Hệ thống điều khiển rào chắn xe lửa tự động (1)

i MỤC LỤC MỤC LỤC .i DANH MỤC CÁC BẢNG .i DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG KHÁI NIỆM ĐƯỜNG NGANG VÀ THỰC TRẠNG ĐƯỜNG NGANG VIỆT NAM CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52 13 CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .43 CHƯƠNG MỘT SỐ GIẢI PHÁP ÁP DỤNG THỰC TẾ 61 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHỤ LỤC 74 DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI NÓI ĐẦU Vận tải đường sắt ngành chủ chốt, có vai trò quan trọng quá trình thúc đẩy sự phát triển kinh tế nước ta và thế giới Công tác bảo đảm an toàn giao thông đường sắt là yếu tố quyết định đến hiệu quả của ngành vận tải đường sắt Nhưng thực tế những năm gần tình trạng mất an toàn giao thông đường sắt diễn biến phức tạp, có xu hướng gia tăng cả số vụ tai nạn và số người chết, bị thương Một số vụ tai nạn thương tâm xảy thời gian gần : Vụ tàu hỏa TN3 chạy hướng Bắc - Nam va chạm với ô tô Innova mang BKS 52P - 4310 tài xế Lê Thanh Hà xảy vào hồi 12h30 phút ngày 01/ 02 / 2013 tại tỉnh Quảng Ngãi khiến người chết và người bị thương Được biết, đoạn giao cắt giữa đường sắt với đường bộ nơi xảy tai nạn gác chắn Một vụ tai nạn đường sắt nghiêm trọng khác xảy vào lúc 15h10phút ngày 30/03/2011 , Ga Tía, Km18+800 thuộc địa phận huyện Thường Tín Vào thời điểm xe ô tô khách BKS 20L- 4564 ngang qua đoạn đường ngang giao cắt đường sắt đường bị tàu SE8 từ Hồ Chí Minh Hà Nội (lái tàu Đỗ Xuân Phong) tông phải Vụ tai nạn khiến người chết chỗ, người bị thương nặng phải đưa cấp cứu Hai vụ tai nạn nghiêm trọng và hàng trăm vụ tai nạn đường sắt khác nữa có thể đã không xảy nếu chúng ta xây dựng được hệ thống cảnh báo an toàn tại các điểm giao cắt giữa đường sắt với đường bộ Hệ thống cảnh báo có nhân viên gác trực là giải pháp hiệu quả nhất nó chỉ được áp dụng tại những đường ngang lớn, có mật độ giao thông đông đúc các thành phố bởi vì chi phí cho một trạm gác sử dụng nhân viên gác trực rất lớn Hệ thống cảnh báo tự động sẽ là lựa chọn thay thế cho hệ thống gác trực Nó vừa đảm bảo an toàn giao thông tại các khu đường ngang lại vừa giảm bớt được chi phí xây dựng so với hệ thống cảnh báo sử dụng nhân viên gác trực Đây sẽ là giải pháp giúp đảm bảo an toàn giao thông đường sắt, nâng cao chất lượng vận tải cho ngành đường sắt Với những kiến thức tìm hiểu và được sự hướng dẫn, dẫn dắt nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn thấy giáo Nguyễn Minh Tuấn, em đã lựa chọn đề tài : “ Tìm hiểu và thiết kế hệ thống điều khiển rào chắn xe lửa tự động ” làm đồ án tốt nghiệp với mong muốn có thể góp một chút kiến thức của mình vào phục vụ cho lợi ích chung của đất nước Đề tài này chưa có nhiều người tìm hiểu và thiết kế nên quá trình thực hiện đề tài em đã tự mình tìm hiểu, tìm kiếm tài liệu Do kiến thức và khả của em có giới hạn nên việc thiết kế và thực hiện đề tài này em còn nhiều thiếu sót và hạn chế, em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên để đồ án của em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG KHÁI NIỆM ĐƯỜNG NGANG VÀ THỰC TRẠNG ĐƯỜNG NGANG VIỆT NAM 1.1 Khái niệm đường ngang 1.1.1 Khái niệm đường ngang Theo quy định của điều lệ đường ngang thì đường ngang nơi giao giữa đường sắt đường mặt phẳng và quan có thẩm quyền định xây dựng để đảm bảo an toàn giao thông Phạm vi đường ngang bao gồm: − Đoạn đường qua đường sắt nằm hai chắn nằm hai ray hai bên đường sắt cách má ray trở 6m nơi chắn − Đoạn đường sắt nằm hai vai đường điểm giao cắt 1.1.2 Phân loại đường ngang Đường ngang phân loại sau:  Phân loại đường ngang theo thời gian sử dụng: − Đường ngang sử dụng lâu dài − Đường ngang sử dụng có thời hạn − Đường ngang thường xuyên đóng  Theo cách tổ chức phòng vệ: − Đường ngang có người gác − Đường ngang người gác − Đường ngang có biển báo hiệu  Theo quan quản lý: − Đường ngang quan quản lý đường sắt Việt Nam quản lý − Đường ngang Uỷ ban nhân dân cấp tỉnh quản lý − Đường ngang tổ chức, cá nhân khác đầu tư, quản lý khai thác, quản lý bảo trì Phân cấp đường ngang:  − Đường ngang cấp I: Đường sắt giao với đường cấp I, cấp II, cấp III − Đường ngang cấp II: Đường sắt giao với đường cấp IV, cấp V − Đường ngang cấp III: Đường ngang lại không thuộc đường ngang quy định khoản 1, khoản điều − Đường ngang nằm nội đô, nội thị ( thành phố, thị xã, thị trấn ) xếp vào cấp tương ứng Bộ trưởng Bộ giao thông vận tải định 1.1.3 Các yêu cầu cấu trúc đường ngang Theo quy định đường ngang phải đặt đoạn thẳng đường sắt đường Đường phải cắt vuông góc với đường sắt, trường hợp ngoại lệ cho phép đặt giao cắt góc nhọn không nhỏ 45 độ Chiều rộng đường ngang không nhỏ bề rộng đường ô tô cho phép chuyển động theo hai hướng lúc Trong tất trường hợp, chiều rộng đường ngang không nhỏ 6m cải tạo lại không nhỏ 7m Trên đoạn đường tới đường ngang phải trồng cọc tiêu cách 1.5m hàng rào dài suốt 16m tính từ ray trở Cách đường ngang từ 500m đến 1500m phía đường sắt phải đặt biển “kéo còi” Trên đường hai phía đường ngang đặt: − Trước đường ngang không trang bị tín hiệu phòng vệ đặt hai biển báo “Đường ngang cần chắn” Biển thứ cách đường ngang 40 đến 50m, biển thứ hai cách đường ngang 150 đến 250m tính từ mép ray cùng phía − Trước đường ngang có trang bị cần chắn (tự động điều khiển tay) đặt hai biển báo “ Đường ngang có cần chắn”.Vị trí hai biển báo nêu cho đường ngang không cần chắn − Trước đường ngang trang bị cần chắn tự động nửa tự động phía bên phải đường ô tô cách mép ray phía 50m trang bị thêm biển báo “ Đường ngang có cần chắn tự động” − Các đường ngang cấp I, cấp II đường ngang phòng hộ cấp khác nằm gần ga cần có điện thoại liên lạc với ga gần − Những cần chắn khí phải điều khiển tập trung Trên cần chắn khí có đèn sáng ban đêm ban ngày tầm nhìn tín hiệu hạn chế Khi đóng chắn đèn chiếu ánh sáng đỏ phía đường ô tô, chắn mở các tín hiệu đèn tắt hết Tất biển báo nêu đặt lề đường đường phía bên phải theo hướng chạy ô tô 1.1.4 Các quy định đèn báo hiệu đường cho đường ngang − Đèn báo hiệu chuông điện đường phải đặt trước chắn đường liền với trụ chắn đường đặt cách ray 6m trở lên − Đèn báo hiệu chuông đường phải đạt yêu cầu sau: + Thời điểm đèn báo hiệu bật sáng phải đảm bảo trước lúc tàu tới đường ngang là: a 60 giây dùng đèn báo hiệu tự động chắn đường tự động b 90 giây dùng đèn báo hiệu tự động chắn đường không tự động c 120 giây dùng đèn báo hiệu không tự động (điện dầu) + Chuông điện phải lắp đặt cột đèn báo hiệu, chuông kêu phải có âm lượng đủ lớn để người cách xa 15m nghe thấy, chuông kêu tàu tới gần đường ngang Chuông tắt chắn đóng hoàn toàn + Ánh sáng góc phát sáng đèn báo hiệu phải đảm bảo để người điều khiển phương tiện giao thông đường nhìn thấy tín hiệu từ khoảng cách 100m trở lên Ánh sáng đỏ đèn tín hiệu không chiếu phía đường sắt 1.1.5 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 cần bắt tàu dừng lại đường ngang có chướng ngại Trong trường hợp tín hiệu đèn ngăn đường đặt phía trước đường ngang bật sáng Trên hai phía đường sắt tới đường ngang có người gác cần phải đặt tín hiệu ngăn đường người đứng đầu ngành Đường sắt Việt Nam định, trừ đường ngang sau: a Đường ngang mà chắn đường thường xuyên đóng có cần chắn tự động tín hiệu cảnh báo tự động b Đường ngang nằm phạm vi phòng vệ tín hiệu vào ga, ga, tín hiệu bãi dồn, tín hiệu thông qua đường sắt có thiết bị đóng đường tự động tín hiệu phòng vệ khác, tín hiệu cách đường ngang 800m c Tín hiệu ngăn đường đường sắt đặt cách đường ngang từ 100m đến 500m Nơi nhiều đường ngang có người gác gần khoảng cách hai đường ngang nhỏ 500 m mà chưa cải tạo theo quy định điều 49 điều lệ đường ngang thì tín hiệu ngăn đường bố trí ở hai đầu khu vực cho đường ngang đó d Tín hiệu ngăn đường phải đặt bên trái theo hướng tàu chạy vào đường ngang Trường hợp khó khăn đặc biệt, người đứng đầu đường sắt Việt Nam cho phép đặt bên phải theo hướng tàu chạy vào đường ngang e Tầm nhìn tín hiệu ngăn đường đường sắt phải đảm bảo 800m Trường hợp địa hình khó khăn tầm nhìn tín hiệu ngăn đường không nhỏ 400m f Tín hiệu ngăn đường đường sắt 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 1.1.6 Các thiết bị thông tin, tín hiệu trạm gác barie đường sắt Trong nhà gác đường ngang phải có thiết bị thông tin tín hiệu điện thoại thiết bị thông báo tự động cho nhân viên gác chắn biết tàu tới gần đường ngang Đường ngang có người gác nơi có nguồn điện lưới quốc gia phải trang bị đèn chiếu sáng ban đêm ban ngày có sương mù Ánh sáng đèn đủ sáng để người điều khiển phương tiện giao thông đường nhìn rõ tín hiệu người gác chắn Các thiết bị tín hiệu thiết bị phòng vệ đường ngang có người gác hoạt động điện phải điều khiển tập trung nhà gác đường ngang Đường ngang có người gác chắn phải đặt chắn hai đầu đường vào đường ngang Cần chắn đặt cách má ray 6m Cần chắn làm trơn treo kim loại lưới kim loại Cần chắn (trừ cần chắn tự động) phải có bô phận chốt hãm để chắn tự di chuyển Ở đường ngang có người gác, chắn đóng, cần chắn phải chắn ngang hết mặt đường bộ, liền sát với hàng rào cố định phải cao mặt đường từ đến 1.2 m Chắn phải bắt đầu đóng từ phía bên phải đường (theo hướng vào đường ngang) sang phía trái Đường ngang có nhiều chắn phải đóng chắn phía bên phải trước, đóng chắn phía trái cho chắn đến tận phía bên trái Khi chắn mở, không phận chắn cản trở mặt đường Đường ngang cấp I, cấp II có tổ chức phòng vệ phải trang bị cần chắn tự động tín hiệu cảnh báo tự động Khi chưa có cần chắn tự động hoặc tín hiệu cảnh báo tự động phải có người gác Các cấu 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 đường đèn đỏ xà chắn tự động bật sáng, chuông báo hiệu tự động kêu Sau đến 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 mở hoàn toàn, đèn xà chắn đèn báo hiệu đường tự động tắt Đường ngang lắp đặt cần chắn tự động không bố trí người gác dùng loại cần chắn đóng 1/2 2/3 mặt đường Phần đường lại cần chắn phải rộng m bên trái xe vào đường ngang 1.2 Thực trạng đường ngang nước ta 1.2.1 Tiêu chuẩn an toàn đối với đường ngang Trước nghiên cứu chọn lựa mô hình phòng hộ đường ngang tự động để ứng dụng Việt Nam, cần phải đề nguyên tắc đảm bảo an toàn cho đường ngang, dựa tiêu chí tiến hành chọn mô hình sẵn có giới hay đề mô hình phù hợp với điều kiện Việt Nam Trong ngành đường sắt nước giới có nhiều tiêu chuẩn khác nhau, xin giới thiệu tiêu chuẩn an toàn cho đường ngang điển hình áp dụng để xây dựng đường ngang đường sắt nước Anh Tiêu chuẩn an toàn đường ngang Anh: − Người đường phải có thông báo rõ ràng kịp thời việc tiếp cận đường ngang họ − Có thông báo đầy đủ kịp thời trạng thái đóng hay đóng hoàn toàn giao thông đường có đoàn tàu tới gần đường ngang − Luồng xe đường không gây ảnh hưởng tới chắn tự động − Thời gian đóng chắn của đường ngang tự động không nên ngắn song không nên dài làm cho người sốt ruột họ không tuân theo tín hiệu ngăn đường − Toàn hệ thống phải tin cậy có khả giảm thiểu tai nạn rủi ro đáng tiếc xảy trường hợp thiết bị bị hỏng Đề xuất tiêu chuẩn an toàn đường ngang cho Việt Nam: − Người phương tiện đường phải có thông báo rõ ràng kịp thời việc đến gần đường ngang − Có tín hiệu đầy đủ kịp thời trạng thái đóng, mở đường ngang giao thông đường − Sự vận hành thiết bị chắn đường ngang tự động không gây ách tắc luồng xe đường bộ, ngược lại di chuyển phương tiện vận tải đường không làm hư hỏng thiết bị ảnh hưởng đến hoạt động chắn tự động − Đường ngang tự động có mật độ giao thông lớn cần có thông báo kịp thời cho đoàn tàu tắc nghẽn đường ngang; − Toàn hệ thống phải tin cậy có khả giảm tối thiểu tai nạn rủi ro đáng tiếc xảy trường hợp thiết bị bị hỏng 1.2.2 Tình hình an toàn chạy tàu Việt Nam Theo số liệu thống kê ngành đường sắt, toàn mạng lưới đường sắt Việt Nam có 6267 đường ngang, có 1.458 đường ngang hợp pháp 4.600 vị trí giao cắt bất hợp pháp đường dân sinh với đường sắt Trong số 1458 đường ngang hợp pháp, có 634 đường ngang có người gác, 295 đường ngang có tín hiệu cảnh báo tự động, 520 đường ngang cấp có biển báo Tình trạng mất an toàn giao thông đường sắt diễn hết sức phức tạp và có xu hướng tăng cả về số vụ tai nạn, số người chết, bị thương 62 - Độ bền sản phẩm: không bị ngấm nước trường hợp ngấm nước lâu ngày, nhiệt độ làm việc 00C-800C, chịu dung động theo lớp đất chôn cảm biến - Kiểm tra tĩnh: điện trở S GND ~ 10K, P GND ~ 3,6K theo chiều vô lớn theo chiều ngược lại - Kiểm tra lắp vào mạch: điện áp chiều S GND khoảng từ 6,5V đến 8,5V Điện áp xoay chiều tàu chạy nhỏ 0,01V - Kiểm tra có tàu chạy rung động địa chấn trực tiếp khối cảm biến: điện áp xoay chiều 1V Tuổi thọ năm từ lắp đặt điều kiện không bị sét đánh trực tiếp cố tình đưa điện áp vượt 40V vào dây tín hiệu mà bảo vệ giao tiếp đặt hộp cáp - Có khả phục hồi mạch vi điện tử cảm biến cách lắp đặt dự phòng hộp cáp, không cần thay cảm biến • Khối truyền tín hiệu: Dùng dây cáp loại chôn treo sợi từ hộp nối tín hiệu tủ điều khiển Khối đảm bảo đường truyền tín hiệu từ đầu cảm ứng tủ điều khiển • Khối giao tiếp đầu vào: Nối kết cảm biến với cổng máy tính nhúng thông qua bảo vệ khỏi sét lan truyền kiểm tra trở ngại chập dây đứt dây điều khiển Điện áp làm việc: tĩnh (mức “0”) giải từ 6V đến 8V, phát tín hiệu (mức “1”) 6V đến 9V Mức tín hiệu đầu “0” 2,5V “1” 2,5V Băng tần làm việc 10MHz Khi dây nối với cảm biến bị đứt thi mức điện áp đầu vào 12V, chập mức điện áp đầu vào 0V Do mức đưa cho máy tính “1” Nếu máy tính nhúng thấy mức “1” liên tục giây trở ngại, báo xác cổng bị trở ngại Mỗi cổng giao tiếp có đèn LED hiển thị mức cổng: mức “0” tắt, mức “1” sáng Có khả chỉnh độ nhạy, mức can nhiễu 63 •Khối xử lý tín hiệu và điều khiển: Khối xử lý trung tâm gồm hai máy tính nhúng với máy làm nhiệm vụ điều khiển giao tiếp với cổng đầu vào (gọi tắt MT1), máy phía làm nhiêm vụ Watch-dog (MT2) điều khiển thiết bị cảnh báo nội tủ điều khiển (cách biệt với môi trường) MT1 làm nhiệm vụ theo dõi tín hiệu đưa từ cảm biến, đường truyền giám sát từ xa khống chế dồn tàu gần ga, điều khiển đèn đỏ, chuông, nguồn nuôi, tạo dao động, bảo vệ LED cường độ sáng cao MT2 làm nhiệm vụ theo dõi khởi động máy tính trường hợp trở ngại, điều khiển đèn vàng, điều khiển card âm thanh, điều khiển hình tinh thể lỏng giao tiếp với người kiểm tra hệ thống, ghi lại lịch sử kiện xảy đường ngang Hình Hệ thống máy tính nhúng Tính kỹ thuật: - Điện áp nguồn nuôi từ 3.3V đến 5V - Phần mềm điều khiển Công ty phần mềm Tự động hoá CADPRO thiết kế xây dựng 64 - Hai máy tính nối kết hoạt động song song theo nguyên tắc truyền thông điệp (message passing) với tốc độ thời gian thực (172797 baud rate) - Giao tiếp với máy tính PC kiểm tra lịch sử kiện - Đồng hồ làm việc 11.059 Mhz - Tốc độ xử lý tín hiệu: 2Mhz ( triệu phép tính giây ) - Bộ nhớ đủ để lưu lịch sử 50 kiện gần ( kiện định nghĩa phần mềm chương trình điều khiển ) - Nội dung tiếng nói cảnh báo tàu lưu nhớ máy tính với dung lượng 64K (đủ cho câu nói giây, chất lượng lấy mẫu KHz bit mẫu) • Khối hiển thị kiểm tra thiết bị Có hệ thống kiểm tra trạng thái hiển thị: - Các đèn báo hiệu có nguồn máy tính hoạt động - Màn hình tinh thể lỏng thể chương trình phần mềm máy tính hoạt động bình thường Các tín hiệu đèn báo gồm có: - Trên mạch mặt hộp máy tính nhúng có đèn LED đỏ biểu thị trở ngại tín hiệu cổng cảm biến ( đánh số từ đến ) - Hai đèn LED vàng biểu thị hoạt MT1 điều khiển có tàu (TX RX) - Hai đèn LED vàng biều thị giao tiếp với hai kết nối từ xa hai hướng đường tàu (TM 12V) cầu chì nguồn nuôi 12V (nuôi thiết bị điều khiển ) - Một đèn LED vàng thể cầu chì nguồn nuôi 24V ( nuôi thiết bị biểu thị tín hiệu ) - Một đèn đỏ nút “ Kiểm tra “ thể mạch ổn áp 5V nuôi máy tính nhúng trở ngại • Khối nguồn - Bộ giao tiếp 220V bao gồm cầu chì, chống sét hạt nổ 471V gây chập mạch phá cầu chì gặp điện áp lớn 470V đường nguồn - Biến áp 220V với giải làm việc từ 180V đến 290V đầu vào bảo đảm điện áp từ 12V đến 18V - Hai điều khiển nạp ắc quy theo mức 12V nạp, 12,8V cắt, khống chế dòng nạp dới 7A - Một tổ ắc quy bình 12V, ắc quy dung lượng từ 45Ah đến 70Ah 65 - Một điều khiển tự động chuyển mạch nguồn từ nguồn qua nắn dòng thành nguồn ắc quy điện lưới - Một bảo vệ chống áp, xung nhiễu đường nguồn cho mạch máy tính nhúng - Đồng hồ thị dòng nạp ắc quy - Ổn áp 4.1.2 Hệ thống cảnh báo tự động đường ngang dùng phần mềm dùng PLC điều khiển Ngành Đường sắt Việt Nam (ĐSVN) có buổi hội thảo với chuyên gia đầu ngành thành phố Đà Nẵng để đưa tiêu chuẩn hóa đường ngang cảnh báo tự động loại hình PLC+ cảm biến địa chấn nhằm áp dụng thực tiễn cho toàn hệ thống đường sắt từ Bắc vào Nam Thiết bị điều khiển lập trình logic (PLC) dùng hệ thống tín hiệu đường ngang cảnh báo tự động phận cốt lõi hệ thống Nó kết hợp với thiết bị xác báo tàu qua bảo an, qua thiết bị giao tiếp đầu vào, kết nối với thiết bị giao tiếp đầu Điểm khác biệt điều khiển lập trình lô gíc có số chức điều khiển khác mạch điện rơ le: thực đo tốc độ tức thời đoàn tàu bắt đầu vào tới khu đoạn tới gần đường ngang, kiểm tra phân khu tới gần thoát khỏi trục bánh tàu nên phải bố trí thêm số thiết bị xác báo tàu thiết bị phụ trợ khác giao tiếp thiết bị điều khiển thiết bị chấp hành Loại hình PLC+ cảm biến địa chấn gồm khối bản: khối xử lý trung tâm, khối phát tàu hỏa, khối thiết bị chấp hành, khối thiết bị nguồn điện, khối thiết bị chống sét, khối thiết bị giao tiếp, khối thiết bị phụ trợ • Khối nguồn Hệ thống nguồn điện cung cấp cho thiết bị dùng ắc quy a xít khô 24V- 105 AH Nguồn điện ắc quy luôn nạp bổ sung từ nạp nguồn tự động lấy từ nguồn điện xoay chiều 220V – 50 Hz khu vực đường ngang qua biến đổi AC, đảm bảo điện áp nguồn ắc quy 24V- 28V • Khối thiết bị chấp hành 66 Tín hiệu âm thanh: loa chuông sử dụng theo chế độ làm việc ngày đêm, có loa phát âm cảnh báo tiếng nói - Điện áp làm việc 24 VDC - Công suất tiêu thụ hai: 6W ban ngày 3W ban đêm Đèn LED có thông số sau: sử dụng đèn mầu phát xạ cao: đèn có 22 nhánh, nhánh bóng ( tức có 198 bóng) - Điện áp làm việc 24 VDC - Dòng điện làm việc 100 mA cho đèn vàng 150 mA cho đèn đỏ • Thiết bị giao tiếp Thiết bị giao tiếp để liên kết tín hiệu đầu cảm biến với tín hiệu đầu vào PLC, nhằm đảm bảo cho hệ thống làm việc ổn định • Khối xử lý trung tâm Bộ điều khiển PLC (Thiết bị điều khiển lập trình lô gíc) điều khiển hoạt động toàn hệ thống tín hiệu cảnh báo tự động đường ngang Dùng loại PLC loại S7 – 214 hãng Siemens ghép song song Bộ điều khiển dùng loại S7-214 (CPU-224) hãng Siemens có đặc tính kỹ thuật sau: - Nhiệt độ làm việc: 00C – 750C - Độ ẩm: 5%-95% - Kích thước (rộng-dài-cao):120.5 - 80 - 62 (mm) - Công suất tiêu thụ: 7W - Số cổng vào: 14 cổng - Số cổng ra: 10 cổng - Số mô đun mở rộng: môđun - Số định thời gian: 256 - Số đếm: 256 - Số cổng truyền thông: cổng (RS485/PPI) - Tốc độ truyền thông: 9.6, 19.2, 187.5 KB - Khoảng cách truyền lớn nhất: 1200 m - Dải điện áp làm việc: 20.4 – 28.8 VDC - Điện áp vào phá hỏng: 35 VDC thời gian 0,5 s - Điện áp vào cho phép tới 30 VDC 67 - Họat động bình thường: 24 VDC, dòng mA - Cổng vào trạng thái 1: điện áp thấp 15 VDC dòng lớn 2,5 mA - Cổng vào trạng thái : điện áp cao VDC dòng mA - Không bảo vệ tải đầu vào - Số đầu vào kích hoạt lúc 14 - Điện áp đầu cho phép là: 20.4 ÷ 28.8 VDC - Dòng cổng trạng thái 1: 0,75 A - Trở kháng kích hoạt: 0,3 Ω - Dòng rò cổng ra: 10 μA - Dòng phá huỷ đầu ra: 8A thời gian 100ms - Không bảo vệ tải đầu • Thiết bị phụ trợ - Trong tủ điều khiển có hệ thống quạt gió nhiệt độ tủ lớn 40 0C hệ thống quạt tự động làm việc - Trong tủ có đồng hồ đo điện áp, cường độ dòng điện nạp cho ắc quy, nút ấn khôi phục hệ thống, cảnh báo nhân công khôi phục dành cho tu, bảo dưỡng Hình Hình ảnh PLC S7-214 (CPU-224) hãng Siemens 4.1.3 Hệ thống cảnh báo đường ngang tự động dùng rơ le điện từ kiểu CBĐN01 – 2001 68 Tín hiệu cảnh báo đường ngang tự động dùng rơ le điện từ kiểu điều khiển CBĐN- 01 – 2001 thiết kế nguyên tắc tín hiệu tuân thủ nguyên lý rơi an toàn, liên khoá rơ le nguyên lý liên khoá tín hiệu chạy tàu Quy mô xây dựng hệ thống gồm: tủ điều khiển tự động, hệ thống cáp , cột đèn báo hiệu đường loại ĐN-TĐ 2001 gồm ba đèn biểu thị (hai đèn đỏ, đèn vàng), chuông báo biển chữ cảnh báo, hệ thống xác báo đoàn tàu, hệ thống nguồn điện • Cột đèn tín hiệu: Cột đèn báo hiệu đường sử dụng cột tín hiệu theo mẫu cột đèn báo hiệu đường - dùng cho tín hiệu đường ngang tự động, kiểu ĐN-2001 đă Liên hiệp đường sắt Việt Nam (nay Tổng công ty đường sắt Việt Nam) duyệt Bình thường đèn tín hiệu cột báo hiệu đường trạng thái tắt, chuông không kêu Khi có đoàn tàu tới gần đường ngang hai đèn đỏ luân phiên sáng nhấp nháy chuông kêu lúc cấm người phương tiện tham gia giao thông đường qua đường sắt Khi đoàn tàu qua khỏi đường ngang, đèn tín hiệu tắt chuông ngừng kêu Bóng đèn thắp sáng cột đèn báo hiệu đường dùng bóng đèn tín hiệu hai sợi đốt loại 12V – 25W Chuông điện dùng chuông điện 220V- 50 Hz 69 Hình Cột đèn tín hiệu đường ngang • Thiết bị xác nhận, báo có tàu: Dùng mạch điện đường ray ngắn so le điện chiều xoay chiều tần số 50Hz làm thiết bị xác nhận báo đoàn tàu Giải pháp dựa nguyên tắc đặt tiếp điểm điểm giao tiếp hai ray, đoàn tầu qua bánh tàu nối hai tiếp điểm Tín hiệu chập mạch đưa tới hệ thống cảnh báo Tạm thời cho phép dùng Sensor loại SR-10-00 Công ty Thông tin tín hiệu chế tạo có tham số sau: + Điện áp làm việc : 10V – 30V + Dòng không tải : 40 mA + Dòng có tải lớn : 62 mA + Khoảng cách tới đỉnh ray : 42 mm + Thời gian động tác : mS + Nhiệt độ làm việc : Từ – 100C đến +850C + Độ ẩm : 95% 70 + Điện trở cách điện : ≥ 20 MΩ (đo thử điều kiện:20-250C, điện áp 1000V, độ ẩm 95%) + Thích hợp với tốc độ đoàn tàu ~ 160 km/ h • Nguồn điện Nguồn điện sử dụng nguồn điện lới 220 VAC cung cấp nguồn xoay chiều biến thế, chỉnh lưu cung cấp điện áp phù hợp cho thiết bị nạp nạp đệm cho ác quy Bộ Inverter (kí hiệu Ivt) dùng ắc quy axít kín khí 24V – 70 AH, ắc quy đặt tủ điều khiển Khi điện, nguồn ắc quy qua Inverter đổi thành nguồn điện 220V – 50Hz đảm bảo cho thiết bị hoạt động liên tục 48 Điện áp công tác 220 VAC±10% Tiêu hao điện trạng thái bình thường 20W Tiêu hao điện trạng thái động 120W 4.2 Khoảng cách lắp đặt cảm biến phát hiện tàu Theo Điều lệ đường ngang quy định hai phía đường vào đường ngang phải đóng chắn hoàn toàn trước tàu đến đường ngang nhất: a) 40 giây chắn tự động b) 60 giây chắn điện tời c) 90 giây chắn thủ công d) Không đóng chắn trước phút đường ngang cấp I, cấp II trước phút đường ngang cấp III trước tầu đến đường ngang (trừ đường ngang có quy định riêng Bộ Giao thông vận tải) Tốc độ chạy tàu qua các khu đường ngang trung bình khoảng V= 40 km/h Với thời gian đóng chắn tối thiểu là 40 giây trước tàu tới đường ngang nên ta tính toán chọn thời gian đóng chắn và bật các tín hiệu đèn cảnh báo sau: Vận tốc là: V=40km/h=0.67 km/phút=11,11m/s Chọn thời gian bật tín hiệu đèn vàng và loa cảnh báo là 90s Svàng=V.T= 11.11x 90=1000m=1km Để hệ thống hoạt động ổn định, tránh trường hợp cảnh báo và đóng chắn nhầm thì hệ thống bố trí tất cả bộ cảm biến Các bộ cảm biến được bố trí sau: 71 CB1 CB2 CB3 CB4 CB5 CB6 − Cảm biến số và cảm biến số 6: Cảm biến nhận biết tàu hỏa chạy tới khu vực gần đường ngang để bật tín hiệu đèn vàng và loa cảnh báo + Khoảng cách lắp đặt: Cách đường ngang 1000m (1km) + Lắp cảm biến ở độ 2m − Cảm biến số 2: Cảm biến làm nhiệm vụ phát hiện tàu để bật tín hiệu đèn đỏ yêu cầu người đường dừng lại và đóng chắn Để tránh hiện tượng đóng chắn nhầm thì cảm biến số sẽ được bố trí : + Vị trí: Cách cảm biến số là 10m + Lắp ở độ cao 2m − Cảm biến số 5: Cảm biến làm nhiệm vụ phát hiện tàu để bật tín hiệu đèn đỏ yêu cầu người đường dừng lại và đóng chắn Để tránh hiện tượng đóng chắn nhầm thì cảm biến số sẽ được bố trí : + Vị trí: Cách cảm biến số là 10m + Lắp ở độ cao 2m −Cảm biến số và cảm biến số 4: Cảm biến sử dụng cho quá trình phát hiện tàu chạy qua hết nơi giao giữa đường sắt và đường bộ, để điều khiển tắt hết các tín hiệu đèn và nâng cần chắn + Khoảng cách: cách đường ngang 5m + Lắp ở độ cao 2m 72 KẾT LUẬN Qua thời gian tìm hiểu về hệ thống cảnh báo đường ngang tự động và nhận được sự hướng dẫn nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn, thầy giáo Nguyễn Minh Tuấn, em đã hoàn thành đề tài đồ án tốt nghiệp của mình Đồ án này hoàn thành và đạt được một số kết quả khả quan: − Nghiên cứu và tiếp thu được quy định đảm bảo an toàn đường sắt − Giúp em cũng cố kiến thức tiếp thu được quá trình học tập − Ứng dụng vi điều khiển AT89S52 vào phục vụ đời sống xã hội − Xây dựng, lập trình được chương trình điều khiển mô hình hệ thống cảnh báo đường ngang tự động − Mô hình thử nghiệm hoạt động ổn định Kiến thức và khả tìm hiểu của em còn hạn chế cùng với thời gian thực hiện đồ án gấp rút nên khâu thiết kế và hoàn thiện đồ án, em không tránh khỏi những thiếu sót, em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên để đồ án này của em có thể phát triển và được ứng dụng vào thực tiễn giúp đảm bảo an toàn giao thông tại các khu đường ngang và đem lại hạnh phúc cho mọi người Em xin chân thành cảm ơn ! 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hoàng Minh Công (2007), Giáo trình cảm biến công nghiệp, Nhà xuất bản Xây Dựng Nguyễn Linh Giang, Lê Văn Thái, Kiều Xuân Thực (2007) , Giáo trình kỹ thuật lập trình C, Nhà xuất bản Giáo Dục Tống Văn On, Hoàng Đức Hải (2005), Họ vi điều khiển 8051, Nhà xuất bản Lao động - Xã hội Ngô Diên Tập (2006), Vi điều khiển với lập trình C , Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội Một số trang Web tham khảo http://www.plcvietnam.com.vn http://www.hoiquandientu.com http://www.tailieu.vn http://www.dientuvietnam.net 74 PHỤ LỤC Code điều khiển hoạt động mô hình: #include #include sbit cb1 = P2^0; sbit cb2 = P2^1; sbit cb3 = P2^2; sbit cb4 = P2^3; sbit cb5 = P2^4; sbit cb6 = P2^5; sbit CTHT1 = P2^6; sbit CTHT2 = P2^7; sbit ledvang = P1^0; sbit leddo = P1^1; sbit loa = P1^2 ; sbit thuan = P1^6 ; sbit nghich=P1^7; void delay( unsigned int time) { unsigned int i; unsigned int j; for( i=0;i[...]... vờ ng ngang t ng cú hai loi hỡnh chn t ụng khỏc nhau: Cõn chn t ụng: l loi hỡnh thit b tiờn tiờn phũng v ng ngang Cỏc cn chn s t ng h xung h khi cú tu ti v chiu di cn khụng th chn ht mt ng b (phn ng xe chy) nhm cho phng tin v ngi ó lt vo ng ngang cú li thoỏt ra khi ng ngang 11 Hinh 1 1 Cõn chn t ụng cho an toan ng st Rao chn mờm t ụng: Rao chn mờm cú nguyờn lý hot ng ging nh mt chic mnh ca, c cun... RS0 0 1 0 1 BANK 0 1 2 3 C tran OV (Over Flag): C tran c thiờt lõp sau mụt hoat ụng cụng hoc tr nờu co s tran toan hoc Khi cac sụ co dõu c cụng hoc tr vi nhau, phõn mờm co thờ kiờm tra bit nay ờ xac inh xem kờt qua co nm trong tõm xac inh hay khụng Khi cac sụ khụng co dõu c cụng, bit OV c bo qua Cac kờt qua ln hn +127 hoc nho hn -128 thi bit OV=1 Bit Parity (P): Bit t ụng c thiờt lõp hay xoa mụi chu... Lnh MUL AB s nhõn cỏc giỏ tri khụng du 8bit trong A v B ri tr kt qu v 16 bit trong A (Byte thp) v B (Byte cao) Lnh DIV AB s chia A cho B ri tr kt qu nguyờn trong A v phn d trong B Thanh ghi B cng cú th xem nh thanh ghi m a dng 2.5.3 Con tr ngn xp (Stack Pointer): Con tr ngn xp SP l mt thanh ghi 8 bit a ch 81H Nú cha a ch ca byte d liu hin hnh trờn nh ca ngn xp Cỏc lnh trờn ngn xp bao gm cỏc lnh ct d... ngoi 1 30 TCON.1 IT0 89H C ngt do Timer 0 TCON.0 IE0 88H C ngt ngoi 0 - Cac thanh ghi cua Timer 2 +) Thanh ghi T2CON T2CON.7 T2CON.6 T2CON.5 T2CON.4 T2CON.3 T2CON.2 T2CON.1 T2CON.0 TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/#T2 CP/#RL2 Bang 2 5 Thanh ghi T2CON Bit Ky hiờu ia chi Mụ ta T2CON.7 TF2 CFH C bao tran cua Timer 2, TF2 c t khi Timer 2 tran va c xoa bng phõn mờm T2CON.6 EXTF2 CEH C ngt ngoai cua Timer 2... Timer 1 cung cõp tục ụ baud T2CON.4 TCLK CCH Bit chon Timer cung cõp xung nhip cho ng truyờn cua cụng nụi tiờp TCLK=1:chon Timer 2 cung cõp tục ụ baud TCLK=0 chon Timer 1 cung cõp tục ụ baud T2CON.3 EXEN2 CBH Bit iờu khiờn hoat ụng cua timer 2 T2CON.2 TR2 CAH Bit iờu khiờn hoat ụng cua Timer 2 T2CON.1 C/#T2 C9H Bit chon chờ ụ ờm hoc inh thi cua Timer 2 T2CON.0 CP/#RL2 C8H Bit chon chờ ụ thu nhõn hay ... khac xay vo lỳc 15h10phut 30/03/2011 , Ga Tớa, Km18+800 thuc a phn huyn Thng Tớn Vao thi iờm trờn xe ụ tụ khỏch BKS 20L- 4564 i ngang qua on ng ngang giao ct gia ng st v ng b ó b tu SE8 i t Hụ Chi... dõn thy giỏo Nguyờn Minh Tun, em a la chon tai : Tim hiờu va thiờt kờ hờ thụng iờu khiờn rao chn xe la t ụng lam ụ an tụt nghiờp vi mong muụn co thờ gop mụt chut kiờn thc cua minh vao phuc vu... cn chn úng 1/2 hoc 2/3 mt ng b Phn ng b cũn li khụng cú cn chn phi rng ớt nht m v bờn trỏi ca xe vo ng ngang 1.2 Thc trang ng ngang nc ta 1.2.1 Tiờu chuõn an toan ụi vi ng ngang Trc nghiờn cu