Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống cảnh báo đường ngang tự động dùng PLC

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

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

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:

- 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

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

- 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Chủ quan 8 5 0 9 3 8 Khách quan 2 1 0 0 0 0 Tổng 10 6 0 9 3 8

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

Bảng 1.9- Tai nạn đường ngang và xu hướng phát triển ở ĐSVN,

76% 82% 79% 81% 83% 86%

SốTNĐN/triệu đoàn tàu-km

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

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

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

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

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

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

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

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:

- 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

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%)

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

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

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

- 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)

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:

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

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:

- Đèn LED có các thông số sau: sử dụng đèn mầu phát xạ cao:

- 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

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

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

- 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

* 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

- 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)