NAM
2.2.1.Tớn hiệu cảnh bỏo đường ngang tự động dựng rơle điện từ kiểu CBĐN - 01 - 2001.
Hệ thống này được thiết kế trờn nguyờn tắc nguyờn lý rơi an toàn, liờn khoỏ bằng rơle như liờn khoỏ tớn hiệu chạy tầu. Mụ hỡnh thiết bị chung của hệ thống gồm: một tủ điều khiển, hệ thống cỏp, cột bỏo hiệu đường bộ, chuụng bỏo, biển chữ cảnh bỏo, hệ thống xỏc định và thụng bỏo đoàn tầu, hệ thống nguồn điện.
Cỏc thiết bị của hệ thống:
* Cột đốn bỏo hiệu trờn đường bộ: Tuõn theo điều lệ đường ngang và cỏc quy định hiện hành.
* Hệ thống xỏc nhận và thụng bỏo đoàn tầu: Hệ thống này dựng để xỏc nhận chớnh xỏc đoàn tầu và thời điểm bắt đầu thụng bỏo khi tầu xõm nhập vào phõn khu tới gần. Đưa thụng tin về đoàn tầu tới thiết bị điều khiển đặt tại tủ điều khiển ở đường ngang.
* Thiết bị điều khiển:
- Điều khiển cỏc đốn trờn cột bỏo tớn hiệu đường bộ hoạt động theo đỳng trỡnh tự chức năng đó được nờu trong yờu cầu đối với đường ngang, được quy định trong Điều Lệ Đường Ngang.
- Xỏc nhận đoàn tầu đó ra khỏi đường ngang, khụi phục thiết bị về trạng thỏi bỡnh thường.
- Giỏm sỏt kiểm tra tỡnh trạng hoạt động của cỏc thiết bị, cú khả năng thụng bỏo về trạng thỏi của cỏc thiết bị về trung tõm hoặc một điểm giỏm sỏt nào đú. - Thực hiện cảnh bỏo cần thiết về đường bộ khi cú trở ngại. Thiết bị cảnh bỏo trở ngại cần hoạt động trong những trường hợp sau: Sợi đốt chớnh của đốn đỏ trờn cột bỏo hiệu đường bộ bị đứt; thiết bị xỏc nhận đoàn tầu cú sự cố; sau khi tớn hiệu cảnh bỏo đường ngang đúng chắn hoàn toàn, nếu quỏ 3 phỳt mà tầu chưa tới đường ngang, hệ thống sẽ chuyển sang trạng thỏi bỏo trở ngại.
- Khi cú cỏc trở ngại, đốn vàng ở cột bỏo tớn hiệu đường bộ sỏng nhấp nhỏy, đốn kiểm tra tại khối điều khiển sỏng đỏ giỳp người trực biết tỡnh trạng của hệ thống, cỏc thụng tin này cũng cũn được truyền về trung tõm giỏm sỏt.
- Thiết bị cú cỏc đầu đo và hiển thị (khối kiểm tra) giỳp cho cỏc cụng tỏc đo kiểm biết được toàn bộ tỡnh trạng hệ thống.
- Thiết bị cú cỏc nỳt ấn để cú thể ấn lần lượt cỏc chức năng như khi xỏc định đoàn tầu đi qua đường ngang, cỏc đốn hiệu cũng cú cỏc đốn và nỳt ấn kiểm tra tương ứng để dễ dàng trong cụng tỏc sửa chữa và thay thế.
* Thiết bị nguồn: Sử dụng nguồn điện lưới AC 220 V, thụng qua cỏc biến ỏp, bộ nắn điện cung cấp điện ỏp phự hợp cho cỏc thiết bị nạp ắc quy. Ắc quy sử dụng loại ắc quy axit kớn khớ: 24 V, 75 AH; đặt trong tủ điều khiển. Khi mất nguồn điện lưới cơ bản, nguồn ắc quy thụng qua bộ đổi điện đổi thành nguồn 220 V – 50 Hz, đảm bảo cho hệ thống hoạt động liờn tục trong 48 giờ.
* Ưu, nhược điểm: + Ưu điểm:
- Sử dụng tổ hợp cỏc tiếp điểm nờn cú thể sử dụng từng tiếp điểm vào cỏc mục đớch khỏc nhau.
- Đơn giản và dễ bảo dưỡng, ớt chịu ảnh hưởng của nhiễu điện, cụng suất tổn hao ở tiếp điểm nhỏ.
- Làm việc với độ chớnh xỏc cao, hoạt động tin cậy, ổn định khi tốc độ chạy tầu thay đổi trong khoảng rộng.
+ Nhược điểm:
- Kớch thước và trọng lượng lớn.
- Tuổi thọ khụng cao đặc biệt ở chế độ xung.
- Thường bị hư hỏng ở chi tiết cơ khớ
- Do cỏc rơ le cảm biến hoạt động rất nhạy nờn cú thể gõy nhận biết nhầm lẫn.
- Giỏ thành đắt nờn hạn chế việc ỏp dụng, việc bảo dưỡng, tu sửa gặp nhiều khú khăn và tốn kộm
2.2.2. Hệ thống tớn hiệu cảnh bỏo tự động dựng mỏy tớnh nhỳng với thiết bị cảm biến địa chấn CBTH 3.0
Hỡnh 2.1. Sơ đồ khối hệ thống PLC - CBĐC 1.0
Khối thiết bị phỏt hiện tàu hỏa (PHTH)
Khối truyền thụng tin (TT)
Nối kết, bảo vệ và dự phũng tại điểm đặt PHTH
(BVTB)
Khối giao tiếp đầu vào (GTV)
Khối xử lý trung tõm (PLC)
Thiết bị biểu thị tớn hiệu và chấp hành Khối
* Khối cảm biến:
+ Nguyờn tắc hoạt động của cỏc cảm biến này là phỏt hiện tầu theo mức rung địa chấn.
+ Về cấu tạo khối này gồm cỏc cảm biến địa chấn, bộ tiền xử lý tớn hiệu, bộ giao tiếp hỏi đỏp kiểm tra trở ngại đường truyền giữa cảm biến với tủ điều khiển, cỏc thiết bị bảo vệ: lớp vỏ chống thấm, chống va đập; cỏp truyền tớn hiệu; cầu chỡ chống sột trong hộp cỏp bảo vệ. Đầu ra của bộ cảm biến cú dõy chung (GND), dõy tớn hiệu (S) và dõy dự phũng (D). Cỏc đầu dõy này thuận tiện khi nối vào khối bảo vệ thiết bị.
+ Cỏc tham số chủ yếu: Khối cảm biến hỡnh trụ đường kớnh 160 mm, cao 250 mm, dõy dẫn cỏp là 3x1 cú vỏ sắt, chiều dài cỏp là 3 m; khụng thấm nước, chịu được rung động, nhiệt độ làm việc cao nhất cú thể tới 800C.
+ Điện ỏp một chiều giữa chõn S và chõn GND là 6.5 V ữ 8.5 V. + Điện ỏp xoay chiều khi khụng cú tầu nhỏ hơn 0.01 V.
+ Khi cú rung động địa chấn thỡ trực tiếp tỏc động lờn khối cảm biến, điện ỏp xoay chiều trờn 1 V.
* Mụ hỡnh hệ thống:
Mỗi điểm phỏt tớn hiệu tầu đặt hai cảm biến cỏch nhau một cầu ray (12.5 m) nhằm mục đớch đo khoảng cỏch thời gian giữa hai lần nhận tớn hiệu để xỏc nhận, đưa ra tốc độ, phõn biệt với cỏc rung động khỏc, tầu đỗ lõu tại một điểm.
+ Khối truyền thụng tin: dựng loại cỏp trong hoặc cỏp treo cú ớt nhất 3 sợi nối từ hộp tớn hiệu (gần vị trớ bộ cảm biến) về tủ điều khiển, đảm bảo truyền tớn hiệu từ cảm biến về khối điều khiển.
+ Khối ghộp nối: dựng để biến đổi tớn hiệu phự hợp với tớn hiệu đầu vào của mỏy tớnh nhỳng.
Nguyờn tắc hoạt động: Tớn hiệu từ cảm biến được đưa tới mỏy tớnh nhỳng thụng qua bộ bảo vệ khỏi sột lan truyền và kiểm tra trở ngại đường truyền. Bộ này tạo ra mức tớn hiệu “0” với điện ỏp dưới 2.5 V và mức tớn hiệu “1” với điện ỏp trờn 2.5 V. Khi dõy nối đường truyền cú trở ngại: đứt - điện ỏp đầu vào là 12 V; chập điện ỏp đầu vào là 0V. Lỳc này mức đưa ra cho mỏy tớnh luụn là “1”, nếu mức này liờn tục trong 1s, thiết bị sẽ bỏo chớnh xỏc cổng cú trở ngại. Mỗi cổng giao tiếp cú 1
đốn LED hiển thị mức ra của cổng, mức “0” đốn LED tắt, mức “1” đốn LED sỏng. Thiết bị cũn cú khả năng điều chỉnh độ nhậy, mức can nhiễu.
* Khối xử lý trung tõm:
+ Nguyờn tắc hoạt động: khối xử lý trung tõm gồm hai mỏy tớnh nhỳng, một làm nhiệm vụ điều khiển và giao tiếp với cỏc cổng đầu vào, gọi tắt là MT1, một ở phớa trong gọi là MT2 làm nhiệm vụ điều khiển cỏc thiết bị cảnh bỏo.
- MT1 làm nhiệm vụ theo dừi tớn hiệu đưa về từ cảm biến, hai đường truyền giỏm sỏt từ xa và khống chế dồn tầu gần ga, điều khiển đốn hiệu, chuụng, nguồn nuụi, tạo dao động, bảo vệ cỏc đốn LED ở cột tớn hiệu.
- MT2 theo dừi sự khởi động của MT1, trong trường hợp cú trở ngại sẽ điều khiển đốn vàng, ngoài ra nú cũn điều khiển Card õm thanh, màn hỡnh giao tiếp với người kiểm tra, lưu lại cỏc sự kiện xảy ra trờn đường ngang.
+ Tham số kỹ thuật:
- Điện ỏp nguồn nuụi: từ 3.3 V ữ 5 V. - Phần mềm điều khiển.
- Hai mỏy tớnh nhỳng được kết nối hoạt động song song theo nguyờn tắc truyền thụng điệp với tốc độ truyền theo thời gian thực là 172797 baudsrate.
- Giao tiếp với mỏy tớnh (PC) để kiểm tra cỏc sự kiện . - Đồng hồ làm việc: 11.059 MHz.
- Bộ nhớ đủ cho 50 sự kiện gần nhất.
- Nội dung tiếng núi cảnh bỏo được lưu giữ trong bộ nhớ mỏy tớnh cú dung lượng 64 K (với thời gian núi 6 s, chất lượng lấy mẫu 800 Hz và 8 bit lấy mẫu). * Khối hiển thị và kiểm tra thiết bị:
Cú hai hệ thống kiểm tra là cỏc đốn bỏo hiệu cú nguồn và sự hoạt động của mỏy tớnh; màn hỡnh thể hiện sự hoạt động của mỏy tớnh là bỡnh thường.
Cỏc đốn bao gồm:
- Biểu thị nguồn điện lưới 220 V cú sau cầu chỡ và bộ chống sột đường nguồn.
- Trờn mỏy tớnh nhỳng cú 8 đốn LED sỏng đỏ biểu thị trạng thỏi của 8 cổng cảm biến.
- Hai đốn LED mầu vàng biểu thị sự hoạt động của MT1 và cú tầu (TX và RX).
- Hai đốn LED mầu vàng biểu thị trạng thỏi giao tiếp với 2 kết nối từ hai hướng về và nguồn nuụi 12 V cho cỏc thiết bị điều khiển.
- Một đốn LED mầu vàng biểu thị nguồn nuụi 24 V cho cỏc thiết bị biểu thị tớn hiệu.
- Một đốn đỏ trong nỳt “KIỂM TRA” thể hiện nguồn ổn ỏp 5 V cho mỏy tớnh nhỳng khụng cú trở ngại.
* Phần mềm điều khiển:
Chương trỡnh được viết theo đỳng cỏc yờu cầu hoạt động của hệ thống đường ngang, ngoài ra cũn cú phần chương trỡnh kiểm tra tự động xỏc định lỗi cảm biến và tự động chạy hệ thống ở chế độ dự phũng khi một trong hai cảm biến ở mỗi phớa bị trở ngại.
Cảm biến được xỏc định là cú trở ngại được phần mềm xỏc định trong cỏc trường hợp sau:
- Đứt hoặc chập dõy cỏp tớn hiệu.
- Cú tầu chạy theo đỳng hành trỡnh logic tại cỏc cảm biến lõn cận nhưng khụng cú tớn hiệu từ cảm biến đỏnh dấu lỗi.
- Cú tớn hiệu tại cảm biến đỏnh dấu lỗi nhưng khụng cú tớn hiệu tại cỏc cảm biến lõn cận sau thời gian 5 phỳt.
- Khi cú một trong hai cảm biến ở mỗi phớa được ghi nhận là cú trở ngại, chương trỡnh sẽ tự động chuyển sang chế độ cảnh bỏo với một cảm biến tại một điểm cảnh bỏo tầu. Lỳc này tầu vào thỡ cảnh bỏo ngay, khụng xỏc định hướng, tốc độ vỡ cảm biến bị ghi nhận là lỗi. Cảm biến lỗi được thụng bỏo bằng đốn và trờn màn hỡnh hiển thị.
- Khi cảm biến đó được ghi nhận trở ngại, lại nhận được tớn hiệu cú mức logic hợp lý thỡ nú được tự động ghi nhận là hoạt động tốt, màn hỡnh khụng thụng bỏo lỗi đú nữa. Đõy là điều kiện tự khụi phục do cỏc tỏc động giả lờn cảm biến. Khi tầu dừng trong phõn khu tới gần quỏ 3 phỳt, hệ thống ghi nhận, bỏo trở ngại và ghi nhận hai cảm biến được coi là chờ tầu đi qua sẽ bị đỏnh dấu trở ngại. Khi tầu thực sự qua
hai cảm biến đú và khối điều khiển nhận được đỳng mức logic, phần mềm sẽ tự động khụi phục trạng thỏi của cảm biến.
* Thiết bị nguồn: bao gồm cỏc thành phần sau:
+ Bộ giao tiếp 220 V gồm cầu chỡ, bộ chống sột hạt nổ 471 V dựng để cắt nguồn khi gặp điện ỏp cao hơn 470 V.
+ Biến ỏp 220 – 10 x 12 V với dải điện ỏp làm việc từ 180 ữ 290 V đầu vào bảo đảm điện ỏp đầu ra từ 2 x 12 V ữ 2 x 18 V;
+ Hai bộ điều khiển nạp ắcquy khống chế dũng nạp dưới 7 A, nạp khi điện ỏp dưới 12 V và cắt nạp khi điện ỏp trờn 12.8 V;
+ Tổ ắc quy gồm hai bỡnh cú điện ỏp 12 V, dung lượng từ 45 Ah ữ 100 Ah; + Một bộ chuyển nguồn tự động từ nguồn điện lưới sang nguồn ắcquy và ngược lại.
+ Một bộ chống quỏ ỏp, xung nhiễu đường nguồn cho mạch của mỏy tớnh nhỳng.
+ Ổn ỏp, đồng hồ chỉ thị dũng nạp. * Ưu, nhược điểm:
+ Ưu điểm:
- Phỏt hiện chớnh xỏc tàu hỏa đến với cỏc thụng số về tốc độ, thời gian tàu đến đường ngang, bảo đảm cảnh bỏo tại đường ngang theo quy định tiờu chuẩn của ngành Đường sắt.
- Ổn định, hoạt động an toàn trong điều kiện khắc nghiệt về nguồn điện nhiệt độ, chấn động, xung nhiễu tự nhiờn.
- Hỗ trợ kiểm tra bảo trỡ dễ dàng, thuận lợi, giỏm sỏt từ xa qua mạng liờn hoàn với chi phớ thấp về cơ sở truyền thụng.
- Giỏ thành cạnh tranh với tiờu chớ sử dụng tối đa năng lực sản xuất trong nước, vừa đảm bảo chất lượng sản phẩm vừa theo đỳng chủ trương đường lối của Đảng và Nhà nước phỏt huy nội lực giảm nhập khẩu từ nước ngoài thiết bị cụng nghệ cao.
+ Nhược điểm:
- Chỉ ỏp dụng được cho đường ngang cú mật độ chạy tầu vừa phải và tốc độ thấp, khi chạy tầu với tốc độ cao thỡ thiết bị này khụng sử dụng được.
- Khi đường ray hàn liền thỡ thiết bị này khụng sử dụng được do chấn động của đoàn tầu sẽ nhỏ đi.
- Tớn hiệu truyền của cảm biến địa chấn bị ảnh hưởng bởi can nhiễu của nguồn điện.
- Tuổi thọ trung bỡnh của thiết bị của thiết bị khụng cao. * Khả năng ứng dụng:
Hiện nay ở Việt Nam, thiết bị sử dụng để phỏt hiện đoàn tầu tại cỏc đường ngang cảnh bỏo tự động chủ yếu là cảm biến địa chấn. Gần đõy, cụng ty phần mềm tự động hoỏ CadPro đó đưa ra thờm một phiờn bản mới của thiết bị cảnh bỏo đường ngang tự động đú là sử dụng mỏy tớnh nhỳng kết hợp với cảm biến địa chấn CBTH3.0, hệ thống này đó được cụng nhận là tiờu chuẩn của Ngành Đường Sắt Việt Nam.
2.3.3.Tớn hiệu cảnh bỏo đường ngang tự động sử dụng PLC.
Thiết bị điều khiển logic cú khả năng lập trỡnh (PLC) dựng trong hệ thống tớn hiệu đường ngang cảnh bỏo tự động là bộ phận cốt lừi của hệ thống. Cựng với một số cỏc thiết bị khỏc (cỏc thiết bị ghộp nối) PLC tạo thành thiết bị điều khiển trờn cơ sở lập trỡnh cho cỏc chức năng. Thiết bị điều khiển này cựng với cỏc thiết bị xỏc nhận và thụng bỏo đoàn tầu, cỏc thiết bị nguồn, cỏc thiết bị phũng vệ v.v tạo thành hệ thống “Tớn hiệu cảnh bỏo đường ngang tự động sử dụng PLC” cú cấu trỳc chung giống với hệ thống trờn cơ sở rơle điện từ. Với PLC cú thể bổ sung tớnh năng đo tốc độ đoàn tầu khi đi vào phõn khu tới gần.
* Cỏc thiết bị của hệ thống. + Bộ cảm biến từ.
+ Thiết bị ghộp nối dựng để liờn kết giữa tớn hiệu đầu ra của cỏc cảm biến với tớn hiệu đầu vào của PLC.
+ Thiết bị điều khiển tự động: cú thiết bị chớnh là PLC, điều khiển toàn bộ trạng thỏi hoạt động. Hiện sử dụng PLC S7 - 200 CPU 224 của hóng SIEMENS. + Nguồn điện cung cấp cho toàn bộ thiết bị dựng ắcquy axit khụ 24 V – 100 AH. Nguồn này luụn được nạp bổ sung từ nguồn điện xoay chiều 220 V - 50 Hz lấy tại khu vực đường ngang.
+ Thiết bị phụ trợ: quạt giú sẽ tự động làm việc khi nhiệt độ trong tủ điều khiển lớn hơn 400C, cỏc đồng hồ đo điện ỏp, cường độ dũng điện nguồn, dũng điện nạp, cỏc nỳt ấn khụi phục hệ thống, cảnh bỏo nhõn cụng, khụi phục dành cho duy tu, hệ thống tiếp đất cho tủ.
+ Thiết bị chấp hành:
- Đốn hiệu sử dụng cỏc đốn LED mầu phỏt xạ cao gồm 198 đốn (22 nhỏnh, mỗi nhỏnh 9 đốn).
- Điện ỏp làm việc: 24 VDC ± 20%.
- Dũng điện làm việc 100 mA cho một đốn vàng và 150 mA cho một đốn đỏ. - Tớn hiệu õm thanh gồm chuụng sử dụng theo chế độ làm việc ngày - đờm, loa phỏt õm thanh cảnh bỏo bằng tiếng núi.
* Cỏc trạng thỏi hoạt động của bộ điều khiển:
+ Trạng thỏi bỡnh thường: Cứ mỗi lần một trục bỏnh tầu đi qua bộ cảm biến là một lần PLC nhận được tớn hiệu. Trờn cơ sở phần mềm (chương trỡnh) đó được cài đặt sẵn, PLC nhận biết được cỏc tớn hiệu đầu vào, tự động xử lý, cấp điện ỏp ra, điều