3.7.1. Trạng thỏi hoạt động bỡnh thường:
Ở trạng thỏi bỡnh thường, toàn bộ thiết bị đường ngang thanh thoỏt cho phộp người và cỏc phương tiện tham gia giao thụng qua lại trờn đường ngang.
- Thiết bị cảnh bỏo tự động ở trạng thỏi bỡnh thường: + Cỏc đốn tớn hiệu cảnh bỏo khụng sỏng.
+ Chuụng khụng kờu.
+ Hệ thống xỏc bỏo đoàn tàu ( Cảm biến) hoạt động tốt ( Đưa điện ỏp từ 16V ữ 24 V DC tới cỏc đầu vào của bộ chống sột đường truyền).
+ Bộ chống sột đường truyền đưa tất cả cỏc tớn hiệu của cảm biến đến đầu vào bộ giao tiếp.
Từ đầu ra bộ giao tiếp sẽ đưa tớn hiệu tới đầu vào của PLC.
+ Hệ thống điều khiển (PLC) ở chế độ hoạt động “Run”, cỏc đốn bỏo ở cổng vào PLC (I0.1, I0.2, I0.3, I0.4, I0.5, I0.6) sỏng.
+ Khi cú một đoàn tàu đi qua đường ngang ( giả sử theo hướng lẻ) thỡ thiết bị cảnh bỏo đường ngang tư động sẽ hoạt động như sau:
+ Khi đoàn tàu đi qua hệ thống xỏc bỏo đoàn tàu phớa lẻ gồm hai bộ cảm biến CB1 & CB2 sẽ đưa xung điện ỏp tới đầu vào V1 & V2 của bộ chống sột đường truyền ( CSĐT), tại cỏc đầu ra R11 & R12 của CSĐT sẽ đưa tớn hiệu tới đầu vào V1 & V2
cỏc bộ giao tiếp. Tại cỏc đầu ra R1 & R2 của cỏc bộ giao tiếp sẽ cú xung điện ỏp 24 V tỏc động vào cỏc cổng I0.1 & I0.2 của PLC. Tựy theo tốc độ nhanh chậm của đoàn tàu ( đó được PLC tớnh toỏn), PLC sẽ đưa ra thời điểm mở cỏc cổng ra:
+) Cổng ra Q0.1, Q0.2, Q0.3, Q0.4 cú tớn hiệu, làm cho hệ thống đốn đỏ trờn cột tớn hiệu sỏng nhấp nhỏy;
+) Cổng ra Q1.0 cú tớn hiệu, làm cho bộ phỏt õm thanh hoạt động. Bộ phỏt õm thanh cú tớn hiệu tiếng núi “ Chỳ ý cú tàu tới đường ngang” ra loa. (Khi bộ phỏt õm thanh làm việc, đốn bỏo màu xanh trờn vỉ mạch sỏng).
+) Cổng ra Q1.1 cú tớn hiệu, đúng mạch cho rơ le chuụng. Tiếp điểm (11-12; 21-22) của rơ le chuụng nối nguồn cho chuụng kờu. Thời điểm này được PLC tớnh toỏn sao cho từ lỳc đốn đỏ sỏng nhỏy, chuụng và loa kờu cho tới lỳc tàu tới đường ngang 40s, để cấm người và cỏc phương tiện tham gia giao thụng qua lại trờn đường ngang.
Khi đoàn tàu đi qua đường ngang, cỏc bộ cảm biến CB3 & CB4 đặt tại đường ngang sẽ đưa xung điện ỏp tới cỏc đầu vào V3 và V4 của bộ chống sột đường truyền (CSĐT), tại cỏc đầu ra R13 & R14 của CSĐT sẽ đưa tớn hiệu tới đầu vào V3 & V4 của cỏc bộ giao tiếp. Tại cỏc đầu ra R3 & R4 của cỏc bộ giao tiếp sẽ cú cỏc xung điện ỏp 24V đưa tới cỏc cổng vào I0.3 & I0.4 của PLC. Khi đuụi tàu qua hết đường
ngang, hệ thống chuyển mạch trong PLC sẽ ngắt cỏc cổng ra Q0.1, Q0.2, Q0.3, Q0.4, Q1.1, Q0.6, làm cho đốn, chuụng và loa tắt.
Hệ thống cảnh baú đường ngang tự động thanh thoỏt cho phộp người và cỏc phương tiện tham gia giao thụng qua lại trờn đường ngang.
Khi đoàn tàu đi qua hệ thống xỏc bỏo đoàn tàu phớa chẵn gồm hai bộ cảm biến CB5 & CB6 sẽ đưa xung điện ỏp tới đầu vào V5 & V6 của bộ chống sột đường truyền (CSĐT), tại cỏc đầu ra R15 & R16 của CSĐT sẽ đưa tớn hiệu tới đầu vào V5 & V6 của cỏc bộ giao tiếp. Tại cỏc đầu ra R5 & R6 của cỏc bộ giao tiếp sẽ cú cỏc xung điện ỏp 24V đưa tới cỏc cổng vào I0.5 & I0.6 của PLC, khi đoàn tàu qua khỏi điểm thụng bỏo phớa chẵn thiết bị tự khụi phục thiết bị trở ngại về trạng thỏi bỡnh thường.
Hệ thống cảnh bỏo đường ngang trở về trạng thỏi bỡnh thường.
3.7.2.Trạng thỏi hoạt động kiểm tra thiết bị:
Khi trờn đường sắt cú trở ngại hoặc tiến hành duy tu thiết bị khiến cho hệ thống cảnh bỏo khụng làm việc ở chế độ tự động được, ta bật cụng tắc “duy tu”, nguồn 24V từ đầu R13 của bộ CSĐT tới đầu vào V3 của bộ giao tiếp bị cắt làm cho tớn hiệu từ đầu ra R3 của cỏc bộ giao tiếp tới cổng vào I0.3 của PLC bị mất. Tại cổng ra Q0.5 & Q0.6 của cỏc PLC đưa tớn hiệu ra làm cho đốn vàng trờn cột tớn hiệu sỏng nhấp nhỏy.
Để kiểm tra PLC cú hoạt động hay khụng, ta bật cụng tắc “cảnh bỏo”, nguồn 24V được đưa tới cổng vào I1.1 của PLC thỡ PLC sẽ đưa ra tớn hiệu điều khiển như khi cú tàu tới đường ngang ( đốn đỏ trờn cột tớn hiệu sỏng nhỏy, chuụng kờu).
3.7.3.Trạng thỏi hoạt động cảnh bỏo khi cú trở ngại:
Trong quỏ trỡnh hoạt động của hệ thống cảnh bỏo đường ngang tự động cú sự cố thỡ thiết bị cảnh bỏo cú trở ngại sẽ hoạt động. Cỏc trường hợp sự cố được cảnh bỏo như sau:
Một trong cỏc thiết bị cảm biến CB1, CB2, CB3, CB4, CB5, CB6 hoặc cỏp bị chập, tại cổng tương ứng với cảm biến đú trờn PLC mất tớn hiệu, đốn bỏo khụng sỏng. Cổng ra Q0.5 & Q0.6 của cỏc PLC đưa tớn hiệu ra làm cho đốn vàng sỏng nhỏy.
Một trong cỏc cảm biến CB1, CB2, CB3, CB4, CB5, CB6 hoặc một sợi cỏp bị đứt, tại cổng vào tương ứng của bộ giao tiếp khụng cú điện ỏp, sau 10s mạch điều khiển trong PLC mở rộng ra Q0.5 & Q0.6 cú tớn hiệu, làm cho đốn vàng sỏng nhỏy. Nếu cú một đoàn tàu đi qua hệ thống xỏc bỏo thụng bỏo của đường ngang mà sau 5 phỳt vẫn chưa tới đường ngang thỡ mạch điều khiển trong PLC sẽ chuyển trạng thỏi hoạt động của thiết bị sang chế độ đốn vàng sỏng nhỏy cho đến khi tàu ra khỏi khu đoạn tới gần, sau đú sẽ tự động khụi phục thiết bị trở về trạng thỏi bỡnh thường.
Sau khi khắc phục xong trở ngại ( như đứt, chập cảm biến hoặc cỏp) thỡ ấn “nỳt phục hồi”, nguồn 24V được đưa tới cổng vào I1.0 của PLC thỡ toàn bộ thiết bị sẽ trở lại trạng thỏi bỡnh thường.
CHƯƠNG IV. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CHO HỆ THỐNG VÀ TÍNH TOÁN TIẾP ĐẤT CHO HỆ THỐNG
4.1. THIẾT KẾ CÁC MẠCH ĐIỆN:
4.1.1. Phõn tớch quỏ trỡnh hoạt động của cỏc thiết bị để thiết kế cỏc mạch cụthể. thể.
Khi hệ thống cảm biến được nối với đầu vào của PLC thụng qua cỏp đường truyền đặt ở mụi trường bờn ngoài chớnh vỡ vậy hệ thống thường xuyờn bị ảnh hưởng sột đỏnh. Vỡ vậy khi thiết kế mạch ta sử dụng thờm bộ chống sột đường truyền dựng để bảo vệ hệ thống cảm biến và PLC. Như vậy 6 đầu vào của cảm biến được nối với 6 đầu vào của hệ thống chống sột đường truyền. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi cỏc đầu ra của hệ thống chống sột đường truyền thụng qua một bộ giao tiếp vào với mục đớch bộ giao tiếp này làm cả nhiệm vụ khuyếch đại điện ỏp đầu vào đồng thời cỏch ly và là mạch đảo.
Sau khi cỏc đầu ra từ bộ giao tiếp vào này đi đến cỏc đầu vào của PLC. Cỏc đầu ra của PLC thụng qua bộ giao tiếp ra sẽ đi đến cỏc phần tử mà ta đó lập trỡnh nhằm thực hiện cỏc chức năng mà nú đó được định sẵn.
Vấn đề đặt ra ở đõy là lấy nguồn từ đõu. Để hệ thống hoạt động đảm bảo kể cả khi điện lưới mất thỡ như vậy ta phải đặt thờm 2 tổ ắc quy. Mỗi tổ gồm 2 ắc quy. Mỗi tổ gồm 2 ắc quy 12 V được mắc nối tiếp với nhau nhằm mục đớch tạo ra 24 V. Như vậy thỡ ta phải thiết kế mạch nạp ắc quy.
Để thiết kế hệ thống đốn tớn hiệu thỡ ta dựng cỏch là mắc nối tiếp 9 đốn LED thành một nhúm sau đú ta mắc 18 dóy búng đốn này song song với nhau nhằm mục đớch một trong số cỏc búng bị chỏy thỡ hệ thống đốn vẫn sỏng bỡnh thường.
4.1.2. Phõn tớch quỏ trỡnh hoạt động của cỏc mạch: 1. Mạch điện nguyờn lý (Bản vẽ số 04).
Nhỡn vào sơ đồ mạch nguyờn lý thỡ ta thấy: Khi cỏc cảm biến được tỏc động thỡ thụng qua bộ chống sột đường truyền và đi vào bộ giao tiếp vào sau đú đi đến cỏc đầu vào của PLC khi đú tương ứng với cỏc đầu ra của PLC sẽ thụng qua bộ giao tiếp ra và sẽ đi đến cỏc bộ phận chấp hành.
Nguồn của PLC được lấy từ ắc quy lờn trờn mạch nguyờn lý ta ký hiệu ND là dương nguồn cũn NA là õm nguồn.
2. Sơ đồ mạch của hai động cơ và ắc quy (Bản vẽ số 05 ). 3. Phõn tớch mạch giao tiếp ( Bản vẽ số 06 ).
Dựa vào sơ đồ mạch thiết kế ta thấy đõy là mạch dạng cỏch ly đảo.
+ Khi đầu vào của bộ giao tiếp vào luụn ở mức cao mức 1 là 24V thỡ đầu ra của bộ giao tiếp luụn là mức 0 là 0 ữ 5V. Vỡ khi đầu vào cú mức 1 khi đú diode zơne
được cấp điện ỏp nú bị đỏnh thủng và thụng qua điện trở để hạn chế dũng khi đú dũng điện cú điện ỏp > 0, 6V do vậy Tranzitor nối cực E với C. Khi đú đầu ra được nối với õm nguồn do vậy nú cú mức 0.
+ Khi đầu vào cú mức 0 thỡ được lấy là 24V và thụng qua IC so sỏnh và qua điện trở để hạn chế dũng và lỳc này đầu ra là mức cao 24V.
4. Phõn tớch mạch nạp ắc quy. (Bản vẽ số 07).
Cấp nguồn cho hệ thống cảnh bỏo tự động từ nguồn ắc quy. Mạch nạp cho ắc quy làm việc ở chế độ điều chỉnh nạp tự động.
Khi điện ỏp ắc quy ≤ 24V: Mạch tự động nạp. Khi điện ỏp ắc quy ≥ 28V: Mạch nạp tự động ngắt. Dũng tối đa: 5A
Đầu ra cấp cho thiết bị cú mạch ổn ỏp 24V dựng 2 IC ổn ỏp loại AN 7824 mắc song song với nhau và được lắp tỏa nhiệt để đảm bảo dũng điện cấp cho thiết bị đạt tới 3A, điện ỏp ra ổn định.
Ắc quy gồm 2 tổ, mỗi tổ 24V.
Quy trỡnh nạp tự động như sau: Dựa vào hỡnh vẽ ta cú khi điện ỏp lấy từ lưới điện xoay chiều và thụng qua bộ chỉnh lưu cầu diode ( CL1) tạo ra dũng điện một chiều thụng qua R1, R2, R3 để hạn chế dũng và qua cụng tắc RL( Zơ le). Bỡnh thường thỡ nguồn sử dụng được lấy từ ắc quy. Khi điện ỏp tại điểm 3 mà ≤ 24V khi đú cú sự tỏc động làm cho diode zơle DD1 bị đỏnh thủng và làm Transistor (T) thụng mạch khi đú zơle cú sự thay đổi dẫn đến tiếp điểm 11 và 13 được nối khi đú hệ thống vừa dựng điện lưới thụng qua bộ chỉnh lưu cầu 2 (CL2) đồng thời nạp ắc quy. Khi điện ỏp tại điểm 3 ≥ 28V thỡ khi đú zơle được mở ra và quỏ trỡnh nạp dừng. Qua trỡnh nạp được tiếp tục khi điện ỏp tại điểm 3 ≤ 24V.
5. Sơ đồ đấu nối dõy từ cỏc thiết bị đến tủ điều khiển( Bản vẽ 08).
Cỏc đầu vào của PLC được nối qua cỏc cỏp điện đến tủ điều khiển và thụng qua một số mạch trong tủ điều khiển để đưa tới PLC sau đú thụng qua bộ PLC đó được lập trỡnh và đưa ra cảnh bỏo tới hệ thống chấp hành. Nhờ cú sơ đồ đấu nối dõy từ cỏc thiết bị đến tủ điều khiển mà việc thiết kế trở nờn đơn giản hơn.
6. Mạch điện nguyờn lý bảng đốn LED( Bản vẽ 09).
Đốn LED dựng nguồn một chiều và bao gồm 18 dóy mắc song song với nhau mỗi dóy gồm 9 đốn LED mắc nối tiếp với nhau, tổng số 162 đốn. Đốn LED được thiết kế như vậy để đề phũng nếu cú một số đốn LED chỏy thỡ hệ thống cảnh bỏo đốn sỏng nhấp nhỏy vẫn hoạt động tốt.
7. Mạch điện phối dõy đài thao tỏc (Bản vẽ 10.A (trong tủ) và 10.B (mặt đài). 8. Mạch điện phối dõy mạng cỏp ngoài trời (Bản vẽ 11).
9. Hệ cọc tiếp đất (Bản vẽ 12)
4.2. PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TIẾP ĐẤT CHO HỆ THỐNG 4.2.1. Tớnh cần thiết của hệ thống chống sột
Để đảm bảo an toàn về điện sột cho thiết bị của cỏc đường ngang, việc lắp đặt thiết bị cảnh bỏo tự động trờn tuyến cần xõy dựng một hệ thống tiếp đất hoàn chỉnh, sử dụng cỏc thiết bị tiếp đất chuyờn dụng, phự hợp với cỏc điều kiện về địa chất, khớ hậu, đỏp ứng được mục tiờu bảo vệ và mục tiờu chống sột.
4.2.2. Cơ sở tớnh toỏn:
Hệ thống tiếp đất cho tủ điều khiển đường ngang lắp đắp đặt tớn hiệu cảnh bỏo tự động nhằm mục đớch tiếp đất bảo vệ và tiếp đất chống sột. Đặc điểm làm việc của hệ thống tiếp đất đối với dũng sột (dũng xung) khỏc với dũng một chiều và dũng cú tần số thấp. Nếu giỏ trị dũng xung lớn sẽ làm xuất hiện cường độ điện trường gõy đỏnh xuyờn cỏc phần riờng lẻ trong đất. Khi xuất hiện sự đỏnh xuyờn điện trở suất của đất giảm, diện tớch tiếp xỳc của điện cực tiếp đất tăng, do đú điện trở tiếp đất giảm.
Trị số điện trở suất của đất được đo theo phương phỏp Wenner. Phương phỏp đo được bố trớ như hỡnh sau:
Phương phỏp đo điện trở suất của đất theo phương phỏp Wenner (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bố trớ 4 điện cực phụ nằm trờn đường thẳng cỏch đều nhau 1 khoảng a (m). Đo trị số điện trở R. Điện trở suất của đất ở độ sõu a (m) được xỏc định bằng cụng thức:
ρ = 2.π.a.R (Ω)
• Để xỏc định giỏ trị điện trở tiếp đất của 01 ống kim loại chụn thẳng đứng trong đất đồng nhất được xỏc định bằng cụng thức sau: Rụ = l . 2π ρ .ln + + ) . 4 .( ) . 2 ( . 4 h l d h l l (1)
Trong đú: ρ - điện trở suất của đất (Ω.m) l: Chiều dài của ống (m).
h: Khoảng cỏch từ mặt đất đến đỉnh của ống (m)
d: Đường kớnh ngoài của ống (nếu là thộp gúc thỡ d = 0,95.a, với a là chiều rộng phớa ngoài của thanh thộp gúc) (m)
• Điện trở tiếp đất của 01 dải kim loại dẹt nằm ngang ở độ sõu h trong đất đồng nhất được xỏc định bằng cụng thức sau: Rd = l . π ρ .ln bh l . . 5 , 1 (2)
Trong đú: ρ - điện trở suất của đất (Ω.m) l: Chiều dài của dải (m).
h: Độ chụn sõu của dải (m) b: Độ rộng của dải tiếp đất (m).
• Điện trở tiếp đất xung của hệ thống gồm nhiều ống được nối với nhau bằng dõy (dải) khụng cỏch ly với đất, được xỏc định bằng cụng thức:
I1 E1 E2 I2
a a a
O N B
M A
Mỏy đo điện trở suất của đất
Rx = .RoR.o.Rd. ..Rd .n 1 2 2 1 2 1 η α η α α α + (3)
Trong đú: Rx - Điện trở tiếp đất tổng đối với dũng xung (Ω) Ro: Điện trở tiếp đất của 1 ống (Ω)
Rd: Điện trở tiếp đất của 1 dải kim loại dẹt (Ω)
α1: Hệ số xung đối với ống tiếp đất.
α2: Hệ số xung đối với dõy nối.
η1: Hệ số sử dụng của ống tiếp đất.
η2: Hệ số sử dụng của dõy nối. n: Số điện cực tiếp đất.
Hệ số xung của ống α1 và của dõy nối α2 tớnh theo bảng dưới đõy:
Loại tiếp đất Chiều dài tiếp đất (m) Hệ số xung
Hệ số xung đối với điện trở suất của đất (Ω.m) ≤ 50 50 ữ100 100 ữ300 300 ữ500 500 ữ1000 ống (cọc) 2 ữ 3 α1 1 0,8 0,6 0,4 0,35 Dõy (dải) nối cỏc ống 5 ữ 10 α2 1 0,9 0,7 0,5 0,4 4.2.3. Phương ỏn thiết kế:
Tuỳ thuộc vào tớnh chất địa lý, mặt bằng thi cụng và điện trở suất đó xỏc định của từng khu vực đường ngang mà thiết kế hệ thống tiếp đất cho phự hợp, trong cỏc gúi thầu đường ngang cảnh bỏo tự động sử dụng hai kiểu tiếp đất chủ yếu là hệ thống tiếp đất chụn sõu và hệ thống tiếp đất hỗn hợp.
Hệ thống tiếp đất chụn sõu:
Như ta đó biết khi thi cụng một hệ thống tiếp đất tại khu vực cú mặt bằng thi cụng chật hẹp hoặc điện trở suất của lớp đất phớa trờn rất lớn là rất khú khăn. Để đạt được một trị số điện trở tiếp đất đạt tiờu chuẩn và ớt tốn kộm là một việc khú, khụng phải lỳc nào cũng thực hiện một cỏch dễ dàng. Những vựng đất cú trị số điện trở suất của đất cao, nếu ỏp dụng hệ thống tiếp đất bằng cọc ngắn (từ 1,5 m