Tài liệu TỰ ĐỘNG HOÁ TRẠM THU PHÍ GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ doc

TỰ ĐỘNG HOÁ TRẠM THU PHÍ
GIAO THÔNG ĐƯỜNG BỘ
AUTOMATION TOLL PLAZA FOR
ROAD TRAFFIC
TÓM TẮT
Bài báo này giới thiệu về hệ thống giám sát và điều khiển tự động
hóa trạm thu phí giao thông đường bộ. Trong hệ thống này sử
dụng công nghệ RFID, S7-200 và Visual Basic. Với hệ thống này,
s
ẽ giải quyết bài toán thu phí giao thông một cách hiệu quả, hạn
chế được tiêu cực và cho phép giảm được số nhân viên trực trạm
như hiện nay
.
ABSTRACT
This article present about supervisory and automation control
system toll plaza for road traffic. In this system, we used RFID
technology, simatic S7-200 and Visual Basic. With this system, we
will solve problem change for traffic effect, cut down negativeness
and allow to reduce agents watch officer as today.
1. Đặt vấn đề
Trong tất cả các lĩnh vực từ kinh tế, chính trị, văn hoá, xã hội Tự động
hoá đ
ã dần dần khẳng định được vai trò cực kì quan trọng và tất yếu của mình.
S
ự phát triển toàn diện của một xã hội luôn song hành với sự phát triển của khoa
hoc công nghệ.
Giao thông là một vấn đề quan trọng của xã hội và việc giải quyết vấn đề
giao thông là một công việc mà toàn xã hội phải quan tâm. Hiện nay tại các trạm
thu phí giao thông đường bộ số lượng nhân vi
ên trực còn khá nhiều, xe qua trạm
còn phải qua nhiều giai đoạn xử lí như mua vé, soát vé nên làm mất nhiều thời

gian, giảm tốc độ lưu thông, gây ùn tắc. Chính vì điều này sẽ mang lại hiệu quả
kinh tế không cao và không văn minh.
Xu
ất phát từ những yêu cầu của thực tiễn nên việc nghiên cứu, thiết kế và
ch
ế tạo trạm thu phí tự động là rất cần thiết và hữu ích.
2. Giới thiệu về công nghệ RFID
RFID (Radio Frequency Identification) là hệ thống nhận dạng qua sóng
Radio của hãng Siemens. RFID hoạt động trên nguyên tắc:
D
ữ liệu được chứa trong Chip nhớ (Tag/MDS), dữ liệu này được truyền
thông với PC/PLC thông qua các module bao gồm: module reader và module
ASM (Adapter Module).
Trong đó module reader cho phép
trao đổi với chip nhớ thông qua
việc thu phát nhờ có antenna tích
hợp sẵn trong nó hoặc liên lạc với
antenna rời qua cáp. Module
ASM là module trung gian có
ch
ức năng như một bộ chuyển đổi, cho phép trao đổi thông tin giữa module
reader và PC/PLC.
Chip nhớ RF330T, RF350T, RF360T: Là một chip thông minh cho phép lưu
trữ dữ liệu và trao đổi thông tin với bộ đọc. Các chip nhớ được sản xuất với
những hình dáng khác nhau, đặc tính kỹ thuật khác nhau để phù hợp với yêu cầu
thực tế của các hệ thống tự động.
Module reader RF310R, RF340R, RF350R: Ngoài nhiệm vụ trao đổi thông tin
với chip nhớ, module reader còn cung cấp nguồn cho chip nhớ hoạt động dưới
dạng sóng radio. Module reader cũng được chế tạo với nhiều chủng loại khác
nhau để ph

ù hợp với yêu cầu công nghệ của các hệ thống tự động. Các module
reader có các hình dạng như sau:
1 - Đèn trạng thái
2 - Cổng kết nối với mạng Industrial Ethernet.
3 - Cổng kết nối RS422
4 - Cổng kết nối RS232
5 - Digital I/O
6 - Ngu
ồn cung cấp (24VDC)
Module ASM:
Cho phép liên kết giữa bộ đọc với PC/PLC thông qua mạng Profibus
Hình
2. Cấu tạo của modul reader
Hình 4. Module ASM
Hìn
h 1. Nguyên l í làm việc của RFID
Hình 3
. Sơ đ
ồ kết nối thiết bị
ngoại vi với modul reader
hoặc đường truyền RS232.
3. Ứng dụng công nghệ RFID vào trạm thu phí
Công nghệ RFID được đưa vào trạm thu phí để thực hiện những công việc
sau: Mỗi Chip nhớ sẽ chứa một mã số mang thông tin về xe và chủ xe đang lưu
thông. Khi xe đi qua trạm thu phí th
ì đầu đọc được bố trí xung quanh trạm sẽ đọc
mã số này và truyền về PC/PLC, sau đó mã số này sẽ được PC so sánh với mã số
đ
ã có sẵn trong cơ sở dữ liệu của máy tính.
Sau đó toàn bộ thông tin về xe mang Chip nhớ tương ứng sẽ được Visual

Basic đọc về máy tính và hiển thị lên giao diện HMI. Chương trình lúc này sẽ tự
động đối chiếu các thông tin về xe v
à kiểm tra tài khoản của chủ xe. Nếu các
thông tin là h
ợp lệ và số tiền trong tài khoản đủ cho chuyến đi thì chương trình
Visual Basic s
ẽ tự động trừ số tiền qua trạm của xe tương ứng và đồng thời sẽ
đưa tín hiệu điều khiển x
uống PLC để điều khiển mở Barier cho phép xe qua
trạm ngoài ra chương trình cũng gửi số tài khoản còn lại đến PLC để hiển thị cho
chủ xe biết đồng thời xuất hóa đơn in các thông tin cần thiết. Ngược lại số tiền
trong tài khoản không đủ cho chuyến đi hoặc các thông tin về xe không hợp lệ
thì chương trình sẽ thông báo cho chủ xe biết thông qua bảng thông báo và xe đó
không được phép qua trạm.
Lúc này Barier ở cổng phụ sẽ được mở để xe vào bãi
bên c
ạnh.
Như vậy xe qua trạm sẽ bỏ qua được giai
đoạn mua v
à soát vé đồng thời thời gian trao đổi
dữ liệu giữa Chip nhớ và PC được diễn ra trong
thời gian rất ngắn do đó sẽ giảm thời gian lưu
thông của xe khi qua trạm.
4. Visual basic với truyền thông nối tiếp
Có rất nhiều phần mềm lập trình hỗ trợ cho các ứng dụng truyền thông nối
tiếp. Visual Basic là một trong hững phần mềm khá phổ biến và dễ sử dụng trong
lĩnh vực này.
Trong Visual Basic thi
ết lập chế độ điều khiển truyền thông nối tiếp
MSComm bằng cách chọn Project - Component (Ctrl T) - Microsoft Comm

Control 6.0, bi
ểu tượng hình điện thoại tượng trưng cho MSComm hiện lên, khi
c
ần sử dụng kéo biểu tương này vào trong Form chương trình.
Có 2 cách để trao đổi thông tin:
*
Điều khiển sự kiện: Cách này sử dụng thuộc tính được hỗ trợ sẵn OnComm để
bẫy các sự kiện .
Hình 5.
Sơ đồ bố trí antenna ở hai đầu trạm
* Hỏi vòng: Để xác định sự kiện mới hoặc lỗi bằng các này ta kiểm tra các đặc
tính ComEvent sau mỗi chu kì chương trình. Cách này khơng tối ưu vì máy tính
c
ần có thời gian để thực hiện hỏi vòng và thường được sử dụng trong các ứng
dụng đơn giản. Có 2 cách để cài đặt thơng số cho cổng truyền thơng:
+
Cài đặt trong chương trình ứng dụng.
+
Cài đặt trong Control Pannel: chọn Control Pannel/System/Device
Manager/Port (Com B và LPT) Resourses.
5. Thuật tốn truyền thơng giữa máy tính và PLC

6. Tính chọn thiết bị cho một trạm ở cấp trường
Tại mỗi trạm thu phí như hiện nay, ngồi những thiết bị và cơ sở hạ tầng
có sẵn thì khi Tự động hố một trạm như hiện nay cần có thêm những thiết bị
như sau:
- Hai máy vi tính kết nối mạng LAN trong đó một máy có nhiệm vụ là xử lý
thơng tin về một xe nào đó khi qua trạm, máy vi tính đó được kết nối với PLC,
Kết thúc
Chạy chương trình

mô phỏng
Đúng
PC nhận dữ
liệu ComEvReceive
Đọc dữ liệu từ bộ đệm nhận và xư
û
lý dữ liệu đó
Đệm dữ liệu vào bộ đệm nhận
MSComm.Input = myInput
Kiểm tra việc
nhận dữ liệu
BEGIN
PC chờ dữ liệu
từ PLC
Kiểm tra lại chương trình
và thông báo lỗi
Sai
Hình 7. PC nhận dữ liệu từ PLC
BEGIN
Mã hoá các nút lệnh
truyền dữ liệu
Kiểm tra việc
truyền dữ liệu
Kiểm tra lại chương trình
và thông báo lỗi
Sai
Đúng
Truyền dữ liệu đến PLC
ComEvSend
PLC nhận tín hiệu xử lý và

điều khiển trạm thu phí
Kết thúc
Hình 6. PC truyền dữ liệu đến PLC
máy in. Máy còn lại được kết nối với Camera có nhiệm vụ quan sát trạm. Và
m
ạng cục bộ này được nối với Internet.
- Hai Camera này có nhi
ệm vụ quan sát hai hướng của 2 làn đường ngược chiều
nhau.
- B
ốn module reader, hai module ASM bố trí hai đầu trạm.
- Ba máy in trong đó: một máy trong trạm có nhiệm vụ là in nhật ký của xe qua
trạm khi có yêu cầu của chủ xe, hai máy còn lại được đặt ở hai làn đường có
nhiệm vụ là biên lai cho chủ xe khi xe đi qua trạm.
- PLC S7-200 CPU 226 và các phụ kiện kèm theo như cáp kết nối bộ chuyển đổi
PC/PPI.
- M
ột máy phát điện dự phòng.
- Hai b
ộ Kit có kết nối máy tính để hiển thị các dòng thông báo, cảnh báo và số
tiền còn lại cho chủ xe biết.
- Sáu động cơ trong đó: 4 động cơ làm nhiệm kéo cửa để đưa các xe vi phạm
hoặc hết tiền vào bãi đậu xe vi phạm, 2 động cơ còn lại dùng cho Barier 2 đầu
làn xe môtô và cơ giới để kh
i có xe vi phạm được đưa vào bãi đậu xe vi phạm thi
đóng Barier này lại.
Hình 8. Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị tại trạm có 2 làn xe
Barie
Barie
Phòng giám

sát và điều
khiển
Camera
Camera
Printer
Printer
Hướng xe
vào trạm
Hướng xe
vào trạm
Làn
đường
dành
cho
xe
môtô và
cơ giới
Làn
đường
dành
cho
xe
môtô và
cơ giới
Barie
Barie
A
A
A
B

B
B
Bãi đổ
xe vi
ph
ạm
Bãi đổ
xe vi
ph
ạm
Cửa
vào
c
ủa
xe vi
ph
ạm
A
B
B
A
Cửa
vào của
xe vi
ph
ạm
7. Thiết kế phần mềm
HMI quản lý: cho phép nhân viên trực trạm dễ dàng giám sát được các
thông tin về xe đến và chủ xe. Đồng thời có thể mở Barier qua nút nhấn "Barier"
trên giao diện để cho phép xe chưa đăng ký dịch vụ qua trạm.

HMI đăng ký: cho phép nhân viên trực trạm cập nhật thêm thành viên
m
ới vào dịch vụ. Nếu như đã có mã số nào đã đăng ký thì sẽ có một Message
Box hiện lên thông báo cho nhân viên trực trạm biết đã tồn tại mã số này.
HMI cập nhật tài khoản: Cho phép chủ xe nạp thêm tiền vào tài khoản
của mình. Để nạp tiền vào tài khoản nhân viên trực trạm nhấn vào nút "CẬP
NHẬT", một Message Box hiện lên thông báo yêu cầu nhập mã số, sau đó
chương tr
ình sẽ tự động cập nhật vào tài khoản số tiền mà chủ xe nạp.
HMI huỷ đăng ký: cho phép nhân viên trực trạm huỷ đăng ký dịch vụ của
1 xe nào đó theo yêu cầu của chủ xe trong trường hợp mất xe hoặc bán xe. Ngo
ài
Hình 9. HMI quản lý Hình 10. HMI đăng ký Hình 12. Biên lai xe qua trạm
Hình 11.
HMI h
ủy
Hình 14. H
MI nhaät kí xe qua traïm
Hình 13.
HMI cập nhật
tài khoản
Hình 15. HMI x
ử lý xe vi phạm và
h
ết tài khoản
ra ở HMI quản lý còn cho phép nhân viên trực trạm có thể tìm kiếm thông tin 1
xe nào đó khi được y
êu cầu.
HMI nhật kí xe qua trạm: cho phép nhân viên trực trạm có thể cho biết
số lần một xe nào đó đã qua trạm, thời gian nạp lần tiền gần nhất, tài khoản còn

l
ại khi có yêu cầu của chủ xe nào đó.
HMI xử lý xe vi phạm và xe hết tài khoản: HMI này chỉ xuất hiện khi
nhân viên chọn chế độ vận hành hệ thống bằng tay. Như vậy khi có xe vi phạm
hoặc là xe hết tài khoản đi vào trạm thì HMI này sẽ tự động xuất hiện để chờ
lệnh của nhân viên vận hành trạm. Sau khi nhân viên trực trạm nhấn vào nút
“M
Ở”, lúc đó 2 cửa phía tương ứng có xe vi phạm hay hết toàn khoản sẽ mở ra
để xe đi v
ào bãi đỗ xe vi phạm. Đồng thời lúc này Barier ở làn đường dành cho
xe môtô và xe cơ giới cùng phía sẽ tự động đóng lại. Sau khi xe vi phạm đã được
đưa vào b
ãi đổ xe thì lúc đó Barier ở làn đường dành cho xe môtô và xe cơ giới
sẽ tự động mở ra để cho việc lưu thông được tiếp tục.
8. Kết luận
Trạm thu phí giao thông đường bộ sử dụng công nghệ RFID, bộ điều
khi
ển Logic khả lập trình PLC, giao diện HMI thân thiện sử dụng phần mềm lập
trình hướng đối tượng Visual Basic cho phép dễ dàng lắp đặt và vận hành tại các
trạm thu phí hiện nay.
Chúng tôi đã giải quyết cơ bản bài toán này mong rằng nó sẽ mang lại
những hiệu quả kinh tế thiết thực đối với sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại
hóa của đất nước.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Serial port complete - Jan Axelson
[2] M
ạng truyền thông công nghiệp - Hoàng Minh Sơn
[3] Kết nối máy tính trong Windows - Ngô Diên Tập
[4] Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Ngô Diên Tập
[5] Lập trình hướng đối tượng Visual Basic 6.0

[6] Lâm Tăng Đức, Nguyễn Kim Ánh – Giáo trình điều khiển Logic – Trường
Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng
[7] Tự động hoá với Simatic S7-200 - Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh
[8] Tự động hoá với Simatic S7-300 - Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh
[9] Simatic S7-300 - Điều khiển hệ thống (SystemHandling) - Trung tâm Việt
Đức
[10] Tự động hoá với SIMATIC Siemens - Hans Berger
[11] T
ạp chí tự động hoá ngày nay