Thiết kế hệ thống cảnh báo tự động dùng PLC tại chỗ đường bộ giao cắt với đường sắt

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN THỊ THU

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG
DÙNG PLC TẠI CHỖ ĐƢỜNG BỘ GIAO CẮT
VỚI ĐƢỜNG SẮT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 60.52.02.16

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. NGUYỄN QUÂN NHU

THÁI NGUYÊN, 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

i

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Thị Thu
Học viên lớp cao học khóa K15 – Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóaTrƣờng Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại Học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Trƣờng TCN Nam Thái Nguyên
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu
nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận khoa học của luận văn chƣa từng
đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào.

Tôi xin cam đoan rằng mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ
nguồn gốc.

Ngƣời thực hiện

Nguyễn Thị Thu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

ii

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn
của nhà trƣờng, các khoa, phòng ban chức năng, các thầy cô giáo và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo, các giảng viên
đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến TS Nguyễn Quân Nhu, Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tận tình hƣớng dẫn trong quá trình thực hiện
luận văn này.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo ở phòng thí nghiệm
đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất.
Mặc dù đã rất cố gắng, song do trình độ và kinh nghiệm còn hạn chế nên có thể
luận văn còn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ
các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý nghĩa
ứng dụng trong thực tế.
Xin chân thành cảm ơn!
NGƢỜI THỰC HIỆN

Nguyễn Thị Thu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................ii
Mở đầu: .......................................................................................... 5
CHƢƠNG 1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƢỜNG NGANG VÀ THỰC
TRẠNG ĐƢỜNG NGANG VIỆT NAM…………………………...... ……5
1.1 Khái niệm chung về đƣờng ngang và an toàn chạy tàu ........................... 5
1.1.1 Khái niệm chung về đƣờng ngang ........................................................ 5
1.1.2 Phân loại đƣờng ngang ......................................................................... 6
1.1.3. Các yêu cầu đối với cấu trúc đƣờng ngang .................................... 6
1.2.Thực trạng đƣờng ngang Việt Na ...................................................... …8
1.2.1. Tiêu chuẩn an toàn ............................................................................... 8
1.2.2. Nhu cầu bức thiết hiện nay đối với hệ thống phòng vệ đƣờng ngang
tại Việt nam.................................................................................................... 9
1.3 Giới thiệu các loại hình thiết bị đƣờng ngang tự động .......................... 11
1.4 Các loại hình đƣờng ngang đƣợc trang bị thiết bị cảnh báo tự động .... 14
CHƢƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 (SIEMENS) ......................... 15
2.1 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7........................................................ 15
2.2.Đặc trƣng kỹ thuật của PLC S7-200 CPU 224 .................................. 15
2.2.1 Địa chỉ các vùng nhớ của S7-200 CPU 224 ....................................... 15
2.2.2 Cấu hình vào ra của S7-200 CPU224 AC / DC / RELAY ............. 16
2.3. Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200 .......................................... 17

2.3.1. Khái niệm vòng quét của PLC........................................................... 17
2.3.2. Truy cập dữ liệu tại các vùng nhớ của S7-200 .................................. 19
2.3.2.1. Truy cập dữ liệu trực tiếp ............................................................... 19
2.3.2.2. Phân chia vùng nhớ trong S7-200 .................................................. 20
2.3.2.3. Truy cập dữ liệu gián tiếp thông qua con trỏ.................................. 24
2.4.So sánh PLC với các thiết bị điều khiển thông thƣờng khác ............. 25
2.5. Cài đặt và sử dụng phần mềm STEP 7 – Micro/win 32…………… 27

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

iv
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐƢỜNG NGANG TỰ
ĐỘNG (ĐNTĐ) DÙNG PLC TẠI CHỖ ĐƢỜNG BỘ GIAO CẮT VỚI
ĐƢỜNG SẮT… ........................................................................................ ..29
3.1. Hệ thống tín hiệu cảnh báo ĐNTĐ dùng PLC điều khiển ................. 29
3.2. Bảng quy ƣớc địa chỉ cho S7-200....................................................... 37
3.3. Tính toán khoảng cách từ chỗ đặt cảm biến A1, B1 đến đƣờng ngang
..................................................................................................................... 73
3.4. Lựa chọn thiết bị cho đƣờng ngang ................................................... 73
3.4.1. Cột đèn báo hiệu đƣờng bộ............................................................ 74
3.4.2. Bộ điều khiển PLC .......................................................................... 74
3.4.3. Bộ cảm biến xác báo đoàn tàu… .................................................... 75
3.4.4. Bộ phát âm thanh ........................................................................... 75
3.4.5..Bộ giao tiếp .................................................................................... 75
3.4.6. Khối nguồn .................................................................................... 76
3.4.7. Đèn LED ........................................................................................ 76
3.4.8.LOA……… ............................................................................ …….76
3.4.9. Chuông ............................................................................................ 77

3.5..Tính toán nguồn điện cho tủ điều khiển và đèn báo hiệu đƣờng bộ .... 77
3.5.1. Tính công suất của hệ thống ........................................................... 77
3.5.2.Tính dung lƣợng ắc quy ................................................................... 78
3.5.3.Tính nguồn trong chế độ bình thƣờng ............................................. 79
3.5.4.Tính nguồn trong chế độ tiêu tốn nguồn ......................................... 80
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ CÁC GIẢI PHÁP HOÀN THIỆN HỆ
THỐNG ĐƢỜNG NGANG CẢNH BÁO TỰ ĐỘNG ............................... 81
4.1. Kết luận ................................................................................................. 81
4.2. Các giải pháp hoàn thiện hệ thống đƣờng ngang cảnh báo tự động .... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 84

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X ............................................. 15
Bảng 2.2 Các module mở rộng của S7-200 CPU224.................................................... 17
Bảng 2.3 So sánh PLC với các hệ thống khác ............................................................... 28
Bảng 3.1 Bảng quy ước địa chỉ cho S7-200 .................................................................. 37

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

vi
DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1 Cấu hình vào ra của S7-200 CPU224 AC / DC / RELAY ..................... 16

Hình 2.2: Khái niệm vòng quét của PLC ............................................................. 17
Hình 2.3 Định dạng truy cập Vùng nhớ bộ đếm ( C ; C0-C255 ) .............. 22
Hình 2.4:Định dạng truy cập Vùng nhớ thanh ghi tổng ( AC ;AC0-AC3 ) ............23
Hình 3.1: Mặt bằng bố trí thiết bị ........................................................................ 31
Hình 3.2: Mạch điện nguyên lý ............................................................................ 32
Hình 3.3: Bộ giao tiếp vào-ra .............................................................................. 33
Hình 3.4: Cột đèn báo hiệu đường bộ .................................................................. 34
Hình 3.5. Đèn LED ............................................................................................... 35
Hình 3.6: Cách lắp đặt các cảm biến ................................................................... 36
Hình( 3.7.1-3.7.6) Chương trình chính ................................................ ……..(39-44)
Hình (3.8.1-3.8.7):. Chương trình trục A (tàu chạy từ A sang B)… ......... …..(45-51)
Hình( 3.9.1-3.9.6):. Chương trình trục B (tàu chạy từ B sang A)… ....... ..…..(52-57)
Hình (3.10.1-3.10.5) Chương trình trục A khẩn cấp ….. .......................... …..(58-62)
Hình 3.11.1-3.11.5). Chương trình trục B khẩn cấp: … ................................ (63-67)
Hình (3.12.1-3.12.2):. Chương trình nháy đèn vàng)……… ...................... ..(68-69)
Hình 3.13:. Chương trình nháy đèn đỏ)………………....................................... ….70
Hình( 3.14.1-3.14.2):.Chương trình nháy đèn vàng cảnh báo ……............ …(71-72)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

vii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

5
MỞ ĐẦU

I. Tính cấp thiết của đề tài:
Vận tải đƣờng sắt là một trong những ngành chủ chốt của nền kinh
tế quốc dân. Nhƣng để có thể chạy tàu một cách an toàn và hiệu quả thì
không thể không nói đến vai trò của thông tin tín hiệu. Thông tin tín hiệu
là một trong 4 ngành chủ quản của của đƣờng sắt (đầu máy toa xe, cầu
đƣờng, vận chuyển, thông tin tín hiệu). Tín hiệu đƣờng sắt có 2 công
năng chính: Tăng năng lực thông qua và n` âng cao an toàn chạy tàu.
An toàn trên đƣờng 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 ngƣời và của gây
ảnh hƣởng xấu đến uy tín của ngành đƣờng sắt. Vì vậy phải tăng cƣờng
các biện pháp phòng vệ đƣờng ngang.
Hiện nay trên đƣờng sắt Việt Nam có rất nhiều loại hình phòng vệ
tại chỗ giao nhau giữa đƣờng sắt và đƣờng bộ (còn gọi là đƣờng ngang).
Loại hình phổ biến nhất là dùng các trạm cảnh báo có ngƣời và rào chắn,
khả năng tự động hóa còn hạn chế. Đặc biệt tại những chỗ giao cắt không
có rào chắn và ngƣời cảnh giới thì khả năng mất an toàn rất cao. Để nâng
cao khả năng tự động hóa và đảm bảo an toàn tại chỗ giao nhau giữa
đƣờng sắt và đƣờng bộ, tôi đề xuất nghiên cứu đề tài : “Thiết kế hệ
thống cảnh báo tự động dùng PLC tại chỗ đƣờng bộ giao cắt với
đƣờng sắt”. Cảnh báo tự động dùng PLC có nhiều ƣu điểm nhƣ: nhỏ
gọn, hoạt động chính xác tin cậy và đặc biệt có thể thay đổi chƣơng trình
điều khiển một cách dễ dàng.
II. Mục tiêu của nghiên cứu:
Mục tiêu chung: Đề tài này, đặt mục tiêu chính là nghiên cứu lý
thuyết và khả năng ứng dụng hệ thống PLC trong lĩnh vực cảnh báo tự động
tại chỗ giao nhau giữa đƣờng sắt và đƣờng bộ, trên cơ sở nghiên cứu và mở
rộng khả năng của thiết bị điều khiển đèn giao thông dùng PLC tại Trung
tâm thí nghiệm - Trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
Các mục tiêu cụ thể là:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

6
1. Nghiên cứu lý thuyết và tầm quan trọng của hệ thống cảnh báo tự
động tại chỗ giao nhau giữa đƣờng sắt và đƣờng bộ.
2. Thiết kế hệ thống cảnh báo tự động động tại chỗ giao nhau giữa
đƣờng sắt và đƣờng bộ dùng PLC , trên cơ sở nghiên cứu và mở rộng khả
năng của thiết bị điều khiển đèn giao thông dùng PLC tại Trung tâm thí
nghiệm - Trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
III. Kết quả dự kiến:
1. Nắm vững lý thuyết và tầm quan trọng của hệ thống cảnh báo tự động
tại chỗ giao nhau giữa đƣờng sắt và đƣờng bộ.
2. Thiết kế đƣợc hệ thống cảnh báo tự động động tại chỗ giao nhau giữa
đƣờng sắt và đƣờng bộ dùng PLC.
3. Cung cấp các thông tin, tƣ vấn trong việc xây dựng bài thí nghiệm,
thực hành với hệ thống cảnh báo tự động đƣờng ngang dùng PLC tại Trung
tâm thí nghiệm Trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.
IV. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận:
* Phƣơng pháp nghiên cứu:
- Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Tra cứu văn bản, nghiên cứu tài
liệu tham khảo, đặc biệt là các công trình nghiên cứu về hệ thống cảnh báo
tự động đƣờng ngang dùng PLC.
- Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm: Khảo sát trên thiết bị điều
khiển đèn giao thông tại ngã tƣ tại Trung tâm thí nghiệm.
* Phƣơng pháp luận:
- Đề tài sử dụng 2 phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm:
nhằm có những lý thuyết tổng quan về hệ thống cảnh báo tự động đƣờng
ngang dùng PLC và tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình thiết bị.
V. Các công cụ, thiết bị nghiên cứu:

Đề tài khảo sát hệ thống ứng dụng PLC S7-200 điều khiển tín hiệu
đèn giao thông ở ngã tƣ tại Trung tâm thí nghiệm (phòng 503, Nhà thí
nghiệm) - Trƣờng ĐHKTCN.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

7
Đề tài sử dụng các thiết bị PLC S7-200, các senso vị trí, và hệ thống
máy tính để thiết kế hệ thống điều khiển giao thông.

CHƢƠNG 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƢỜNG NGANG VÀ
THỰC TRẠNG ĐƢỜNG NGANG VIỆT NAM
1.1. Khái niệm chung về đƣờng ngang và an toàn chạy tàu:
1.1.1.Khái niệm chung về đƣờng ngang:
Đƣờng ngang nói trong Điều lệ đƣờng ngang là nơi đƣờng sắt và
đƣờng bộ giao nhau trên cùng một mặt bằng, đƣợc cơ quan có thẩm
quyền quyết định xây dựng để đảm bảo an toàn giao thông.
Những quy định trong Điều lệ đƣờng ngang không áp dụng đối với
cầu chung (đƣờng sắt và đƣờng bộ trên cung một mặt cầu) và nơi đƣờng
sắt giao cắt với đƣờng bộ trong nội bộ ga, cảng, bãi hàng, nhà máy, xí
nghiệp.
Phạm vi đƣờng ngang bao gồm:
Đoạn đƣờng bộ đi qua đƣờng sắt nằm giữa hai chắn hoặc nằm
giữa hai ray chính ngoài cùng và hai bên đƣờng sắt cách má ray ngoài
cùng trở ra 6m nơi không có chắn
Đoạn đƣờng sắt nằm giữa hai vai đƣờng bộ tại điểm giao.
Đƣờng ngang đƣợc phân loại nhƣ sau:

1.Theo thời gian sử dụng: lâu dài; có thời hạn; thƣờng xuyên đóng.
2.Theo cách tổ chức phòng vệ: có ngƣời gác; không có ngƣời gác;
biển báo hiệu .
3.Theo cơ quan quản lý:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

8
-

C quan qun lý ng st Vit Nam qun lý: ng ngang ni

ng b giao nhau vi ng st chớnh hoc ng st chuyờn dựng ca
ngnh ng st gi l ng ngang cụng cng, ng ngang ni đ-ờng bộ
chuyên dùng giao nhau với đ-ờng sắt gọi là đ-ờng ngang nội bộ.
-

Cơ quan quản lý đ-ờng bộ quản lý: đ-ờng ngang nơi đ-ờng bộ

giao nhau với đ-ờng sắt chuyên dùng không do đ-ờng sắt quản lý gọi là
đ-ờng ngang chuyên dùng.
1.1.2. Phõn loi ng ngang
iu 4. ng ngang c phõn thnh cỏc cp c th nh sau:
1. ng ngang cp I: ng st chớnh giao nhau vi ng
b cp I, cp II, cp III;
2. ng ngang cp II: ng st chớnh giao nhau vi ng
b cp IV, cp V;
3. ng ngang cp III:

ng ngang cũn li khụng thuc ng ngang quy nh ti khon
1, khon 2 ca iu ny;
4. ng ngang nm trong ni ụ, ni th ( thnh ph, th xó,
th trn ) c xp vo cp tng ng do B trng B Giao
thụng vn ti quyt nh.
1.1.3.Các yêu cầu đối với cấu trúc đ-ờng ngang:
Theo quy định đ-ờng ngang phải đ-ợc đặt trên các đoạn thẳng của
đ-ờng sắt và đ-ờng bộ. Đ-ờng bộ phải cắt vuông góc với đ-ờng sắt; trong
các tr-ờng hợp ngoại lệ cho phép đặt trên giao cắt một góc nhọn nh-ng
không nhỏ hơn 45 độ. Trắc dọc nền đ-ờng bộ ở hai phía đ-ờng ngang
phải là đoạn đ-ờng bằng không ngắn hơn 10m ở nơi nền đ-ờng đắp và
15m ở nơi nền đ-ờng đào. H-ớng đ-ờng cong sắp tới đ-ờng ngang không
ngoặt quá 0.05. Chiều rộng của đ-ờng ngang không đ-ợc nhỏ hơn bề rộng
của đ-ờng ô tô và cho phép chuyển động theo cả hai h-ớng cùng một lúc.

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

9
Trong tất cả các tr-ờng hợp, chiều rộng của các đ-ờng ngang hiện có
không nhỏ hơn 6m và khi cải tạo lại không nhỏ hơn 7m.
Để tránh đoản mạch mạch điện đ-ờng ray tại đ-ờng ngang khi có
xe bánh sắt chạy qua, phía ngoài lòng đ-ờng sắt cao hơn đỉnh ray từ 30
đến 40 mm đặt gờ chống chập. Tại đ-ờng ngang cấp I, cấp II, gờ chống
chập làm bằng tấm đan bê tông. Mặt gờ chống chập phải bằng phẳng
không đ-ợc lồi, lõm cản trở giao thông đ-ờng bộ, hạn chế năng lực thông
qua đ-ờng ngang. Trên đoạn đ-ờng sắp tới đ-ờng ngang phải trồng cọc
tiêu cách nhau 1.5m hoặc hàng rào dài suốt 16m tính từ ray ngoài cùng
trở ra. Cách đ-ờng ngang từ 500m đến 1500m về mỗi phía đ-ờng sắt phải

đặt biển kéo còi.
Trên đ-ờng bộ về hai phía đ-ờng ngang đặt:
-

Tr-ớc đ-ờng 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 đ-ờng ngang 150 đến 250 m tính từ
mép ray ngoài cùng cùng phía.
-

Tr-ớc đ-ờng 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 nh- nêu trên cho đ-ờng ngang không cần chắn.
-

Tr-ớc đ-ờng ngang đ-ợc trang bị cần chắn tự động hoặc nửa

tự động phía bên phải đ-ờng 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 đ-ờng ngang không có cần chắn và cả các

đ-ờng ngang có cần chắn nửa đ-ờng tự động, ở gần đ-ờng ngang đặt biển
chéo hình chữ X. Để tránh nhầm lẫn, tại các đ-ờng ngang có cần chắn
không gắn biển này.
-

Tất cả các biển báo nêu trên đặt trên lề đ-ờng đ-ờng bộ về

phía bên phải theo h-ớng chạy của ô tô.
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

10
-

Các đ-ờng ngang câp I, cấp II và cả các đ-ờng 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 đ-ợc 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
đ-ờng ô tô, khi chắn mở: ánh sáng màu xanh.Trong cả hai tr-ờng hợp vừa
nêu từ phía chòi chắn đều nhìn thấy đèn màu trắng.
1.2.Thực trạng đ-ờng ngang Việt Nam.
1.2.1.Tiêu chuẩn an toàn:
Tr-ớc khi nghiên cứu và chọn lựa mô hình phòng hộ đ-ờng
ngang tự động để ứng dụng ở Việt Nam, cần phải đề ra đ-ợc các nguyên
tắc căn bản đảm bảo an toàn cho đ-ờng 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 đ-ờng sắt ở
các n-ớc trên thế giới có nhiều tiều chuẩn khác nhau, d-ới đây xin giới

thiệu một bộ tiêu chuẩn an toàn cho đ-ờng ngang t-ơng đối mang tính
điển hình đ-ợc áp dụng để xây dựng các đ-ờng ngang trên đ-ờng sắt
n-ớc Anh:
Tiêu chuẩn an toàn giao cắt đồng mức sắt bộ tại Anh:
1) Ng-ời đi trên đ-ờng bộ phải có thông báo rõ ràng và kịp thời
về việc tiếp cận đ-ờng 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 đ-ờng bộ (khi có đoàn tàu tới gần
đ-ờng ngang);
3) Luồng xe trên đ-ờng bộ không làm tắc gác chắn tự động;

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

11
4) Các đặc tính của đ-ờng bộ có đ-ờng ngang tự động không
đảm bảo những điều kiện nh- vậy có thể sẽ gặp tai nạn rủi ro;
5) Chu kỳ thời gian của đ-ờng ngang tự động không nên quá
ngắn để khi có một xe tải dài chạy chậm và không thể giải phóng đ-ờng
tr-ớc khi tàu đến dẫn đến xảy ra tai nạn, song cũng không nên quá dài
làm cho ng-ời đi bộ sốt ruột và họ cũng không tuân theo tín hiệu ngăn
đ-ờng 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 tr-ờng hợp thiết bị bị hỏng.
Đề xuất tiêu chuẩn an toàn đ-ờng ngang cho ĐSVN:
a)Ng-ời và ph-ơng tiện đi trên đ-ờng bộ phải có thông báo rõ ràng
và kịp thời về việc đến gần đ-ờng ngang;
b)Có tín hiệu đầy đủ và kịp thời về trạng thái đóng, mở của đ-ờng
ngang đối với giao thông đ-ờng bộ;

c)Sự vận hành của thiết bị chắn đ-ờng ngang tự động không gây ra
sự ách tắc đối với luồng xe trên đ-ờng bộ, ng-ợc lại sự di chuyển của
ph-ơng tiện vận tải đ-ờng bộ không làm h- hỏng thiết bị và ảnh h-ởng
đến sự làm việc của chắn tự động;
d)Đ-ờng ngang tự động có mật độ giao thông lớn cần có thông báo
kịp thời cho đoàn tàu về sự tắc nghẽn trên đ-ờng 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 tr-ờng hợp thiết bị bị hỏng.
1.2.2. Nhu cầu bức thiết hiện nay đối với hệ thống phòng vệ đ-ờng
ngang ở Việt Nam
Vấn đề an toàn giao thông đ-ờng 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 đ-ờng ngang thủ công bằng tự
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

12
động là lời giải đúng đắn cho vấn đề trên . Nhờ việc thay thế dần các lao
động thủ công trên các đ-ờng 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 t- động hoá thiết bị đ-ờng ngang còn đáp ứng sự tăng
tr-ởng giao thông đ-ờng bộ trên đ-ờng ngang, dẫn tới tiết kiệm đáng kể
l-ợng tài chính Quốc gia quy đổi từ sự thất thoát do ách tắc giao thông
trên đ-ờng ngang. Đồng thời sự tắc nghẽn giao thông trên đ-ờng ngang
này cũng đã gây ra tổn thất lớn cho ngành đ-ờng sắt nói riêng cũng nhQuốc gia nói chung khi nó là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến việc Nhà
n-ớc đình chỉ chạy tàu trong nội đô thành phố vào thời gian ban ngày.
Ngành đ-ờng 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 đ-ờng ngang sẽ trở nên khó khăn

hơn và cấp thiết hơn. Trong tình hình thiếu vốn đầu t- 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 l-ỡng hơn đến đầu t- trang bị cho đ-ờng 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 đ-ờng ngang có thể giải quyết đ-ợc:
Yếu tố thứ nhất là một nguyên nhân xác định. Do đ-ờng sắt Bắc
Nam chạy qua một số thành phố lớn dân c- đông, có mật độ đ-ờng ngang
và l-u l-ợng ng-ời qua đ-ờng ngang lớn dẫn đến sự hạn chế tốc độ các
đoàn tàu so với khả năng có thể của đầu máy, đ-ờng, cầu, cống...Ta gọi
nguyên nhân hạn chế tốc độ này là sự hạn chế tốc độ do c-ờng độ vận tải
và mật độ đ-ờng 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 nh- giả thuyết có thể đạt đ-ợc
thời gian chạy tàu nói trên). Các nguyên nhân có thể là:
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

13
Các sự cố tai nạn ngẫu nhiên xảy ra trên đ-ờng ngang do nguyên
nhân yếu kém của các thiết bị phòng vệ đ-ờng ngang, dẫn tới cản trở
hành trình chạy tàu;
Yếu tố căng thẳng tâm lý của ng-ời 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 đ-ờng ngang của nhân dân rất thấp dẫn đến sự giảm tốc độ
theo bản năng của lái tàu khi đi qua các đ-ờng ngang (không theo quy
định của công lệnh tốc độ). Thời gian chậm tốc độ trên mỗi đ-ờng ngang
có thể rất ngắn (vài giây đến vài chục giây/đ-ờng ngang) nh-ng 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 đ-ợc tr-ớc, hoặc khó quy kết đ-ợc 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 h-ởng tới uy tín
của vận tải đ-ờng sắt so với các ngành vận tải khác.
1.3.Giới thiệu các loại hình thiết bị đ-ờng ngang tự động.
Tín hiệu cảnh báo tự động trên đ-ờng ngang có ba loại hình
khác nhau:
Cần chắn tự động là loại hình thiết bị tiên tiến nhất để phòng vệ
đ-ờng ngang. Nó đ-ợc xây dựng nh- một b-ớc 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
ng-ời qua đ-ờng và chiều dài cần không thể chắn hết mặt đ-ờng bộ (phần
đ-ờng xe chạy) nhằm để cho xe cộ đã lọt vào đ-ờng ngang có lối thoát ra
khỏi đ-ờng ngang. Lợi dụng quãng hở này, những ng-ời không hiểu biết
cố ý lách qua đ-ờng 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 nhS húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

14
trên nên loại này tuy có mẫu hình thiết kế đ-ợc duyệt sớm nh-ng ít đ-ợc
phát triển sử dụng.
Đã có hơn 200 đ-ờng ngang đ-ợc trang bị hệ thống tín hiệu cảnh
báo tự động. Nhiều ng-ời dân sống gần đ-ờng 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 đ-ờng ngang giọng nói .nhắc
nhở:Chú ý có tàu qua đường ngang chú ý có tàu qua đường ngang "

thì ng-ời qua đ-ờng, xe cộ nhanh chóng thoát khỏi đ-ờng ngang.
Bình th-ờng chuông và đèn của hệ thống cảnh báo tự động không
hoạt động, tr-ớc khi tàu tới đ-ờng ngang ít nhất 40 giây là có chuông kêu,
đèn đỏ bật sáng (đóng đ-ờng ngang); đuôi tàu qua khỏi đ-ờng ngang là
chuông ngừng kêu, đèn đỏ tắt. Tất cả đ-ờng ngang cảnh báo tự động đều
đảm bảo yêu cầu này. Biên bản nghiệm thu bàn giao đ-a vào sử dụng đều
có ghi kết luận là đảm bảo thi công theo thiết kế đ-ợc 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.
Hệ thống cảnh báo tự động dùng máy tính nhúng hoặc phần mềm
dùng PLC có thể điều chỉnh thời gian đóng đ-ờng 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 nh- vây, nhiều đơn
vị đã tham gia chế tạo thiết bị, lập trình, chọn phần mềm t-ơng thích.
Đã sử dụng rất nhiều loại cảm biến phát hiện tàu nh- mạch điện
đ-ờng ray, phôto sensor, các loại sensor điện, từ, điện từ, địa chấn
nh-ng ch-a chọn đ-ợc loại nào có tính ổn định cao ngang tầm quốc tế,
ch-a tổ chức phân tích đánh giá chất l-ợng 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 n-ớc ngoài thì không phù hợp với điều kiện nhiệt đới
của ĐSVN, các loại thiết bị sản xuất trong n-ớc do công nghệ chế tạo
kém, ch-a đủ thiết bị đo kiểm để có các tham số kĩ thuật, chỉ tiêu kỹ
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

15
thuật chính xác). Ví dụ: không xác định đ-ợc khoảng thời gian đóng
đ-ờng ngang cần điều chỉnh là bao lâu cho phù hợp với các tàu công
trình, tàu hàng chạy rất chậm hoặc việc ch-a đo đ-ợc c-ờng 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 đ-ờng bộ còn sáng rất mờ.
Cảm biến phát hiện tàu cung cấp thông tin đầu vào mà hoạt động
ch-a ổn định thì làm sao bộ điều khiển dùng phần mềm lập trình hoạt
động đúng đ-ợc. Ví dụ: do cảm biến ở đầu vào không hoạt động (không
báo tàu) nên khi tàu đến đ-ờng ngang. Đèn đỏ không sáng, chuông không
kêu nh-ng khi tàu qua đ-ờng 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 ch-a kịp sửa chữa, đ-ờng ngang không đ-ợc
phòng vệ. Một số hệ CBTĐ đ-ợc xây dựng tr-ớc khi Điều lệ đ-ờng 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 đạt yêu cầu tối thiểu đã đề ra, thực hiện tổ
chức phòng vệ đ-ờng ngang theo quy định của văn bản pháp quy hiện hành.
- Đ-ợc nhân dân địa ph-ơng sở tại (nơi đã xảy ra nhiều tai nạn, chứng
kiến hậu quả thiệt hại về ng-ời, về của) rất hoan nghênh: đáp ứng nguyện
vọng của nhân dân và phù hợp với chủ tr-ơng của Đảng và Nhà n-ớc.
- Rút đ-ợc nhiều bài học từ khâu thiết kế, lập trình, chế tạo thiết bị, đo
đạc, đánh giá chất l-ợng thiết bị và hệ thống, tìm hiểu các tiêu chuẩn của
thiết bị và hệ thống.
- Ra đ-ợc một số văn bản quy định cho công tác thiết kế, quản lý,
kiểm tra; xác định đ-ợc 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 h-ớng xác định.
S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

16

1.4.Các loại hình đ-ờng ngang đ-ợc trang bị thiết bị cảnh báo tự
động.
Những năm qua, một số đơn vị trong và ngoài ngành đ-ờng sắt đã
thiết kế và xây lắp hệ thống thiết bị tín hiệu tự động trên đ-ờng ngang.
Khi thiết kế, ngoài việc phải xem xét đ-ờng ngang thuộc cấp đ-ờng
ngang nào theo quy định của Điều lệ đ-ờng ngang còn phải xem xét đến
vị trí của đ-ờng ngang so với ga gần nhất. Theo vị trí địa lý có thể chia ra
4 loại đ-ờng ngang sau:
1. Đ-ờng ngang đơn: nằm giữa khu gian có chiều dài phân khu tới
gần đ-ờng ngang lớn hơn khoảng cách từ đ-ờng ngang tới cột tín hiệu vào
ga của ga gần nhất;
2. Đ-ờng ngang nằm trong cụm đ-ờng ngang: tất cả các đ-ờng
ngang trong cụm này đều là đ-ờng ngang đơn;
3. Đ-ờng ngang gần ga: nằm giữa khu gian có chiều dài phân khu
tới gần đ-ờng ngang nhỏ hơn khoảng cách từ đ-ờng ngang tới cột tín
hiệu vào ga của ga gần nhất;
4. Đ-ờng ngang trong ga: Nằm trong cột tín hiệu vào ga.
Việc thiết kế quan hệ liên khoá và tự động điều khiển đ-ờng
ngang trong ga và đ-ờng 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 đ-ờng, giờ tàu chạy cho nhân viên gác chắn, nay trực tiếp điều
khiển việc đóng mở đ-ờng ngang, mức độ tự động hoá đến đâu để kịp
thời theo quy định là một vấn đề phức tạp.

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn

/>

17

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

18

CHƢƠNG 2
GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 ( SIEMENS)
2.1 . Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7.
Họ PLC S7 là một họ PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, khả năng quản lý bộ nhớ
tốt,kết nối mạng công nghiệp.
 Hiện nay họ PLC S7 gồm có S7-200, S7-300, S7-400.
 Mỗi một thế hệ PLC lại có nhiều chủng loại CPU khác nhau.
 Đối với PLC S7, có thể thực hiện các phép toán logic, đếm, định thời,
các thực toán phức tạp và thực hiện truyền thông với các thiết bị khác.
Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X.
Bảng 2.1. Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X

2.2 . Đặc trƣng kỹ thuật của PLC S7-200 CPU 224.
2.2.1. Địa chỉ các vùng nhớ của S7-200 CPU 224 :
 Đầu vào ( Input ) : I0.0→ I0.7; I1.0 → I1.5.
 Đầu ra ( Output ) : Q0.0 → Q0.7; Q1.0 → Q1.1.
 Bộ đệm ảo đầu vào I0.0 → I15.7 ( 128 đầu vào ).
 Bộ đệm ảo đầu ra : Q0.0 → Q15.7 ( 128 đầu ra ).
 Đầu vào tƣơng tự : AIW0 → AIW62.
 Đầu ra tƣơng tự : AQW0 → AQW62.
 Vùng nhớ V : VB0 → VB5119.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

19
 Vùng nhớ L ( địa phƣơng ) : LB0 → LB63.
 Vùng nhớ M : M0.0 → M31.7.
 Vùng nhớ SM: SM0.0→ 549.7.
SM0.0 → SM29.7 ( read – only ).
 Vùng nhớ Timer : T0 → T225.
 Vùng nhớ Counter:C0 → C255.
 Vùng nhớ bộ đếm tốc độ cao: HC0 → HC5.
 Vùng nhớ trạng thái ( Logic tuần tự ) : S0.0 → S31.7.
 Vùng nhớ thanh ghi tổng: AC0 → AC3.
 Khả năng quản lý Label: 0 → 255.
 Khả năng quản lý chƣơng trình con: 0 → 63.
 Khả năng mở rộng chƣơng trình ngắt: 0 → 127.
2.2.2 Cấu hình vào ra của S7-200 CPU224 AC / DC / RELAY:
Hình 2.1. Cấu hình vào ra của S7-200 CPU224

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

20
o Các module mở rộng của S7-200 CPU224.
Bảng 2.2. Các module mở rộng của S7-200 CPU224

2.3. Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200 :
2.3.1. Khái niệm vòng quét của PLC :
Hình 2.2. Khái niệm vòng quét của PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>

21

a) Đọc dữ liệu đầu vào: Đọc các trạng thái vật lý ( Input ) vào bộ đệm ảo (
IR –Input Register ).

b) Thực thi chƣơng trình: CPU đọc dữ liệu từ IR, thực hiện chƣơng trình
phần mềm, kết quả dƣợc lƣu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộ đệm ảo đầu
ra ( OR– Output Register ).

c) Xử lý các yêu cầu truyền thông ( Option ) : nếu có yêu cầu truyền
thông xử lý ngắt.

d) Tự chuẩn đoán lỗi: CPU kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong Rom, các
vùng nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng.

e) Xuất kết quả ở đầu ra : CPU đọc kết quả từ OR, và xuất kết quả ra các
cổng vật lý.
Một số lƣu ý :
 Đầu vào số :
+ Nếu không dùng tính năng I ( Immediately ) thì dữ liệu đầu vào đƣợc
cập nhật tại bộ đệm ảo.
+ Nếu dùng tính năng này, chƣơng trình bỏ qua bộ đệm ảo.
 Đầu vào tƣơng tự :
+ Nếu bỏ qua tính năng lọc tƣơng tự, thì chƣơng trình sẽ lấy trực tiếp dữ
liệu tại cổng vật lý.
+ Nếu dùng tính năng này, thì chƣơng trình sẽ đọc các giá trị đƣợc lƣu lại.
Mô tả vòng quét :

+ Mỗi một vòng quét cơ bản của PLC mất từ 3ms – 10ms, tùy thuộc vào
số lƣợng cũng nhƣ kiểu lệnh viết trong chƣơng trình.

Thay đổi mức logic
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

/>