, hướng dẫn, điều khiển giao thông an toàn

qua hầm Hải Vân và ứng cứu, xử lý trong các tình huống tai nạn hoặc sự cố

xảy ra trong hầm

CƠ CẤU TỔ CHỨC TÔNG TY & XÍ NGHIỆP QUẢN LÝ VÀ KHAI

THÁC HẦM ĐƯỜNG BỘ HẢI VÂN

Kế toánThống kê

Phòng Vật tư Thiết bịPhương tiện

Giám đốc

Phó giám đốc Sản xuất kinh doanh Nội

chính

Phòng

Kỹ thuậtChất lượngGiao thông

Phòng

Ké hoạchKinh doanh

Phó giám đốc

Kỹ thuật - ChấtlượngĐiều hành thi công

Xí nghiệp

Quản lý khai thác

hầm Hải Vân

Xí nghiệpsản xuất nhũ tương nhựa đường và sửa chữa đường bộ

Xưởng gia công

cơ khí Chi nhánh sản xuất nhũ tương nhựa

đường Bình Định

Hình 1.1: Sơ đồ tổ chức nhà máy

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ TRONG

HẦM HẢI VÂN

1.1 CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ LẮP ĐẶT TRONG HẦM LIÊN QUAN ĐẾN XỬ LÝ KHẨN CẤP:

1.1.1 Hệ thống thông gió trong hầm :

 Mục đích chính của hệ thống thông gió nhằm cải thiện môi trường tronghầm và xung quanh, cung cấp khí sạch và loại bỏ các chất độc hại

 Thiết bị thông gió trong hầm Hải Vân gồm có 23 quạt phản lực, 3 hầmlọc bụi tĩnh điện bố trí dọc theo hầm và một hầm thông gió dùng để cấp khísạch và xả khí bẩn 5 thiết bị đo gió, 5 thiết bị đo tầm nhìn, 2 thiết bị đo khí

CO, 2 thiết bị đếm lưu lượng giao thông

 Ngoài mục đích chính như trên, khi có sự cố cháy xảy ra hệ thống thônggió còn có nhiệm vụ hạn chế và đưa vận tốc gió tại khu vực đám cháy về gầnbằng 0 bằng cách dừng tất cả các thiết bị của hệ thống thông gió, khởi động lại

và đo chiều quay của những quạt phản lực thích hợp

1.1.2 Hệ thống báo cháy :

quang chạy song song trên trần hầm Khi có sự thay đổi về nhiệt độ lớntrong một khoảng thời gian ngắn (tùy theo cài đặt ban đầu) thì các đầu dò nhiệtbằng cáp quang đó sẽ truyền tín hiệu về và chuông báo động hú lên, dựa vàođịa chỉ ở trên cáp quang tương ứng với lý trình trong đường hầm người vậnhành sẽ biết được chính xác vị trí xảy ra sự cố cháy

các hốc thiết bị chữa cháy cách khoảng 50 m dọc theo hầm tại các hốc kỹ thuậtdọc phía Tây đường hầm (Có 135 nút báo cháy)

Khi cần báo cháy trong hầm, nhân viên đi tuần tra trong hầm hoặc ngườitham gia giao thông có thể ấn mạnh vào tấm kính dễ vỡ trên hộp báo cháy đểbáo hiệu cho nhân viên điều hành tại nhà điều hành trung tâm (OCC)

1.1.3 Hệ thống chữa cháy :

Tại các hốc kỹ thuật đặt cách nhau 50 m dọc theo phía Tây thành hầm có

bố trí các vòi chữa cháy và bình chữa cháy và hóa chất tạo bọt ( Có 126 hốc kỹthuật)

Trong trường hợp xảy ra hoả hoạn trong hầm, đội cứu hộ cứu nạn, an ninh,người tham gia giao thông có thể dùng vòi chữa cháy hoặc bình chữa cháy đểdập đám cháy càng sớm càng tốt

Cùng thời gian đó các nhân viên vận hành sẽ đưa ngay xe chữa cháy và lựclượng chữa cháy tại chỗ trực 24h/24h ngoài cửa hầm vào hầm đồng thời yêucầu huy động cảnh sát chữa cháy hỗ trợ nếu cần thiết

1.1.4 Hệ thống thông tin liên lạc (điện thoại khẩn cấp SOS ) :

Điện thoại khẩn cấp ( SOS) được lắp đặt cả 2 phía đông và tây của hầmchính cách nhau khoảng 200 m dọc theo hầm,

+ Về phía tây của hầm chính gồm 30 cái được lắp đặt trong các hốc cứu hộ.+ Về phía đông của hầm chính được lắp đặt tại các cửa đường ngang.Tất cả các điện thoại khẩn cấp ( SOS) khi nhấc ống nghe (không cần bấmsố) thì sẽ nói chuyện trực tiếp được với trung tâm vận hành (OCC)

Đội cứu hộ cứu nạn hoặc người tham gia giao thông thông báo tình huống

sự cố hoặc tai nạn trong hầm cho nhân viên vận hành hầm

1.1.5 Hệ thống CCTV (CCTV: Closed Circuit Television):

Gồm có 58 camera được bố trí ở hai trạm thu phí, đường dẫn vào hầm, haiđầu cửa hầm và trong hầm Toàn bộ các hình ảnh thu được từ camera đượctruyền về trung tâm vận hành hiển thị trên 8 màn hình quan sát (cứ sau 5s thìmàn hình sẽ chuyển sang camera khác) đồng thời được ghi lại trong đĩa cứng

1.1.6 Hệ thống giám sát và điều khiển giao thông :

+ Biển báo điện tử hiện chữ có thể thay đổi nội dung gồm: 4 biển có độphân giải 12 kí tự x3dòng bố trí 2 biển ở hai đầu trạm thu phí và 2 biển ở haiđầu cửa hầm , 8 biển có độ phân giải 12 kí tự x 2 dòng bố trí thành 4 cặp đốixứng nhau tại 4 vị trí trong hầm

+ Biển báo có nội dung cố định và các vạch sẳn chỉ dẫn trên mặt đườngđược bố trí theo điều lệ báo hiệu đường bộ Việt Nam

+ Đèn giao thông: Gồm có 6 đèn xanh đỏ bố trí tại hai đầu trạm thu phí,

8 đèn giao thông xanh - vàng - đỏ bố trí tại các vị trí có biển báo điện tử hiệnchữ Khi có sự cố ở điểm nào thì đèn đỏ ở đó sẽ được bật lên để dừng các xelại

biến giao thông (Loops) trong đó có 32 vòng được lắp đặt trong hầm và 2 vòngđược lắp đặt ở 2 đầu cửa hầm Các vòng cảm biến được lắp đặt cách nhau200m bên dưới mỗi làn xe chạy

1.1.7 Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition ):

Thông qua hệ thống SCADA các dữ liệu từ các thiết bị trong hầm được gửi

về nhà điều hành trung tâm thông qua các sợi cáp quang Các dữ liệu này đượcnhân viên vận hành phân tích để từ đó đưa ra các lệnh điều khiền thích hợp chocác hệ thống

1.1.8 Hệ thống chiếu sáng trong hầm :

Hệ thống đèn chiếu sáng được bố trí suốt dọc 2 bên tường hầm nhằm mụcđích đảm bảo an toàn giao thông Để giảm sự chênh lệch độ sáng giữa bêntrong và bên ngoài hầm, đèn chiếu sáng tại các lối vào hầm và lối ra khỏi hầmđược tăng cường vào ban ngày và giảm đi vào ban đêm Đoạn giữa của hầmđược chiếu sáng không đổi liên tục suốt ngày đêm Trong trường hợp mất điệnlưới đèn trong hầm vẫn chiếu sáng bình thường thông qua hệ thống UPS, ăcquy và máy phát dự phòng

bố trí tại nhà điều khiển trung tâm (2 trạm),trong hầm (6 trạm), hai đầu trạm

thu phí bắc, nam (2 trạm) cung cấp nguồn cho các phụ tải trong hầm như: Hệthống quạt phản lực, quạt cung cấp và xả khí, hệ thống lọc bụi tĩnh điện và hệthống chiếu sáng trong và ngoài hầm.

2 Điều khiển hệ thống điện :

Hệ thống điện cao áp 110KV, trung áp 22KV, hạ áp 0,4KV được điều khiểndựa trên hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) Việc thaotác đóng cắt các thiết bị điện được thực hiện trên giao diện phần mềm MicroSCADA chạy trên nền Window NT 2000.Thông qua giao diện mô phỏng hệthống điện, người vận hành tại nhà điều khiển trung tâm có thể giám sát, theodỏi tình trạng làm việc toàn bộ hệ thống điên, từ đó thống kê, thu thập và báocáo kết quả

3 Hệ thống nguồn điện dự phòng :

Hầm Hải Vân được trang bị hệ thống nguồn dự phòng gồm các thiết bị sau:

 2 máy phát điện dự phòng, công suất 2x1,25 MW

 12 bộ lưu điện (UPS), công suất từ 15KVA đến 50KVA

- Điện thoại nội bộ

- Điện thoại gọi trực tiếp

Tổng cộng có 57 điện thoại khẩn cấp (SOS) và 19 điện thoại gọi trực tiếpđược lắp trong hầm, trong nhà điều hành, nhà thông gió và 2 trạm thu phí phíaBắc và Nam Các tổng đài nội bộ được lắp đặt tại phòng điều khiển trung tâm

Vị trí lắp đặt điện thoại khẩn cấp

 Tại nhà điều hành:

Có 4 điện thoại khẩn cấp gọi là SOS, trong đó 2 điện thoại ở tầng 2 có mã

số 1 và 2 và hai điện thoại ở tầng 1 có mã số 3 và 4 Cổng hầm phía Nam cómột điện thoại SOS mang mã số Tel 5 tại lý trình 8 + 000

 Trạm S/S - 1(Từ lý trình Km 7 + 917 đến Km 6 + 210 ) :

Có 15 điện thoại SOS trong đó có 9 điện thoại SOS được lắp trong 10 hốc

kỹ thuật Ngoài ra tại các đường băng ngang qua hầm lánh nạn được đặt 6 điệnthoại SOS

 Trạm S/S - 2 (Từ lý trình Km 6 + 210 đến Km 5 + 129) :

Có 8 điện thoại SOS trong đó 5 cái được lắp trong 5 hốc kỹ thuật Ngoài ratại các đường băng ngang qua hầm lánh nạn được lắp đặt 3 điện thoại SOS

 Trạm S/S - 3 (Từ lý trình Km 5 + 129 đến Km 4 + 209) :

Có 7 điện thoại SOS trong đó 5 cái được lắp đặt trong 5 hốc kỹ thuật Ngoài

ra còn 2 điện thoại SOS được lắp tại các đường băng ngang qua hầm lánh nạn

 Trạm S/S - 6 (Nhà thông gió tại lý trình Km 1 + 896) :

Có một điện thoại SOS

 Trạm S/S - 7(Trạm thu phí phía Bắc tại lý trình Km 0 + 200) :

Có 2 điện thoại khẩn cấp SOS

- Trạm S/S - 8(Trạm thu phí phía Nam tại lý trình Km 11 + 550) :

Có 2 điện thoại khẩn cấp SOS

* Nguyên lý hoạt động của điện thoại khẩn cấp (SOS) :

Hệ thống điện thoại khẩn cấp (SOS) được lắp đặt tại các hốc kỹ thuật tronghầm , khoảng cách giữa các điện thoại (SOS) là 200m Điện thoại SOS khẩncấp giúp cho người vận hành, người điều khiển phương tiện giao thông tronghầm liên lạc với trung tâm vận hành hầm khi phát hiện ra sự cố Hệ thống điệnthoại khẩn cấp SOS được mặc định địa chỉ từ trước, khi có sự cố người pháthiện chỉ cần nhấc điện thoại thì ngay lập tức cuộc gọi tại vị trí xảy ra sự cố sẽđược truyền về phòng điều khiển trung tâm ở nhà điều hành và người vận hành

sẽ nhận biết được khu vực xẩy ra sự cố Tại phòng điều khiển trung tâm hệthống điện thoại để bàn nhận tín hiệu của các điện thoại khẩn cấp được lậptrình từ trước để tự động chuyển cuộc gọi tới máy khác trong trường hợp máynhận tín hiệu bị bận

2 Hệ thống báo cháy : Bao gồm

- 126 nút ấn báo cháy bằng tay lắp tại 126 hốc kỹ thuật trong hầm

- 6 tủ nhận tín hiệu điều khiển PBS-16 trong hầm và 1 tủ trong nhà điềuhành

- 6 mạch vòng cáp quang dò nhiệt MXF 100

- 6 tủ kiểm soát MXF 100

- Các nút thông tin CN 92

- Các mô dun kiểm soát M500CHE

a Các nút báo cháy bằng tay (Lắp tại hốc kỹ thuật) :

Khi có sự cố cháy người phát hiện dùng tay đập vở lớp kính bảo vệ bênngoài và ấn nút bên trong, tín hiệu báo động sẽ được truyền tới bộ kiểm soátđịa chỉ tại 6 tủ nhận tín hiệu PBS-16 Đám cháy sẽ được hiển thị trên màn hình

và còi báo động sẽ hoạt động Màn hình trên tất cả các tủ PBS - 16 sẽ chỉ rỏ vịtrí của sự cố khi đó nhân viên vận hành nghe và nhìn thấy được vị trí của khuvực xẩy ra sự cố Cùng lúc đó hệ thống PBS-16 sẽ truyền tín hiệu báo động tới

nút thông tin CN 92, tín hiệu được chuyển tiếp tới nút thông tin CN 92 tại nhàđiều hành trung tâm bằng đường truyền cáp quang Tại nhà điều hành trungtâm nhận được thông tin và hiển thị vị trí cháy qua bản đồ đường hầm trên màn

Mỗi bộ MXF 100 sẽ phát ra liên tục các tia Laze dạng xung và thu nhận tínhiệu phản hồi qua các đầu cảm ứng và sẽ có được thông tin về nhiệt độ dọctheo đường cáp quang trong hầm, chia thành từng khu vực kiểm soát (Zone).Các báo động được xác định theo giới hạn nhiệt độ cố định là 57,5oC, khinhiệt độ tăng chậm mà vượt quá 57,5oC thì sau 15 s nếu nhiệt độ tiếp tục tăng

hệ thống mới phát ra tín hiệu báo động

c Các nút thông tin CN – 92 :

Các nút thông tin CN - 92 thu nhận thông tin và truyền dữ liệu giữa các tủnhận tín hiệu PBS - 16 và các nút thông tin CN - 92 khác sau đó truyền về nhàđiều hành trung tâm bằng đường cáp quang Với hệ thống Micro SCADA vàmàn hình hiển thị thực hiện qua đường truyền RS232

d Các mô dun kiểm soát M500CHE :

M500CHE là một mô dun kiểm soát để giám sát các chuông báo cháy vàcác nút ấn báo cháy Mô dun này có địa chỉ riêng và được kiểm soát với sự hổtrợ của các vòng dây PBS-16 M500CHE được sử dụng cho trạm thu phí phíaBắc, phía Nam và nhà thông gió Các Môdun M500CHE có chức năng như các

tủ nhận tín hiệu PBS-16 trong hầm dùng để địa chỉ hoá các nút ấn báo cháy ,các chuông báo động ở nhà thông gió và trạm thu phí phía Bắc và Nam vàtruyền các tín hiệu báo động khi có sự cố về các tủ nhận tín hiệu PBS-16 tronghầm để đưa thông tin về nhà điều hành

3 Hệ thống phát thanh lại :

Cấu trúc hệ thống

 3 kênh VHF kép phục vụ cho các dịch vụ khẩn cấp

 3 kênh UHF kép phục vụ cho các dịch vụ khẩn cấp

 2 kênh VHF kép phục vụ cho vận hành và bảo dưỡng

 5 trạm phát thanh lại cho băng tần FM

 5 trạm phát thanh lại cho băng tần AM

Cáp phát thanh trong hầm sử dụng cáp đồng trục có vỏ bọc, thực hiện đồngthời truyền (up - link) và thu (down - link) 3 băng sóng AM, FM, VHF vàUHF thực hiện việc thu, phát sóng sử dụng cáp phát thanh thông qua anten

Trạm thu phát trên nhà thông gió SS-6 dụng để nhận và truyền các tín hiệu

vô tuyến giữa hệ thống Radio trong hầm và các trạm dịch vụ khác như dịch vụkhẩn cấp, phát thanh quảng bá Trạm này kết nối tới trạm phát thanh chính :

 Trạm chính SS-3 : thu nhận , cung cấp tín hiệu cho toàn bộ các trạmcòn lại

 Trạm phụ S/S-1,S/S-2,S/S-4,S/S-5 và nhà điều hành trung tâm(OCCB) sử dụng cáp phát thanh đi trên đỉnh hầm tới trạm chính SS-3

* Nguyên tắc vận hành và điều khiển :

Thông qua 2 loa phóng thanh đặt ở 2 trạm thu phí phía bắc và nam làmnhiệm vụ phát các bản thông bao, chẳng hạn thông báo từ xa cho các xe khôngđảm bảo như xe quá khổ quá tải, xe chở các vật liệu gây cháy nổ.v.v

- Vận hành trong trường hợp bình thường Trong trường hợp bình thườngcác trạm phát thanh FM, AM tiếp âm đài tiếng nói Việt Nam, đài địa phương

- Vận hành trong trường hợp có sự cố xảy ra :

Trường hợp mất điện lưới quốc gia hệ thống điện dự phòng không đủ khảnăng cung cấp cho toàn bộ phụ tải nên bắt buột sa thải phụ tải chỉ để lại cácphụ tải quan trọng, bảo dưỡng định kỳ, các tai nạn lớn chưa thể khắc phục ngay, tai nạn do thiên tai v v Trong trường hợp này người quản lý cấp cao nhấtthông báo lên cấp trên đồng thời ra lệnh cho bộ phận phát thanh phát liên hệvới đài địa phương, đài trung ương phát bản tin chuẩn bị đóng cửa hầm, thôngbáo cho 2 trạm thu phí ngừng bán vé, thông báo cho đội an ninh hướng dẫngiao thông đi đường đèo thông qua loa phóng thanh

Trong trường hợp có sự cố (cháy) hệ thống phát thanh lại kết hợp với hệthống điều khiển và giám sát giao thông, hệ thống truyền hình mạch kín, hệthống thông gió và hệ thống điện nhằm cô lập đám cháy Trong lúc này hệthống phát thanh lại được phép sử dụng các thức vận hành sau :

 Chèn tập tin âm thanh được lưu sẳn trong hệ thống máy tính

 Người hướng dẫn giao thông trực tiếp hướng dẫn cho người thamgia giao thông tìm lối thoát hiểm gần nhất thông qua màn hình điều khiển vàgiám sát giao thông, màn hình hình giám sát hệ thống truyền hình mạch kín  Thông báo cho nhân viên 2 trạm thu phí có thể giảm bớt lưu lượng

(PTZ:Pan-Tilt-+ 8 màn hình màu hiệu Philips, 21 inch giám sát đặt ở nhà điều hànhtrung tâm (OCCB: Operating Control Central Building)

+ Hai bàn phím điều khiển với đầy đủ chức năng được trang bị cần điềukhiển dùng để điều khiển bộ chuyển mạch ma trận và 4 bộ ghi hình kỹ thuật số

 4 bộ ghi hình kỹ thuật số mỗi bộ có dung lượng 320GB, mỗi bộ có 16cổng đầu vào, có chức năng vừa hiển thị hình ảnh lên màn hình và vừa ghi lạihình ảnh đó vào bộ nhớ cùng lúc.

 Một bộ chuyển mạch ma trận ký hiệu TC8600, trang bị với 64 cổng đầuvào và 8 màn hình đầu ra và khối chức năng báo động

* Nguyên tắc kết nối :

 Các camera (cam) trong hầm được lắp đặt phía bên dưới của hầm vàhướng theo một chiều từ bắc vào nam , khoảng cách giữa các cam từ 125 đến137m ( chú ý rằng ở SS6 không có lắp đặt cam quan sát) Còn các cam PTZđược đặt tại những vị trí quang trọng là ngay tại các trạm từ SS1 đến SS5(PTZ

ở SS1 đặt tại STA.6+245 , SS2 tại STA.5+165 , SS3 tại STA.4+261 , SS4 tạiSTA.3+642) , còn cam PTZ ở nhà điều hành trung tâm thì được đặt trên góctrái và phải trước mặt nhà điều hành trung tâm, cam PTZ ở SS7&SS8 đặt tạiphía phải luồng thu phí số 1và hai cam Fixed đặt phía bên trái luồng thu phí số

2 cách mặt đất khoảng 4.5m quay theo hai hướng ngược nhau

 Nhóm 8 camera (cam) ở nhà điều hành trung tâm được đưa trực tiếpvào bộ ghi hình kỹ thuật số 1, còn tất cả các nhóm cam còn lại đều kết nốigiống nhau là đều được đưa vào bộ ghép kênh sau đó truyền dẫn tới OCCB tạiđây sẽ được giải ghép bằng bộ giải ghép kênh trước khi đưa vào các bộ ghihình kỹ thuật số và sau đó tín hiệu được đưa vào bộ chuyển mạch ma trậnvideo và từ đây sẽ được điều khiển để hiển thị hình ảnh trên 8 màn hình thông

qua 2 bàn phím điều khiển

* Nguyên tắc vận hành và điều khiển :

 Vận hành trong trường hợp bình thường

Chúng ta có tất cả 58 camera nhưng chỉ có 8 màn hình hiển thị, vì vậybình thường tại một thời điểm chỉ có thể thấy tối đa 8 hình ảnh của 8 camerathôi và vị trí camera hiển thị sẽ được điều khiển bởi nhân viên vận hành tại nhàđiều hành trung tâm hoặc được lập trình tự động bằng chương trình trước vàcác hình ảnh này sẽ được ghi lại và lưu trong bộ nhớ của các bộ ghi hình kỹthuật số mà ta có thể ghi ra đĩa CD hoặc phát lại nếu cần thiết

 Vận hành trong trường hợp có sự cố xảy ra

Trước khi hầm vào vận hành thì các camera sẽ được đánh số thiết bị vàxác định lý trình vì vậy khi xảy ra tai nạn ở một vị trí nào đó trong hầm thìnhân viên vận hành sẽ dể dàng điều khiển các camera tại vị trí đó hiển thị lênmàn hình, nhờ vậy mà tại phòng điều khiển trung tâm ta có thể nhìn thấy đượchình ảnh cụ thể nơi xảy ra tai nạn vì tín hiệu không những là hình ảnh mà còn

cả âm thanh của hiện trường nữa, từ đó có thể xác định rỏ mức độ của tai nạn

và kết hợp với các hệ thống khác như: Hệ thống thông gió, phát thanh lại, điềukhiển giao thông, báo cháy, hệ thống điện định ra cách giải quyết thích hợpnhanh chóng ngay tại phòng điều khiển trung tâm

Biển báo thay đổi được vận hành trên máy tính được làm bởi các đèn LED

kỹ thuật kích thước của các kí tự là 200x160mm và một số điểm cho phép hiển

thị các thông tin bằng tiếng Anh và tiếng Việt Các biển báo thay đổi (VMS Variable Message Signs) được đặt cùng vị trí với các đèn giao thông.

-Biển báo thay đổi được điều khiển để thay đổi các đoạn thông tin và chế độvận hành từ màn hình giám sát SCADA

2.2.3 Hệ thống kiểm soát phương tiện :

1 Thiết bị đo độ cao :

Các thiết bị đo độ cao được lắp đặt tại đầu vào của cổng thu phí phía trướcnhà bán vé của hai trạm thu phí phía Bắc và phía Nam

Các bộ phát hiện này sẽ dò các phương tiện mà có chiều cao vượt quá chiềucao cho phép so với tiêu chuẩn của hầm Hải vân Khi có một phương tiện quákhổ thì thiết bị này sẽ cho tín hiệu báo động bằng còi và đèn tại nhà thu phí vànhà điều hành trung tâm Lúc này nhân viên trực vận hành điều khiển và giámsát giao thông sẽ yêu cầu nhân viên ở trạm thu phí không cho phương tiện đóvào hầm thông qua các phương tiện thông tin liên lạc như điện thoại, phátthanh

2.2.4 Hệ thống điều khiển thông gió :

1 Giới thiệu tổng quát :

Hệ thống điều khiển thông gió của hầm Hải Vân được điều khiển chính tạinhà điều hành trung tâm và gửi tín hiệu vận hành đến mỗi thiết bị của hệ thốngthông gió thông qua hệ thống SCADA đến các tủ điều khiển tại mỗi trạm đặtbảng điều khiển của quạt phản lực , như vậy quạt phản lực cũng được điềukhiển chính tại nhà điều khiển trung tâm Ngoài ra tại mỗi trạm còn đặt 1 bảngđiều khiển cho một nhóm quạt được phân theo khu vực:

Trong hầm được chia thành 5 khu vực cháy :

 Khu vực 1 từ lý trình 1+643 đến lý trình 2+743(6 quạt: từ quạt số 1 đến

quạt số 6) , 1 bảng điều khiển (gồm 6 bảng điều khiển nhỏ) đặt tại S/S5

 Khu vực 2 từ lý trình 2+743 đến lý trình 4+343 (6 quạt : từ quạt số 7 đến

quạt số 12) , 1 bảng điều khiển (gồm 6 bảng điều khiển nhỏ) đặt tại S/S4(EP1)

 Khu vực 3 từ lý trình 4+343 đến lý trình 5+893(8 quạt : từ quạt số 13

đến quạt số 18) , 1 bảng điều khiển ( gồm 2 bảng điều khiển nhỏ) đặt tại S/S3(hầm thông gió) điều khiển 2 : quạt 13 và 14 và 1 bảng điều khiển (gồm 4 bảngđiều khiển nhỏ) đặt tại S/S2(EP2) điều khiển 4 quạt từ 15 đến quạt 18

 Khu vực 4 từ lý trình 1+643 đến lý trình 2+743 (3 quạt: từ quạt số 19

đến quạt số 23) , 1 bảng điều khiển (gồm 5 bảng điều khiển nhỏ) đặt tạiS/S1(EP3)

 Khu vực 5 từ lý trình 1+643 đến lý trình 2+743 ( 0 quạt )

2 Nguyên tắc vận hành của quạt phản lực ở chế độ tự động :

 Vận hành khi hầm hoạt động bình thường :

Khi hầm hoạt động bình thường thì hệ thống quạt phản lực chạy tự động.Thông qua hệ thống các thiết bị đo ở trong hầm như : Máy đo tầm nhìn, máyđếm lưu lượng giao thông, máy đo tốc độ gió sẽ gửi các tín hiệu về máy phântích của hệ thống thông gió sau khi phân tích xong nó sẽ gửi thông tin đến máytính điều khiển và máy tính điều khiển sẽ gửi tín hiệu đến các bảng điều khiển

để lệnh cho những quạt phản lực nào chạy để đảm bảo các yêu cầu về tốc độgió lưu thông trong hầm

Khi nhận được tín hiệu báo động , chế độ "điều khiển cháy" tự động bật lên

và tất cả các thiết bị của hệ thống thông gió dừng lại Ở chế độ này chỉ có quạtphản lực là chuẩn bị khởi động còn các thiết bị khác như: Quạt cấp xả khí, quạt

EP cấm khởi động Điều khiển tốc gió về vận tốc bằng 0 tại đám cháy xảy ra Sau khi nhận tín hiệu hệ thống quạt phản lực sẽ được khởi động trở lại vớiluồng gió thổi ngược sau thời gian trễ là 30s đối với việc điều khiển tốc độ gió.Thời gian trễ này có thể được cài đặt trong phạm vi từ 0(s) đến 99(s)

 Nguyên tắc vận hành quạt phản lực :

Trình tự khởi động từng quạt phản lực 1 cho đến 19 khi tốc độ gió tronghầm nằm trong phạm vi từ 0.0 ÷ 0.5 m/s Những quạt phản lực được dùng đểđiều khiển tốc độ gió phải cách xa vị trí đám cháy tối thiểu là 500m Thời giankhởi động của 2 quạt phản lực liền nhau là 15 (s) Thời gian này có thể đượccài đặt từ 3-30 (s)

Sau khi tốc độ gió ở mức thoả mản thì hệ thống điều khiển thông gió sẽ giữtốc độ gió trong hầm gần bằng 0.0m/s tại nơi xảy ra đám cháy, nhằm khôngcho khói lan toả ra xung quanh trong khoảng một thời gian để người thoát quahầm phụ,kết thúc chế độ điều khiển cháy.Chế độ điều khiển cháy được tắt bằngtay Chế độ vận hành bình thường được bật lên

3 Nguyên tắc vận hành của quạt phản lực ở chế độ bằng tay :

Ta chỉ vận hành quạt phản lực bằng tay khi muốn bảo dưỡng, sữa chữa hoặckiểm tra từng quạt riêng biệt Khi muốn vận hành hệ thống quạt phản lực bằngtay thì ta chuyển chế độ điều khiển tại bảng điều khiển sang "chế độ riêng lẻ"lúc đó ta có thể vận hành bằng tay Khi đã chuyển sang chế độ "chế độ riênglẻ" thì được điều khiển theo 3 kiểu " theo hướng gió thổi", "ngược hướng gióthổi" và "dừng lai" với nút nhấn chiếu sáng ở phía trước của bảng điều khiểnquạt phản lực

PHẦN II KHẢO SÁT VỀ CHỨC NĂNG ĐẶC BIỆT CỦA HỆ THỐNG QUẢN LÝ

GIÁM SÁT GIAO THÔNG HẦM HẢI VÂN

CHƯƠNG I :

GIỚI THIỆU VỀ CHỨC NĂNG ĐẶT BIỆT CỦA HỆ THỐNG QUẢN LÝ

GIAO THÔNG HẦM HẢI VÂN

1.1 Giới thiệu :

Hệ thống quản lý giao thông hầm Hải Vân ( TTMS : System ManagementTraffic Tunnel ) nằm trong gói thầu III của dự án xây dựng hầm đèo Hải Vân TTMS là công cụ mà người vận hành Trung Tâm quản lý giao thông ( TMC :Centre Management Traffic ) có thể giám sát , điều khiển và cung cấp thông tingiao thông trong hầm đèo Hải Vân Để phục vụ cho toàn bộ quá trình giám sátgiao thông cần phải kết hợp 3 bộ phận chính sau :

1 Hệ thống truyền hình mạch kín (CCTV: Closed CircuitTelevision)

2 Hệ thống phát thanh lại

3 Hệ thống kiểm soát phương tiện :

Khi vận hành thì ở mỗi bộ phận sẽ có 2 người trực đảm nhận nhiệm vụgiám sát và điều khiển và thu thập thông tin ở mỗi bộ phận Khi hầm hoạt động

ở trạng thái bình thường thì người vận hành vẫn phải theo dõi quá trình vậnhành đồng thời thu thập thông tin để lưu trữ Khi có hiện tượng sự cố xảy ra thì

cả 3 hệ thống trên cùng phối hợp giải quyết Thông thường thì hệ thống kiểmsoát phương tiện sẽ nhận và thông báo lỗi ,sau đó 2 hệ thống còn lại sẽ tậptrung giải quyết bằng các thông báo với người lái xe cũng như người trực đangđiều khiển giao thông trong hầm

1.2 Nội dung biểu đồ và chức năng chính :

Liên kết ( sự cần thiết giao tiếp ) giữa hệ thống quản lý giao thông hầm đèoHải Vân TTMS và thế giới bên ngoài được biểu thị trong biểu đồ Hệ thốngquản lý giao thông hầm đèo Hải Vân sẽ có thể liên kết giữa 10 thực thể :

Hệ thống quản lý giao thông trong hầm bao gồm 4 chức năng chính :

 Phát hiện sự cố tự động và giám sát giao thông ( TM-AID : TrafficMonitoring and Automatic Incident Detection )

 Quản lý sự cố và trạng thái giao thông ( TS-IM : Traffic Status andIncident Management )

 Cung cấp điều khiển giao thông ( PTC : Provide Traffic Control )

 Cung cấp thông tin giao thông ( PTI : Provide Traffic Information)Hình sau biểu thị chức năng chính của hệ thống quản lý giao thông hầm :

1.1.1 Phát hiện sự cố tự động và giám sát giao thông ( TM-AID) :

Chức năng này bao gồm các chức năng phụ sau :

 Cung cấp sự đo đạc các dòng giao thông trong hầm và sự tính toán dữliệu dòng giao thông

 Cung cấp những điều kiện thuận lợi cho việc sử dụng dữ liệu giao thông

từ các bộ xác định loop cảm ứng và cho việc phát hiện ra các loại xe trênđường

 Nhận ra những sự cố xuất hiện và phân loại chúng trong những loại đặcbiệt

 Cung cấp những điều kiện thuận lợi cho việc xác định xe quá chiều caoqui định trong hầm

 Lưu trữ những dữ liệu giao thông được đo và tính toán đến cơ sở dữ liệugiao thông và dữ liệu sự cố đến cơ sở dữ liệu sự cố và sự kiện

1.1.2 Quản lý sự cố và trạng thái giao thông TS-IM :

Chức năng này bao gồm các chức năng phụ như : quản lý việc kiểm tra ,đánh giá và đưa ra những đề nghị những phản ứng lại những sự cố được xácđịnh và phân loại bởi TM-AID

Chức năng này cũng sẽ cung cấp giao diện để người vận hành TMC có thểđiều khiển sự cố xảy ra , cung cấp cho người vận hành những biên bản thống

kê về sự xuất hiện của những sự cố và việc xử dụng sơ đồ giao thông Khingười vận hành có thể cung cấp các đầu vào thông qua việc sử dụng bàn phímmáy tính và một vài dạng của việc thu thập dữ liệu trên cơ sở kích chuột Ngaylập tức , họ sẽ nhận được đầu ra trên màn hình hiển thị các thông số giao thông.Ngoài ra , chức năng này còn cung cấp dữ liệu của tất cả các bộ phận điềukhiển và cung cấp tin tức về hành động và yêu cầu đến cơ sở dữ liệu Ngườivận hành sẽ thông báo đến tổ chức bảo dưỡng bằng điện thoại về những khuvực , thiết bị kém chức năng và cần bảo trì

1.1.3 Cung cấp điều khiển giao thông PTC :

Chức năng này cung cấp đầu ra đến thiết bị điều khiển những mệnh lệnhhoặc hành động điều khiển để đường hầm và trạm thu phí được quản lý theohướng an toàn và có hiệu quả Mệnh lệnh hoặc hành động điều khiển đượccung cấp bởi chức năng TS-IM và cần sự xác nhận của người vận hành trướckhi được truyền đến chức năng PTC Đầu ra của những mệnh lệnh có thể lànhững tín hiệu đèn giao thông và những thông điệp bằng chữ :

 Điều khiển giao thông bên trong và bên ngoài hầm và tại trạm thuphí bằng những tín hiệu giao thông

 Ngăn ngừa sự xâm nhập của những phương tiện vào trong hầm vàđóng hầm bằng những đèn giao thông và biển báo thay đổi VMS

Hệ thống đường hầm cũng bao gồm những chức năng bổ sung: những hàngrào bằng tay , dấu vết trên đường , các cột phản quang ,

1.1.4 Cung cấp thông tin giao thông PTI :

Chức năng này cho phép thông điệp và thông tin giao thông trên sơ đồ giaothông được phổ biến đến người lái xe và người làm việc trong hầm bằng cách

sử dụng những biển báo thay đổi VMS và radio phát thanh lại Chức năng PTIcung cấp công cụ để người lái xe có thể khai báo sự cố xảy ra

Chức năng PTI cũng có thể cung cấp cho người vận hành thông tin giaothông từ Trung tâm quản lý giao thông TMC qua điện thoại đến các phươngtiện truyền thông

1.3 Liên kết đến hệ thống ngoài :

Hệ thống ngoài là hệ thống báo động khẩn cấp trong hầm và hệ thống thuphí Hệ thống báo động bao gồm : điện thoại khẩn cấp , hệ thống báo cháy ,radio phát thanh lại ( gói thầu III ) , giám sát tầm nhìn và ô nhiễm ( gói thầu

IV ) Hệ thống báo động cháy , báo động điện thoại khẩn , và báo động tầmnhìn , ô nhiễm sẽ được truyền tự động đến hệ thống quản lý giao thông tronghầm TTMS

Sự liên kết với hệ thống thu phí được thực hiện thông qua điện thoại Người vận hành TMC có thể cung cấp thông tin bằng điện thoại đến người vậnhành trạm thu phí về trạng thái hiện thời của đường hầm và yêu cầu thực hiệnhành động điều khiển bằng tay tại trạm thu phí ( như là đóng lối vào trong hầmkhi mà hầm bị đóng tạm thời

1.4 Giám sát giao thông và tự động xác định sự cố :

1 Giám sát giao thông :

Chức năng TM-AID tập hợp dữ liệu từ các điểm đo :

 Thời gian theo dõi ( hh : mm : ss )

 Dung lượng giao thông ( số xe / h , số xe / 24 giờ )

 Dung lượng từng loại xe ( số xe/h , số xe / 24 giờ )

 Tốc độ trung bình ( km/h)

 Thời gian đi hết đường hầm ( mm:ss)

2 Tự động xác định sự cố :

a Xác định khoảng cách xe , di chuyển chậm theo hàng và xe dừng :

Khoảng cách xe quá nhỏ sẽ dẫn đến nguy cơ dễ xảy ra tai nạn và mất antoàn cao trong trường hợp xảy ra cháy Chức năng TM-AID tự động đưa ranhững thông báo sự cố khi nó nhận được :

 Khoảng cách xe quá nhỏ ( sẽ được tính trên cơ sở đo tốc độ xe vàkhoảng cách giữa các xe ) ,

 Tốc độ giảm và các xe nối đuôi nhau (được tính trên cơ sở tốc độtrung bình và tỷ lệ chiếm giữ loop ) ,

 Một chiếc xe dừng ( dựa trên thời gian chiếm giữ loop )

Một thông báo sự cố sẽ được cung cấp đến TS-IM và được lưu trữ trong cơ

sở dữ liệu TS-IM sẽ truyền thông báo sự cố đến người vận hành TMC

Bảng sau thể hiện các giá trị ngưỡng mà nếu vượt qua thì hệ thống sẽ báođộng sự cố :

Giá trị ngưỡng ban

đầu [ví dụ của giá trị cóthể lập trình được]Khoảng cách xe

b Xác định xe chạy sai hướng :

Hai tuyến xe đối ngược nhau trong hầm được chia đôi bởi những chóp cao

su và cột phản quang , khoảng cách xen kẽ nhau 5 m dọc trong hầm

Bộ dò sẽ có khả năng xác định những phương tiện di chuyển sai hướng( bao gồm cả vượt xe ) Bộ dò không có khả năng phát hiện những phương tiệnchạy sai hướng mà không đi qua Loop Khi một phương tiện di chuyển saihướng được phát hiện , TM-AID sẽ tự động cung cấp thông báo sự cố

c Sự xác minh của sự cố giao thông :

Khi một sự cố xảy ra , thông điệp về sự cố sẽ được cung cấp đến TS-IM vàđược lưu trữ trong cơ sở dữ liệu

TS-IM sẽ truyền thông điệp sự cố và báo động đến người vận hành TMC Người vận hành TMC sẽ vận hành bằng tay thông qua hệ thống CCTV để xácminh sự cố “xe chạy chậm “ , “ xe chạy chậm và xếp hàng “ , “ dừng xe”, “ xechạy sai hướng “ Chỉ những sự cố đã được xác minh mới có thể được đưa racác biện pháp xử lý

3 Điểm đo giao thông :

Các điểm do giao thông được đặt cách nhau khoảng 200 m trong hầm vàkhoảng 100 m cách 2 cửa vào hẩm ở bên ngoài

Giao thông sẽ được đo tại những điểm đo bằng những loop cảm ứng từ trênmỗi làn đường Thiết bị giám sát giao thông sẽ thu thập và tính toán cho mỗiphương tiện di chuyển qua điểm đo đó

Loop và những dây ra của nó được lắp đặt hoặc là theo tiêu chuẩn của ĐứcTLS , hoặc là theo tiêu chuẩn của Anh MCH 1540 Sự chọn lựa phụ thuộc vàongười cung cấp công nghệ nhưng vấn đề là sự đồng ý của khách hàng

Hình sau thể hiện sơ đồ bố trí điểm đo Loop :

4 Điểm đo chiều cao :

Thiết bị dò chiều cao xe là loại cảm biến tia hồng ngoại hoặc tia laze đượclắp đặt tại đầu vào của các trạm thu phí trước cabine thu tiền và ở vị trí màngười thu tiền có thể thấy trực tiếp các đầu dò và phương tiện ở dưới nó

Những đầu dò này sẽ xác định những phương tiện có chiều cao vượt quáchiều cao tối đa cho phép trong hầm Hải Vân ( H ) Tất cả thiết bị trong hầmđược lắp đặt ở chiều cao vượt khoảng H + 0,3 m

1.5 HỆ THỐNG QUẢN LÝ GIAO THÔNG HẦM ĐÈO HẢI VÂN PHƯƠNG PHÁP VẬN HÀNH SƠ BỘ :

1 Giới thiệu :

Hệ thống quản lý giao thông là một dạng công cụ cho phép vận hành quản

lý giao thông trên màn hình , điều khiển và khai báo giao thông trong hầm Hệthống không có chức năng tự động điều khiển giao thông Người vận hànhphải luôn kiểm tra và xem xét hành động điều khiển và đo lường trước khi hệthống sẽ khởi động

Hệ thống quản lý giao thông hầm bao gồm chức năng chính sau :

 Dò tìm sự cố tự động và giám sát giao thông

 Quản lý sự cố và tình trạng giao thông

 Cung cấp điều khiển giao thông

 Cung cấp thông tin về giao thông

2 Thiết bị :

Hệ thống quản lý giao thông được thực hiện dựa trên những thiết bị :

 16 đèn giao thông

 12 biển báo thay đổi

 68 điểm đếm giao thông ( 34 mạch dò )

 2 thiết bị phát hiện quá chiều cao

0.8

0.80.8

0

0.5

0.90.9

0.5

2

04

 8 bộ điều khiển logic

 2 bộ hướng dẫn giao thông

Tương ứng tại mỗi trạm gồm có :

SS1 : 2 đèn giao thông , 2 biển báo thay đổi

SS2 : 2 đèn giao thông , 2 biển báo thay đổi

SS3 : 2 đèn giao thông , 2 biển báo thay đổi

SS4 : 2 đèn giao thông , 2 biển báo thay đổi

SS5 : 2 đèn giao thông , 1 biển báo thay đổi , 2 cảm biến quang

SS7 : 2 đèn giao thông , 1 biển báo thay đổi , 2 bộ phát hiện chiều cao ,

2 bộ điều khiển độ sáng của đèn giao thông , 1 bộ hướng dẫn giao thông

SS8 : 2 đèn giao thông , 1 biển báo thay đổi , 2 bộ phát hiện chiều cao ,

2 bộ điều khiển độ sáng của đèn giao thông , 1 bộ hướng dẫn giao thông Biển báo giao thông bên ngoài nhà điều hành trung tâm ( OCC )

 2 đèn giao thông

 1 biển báo thay đổi

 2 bộ đèn chiếu sáng

CÁC THIẾT BỊ ĐẤU NỐI VỀ TCP

9, L.S P.C.P 8, TL3, TL2

Từ Km5+ 938 đếnKm7+129

 TCP: Traffic Control Panel – tủ điều khiển giao thông

 L.S: Limit switch for Cross Passage Door – Công tắc giới hạn ở cáccửa thông qua hầm lánh nạn

 TL: Traffic Light – đèn giao thông

 A: Overheight Alarm Box & T.L control – Hộp báo động quá khổ vàđiều khiển giao thông cục bộ

 D: Overheight Detector – Bộ phát hiện quá khổ

 P.C.P: Pedestrian Cross Passage – Cửa dành cho người đi bộ

 V.C.P: Vehicular Cross Passage – Cửa dành cho xe cơ giới

b Biển báo thay đổi :

Biển báo thay đổi được vận hành trên máy tính được làm bởi các đèn LED

kỹ thuật , kích thước của các ký tự là 200x160 mm và một số điểm cho phéphiển thị các thông tin bằng tiếng Anh và tiếng Việt Các biển báo thay đổi( VMS ) được đặt cùng vị trí với các đèn giao thông

c Các điểm đếm giao thông :

Các điểm đếm giao thông được đặt cách nhau khoảng 200m trong hầm và ở

2 đầu vào của hầm là 100m Giao thông được đo đếm tại các điểm đếm với cácvòng dây cảm ứng được chia đôi cho mỗi làn xe

Các thiết bị giám sát giao thông sẽ ghi và tính toán dữ liệu cho mỗi phươngtiện đi vào ở cả 2 làn xe Các dữ liệu lặp lại từ các điểm đếm giao thông sẽđược so sánh dữ liệu thời gian thực

CHƯƠNG II : NGHIÊN CỨU _ KHẢO SÁT HỆ SCADA CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT

GIAO THÔNG HẦM HẢI VÂN

2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG :

Những vấn đề đặt ra cho hệ thống giám sát giao thông hầm Hải Vân là :  Cập nhật liên tục các thông số giao thông cho phòng điều khiển trungtâm để tham khảo và có sự điều chỉnh kịp thời

 Phát hiện nhanh các sự cố xảy ra trong hầm và có thể đưa ra xử lý từ xa  Xây dựng cơ sở dữ liệu các thông số liên quan đến sự cố cũng như dữliệu giao thông để tìm ra những hướng giải quyết sau đó

Để giải quyết những vấn đề trên , vấn đề xây dựng một hệ thống điều khiểngiám sát và thu thập dữ liệu ( SCADA ) cho hệ thống giám sát giao thông hầmHải Vân là rất cần thiết Cơ sở xây dựng hệ SCADA là ứng dụng kỹ thuật tinhọc , mạng máy tính và truyền thông công nghiệp Một hệ SCADA giám sátgiao thông trong hầm Hải Vân bao gồm 3 cấp chính :

 Cấp giám sát trung tâm ( còn gọi là phòng điều khiển trung tâm hay cấpđiều khiển giám sát ) : Có chức năng thu thập , lưu trữ , xử lý số liệu và đưa racác lệnh điều khiển tới các trạm điều khiển cơ sở trên cơ sở chương trình đã càiđặt Trong trạm điều khiển trung tâm có bố trí các máy tính chủ ( Hot Server ,Cold Server ) và PLC , Card điều khiển

 Cấp điều khiển : Có chức năng thu thập , xử lý số liệu theo từng khuvực và gửi các số liệu đã xử lý về trạm điều khiển trung tâm , ra các lệnh điềukhiển đến các đèn giao thông ( cơ cấu chấp hành ) Hệ thống các trạm cơ sởnày được chia làm 8 khu vực Mỗi khu vực đều có các bộ điều khiển và cácđối tượng điều khiển riêng là :

Card MC2014 : có chức năng thu thập tín hiệu từ các Loop giao thông đưa

về và xử lý tính toán để đưa các dữ liệu đó về trạm điều khiển trung tâm PLC TSX : Có chức năng giám sát trạng thái (đóng mở ) của các cửa hầmthoát hiểm rồi gửi về trạm điều khiển trung tâm và nhận lệnh điều khiển từtrạm trung tâm để điều khiển trạng thái của các đèn giao thông

 Cấp trường : bao gồm các Loop giao thông , biển báo VMS , đèn giaothông , và các công tắc cửa thoát hiểm

Mạng lưới truyền thông :

Có chức năng đảm bảo thông tin hai chiều giữa trạm điều khiển trung tâm

và hệ thống các trạm cấp dưới Mạng lưới truyền thông được xây dựng trên haimạng sau :

 Mạng Ethernet TCP/IP : có chức năng liên kết giữa trạm điều khiểntrung tâm và hệ thống các trạm cơ sở

 Mạng Modbus TCP : có chức năng liên kết giữa hệ thống các trạm

cơ sở với các phần tử cấp trường

Như vậy , có thể thấy rằng việc sử dụng hệ SCADA cho hệ thống giámsát giao thông có những đặc điểm sau :

 Hệ SCADA dễ dàng đáp ứng được các yêu cầu điều khiển các hệthống kỹ thuật có tính phân bố trên phạm vi rộng nhưng lại có tính tập trung vềđiều khiển ( phòng điều khiển trung tâm )

 Hệ SCADA đảm bảo điều khiển toàn bộ hệ thống giám sát giaothông theo chương trình đã cài đặt Đồng thời cho phép các nhân viên tạiphòng điều khiển trung tâm quan sát được trạng thái hoạt động của từng thiết bịthuộc khu vực , để từ đó đưa ra được các cảnh báo – báo động khi bất kỳ hệthống nào có sự cố và thực hiện các lệnh điều khiển mang tính can thiệp vàohoạt động của các hệ thống khi xảy ra các sự cố

 Hệ SCADA là hệ mở , nên có thể dễ dàng nâng cấp và mở rộng cácứng dụng đặt biệt do tự thân nó vốn đã cơ sở kỹ thuật Chẳn hạn như đưa quátrình điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu lên mạng Internet và qua đó có thểđiều khiển giám sát và thu thập dữ liệu hoặc chuẩn đoán lỗi từ xa

2.2 SỰ ỨNG DỤNG SCADA CHO HẦM HẢI VÂN :

2.2.1 Thay đổi màu sắc :

Máy khách sử dụng thay đổi màu sắc để mô tả trạng thái vận hành :

Đường hầm được chia thành 10 vùng , 5 vùng cho mỗi làn xe Mỗi vùngkhu vực được tô màu để miêu tả các tình huống giao thông Các giá trị giớihạn của các tình huống khác nhau được định dạng từ các giới hạn giao thông Các màu trạng thái giao thông :

Màu xanh lá cây : trạng thái giao thông bình thường

Mỗi vùng có 5 trạng thái để mô tả sự cố xảy ra :

Lối đi : phương tiện đi không đúng làn đường

Khoảng cách : khoảng cách giữa các phương tiện là quá nhỏ

 Cửa sổ biển báo thay đổi ( VMS): Cửa sổ điều khiển VMS được mởbằng cách kích vào bảng VMS trên màn hình chính Từ các cửa sổ điều khiển

có thể thực hiện việc đổi các đoạn thông tin và chế độ vận hành của biển báo

 Cửa sổ đèn giao thông : Cửa sổ điều khiển đèn giao thông mở bằng cáchkích vào biểu tượng đèn giao thông trên màn hình chính Người vận hành cóthể mở một số đèn giao thông tại cùng một thời điểm

 Cửa sổ mạch dò : Cửa sổ thông tin mạch dò được mở bằng cách kíchvào biểu tượng trên màn hình chính Người vận hành có thể mở một số cửa sổmạch dò tại cùng một thời điểm

2.2.3 Trang tình huống giao thông :

Trang tình huống giao thông thể hiện thông tin về giao thông Thời giantạm thời và lưu lượng giao thông được hiển thị ở cả hai làn xe Các báo động

về sự cố từ các mạch dò cũng được thể hiện ở trang này Cửa sổ thông tinmạch dò được mở bằng cách kích vào hộp báo động hoặc biểu tượng mạch dòtrên đường Nếu giá trị của phương tiện cuối cùng vượt quá giá trị giới hạn thì

sẽ báo động Mỗi bộ dò có một giá trị riêng

2.2.4 Trang các giới hạn giao thông :

Trang các giới hạn giao thông cài đặt các giá trị ngưỡng về các báo động sự

cố giao thông và các tình huống trực quan

Cả 2 làn xe đều có giá trị giới hạn riêng của nó Các bộ dò trên các làngiống nhau có các giá trị giới hạn giống nhau

2.2.5 Trang lược sử dữ liệu giao thông :

Cửa sổ lược sử dữ liệu giao thông chứa đựng các biểu đồ ( trends ) Tất cảcác cửa sổ xu hướng ( trend ) có thông tin và các chức năng giống nhau đượcthu thập từ cả hai làn xe Các đặt tính của cửa sổ xu hướng được định dạngbằng các nút nhấn tại góc cửa sổ

2.2.6 Trang lược sử tình huống giao thông :

Trình đơn phụ cơ sở dữ liệu lược sử có thể được mở bằng cách kích vào nútlược sử trên đầu khung Trong trình đơn phụ có 3 cơ sở dữ liệu lược sử khácnhau : lược sử tình huống , lược sử giao thông và lược sử các báo động(alarm)

Cơ sở dữ liệu tình huống ghi lại các tình huống giao thông ở mỗi đoạn khimột số tình huống thay đổi Lưu lượng giao thông , thời gian tạm thời và cáctốc độ trung bình được ghi lại mỗi lần sau 15 phút vào cơ sở dữ liệu giao

thông Cơ sở dữ liệu các báo động ghi lại mỗi tai nạn giao thông và sự cố hệthống Các sơ sở dữ liệu được lựa chọn đến cơ sở dữ liệu SQL Cửa sổ tìm cơ

sở dữ liệu hiển thị 5000 hàng cuối cùng Sử dụng thanh công cụ riêng của cơ

sở dữ liệu có thể làm các truy vấn khác nhau và hiển thi nhiều thông tin cơ sở

dữ liệu

2.2.7 Trang báo động :

Trang báo động được mở từ nút các báo động ( ALARMS) trên đầu khung Tr7ang này hiển thị tất cả các báo động tai nạn giao thông , các lỗi thiết bị vàcác báo động hệ thống Sự xác nhận báo động được thực hiện bằng nút ấn( ACK) gần ở đầu khung Mỗi báo động được ghi vào cơ sở dữ liệu báo động

Các báo động đựơc chia làm 2 nhóm , nhóm hệ thống bao gồm các báođộng từ sự cố thiết bị và lỗi hệ thống , nhóm giao thông gồm tất cả các sự cốgiao thông Báo động có thể đựơc xác nhận bởi nút nhấn trên thanh công cụcủa cửa sổ báo động Các báo động đựơc xác nhận sẽ trở về trạng thái bìnhthường và được đưa ra khỏi danh sách

2.3 CẤU TRÚC MẠNG :

2.3.1 Gới thiệu về mạng ETHERNET :

Ethernet là kiểu mạng cục bộ ( LAN ) được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay Thực chất , Ethernet chỉ là mạng cấp dưới ( lớp vật lý và một phần lớp liên kết

dữ liệu ) , vì vậy có thể sử dụng các giao thức khác nhau ở phía trên , trong đóICP/IP là tập giao thức được sử dụng phổ biến nhất Tuy vậy , mỗi nhà cungcấp sản phẩm có thể thực hiện giao thức riêng hoặc theo một chuẩn quốc tế chogiải pháp của mình trên cơ sở Ethernet High Speed Ethernet ( HSE ) củaFieldbus Foundation chính là một trong 8 hệ bus trường được chuẩn hoá quốc

tế theo IEC 61158

* Kiến trúc giao thức :

Hình 2.3.1 minh hoạ kiến trúc giao thức của Ethernet / IEEE 802.3 trongtập chuẩn IEEE 802 Lớp liên kết dữ liệu được chia thành 2 lớp con là lớpLLC ( Logical Link Control ) và MAC ( Medium Access Control ) Như vậy ,phạm vi của Ethernet /IEEE 802.3 chỉ bao gồm lớp vật lý và lớp MAC

Hình 2.3.1 : Ethernet /IEEE 802.3 trong tập chuẩn IEEE 802

* Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn :

1 Vật lý

Về mặt logic , Ethernet có cấu trúc bus Cấu trúc mạng vật lý có thể làđường thẳng hoặc hình sao tuỳ theo phương tiện truyền dẫn Bốn loại cápthông dụng nhất cùng các đặc tính được liệt kê trong bảng 2.3 Các tên hiệu10BASE5 , 10BASE2 , 10BASE-T và 10BASE-F được sử dụng với ý nghĩanhư sau :

Loại 10BASE5 còn được gọi là cáp dầy ( thick Ethernet ) , loại cáp đồngtrục thường có màu vàng theo đề nghị trong 802.3 Loại cáp đồng trục thứ hai

có ký hiệu 10BASE2 được gọi là cáp mỏng ( thin Ethernet ) , rẻ hơn nhưng hạnchế một đoạn mạng ở pham vi 200m và số lượng 30 trạm

Bảng 2.3 : Các loại cáp cho mạng Ethernet

Bên cạnh cáp đồng trục và đôi dây xoắn thì cáp quang cũng được sử dụngnhiều nhất trong Ethernet , trong đó đặc biệt phổ biến là 10BASE-F Với cáchghép nối duy nhất là điểm - điểm , cấu trúc mạng có thể là daisy-chain , hìnhsao hoặc hình cây Thông thường , chi phí cho các bộ nối và chặn đầu cuối làrất lớn nhưng khả năng kháng nhiễu tốt và tốc độ truyền cao là các yếu tố quyếtđịnh trong nhiều phạm vi ứng dụng

Toàn bộ các hệ thống theo chuẩn 802.3 sử dụng chế độ truyền đồng bộ với

mã Manchester Bit 0 tương ứng với sườn lên và bit 1 tương ứng với sườnxuống của xung ở giữa một chu kỳ bit Mức tín hiệu đối với môi trường cápđiện là +0,85V và –0,85V , tạo mức trung hoà là 0V

* Cơ chế giao tiếp :

Sự phổ biến của Ethernet có được là nhờ tính năng mở Thứ nhất , Ethernetchỉ qui định lớp vật lý và lớp MAC , cho phép các hệ thống khác nhau tuỳ ýthực hiện các giao thức và dịch vụ phía trên Thứ hai , phương pháp truy cậpbus ngẫu nhiên CSMA/CD không yêu cầu các trạm tham gia phải biết cấu hìnhmạng , vì vậy có thể bổ sung hay tách một trạm ra khỏi mạng mà không ảnh

10BASE5Tốc độ truyền

hưởng tới phần mạng còn lại Thứ ba , việc chuẩn hoá sớm trong IEEE 802.3giúp cho các nhà cung cấp sản phẩm thực hiện dễ dàng hơn

Bên cạnh cơ chế giao tiếp tay đôi , Ethernet còn hổ trợ phương pháp gửithông báo đồng loạt ( multicast và broadcast ) Một thông báo multicast gửi tớimột nhóm các trạm , trong khi một thông báo broadcast gửi tới tất cả các trạm

* Cấu trúc bức điện :

IEEE 802.3 / Ethernet chỉ qui định lớp MAC và lớp vật lý , vì vậy , một bứcđiện còn được gọi là khung MAC Cấu trúc một khung MAC được minh hoạ ởhình trên :

7byte 1byte 2/6 byte 2/6 byte 2 byte 46-1500 byte 4 byte

Mở đầu

( 555 5H)

SFD(D5H)

Địa chỉđích

Địa chỉnguồn

Độ dài /Kiểu gói

Hình 2.3.2 : Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.3/Ethernet

Mở đầu một khung MAC là 56 bit 0 và 1 luân phiên , tức 7 byte giống nhau

có giá trị 55H Với mã Manchester , tín hiệu tương ứng sẽ có dạng tuần hoàn ,được bên nhận sử dụng để đồng bộ nhịp với bên gởi Như vậy , việc đồng bộhoá chỉ được thực hiện một lần cho cả bức điện Ở tốc độ truyền 10 Mbit/s ,khoảng thời gian đồng bộ hoá là 5,6 µs Tiếp sau là một byte SFD ( start ofFrame Delimiter ) chứa đầy bit 10101011 , đánh dấu khởi đầu khung MAC Đúng ra , dãy bit mở đầu và byte SFD không thực sự thuộc vào khung MAC

Có hai loại địa chỉ Ethernet là các địa chỉ cục bộ và các địa chỉ toàn cầu ,được phân biệt bởi bit 46 ( bit gần cao nhất ) Với bit 46 , có thể có tổng cộng7*1013 địa chỉ cục bộ

* Truy cập bus :

Một vấn đề lớn thường gây lo ngại trong việc sử dụng Ethernet ở cấptrường là phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên CSMA/CD và sự ảnh hưởngtới hiệu suất cũng như tính năng thời gian thực của hệ thống

Thời gian lan truyền tín hiệu một lần qua lại đường truyền được gọi là khethời gian Giá trị này được tính cho tối đa 2,5km đường truyền và bốn bộ lặp là

512 thời gian bit hay 51,2µs Sau lần xảy ra xung đột đầu tiên , mỗi trạm sẽchọn ngẫu nhiên 0 hoặc 1 lần khe thời gian chờ trước khi thử gửi lại Nếu 2trạm ngẫu nhiên cùng chọn một khoảng thời gian , hoặc có xung đột với trạmthứ 3 , thì số khe thời gian lựa chọn chờ sẽ là 0 , 1, 2 hoặc 3 Sau lần xung độtthứ i , số khe thời gian chọn ngẫu nhiên nằm trong khoảng từ 0 tới 2i – 1 Tuynhiên , sau mười lần xung đột số khe thời gian chờ tối đa sẽ được giữ lại ở con

số 1023 Sau 16 lần xung đột liên tiếp , các trạm sẽ coi là lỗi hệ thống và báotrở lại lớp giao thức phía trên

* Những lợi ích của kiến trúc Ethernet chuyển mạch :

Các cơ quan có thể lựa chọn nhiều thiết bị và kiến trúc để xây dựng mạngLAN Ethernet Với các môi trường mạng công nghiệp, một kiến trúc Ethernetkiểu chuyển mạch là thích hợp nhất Các switch cho phép nhiều người dùnggửi thông tin lên mạng tại cùng một thời điểm mà không phải cản trở lẫn nhau.Trong một mạng chuyển mạch toàn phần, không có hub nào nên mỗi mạngEthernet có một phần cho mỗi nút mạng Do trên mỗi phần mạng chỉ có các

switch và các nút mạng, nên swich nhận mỗi cuộc truyền trước khi nó tới đích.Switch sau đó gửi tiếp dữ liệu tới phần mạng thích hợp Trong một mạngchuyển mạch toàn phần, các nút chỉ có thể trao đổi thông qua switch và khôngbao giờ trực tiếp với nhau.

Các mạng chuyển mạch toàn phần dùng cáp xoắn đôi hoặc cáp quang, cảhai loại này đều dùng các đường truyền riêng biệt để gửi và nhận dữ liệu Do

liệu từ switch truyền về mà không xảy ra đụng độ Việc truyền dữ liệu haihướng cũng tăng gấp đôi tốc độ mạng khi hai nút trao đổi thông tin Thí dụ, nếutốc độ mạng là 10 Mbps, thì mỗi nút có thể truyền với tốc độ 10 Mbps cùngmột lúc

* Một số lợi ích điển hình gồm:

+ Tính tất định: đảm bảo rằng một gói tin được gửi và nhận trong mộtkhoảng thời gian hữu hạn, đây là một mục tiêu thiết kế quan trọng cho cácmạng công nghiệp Để mạng có tính tất định, thiết kế phải càng đơn giản vàcàng có tính cấu trúc cao

+ Thời gian trễ: Các switch thường có thời gian trễ thấp, tức là thời giancần để một gói tin đi từ nguồn tới đích Các hoạt động điều khiển trong mộtứng dụng công nghiệp cho phép thời gian này từ 10 tới 50 mili giây (ms) Docác gói dữ liệu điều khiển trong các ứng dụng công nghiệp thường dưới 500byte nên latency đối với một switch tốc độ 100 Mbps là khoảng 30 micro giây,

và trong trường hợp xấu nhất cũng chỉ khoảng 100 micro giây - thấp hơn nhiều

so với giới hạn cho phép và nhanh gấp 100 lần so với yêu cầu của các ứngdụng công nghiệp

+ Thất lạc gói tin khi tắc nghẽn: Các switch thông minh ngày nay cung cấptính năng đảm bảo Chất lượng Dịch vụ (QoS - Quality of Service), làm cho cóthể phân định thứ tự ưu tiên các luồng để không bị loại bỏ khi tắc nghẽn Vớiviệc thực hiện các tham số QoS đơn giản trong một switch thông minh, các cơquan có thể ưu tiên luồng tin quan trọng, đảm bảo tính toàn vẹn gói tin chomạng điều khiển Thậm chí ngay cả khi tắc nghẽn nặng, các tính năng QoS vẫngiúp đảm bảo các luồng tin quan trọng sẽ tới đích

+ Broadcast và Multicast: các ứng dụng công nghiệp thường dựa vào kiểutrao đổi dữ liệu broadcast và multicast Các hệ thống chuyển mạch thông minh

có thể linh hoạt trong việc đặt cấu hình các giao diện để luồng tin chỉ chuyểntiếp tới các cổng gắn với dữ liệu được yêu cầu Đặc điểm này giảm tải mạng,

và giảm gánh nặng xử lý các gói tin không cần thiết cho các thiết bị client.+ Các chương trình phân tích mạng: Các switch thông minh cho phép cácchương trình phân tích mạng theo dõi từ xa đối với một cổng bất kỳ trên mạng.+ Tính chuẩn hóa: một trong những động cơ xây dựng Ethernet côngnghiệp là chuẩn hóa kiến trúc mạng Không giống các công nghệ mang tínhbản quyền thường trói buộc các công ty vào một nhà cung cấp, những giải phápmang tính chuẩn hóa khiến người dùng có thể tự do lựa chọn ứng dụng tốt nhấtcho một giải pháp nào đó của mình Và mạng Ethernet công nghiệp mang lạicho nhà máy những lợi ích kinh tế mang tính quy mô, đó là giá thành thấp vàkhả năng lựa chọn nhiều nhà cung cấp, nhiều thiết bị khác nhau

* Ethernet công nghiệp là gì :

Mạng Ethernet công nghiệp sử dụng công nghệ chuyển mạch thông minh,đem lại nhiều ưu thế so với các kiến trúc mạng công nghiệp truyền thống.Ethernet công nghiệp ứng dụng các chuẩn Ethernet truyền dữ liệu vào cácmạng điều khiển quá trình chế tạo Công nghệ này có thể triển khai với kiếntrúc Ethernet chuyển mạch từng thành công rực rỡ trong nhiều ứng dụng Dodựa trên các chuẩn công nghiệp, mạng Ethernet công nghiệp giúp các nhà sảnxuất tiết kiệm được chi phí, không còn phải lệ thuộc vào các hệ thống có bảnquyền đắt đỏ Đồng thời, nó còn mang lại tính bảo mật, hiệu năng và tính sẵnsàng cao độ, cần có để phục vụ các ứng dụng gắt gao trong công nghiệp

Khi nhận thấy Ethernet công nghiệp là giải pháp mạng hàng đầu, nhiều nhàsản xuất công nghiệp đang chuyển từ các kiến trúc fieldbus sang Ethernet côngnghiệp Các mạng Ethernet công nghiệp áp dụng các chuẩn Ethernet cho truyền

dữ liệu vào các mạng điều khiển sản xuất Với việc sử dụng thiết bị tuân theocác chuẩn IEEE, các hãng có thể di cư toàn phần hoặc từng phần các hoạt độngnhà máy sang môi trường Ethernet theo nhịp độ mà họ mong muốn

Lợi thế của Ethernet công nghiệp là cho phép dùng lại các công cụ và ứngdụng đã có chạy được trên một kiến trúc mạng hiệu quả hơn nhiều

Ethernet công nghiệp không chỉ mang lại phương thức trao đổi dữ liệunhanh hơn cho các thiết bị sản xuất, mà còn đem lại cho người dùng khả năngkết nối cao hơn, họ có thể kết nối tới các thiết bị mong muốn mà không cần cócác gateway riêng biệt

+ Các mạng biệt lập truyền thống :

Ngày nay, nhiều hãng sản xuất vẫn duy trì các mạng biệt lập cho cáchoạt động tại hiện trường nhà máy, và các hoạt động kinh doanh Qua nhiềunăm, các mạng này được phát triển để đáp ứng với các luồng thông tin khácnhau và các yêu cầu về điều khiển liên quan tới các quá trình chế tạo

Mạng IT doanh nghiệp hỗ trợ các chức năng quản trị truyền thống và cácứng dụng doanh nghiệp, như quản lý nhân sự, kế toán và thu ngân Mạng nàythường dựa trên chuẩn Ethernet

Mạng ở mức điều khiển kết nối các thiết bị điều khiển và các thiết bị chếtạo, bao gồm PLC, các điều khiển dựa trên PC, các rack vào/ra, và các giaodiện tương tác người-máy (HMI) Mạng này, trước kia không phải là Ethernet,cần có router hoặc gateway để dịch các giao thức cụ thể cho ứng dụng thànhcác giao thức dựa trên Ethernet Pha dịch này để cho thông tin có thể truyềnqua mạng điều khiển trên sàn nhà máy và mạng doanh nghiệp

Mạng ở cấp thiết bị kết nối các thiết bị vào/ra trên sàn nhà máy, bao gồmcác cảm biến như bộ transducer, mắt điện tử, lưu kế, và các thiết bị chuyểnđộng và tự động hóa khác như người máy, động cơ biến tần, kích hoạt Cácmạng Fieldbus truyền thống như DeviceNet, Profibus, Modbus tạo ra khả năngkết nối giữa các thiết bị Mỗi fieldbus có một nguồn điện, cáp và yêu cầutruyền thông đặc thù, phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể của nhà máy Điều này đãdẫn tới sự chồng chéo nhiều mạng trong cùng một không gian và nhu cầu đadạng về phụ kiện, kỹ năng vận hành và các chương trình hỗ trợ đối với một nhàmáy

Thay vì dùng các kiến trúc cấu thành bởi nhiều mạng biệt lập, Ethernetcông nghiệp thống nhất các mạng quản trị doanh nghiệp, mạng điều khiển và

mạng thiết bị trên một hạ tầng mạng duy nhất Trong một mạng Ethernet côngnghiệp, các thông tin đặc thù của fieldbus dùng để điều khiển các thiết bị vào/ra

và các thành phần tham gia quá trình sản xuất khác được nhúng vào trong cáckhuôn dữ liệu Ethernet

* Công nghệ dành cho sản xuất :

Mặc dù Ethernet công nghiệp cũng dựa trên các chuẩn như Ethernet truyềnthống, nhưng việc triển khai hai giải pháp mạng này không phải lúc nào cũnggiống nhau Ethernet công nghiệp thường đòi hỏi thiết bị mạnh hơn và mứcphân quyền giao thông mạng cao hơn

Sự khác biệt cơ bản giữa Ethernet công nghiệp và Ethernet truyền thống làkiểu phần cứng sử dụng Thiết bị Ethernet công nghiệp được thiết kế để hoạtđộng trong môi trường khắc nghiệt Nó gồm các bộ phận có tiêu chuẩn côngnghiệp, hệ thống làm mát và phát tín hiệu chuyển tiếp đầu ra Và nó được thiết

kế để hoạt động ở các nhiệt độ cực điểm, chịu rung chấn lớn Yêu cầu về nguồnđiện trong môi trường công nghiệp khác với các mạng dữ liệu, vì thiết bị phảichạy với điện 24V một chiều Để tạo ra tính sẵn sàng cao nhất cho mạng,Ethernet công nghiệp cũng có các tính năng chịu lỗi

Môi trường Ethernet công nghiệp còn khác Ethernet truyền thống ở cáchphát tin đa đích (multicast) Các ứng dụng công nghiệp thường dùng kênh traođổi cung cấp-tiêu dùng, ở đó thông tin được một thiết bị sinh ra và một nhómcác thiết bị khác “tiêu dùng” nó Trong kênh truyền thông như thế, điều quantrọng nhất là phải đảm bảo tất cả các nút nhận được dữ liệu cùng lúc Trong khi

đó, mạng Ethernet truyền thống tập trung vào việc khai thác triệt để băngthông, hơn là việc đồng bộ hóa truy cập dữ liệu Để giúp tối ưu truy cập dữ liệumang tính đồng bộ, thiết bị Ethernet công nghiệp phải có các tính năng thôngminh và tính năng QoS

* Nhược điểm :

Sức mạnh của Ethernet là một mạng mở chấp nhận mọi thiết bị , đặt biệt là

PC và đây cũng chính là điểm yếu của nó Ethernet là một server truyền virus

có thể làm rối loạn hoạt động của thiết bị Do vậy , an toàn là mối quan tâmhàng đầu của quản trị mạng Người ta đã đưa ra một loạt các biện pháp nhưfirewalling , VPN , chống virus , mật mã Nếu các biện pháp này kém hiệuquả sẽ gây ảnh hưởng không nhỏ cho sự hoạt động của mạng Bức tường lửađược áp dụng để lọc , máy tính được phép giám sát mới được truy cập vàomạng An toàn làm chậm trễ hệ thống và trong điều kiện này không nên đòihỏi thời gian thực quá mạnh

Sau đây là tóm tắt một số đặc tính về mạng :

 Các loại cáp chính :

Cáp đồng trục :

_ Thin : nghi thức 10b2 , không còn được sử dụng

_ Thick : tiêu chuẩn 10b5 ít nhạy với nhiễu điện từ

Đôi dây xoắn :

_ UTP (Unshieled Twisted Pair ) cáp không bọc kim

_ STP ( Shieled Twisted Pair ) cáp bọc kim có một lớp kim loại

_ FTP ( Foiled Twisted Pair ) cáp bọc kim có lá nhôm mỏng

_ SFTP ( Shiel Foiled Twisted Pair ) cáp có tính chất của STP và FTP

 Các mạng Ethernet 10Mbps đầu tiên

Cáp đồng trục

_ 10BaseT khoảng cách cực đại của một nhánh 100m

Sợi quang

_ FOIRL : nối liên thông khu vực khoảng cách max 1000m

_ 10BaseFL : mạng khoảng cách max 2000m

_ 10BaseFB : tương tự nhưng có chuẩn đoán lỗi

_ 10BaseFP : tương tự nhưng có bộ tập trung thụ động Khoảng cách500m

 Các tiêu chuẩn Ethernet cho mạng hình sao :

Mạng 10Mbps

_ 802.3i chuẩn hóa lần đầu năm 1990 cho mạng dây đồng 10Mbps_ 802.3j tương tự nhưng cho cáp quang

Mạng 100Mbps

_ 802.3u Chuẩn hoá năm 1995 cho Fast Ethernet

_ 802.3x chuẩn hoá năm 1997 Full duplex đôi dây đồng hoặc sợiquang

Mạng 1000Mbps

_ 802.3z 1998 gigaethernet

_ 802.ab 1998 gigaethernet trên đôi dây xoắn

Mạng 10Gbps

_ 802.3ae sợi quang

_ 802.3an dây đồng đưa vào 2005-2006

2.3.2 Giới thiệu về OPC :

* Giới thiệu chung :

Tiến bộ của các hệ thống bus trường cùng với sự phổ biến của các thiết bịcận trường thông minh là 2 yếu tố quyết định tới sự chuyển hướng sang cấutrúc phân tán trong các giải pháp tự động hoá Sự phân tán hoá này một mặtmang lại nhiều ưu thế so với cấu trúc xử lý thông tin tập trung cổ điển , như độtin cậy và tính linh hoạt của hệ thống , nhưng mặt khác cũng tạo ra hàng loạtthách thức mới cho giới sản xuất cũng như cho người sử dụng Một trongnhững vấn đề thường gặp phải là việc tích hợp hệ thống Tích hợp theo chiềungang đòi hỏi khả năng tương tác giữa các thiết bị tự động hoá của nhiều nhàsản xuất khác nhau Bên cạnh đó , tích hợp theo chiều dọc đòi hỏi khả năng kếtnối giữa các ứng dụng cơ sở như đo lường , điều khiển với các ứng dụng caocấp hơn như điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu ( SCADA ) , giao diệnngười máy ( HMI ) và hệ thống điều hành sản xuất ( MES ) Việc sử dụng mộtchuẩn giao diện vì vậy trở thành một điều kiện tiên quyết Tiêu biểu là chuẩnOPC

Dựa trên mô hình đối tượng thành phần (D) COM của hãng Microsoft ,OPC định nghĩa thêm một số giao diện cho khai thác dữ liệu từ các quá trình

kỹ thuật , tạo cơ sở cho việc xây dựng các ứng dụng điều khiển phân tán màkhông bị phụ thuộc vào mạng công nghiệp cụ thể

Chính vì OPC được xây dựng trên nền cơ sở mô hình thành phần COM ,nên có thể sử dụng qua nhiều phương pháp khác nhau , bằng nhiều ngôn ngữlập trình khác nhau Với mục đích ban đầu là thay thế cho các dạng phần mềm

kết nối như trình điều khiển vào/ra ( I/O Drivers ) và DDE , OPC qui định một

số giao diện chuẩn cho các chức năng như :

+ Khai thác , truy nhập dữ liệu quá trình ( Data Access) từ nhiều nguồnkhác nhau ( PLC , các thiết bị trường , bus trường , cơ sở dữ liệu )

+ Xử lý sự kiện và sự cố ( Event and Alarm )

+ Truy nhập dữ liệu quá khứ ( Historical Access)

+ Trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống công cụ phần mềm ( Data Exchange )

Ưu điểm của việc sử dụng OPC :

+ Cho phép các ứng dụng khai thác , truy nhập dữ liệu theo một cáchđơn giản , thống nhất

+ Hỗ trợ truy nhập dữ liệu theo cơ chế hỏi tuần tự ( polling ) hoặc theo

sự kiện ( event – driven )

+ Đựơc tối ưu cho việc sử dụng trong mạng công nghiệp

+ Kiến trúc không phụ thuộc vào nhà cung cấp thiết bị

+ Linh hoạt và hiệu suất cao

+ Sử dụng được từ hầu hết các công cụ phần mềm SCADA thông dụng ,hoặc bằng một ngôn ngữ bậc cao ( C++ , Visual Basic , Delphi )

* Tổng quan về kiến trúc OPC :

Cốt lõi của OPC là một chương trình phần mềm phục vụ gọi là Server , trong đó chứa các mục dữ liệu ( OPC-Item) được tổ chức thành cácnhóm ( OPC-Group) Thông thường , một OPC-Server đại diện một thiết bịthu thập dữ liệu như PLC ,RTU , I/O hoặc một cấu hình mạng truyên thông Các OPC-Items sẽ đại diện cho các biến quá trình , các tham số điều khiển , các

OPC-dữ liệu trạng thái thiết bị ,

Hình 2.3.2 : Kiến trúc sơ lược của OPCNhư được minh hoạ trên hình 2.3.2 , hai kiểu đối tượng thành phần quantrọng nhất trong kiến trúc OPC là OPC-Server và OPC-Group Trong khiOPC-Server có nhiêm vụ quản lí toàn bộ việc sử dụng và khai thác các dữ liệu ,thì các đối tượng OPC-Group có chức năng tổ chức các phần tử dữ liệu( Items ) thành từng nhóm để tiện cho việc truy nhập Thông thường , mỗiItems ứng với một biến trong một quá trình kỹ thuật hay trong một thiết bị điềukhiển

Chuẩn OPC hiện nay qui định 2 kiểu giao diện là Custom Interfaces ( OPCTaskforce , 1998b) và Automation Interface ( OPC Taskforce , 1998c ) Kiểu

Custom Interfaces

thứ nhất bao gồm một số giao diện theo mô hình COM thuần tuý , còn kiểu thứ

2 dựa trên công nghệ mở rộng OLE-Automation

* OPC Custom Interfaces :

Giống như các đối tượng COM khác , hai loại đối tượng thành phần quantrọng nhất của OPC là OPC-Server và OPC-Group cung cấp các dịch vụ quacác giao diện của chúng , được gọi là OPC Custom Interfaces , như được minhhoạ trên hình 2.3.2 Chính vì những giao diện này chỉ là các giao diện theo môhình COM thuần tuý , việc lập trình với chúng đòi hỏi một ngôn ngữ biên dịch Trong thực tế , C++ là ngôn ngữ chiếm ưu thế tuyết đối phục vụ mục đích này

Hình 2.3.3 : OPC Custom Interfaces

Sử dụng OPC Custom Interfaces cho phép truy nhập dữ liệu với hiệu suấtcao nhất Tuy nhiên , nhược điểm thứ nhất là đòi hỏi người sử dụng phải hiểu

rõ về lập trình với COM/DCOM Nhược điểm tiếp theo là sự cứng nhắc của

mã chương trình , nếu ta dùng nó trực tiếp trong ứng dụng điều khiển Thayđổi một chi tiết nhỏ ( tên máy tính điều khiển , số biến vào ra ) cũng đòi hỏiphải biên dịch lại toàn bộ chương trình ứng dụng Rõ ràng , để khắc phục haivấn đề nêu trên , tức là giảm nhẹ độ phức tạp cho người lập trình và nâng caotính năng sử dụng lại , cần phải tạo ra một lớp phần mềm dưới dạng một thưviện đối tượng nằm trên OPC OPC Automation Interfaces chính là một thưviện đối tượng như vậy

* OPC Automation Interfaces :

Việc sử dụng các đối tượng của OPC Automation Interface được đơn giảnhoá nhiều Cụ thể , nhiều thủ tục phức tạp trong lập trình với COM được loại

bỏ Người lập trình không cầ biết sâu sắc về COM cũng như C++ , mà chỉ cần

sử dụng thành thạo một công cụ tạo dựng ứng dụng RAD ( rapid applicationdevelopement ) như Visual Basic

Mặt trái của nó là , việc đơn giản hoá của phương pháp này phải trả giábằng sự hạn chế trong phạm vi chức năng , hiệu suất sử dụng và tốc độ trao đổi

dữ liệu Nhất là trong một giải pháp tự động hoá phân tán , có sự tham gia củacác mạng truyền thông công nghiệp , thì 2 điểm yếu trên rất đáng quan tâm Tốc độ trao đổi dữ liệu có thể giảm tới 3-4 lần so với dùng Custom Interfaces Đối với các ứng dụng có yêu cầu về thời gian , phương pháp sử dụng OPCAutomation Interfaces rõ ràng không thích hợp

2.3.3 Chuẩn giao thức modbus :

1 Khái niệm về chuẩn Modbus :

OPC Server

IOPCCommon IOPCServer IOPCItemPropertiess

IOPCItemMgt IOPCGroupStateMgt IOPCPublicGroupStateMgt

IOPCSynclO [IOPCAsynclO2]

IConnectionPointContainer

Modbus là một giao thức do hãng Modicon ( sau này thuộc AEG vàchneider Automation ) phát triển Theo mô hình ISO/OSI thì Modbus thực chất

là một chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp ứng dụng Vì vậy có thể được thựchiện trên các cơ chế vận chuyển cấp thấp như TCP/IP, MAP (ManufactoringMessage Protocol ), Modbus và ngay cả qua đường truyền nối tiếp RS-232

Modbus định nghĩa một tập hợp rộng các dịch vụ phục vụ trao đổi dữliệu quá trình, dữ liệu điều khiển và dữ liệu chẩn đoán Modbus mô tả quá trìnhgiao tiếp giữa một bộ diều khiển với các thiết bị khác thông qua cơ chế yêucầu/đáp ứng Vì lý do đơn giản nên Modbus có ảnh hưởng tương đối mạnh đốivới các hệ PLC của các nhà sản xuất khác Đặc biệt trong các hệ thống thu thập

dữ liệu và điều khiển giám sát ( SCADA ), Modbus hay được sử dụng trên cácđường truyền RS-232 ghép nối giữa các thiết bị dữ liệu đầu cuối (PLC, PC,RTU ) với thiết bị truyền dữ liệu (Modem )

2 Cơ chế giao tiếp :

Cơ chế giao tiếp ở Modbus phụ thuộc vào hệ thống truyền thông cấpthấp Cụ thể, có thể phân chia ra hai loại là mạng Modbus chuẩn và Modbustrên các mạng khác ( ví dụ TCP/IP, Modbus Plus, MAP )

a Mạng Modbus chuẩn :

Các cổng Modbus chuẩn sử dụng giao diện nối tiếp RS-232 Các bộ điềukhiển có thể được nối mạng trực tiếp hoặc qua Modem Các trạm Modbus giaotiếp với nhau qua cơ chế chủ/tớ ( Master/Slave ), trong đó chỉ một thiết bị chủ

có thể chủ động gới yêu cầu, còn các thiết bị tớ sẽ đáp ứng bằng dữ liệu trả lạihoặc hiện một hành động nhất định theo như yêu cầu Các thiết bị chủ thôngthường là các máy tính điều khiển trung tâm và các thiết bị lập trình, trong khicác thiết bị tớ có thể là PLC hoặc các bộ điều khiển số chuyên dụng khác

Một trạm chủ có thể gới thông báo yêu cầu tới riêng một trạm tớ nhấtđịnh, hoặc gởi thông báo đồng loạt ( broadcast ) tới tất cả các trạm tớ Chỉtrong trường hợp nhận được yêu cầu riêng, các trạm tớ mới gởi thông báo đápứng trả lại trạm chủ

b Modbus trên các trạm khác :

Với một số mạng như Modbus Plus và MAP sử dụng Modbus là giaothức cho lớp ứng dụng, các thiết bị có thể giao tiếp theo cơ chế riêng của mạng

đó Một trạm có thể cùng một lúc có quan hệ logic với nhiều đối tác, vì vậy nó

có thể đóng vai trò là chủ và tớ trong các giao dịch khác

Giao thức Modbus tuân theo nguyên tắc chủ/tớ mặc dù phương pháptiếp cận cấp thấp có thể là tay đôi Khi một bộ điều khiển gởi một yêu cầuthông báo thì nó đóng vai trò là chủ và chờ đợi đáp ứng từ một thiết bị tớ.Ngược lại, một bộ điều khiển sẽ đóng vai trò là tớ nếu nó nhận được thông báoyêu cầu từ một trạm khácvà phải gởi trả lại đáp ứng

 Chu trình yêu cầu - đáp ứng :

Giao thức Modbus định nghĩa khuôn dạng của thông báo yêu cầu cũngnhư của thông báo đáp ứng, như được minh hoạ trên hình:

Thông báo yêu cầu từ master

Địa chỉthiết bị

Mã hàm

Dữ liệuKiểm soátlỗi Thông báo đáp ứng từ slave

Một thông báo yêu cầu bao gồm các phần sau:

 Địa chỉ trạm nhận yêu cầu ( 0 - 247 ), trong 0 là địa chỉ gởi đồng loạt

 Mã hàm gọi chỉ thị hành động trạm tớ cần thực hiện theo yêu cầu

 Dữ liệu chứa các thông tin bổ sung mà trạm tớ cần cho việc thực hiệnhàm được gọi Trong trường hợp đọc thanh ghi, dữ liệu này chỉ rõ thanh ghiđầu tiên và số lượng các thanh ghi cần đọc

 Thông tin kiểm lỗi giúp trạm tớ kiểm tra độ vẹn toàn của nội dung thôngbáo nhận được

Thông báo đáp ứng cũng bao gồm các thành phần giống như thông báo yêucầu Địa chỉ ở đây là của chính trạm tớ đã thực hiện yêu cầu và gởi lại đáp ứng

c ModBus với giao thức TCP/IP :

Hình II.3: Kết hợp ModBus với PC Network

(1): Biểu diễn kết nối trực tiếp từ PC đến ModBus qua cổng RS-232(2): Biểu diễn 1 kết nối trực tiếp từ PC đến PLC thông qua PC Card sử

(5): Chức năng này tương như kết nối 3, Nó tạo 1 the built-in dial-up

networking, Có thể dùng với Win32 Systems.

(6): Biểu diễn 1 PC “Listening” các hoạt động của ModBus, đồng thờiphân phối dữ liệu qua mạng

3 Chế độ truyền :

Khi thực hiện Modbus trên các mạng khác như Modbus Plus hoặc MAP,các thông báo Modbus được đưa vào các khung theo giao thức vận chuyển /liên kết dữ liệu cụ thể

Đối với các thiết bị kết nối qua mạng Modbus chuẩn, có thể sử dụngmột trong hai chế độ truyền là ASCII hoặc RTU Người sử dụng lựa chọn theo

ý muốn, cùng với các tham số truyền thông qua cổng nối tiếp như tốc độtruyền, Parity chẵn/lẻ, v.v Chế độ truyền cũng như các tham số phải giốngnhau đối với tất cả các thành viên của một mạng Modbus

a Chế độ ASCII :

Khi các thiết bị trong một mạng Modbus chuẩn giao tiếp với chế độASCII ( American Standard code for Information Interchange), mỗi byte trongthông báo được gởi thành hai ký tự ASCII 7 bit, trong đó mỗi ký tự biểu diễnmột chữ số hex Ưu điểm của chế độ truyền này là cho phép một khoảng thờigian trống tối đa một giây giữa hai ký tự mà không gây ra lỗi Cấu trúc một ký

tự khung gửi đi được thể hiện như sau:

Mỗi ký tự khung bao gồm:

ASCII ( 0-9 và A-F ), trong đó bit thấp nhất được gửi đi trước

nếu không sử dụng Parity

b Chế độ RTU :

Khi các thiết bị trong mạng Modbus chuẩn được đặt chế độ RTU ( RemoteTerminal Unit ), mỗi byte trong thông báo được gửi thành một ký tự 8 bit Ưuđiểm chính của chế độ truyền này so với chế độ ASCII là hiệu xuất cao hơn.Tuy nhiên, mỗi thông báo phải truyền thành một dòng liên tục Cấu trúc một ký

tự khung gửi đi được thể hiện như sau:

Mỗi ký tự khung bao gồm:

nếu không sử dụng Parity

4 Cấu trúc bức điện :

Một thông báo Modbus bao gồm nhiều thành phần và có chiều dài cóthể khác nhau Trong một mạng Modbus chuẩn, nếu một trong hai chế độtruyền (ASCII hoặc RTU) được chọn, một thông báo sẽ được đóng khung Mỗikhung bao gồm nhiều ký tự khung có cấu trúc như được mô tả như phần trên.Các ký tự này sẽ được truyền đi liên tục thành dòng ở chế độ RTU, hoặc có thểgián đoạn với khoảng cách thời gian tối đa một giây ở chế độ ASCII Mục đíchcủa việc đóng khung là để đánh dấu khởi điểm và kết thúc của một thông báo,cũng như bổ sung thông tin kiểm lỗi Trường thông báo không được truyền trọnvẹn có thể phát hiện được và báo lỗi.

a Khung ASCII :

Trong chế độ ASCII, một thông báo bắt đầu với dấu hai chấm (:), tức ký

tự ASCII 3A, và kết thúc bằng hai dấu quay lại-xuống dòng (CRLF), tức hai ký

tự ASCII 0D và 0A Mỗi byte trong thông báo được truyền đi bằng hai ký tựASCII, vì vậy các ký tự được phép xuất hiện trong các phần còn lại của khung

là 0-9 và A-F

Mỗi thiết bị tham gia mạng có trách nhiệm liên tục theo dõi đường truyền

và phát hiện sự xuất hiện của dấu hai chấm Khi dấu hai chấm nhận được thìhai ký tự tiếp theo sẽ mang địa chỉ của thiết bị được yêu cầu nhận thông báohoặc thiết bị đã gửi thông báo báo đáp ứng Khoảng cánh thời gian tối đa chophép hai ký tự trong một thông báo là một giây Nếu vượt quá giá trị này, bênnhận sẽ coi là lỗi

b Khung RTU :

Trong chế độ RTU, một thông báo bắt đầu với một khoảng trống yênlặng tối thiểu là 3.5 thời gian ký tự Thực tế người ta chọn thời gian đó bằngmột số nguyên lần thời gian ký tự, như được biểu thị bằng dãy ( ) trên hìnhdưới đây Ô đầu tiên được truyền sẽ là 8 bit địa chỉ, sau đóa dến bit mã hàm,một số byte tuỳ ý dữ liệu và cuối cuing là thông tin kiểm lỗi CRC Sau khitruyền ký tự cuối của mã CRC, khung thông báo cũng phải được kết thúc bằngmột khoảng trông yên lặng tối thiểu là 3.5 thời gian ký tự, trước khi bắt đầumột thông báo mới

Khác với chế độ ASCII, toàn bộ khung thông báo RTU phải được truyềnthành một dòng liên tục Nếu một khoảng trống yên lặng lớn hơn 1.5 thời gian

ký tự xuất hiện trước khi truyền xong toàn bộ khung, thiết bị nhận sẽ huỷ bỏthông báo chưa đầy đủ đó và cho rằng byte tiếp theo sẽ là địa chỉ của một thôngbáo mới

c Địa chỉ :

Phần địa chỉ trong khung thong báo bao gồm hai ký tự(ASCII) hoặc tám bit(RTU) Các giá trị địa chỉ hợp lệ nằm trong khoảng 0-247,trong đó địa chỉ 0

dành cho các thông báo gửi đồng loạt đến các trạm tớ Nếu Modbus sử dụngtrên các mạng khác, có thể phưong pháp gửi đồng loạt không được hỗ trợ, hoặcthay thế bằng một phương pháp khác

Một thiết bị chủ sử dụng ô địa chỉ để định thiết bị tớ nhận thông báo yêucầu Sau khi thực hiện yêu cầu, thiết bị tớ đưa địa chỉ của mình vào khung thônbáo đáp ứng, nhờ vậy thiết bị chủ biết thiết bọ tớ nào đã trã lời Trong mộtmạng Modbus chuẩn chỉ có duy nhất một máy chủ vì thế ô địa chỉ không nhấtthiết phải chứa cả địa chỉ trạm gửi và địa chỉ trạm nhận

5 Bảo toàn dữ liệu :

Mạng Modbus chuẩn sử dung hai biện pháp bảo toàn dữ liệu ở hai mức:kiểm soát khung thông báo và kiểm soát ký tự khung Đối với hai chế độ truyềnASCII và RTU, có thể kiểm tra bit chẵn lẽ cho từng ký tự khung.Hơn thế nữa

cả khung thông báo lại được kiểm soát một lần nữa bằng mã LRC(chế độASCII) hoặc mã CRC (chế độ RTU)

Khi đặt cấu hình cho thiết bị chủ, có thể chọn một khoảng thời gian timeout

mà nó có thể chờ đợi đáp ứng từ trạm tớ Khoảng thời gian này cần phải đủ lớn

để bất cứ thiết bị tớ nào cũng đáp ứng được trong điều kiện làm việc bìnhthường Trường hợp thiết bị tớ phát hiện lỗi ở thông báo yêu cầu, nó sẽ khôngtrả lời Vì thế thiết bị chủ cũng tự động nhận biết lỗi và chưng trình chủ cótránh nhiệm thực hiện các hành động cần thiết

Các mạng khác như MAP và Modbus Plus sử dụng biện pháp kiểm lỗi riêngcho cả khung(bao gồm cả nội dung thông báo modbus), vì vậy các ô CRC hoặcLRC không được đưa vào khung thông báo Modbus nguyên bản Trong trườnghợp xảy ra lỗi truyền,giao thức mạng cụ thể sẽ báo với thiết bị gửi và cho phépthực hiện gửi lại Nếu thông báo được gửi tới đích nhưng trạm tớ không thể trảlời, lỗi timeout cũng được chương trình chủ phát hiện

nguồn( không để ý tới tràn) sau đó lấy phần bù hai của kết quả.

b Kiểm soát CRC :

Mã CRC được áp dụng trong chế độ RTU dài 16 bit Đa thức phát được

sử dụng G=1010 0000 0000 0001.Khi đưa vào khung thông báo ,byte thấp của

mã CRC được gửi đi trước, tiếp theo là byte cao

6 MODBUS PLUS :

Modbus Plus là một hệ thống bù dựa trên giao thức modbus phục vụ nốimạng ở cấp trường cũng như cấp điều khiển Một trong những ưu điểm củaModbus Plus là đánh giá thành thấp dễ lắp đặt và đưa vào vận hành

Modbus Plus sử dụng đôi dây xoắn là môi trường truyền.Chiều dài cápdẫn tối đa là 500 m không cần bộ lặp.Với kỹ thuật truyền dẫn RS485 tốc độtruyền có thể lên tới 1Mbit/s Kỹ thuật điều khiển truy nhập môi trường ở đây

là Token-Passing

Khác với mạng Modbus chuẩn các thông báo Modbus được gửi trên mạngModbus Plus được đóng thành các khung LLC(Logical Link Control).Mỗikhung LLC lại được lớp MAC(Medium Acces Control) bổ sung các thông tinnhư địa chỉ trạm gửi và trạm nhận cũng như số lượng byte được truyền Trướckhi mã hhoá bit một khung MAC được đóng gói thành một bức điện HDLC(High-level Data Link Control) Trong đó:

chủ, có vai trò trong việc dồn kênh/phân kênh

đi qua

phiên giao dịch có thể gồm nhiều bức điện)

đi tối ưu trong một hệ thống liên mạng

• Broadcast Address (1 Byte): Địa chỉ gửi đồng loạt

CHƯƠNG III : NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT CÁC THIẾT BỊ DÙNG CHO HỆ THỐNG

ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG

3.1 GIỚI THIỆU VỀ PLC TSX MICRO VÀ PHẦN MỀM CHUYÊN DÙNG PL 7 :

3.1.1 Giới thiệu về PLC TSX MICRO :

PLC ( programmable Logic Controller ) là thiết bị điều khiển có khả năng lập trình được

Cùng với sự phát triển của công nghiệ máy tính , hiện nay bộ điều khiển khả trình có các yếu tố sau :

 Dễ dàng lập trình và lập trình lại

 Cho phép nhanh chóng thay đổi chương trình điều khiển

 Có chức năng liên kết , truyền thông , nối mạng ở nhiều cấp độ

nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu điều khiển và giám sát hệ thống làm việc

 Độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp

 Dễ thay đổi , dễ nâng cấp , dễ mở rộng , bảo trì và sữa chữa nhanh

chóng

 Cấu trúc dạng modul nhỏ gọn , tin cậy hơn hệ thống relay

Để rõ hơn tính ưu việt của PLC , ta so sánh các đặc tính kỹ thuật của chúngvới một số hệ thống điều khiển khác trong bảng sau :