Đồ án tốt nghiệp
Thiết kế hệ thống cảnh báo
đường ngang tự động dùng
PLC
cảnh báo tự động dùng PLC. PLC là m
ột thiết bị điều khiển công nghiệp
mới đang được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam. Cảnh báo tự động dùng
PLC nhằm thay thế cho hệ thống rơle cũ có nhiều nhược điểm.
Cảnh báo tự động dùng PLC có nhiều ưu điểm như: nhỏ gọn, hoạt
động chính xác tin cậy và đặc biệt có thể thay đổi chương trình điều khiển
một cách dễ dàng.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC2
Dưới đây tôi xin trình bày những thiết kế cho hệ thống cảnh báo tự
động dùng PLC tại đường ngang KM 7 +137 trên tuyến đường sắt thống
nhất.
CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ ĐƯỜNG NGANG VÀ THỰC
TRẠNG ĐƯỜNG NGANG VIỆT NAM
I.
Khái niệm chung về đường ngang và an toàn chạy tàu:
I.1.Khái niệm chung về đường ngang:
Đường ngang nói trong Điều lệ đường ngang là nơi đường sắt và
đường bộ giao nhau trên cùng một mặt bằng, được cơ quan có thẩm
quyền quyết định xây dựng để đảm bảo an toàn giao thông.
Những quy định trong Điều lệ đường ngang không áp dụng đối với
I.2. Phân loại đường ngang
Điều 4. Đường ngang được phân thành các cấp cụ thể như sau:
1. Đường ngang cấp I:
Đường sắt chính giao nhau với đường bộ cấp I, cấp II, cấp III;
2. Đường ngang cấp II:
Đường sắt chính giao nhau với đường bộ cấp IV, cấp V;
3. Đường ngang cấp III:
Đường ngang còn lại không thuộc đường ngang quy định tại
khoản 1, khoản 2 của Đ
iều này;
4. Đường ngang nằm trong nội đô, nội thị ( thành phố, thị xã, thị
trấn ) được xếp vào cấp tương ứng do Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải
quyết định.
I.3.Các yêu cầu đối với cấu trúc đường ngang:
Theo quy định đường ngang phải được đặt trên các đoạn thẳng của
đường sắt và đường bộ. Đường bộ phải cắt vuông góc với đường sắ
t;
trong các trường hợp ngoại lệ cho phép đặt trên giao cắt một góc nhọn
nhưng không nhỏ hơn 45 độ. Trắc dọc nền đường bộ ở hai phía đường
ngang phải là đoạn đường bằng không ngắn hơn 10m ở nơi nền đường
đắp và 15m ở nơi nền đường đào. Hướng đường cong sắp tới đường
ngang không ngoặt quá 0.05. Chiều rộng của đường ngang không được
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC4
nhỏ hơn bề rộng của đường ô tô và cho phép chuyển động theo cả hai
hướng cùng một lúc. Trong tất cả các trường hợp, chiều rộng của các
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC5
- Tất cả các biển báo nêu trên đặt trên lề đường đường bộ về
phía bên phải theo hướng chạy của ô tô.
- Các đường ngang câp I, cấp II và cả các đường 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 được điều khiển tập trung. Trên
cần chắn cơ khí có đèn sáng v
ề 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
đường ô tô, khi chắn mở: ánh sáng màu xanh.Trong cả hai trường hợp
vừa nêu từ phía chòi chắn đều nhìn thấy đèn màu trắng.
I.4.Các quy định về đèn báo hiệu đường bộ cho đường ngang.
- Đèn báo hiệu và chuông điện trên đường bộ phải đặt trước
chắn đường bộ (hoặc liền vớ
i trụ chắn đường bộ ) hoặc đặt cách ray ngoài
cùng 6m trở lên.
- Đèn báo hiệu và chuông đường bộ phải đạt các yêu cầu sau:
+ Đèn báo hiệu phải có hai đèn đỏ đặt ngang nhau, hai đèn nay
thay phiên nhau nhấp nháy khi bật sáng; cấm mọi sự đi lại qua đường
ngang. Khi tàu ra hết đường ngang, chắn đã mở hoàn toàn, đèn báo hiệu
tắt, đi lại trên đường bộ trở lại bình thường;
Thời đi
ểm đèn báo hiệu bật sáng phải đảm bảo trước lúc tàu tới
đường ngang ít nhất là:
(Lào Cai) nhưng thực tế vì bất lợi nêu trên nên không dùng đèn xanh.
- Khi đèn đỏ bật sáng có nghĩa là đóng đường ngang, cấm người
và các phương tiện giao thông đường bộ qua đường ngang. Trên cột đèn
báo hiệu còn có biển đề : “ Đèn đỏ dừng lại”.
- Đèn đỏ sáng nhấp nháy để phân biệt với đèn đường bộ tại nút
giao thông. Sáng nhấp nháy chẳng những thu hút được sự chú ý củ
a
người điều khiển giao thông đường bộ mà còn tăng tầm nhìn của đèn tín
hiệu. Vì vậy cần thiết lắp hai đèn đỏ ngang nhau thay phiên nhau nhấp
nháy để tăng cường chú ý và dễ phân biệt.
- Thực tế hai đèn đỏ ngang nhau thay phiên nhau nhấp nháy trên
cột đèn báo hiệu đường bộ tại các đường ngang phía Bắc ga Hà Nội mỗi
khi có tàu sắp tới đường ngang được xây dựng từ những năm
đầu thập kỷ
70, mãi đến những năm đầu thập kỷ 80 mới chính thức đưa vào sử dụng.
Cột đèn báo hiệu tại đường ngang Sinh Từ (nay là đường ngang Nguyễn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC7
Khuyến, Hà Nội) được xây dựng từ thời kỳ đó vẫn đúng với Điều lệ
đường ngang mới.
Ngoài đèn đỏ nhấp nháy nêu trên hiện nay tại các đường ngang
có trang bị hệ thống tín hiệu cảnh báo tự động còn có một ánh đèn màu
vàng sáng nhấp nháy khi thiết bị của hệ thống tín hiệu tự động có trở ngại
không bật được đèn đỏ sáng nhấp nháy (không đóng
đường ngang) cảnh
báo cho người điều khiển các phương tiện giao thông tăng cường chú ý
giữa hai đường ngang nhỏ hơn 500 m mà chưa cải tạo theo quy định tại
Điều 49 Điều lệ đường ngang, thì tín hiệu ngăn đường trên đường sắt bố
trí ở hai đầu khu vực chung cho các đường ngang đó.
d)Tín hiệu ngăn đường phải đặt ở bên trái theo hướng tàu chạy vào
đường ngang. Trường hợp khó khăn đặc biệt, nếu đượ
c người đứng đầu
Đường Sắt Việt Nam cho phép thì đặt ở bên phải theo hướng tàu chạy
vào đường ngang.
e)Tầm nhìn của tín hiệu ngăn đường trên đường sắt phải đảm bảo ít
nhất 800 m. Trường hợp địa hình khó khăn tầm nhìn của tín hiệu ngăn
đường không được nhỏ hơn 400m.
f)Tín hiệu ngăn đường trên đường sắt là tín hiệu màu đỏ, tín hiệu
ngăn đường bật sáng báo hiệu ngừ
ng tàu.
g)Khi tín hiệu ngăn đường tắt, tàu hoạt động bình thường. Khi có
trở ngại trên đường ngang ảnh hưởng đến an toàn chạy tàu thì nhân viên
gác chắn mới chuyển tín hiệu này bật sáng.
i)Đường ngang có người gác nằm trên khu gian có thiết bị đóng
đường tự động thì bất kể có tín hiệu ngăn đường trên đường sắt hay
không, đều phải lắp đặt thiết bị để chuyển tín hiệu đóng đường ở gầ
n
đường ngang về trạng thái đóng để nhân viên gác chắn thao tác kịp thời
khi trên đường ngang có trở ngại ảnh hưởng đến chạy tàu.
I.6. Các thiết bị thông tin, tín hiệu trong nhà gác đường ngang:
Trong nhà gác đường ngang phải có các thiết bị thông tin tín hiệu
như điện thoại hoặc điện thoại và thiết bị thông báo tự động cho nhân
viên gác chắn biết khi tàu tới gần đường ngang.
Đường ngang có người gác ở nơi có nguồn điệ
n lưới quốc gia phải
trang bị đèn chiếu sáng về ban đêm và ban ngày khi có sương mù. Ánh
chắn phía bên phải trước, đóng chắn phía trái tiếp theo cho chắn đến tận
cùng phía bên trái.
Khi chắn mở, không một bộ phận nào của chắn được cản trở mặt
đường. Cấm để giàn chắn, xà chắn ở vị trí lơ l
ửng.
Chắn ở đường ngang có người gác có hai loại: cần chắn và giàn
chắn. Quy cách, tiêu chuẩn kỹ thuật của giàn chắn phải theo quy định.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC10
Đường ngang cấp I, cấp II có tổ chức phòng vệ phải trang bị cần
chắn tự động hoặc tín hiệu cảnh báo tự động. Khi chưa có cần chắn tự
động hoắc tín hiệu cảnh báo tự động thì phải có người gác.
Các cơ cấu và 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 trên đườ
ng bộ và
đèn đỏ trên xà chắn tự động bật sáng, chuông báo hiệu tự động kêu. Sau 7
đến 8 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 đã mở hoàn toàn, đèn trên xà chắn và đèn báo hiệu đường bộ tự
động tắt.
Đường ngang lắp đặt chắn tự độ
ng và không bố trí người gác chỉ
dùng loại cần đóng 1/2 hoặc 2/3 mặt đường bộ. Phần đường bộ còn lại
không có cần chắn phải rộng ít nhất 3 m và ở bên trái của xe vào đường
c)Chiều dài đoạn đường bộ trên 50 m, đặt các biển báo hiệu: Biển
210, biển 211, biển 508a, biển 508b.
- Mặt biển báo trên đường bộ đặt vuông góc với chiều xe đi vào
đường ngang và đặt trong phạm vi đoạn đường rẽ vào đường sắt.
- Tại ngã ba, ngã tư đường bộ có nhánh đường bộ đi vào đường
ngang có tổ chức phòng v
ệ, khi khoảng cách từ ngã ba, ngã tư đó đến
đường ngang nhỏ hơn 50 m thì cơ quan quản lý đường bộ phải:
+ Đặt đèn báo hiệu trên đường bộ ở ngã ba, ngã tư nếu ở ngã ba,
ngã tư không có đèn điều khiển giao thông để báo cho người và phường
tiện tham gia giao thông đường bộ sắp đi vào đường ngang đỗ lại trước
ngã ba, ngã tư khi chắn đường bộ tại đường ngang phía trước đang đ
óng;
Nếu ở ngã ba, ngã tư có đèn điều khiển giao thông đường bộ thì
đèn này phải có biểu thị phù hợp với đèn báo hiệu trên đường bộ đặt trên
đoạn đường bộ đi vào đường ngang.
+ Đèn báo hiệu trên đường bộ song song với đường sắt phải có
biểu thị phù hợp với biểu thị tín hiệu đường sắt (khi đường bộ vào đường
ngang đóng để cho tàu ch
ạy; đường bộ song song với đường sắt phải
thanh thoát).
- Đường bộ cùng một lúc giao cắt với cả đường sắt và đường bộ
chạy song song với đường sắt, việc đặt biển báo hiệu trên đường bộ đi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC12
vào đường ngang quy định như nêu ở trên cho từng phía đường bộ đi vào
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC13
làm cho người đi bộ sốt ruột và họ cũng không tuân theo tín hiệu ngăn
đường 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 trường hợp thiết bị bị hỏng.
Đề xuất tiêu chuẩn an toàn đường ngang cho ĐSVN:
a)Người và phương tiện đi trên đường bộ phải có thông báo rõ ràng
và kịp thờ
i về việc đến gần đường ngang;
b)Có tín hiệu đầy đủ và kịp thời về trạng thái đóng, mở của đường
ngang đối với giao thông đường bộ;
c)Sự vận hành của thiết bị chắn đường ngang tự động không gây ra
sự ách tắc đối với luồng xe trên đường bộ, ngược lại sự di chuyển của
phương tiện vận tải đường bộ không làm hư
hỏng thiết bị và ảnh hưởng
đến sự làm việc của chắn tự động;
d)Đường ngang tự động có mật độ giao thông lớn cần có thông báo
kịp thời cho đoàn tàu về sự tắc nghẽn trên đường 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 trường hợp thiết bị bị hỏng.
II.2.Nhu cầu bức thiết hiện nay đối với hệ thống phòng vệ đường
ngang ở Việt Nam
Vấn đề an toàn giao thông đường 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 đường ngang thủ công bằng tự
động là lời giải đúng đắn cho vấn đề trên . Nhờ việc thay thế
đoàn tàu so với khả năng có thể của đầu máy, đường, cầu, cống...Ta gọi
nguyên nhân hạn chế tốc độ này là sự hạn chế tốc độ do cường độ vận tải
và mật độ đường ngang.(Ví dụ khu đoạn Hà Nội – Văn Điển).
Yếu tố thứ hai – là một nguyên nhân bất định, tạm gọi là sự chậm
tầ
u do nguyên nhân bất định. Khó có thể duy trì hành trình chạy tàu trong
điều kiện an toàn chạy tàu hiện nay (nếu như giả thuyết có thể đạt được
thời gian chạy tàu nói trên). Các nguyên nhân có thể là:
Các sự cố tai nạn ngẫu nhiên xảy ra trên đường ngang do nguyên
nhân yếu kém của các thiết bị phòng vệ đường ngang, dẫn tới cản trở
hành trình chạy tàu;
Yếu tố căng thẳng tâm lý của người lái tàu khi phải chạy với tốc độ
cao trong điều kiện Việt Nam, nhất là tình trạng chấp hành kỷ luật giao
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC15
thông trên các đường ngang của nhân dân rất thấp dẫn đến sự giảm tốc độ
theo bản năng của lái tàu khi đi qua các đường ngang (không theo quy
định của công lệnh tốc độ). Thời gian chậm tốc độ trên mỗi đường ngang
có thể rất ngắn (vài giây đến vài chục giây/đường ngang) nhưng 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 được trước, hoặc khó quy kết được 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 hưởng tới uy tín
Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Số tử vong do TNGT 5728 5932 6152 6394 7095 7924
Số tử vong do
TNGTĐB
5430 5581 5680 6067 6670 7500
Tỷ lệ tử vong
TNGTĐB/TNGT
95% 94% 92% 95% 94% 95%
Số tử vong do tai nạn ĐS 123 136 115 129 181 185
Tỷ lệ tử vong
TNĐS/TNGT
2% 2% 2% 2% 3% 2% Bảng 1.3- Số người bị thương và xu hướng phát triển do
TNGT,GTĐB và ĐS
1995 1996 1997 1998 1999 2000
Số người bị thương do TNGT
17167 21718 22071 22989 24179 25693
Số người bị thương
doTNGTĐB
16920 21450 21800 22700 23850 25200
Tỷ lệ %
99% 99% 99% 99% 99% 98%
Số người bị thương do TNĐS
157 185 180 226 293 445
Tỷ lệ %
1% 1% 1% 1% 1% 2%
tai nạn đường
sắt do khách quan mang lại chiếm tỉ lệ lớn (95%).
Đối với các tai nạn đường sắt do chủ quan gây ra thì 50% số vụ tai nạn
này nguyên nhân do cán bộ công nhân viên trực tiếp làm công tác chạy
tàu trong khi thừa hành nhiệm vụ thiếu tinh thần trách nhiệm không chấp
hành quy trình quy phạm luật lệ chạy tàu gây lên. Phần cồn lại là do
phương tiện gây ra.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC18
Bảng 1.4- Tai nạn nghiêm trọng
Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Chủ quan 0 0 0 0 0 1
Khách quan 1 1 3 1 1 2
Tổng 1 1 3 1 1 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC19
Bảng 1.5-Tai nạn nặng
Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Chủ quan 0 0 0 0 0 1
Bảng 1.8-Tình hình trở ngại chạy tàu
Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Chủ quan 1247 1515 920 840 796 1097
Khách quan 248 295 206 239 238 273
Tổng 1495 1810 1126 1079 1034 1370
Đường ngang, đặc biệt là đường ngang dân sinh và đường ngang
không có phòng vệ là những điểm đe doạ an toàn lớn nhất đối với hoạt
động chạy tàu của ĐSVN.
Số vụ tai nạn đường ngang chiếm xấp xỉ 82% trong tổng số tai nạn
đường sắt và có xu hướng gia tăng với tốc độ bình quân khoảng 19%
năm. Trong đó khoảng 60% xảy ra tại các đường dân sinh và 25% tại các
đường ngang không có phòng vệ và 15% tại các đườ
ng ngang có phòng
vệ.
Số người chết do tai nạn đường ngang trong thời gian 1995-2002
chiếm trên 90% tổng số tử vong do tai nạn đường sắt, tăng với tốc độ
bình quân 9.7% năm. Giai đoạn 1997-2002 số tử vong do tai nạn đường
ngang tăng với tốc độ bình quân 12% năm. Số người bị thương do tai nạn
đường ngang chiếm khoảng 96% tổng số người bị thương do tai nạn
đường sắt và tăng vớ
i tốc độ bình quân 31% năm. Trong thời gian 1997-
2002 số người bị thương do tai nạn đường ngang tăng tốc độ là 39% năm.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
92% 96% 90% 95% 94% 97%
Số người chết do
TNĐN/triệu
đoàn tàu-km
7.2 8.3 6.6 7.9 10.1 9.4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐNTĐ DÙNG PLC22
Bảng1.11- Số người và tỉ lệ người bị thương do tai nạn đường ngang
ở Việt Nam
Năm 1995 1996 1997 1998 1999 2000
Số người bị
thương do TNĐS
157 185 180 226 293 445
Số người bị
thương do TNĐN
152 171 170 213 289 437
Tỉ lệ người bị
thương
TNĐN/TNĐS
97% 92% 94% 94% 94% 99%
Số người bị
thương do
TNĐN/triệu đoàn
Đường
ngang
dân sinh
Có phòng
vệ
Không
phòng vệ
2,712 4,854 1.8 429 73 3,642
Hà Nội và TP Hồ Chí Minh là hai nơi có mật độ đường ngang cao
nhất. Hà Nội chỉ có 34km đường sắt nhưng có tới 305 đường ngang, hay
cứ 110m lại có một đường ngang.Trong đó 32 đường ngang là đường
ngang có người gác, 55 đường ngang có trang bị biển báo giao cắt đường
bộ đường sắt và 218 đường ngang dân sinh. Tại TP Hồ Chí Minh, có
chừng 58 đường ngang dân sinh.
III.Giới thiệu các loại hình thiệt bị đường ngang tự động.
Tín hiệu cảnh báo tự
động trên đường ngang có ba loại hình khác
nhau:
Cần chắn tự động là loại hình thiết bị tiên tiến nhất để phòng vệ
đường ngang. Nó được xây dựng như một bước 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
người qua đường và chi
ều dài cần không thể chắn hết mặt đường bộ
(phần đường xe chạy) nhằm để cho xe cộ đã lọt vào đường ngang có lối
thoát ra khỏi đường ngang. Lợi dụng quãng hở này, những người không
hiểu biết cố ý lách qua đường 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 như trên nên loại này tuy có mẫu hình thi
đường sắt) nhưng nay cũng chưa dùng được vì rất nhiều nguyên nhân.
Đ
iều rất quan trọng là mới chỉ xác định được tốc độ cho phép lớn
nhất chạy qua đường ngang chứ chưa xác định được tốc độ hạn chế thấp
nhất là bao nhiêu. Nhiều các đoàn tàu hàng chạy rất chậm trên khu gian
có đường ngang cảnh báo tự động. Có trường hợp tàu chạy hơn 3 phút kể
từ lúc đèn đỏ sáng, chuông bắt đầu kêu mà tàu vẫn không chạy tới đường
ngang nên đành phả
i giải phóng đường ngang, khai thông đường bộ, khi
tàu chạy lại, đèn đỏ báo hiệu đường bộ không sáng, chuông không kêu.
Hiện tượng tương tự xảy ra đối với đường ngang gần ga, hoặc trong ga.
Những tồn tại nêu trên dần dần được khắc phục nhưng chưa giải quyết
triệt để các vấn đề mới phát sinh.
Copyright: Tài liệu đại học ©