Nghiên cứu thiết kế ga điện khí tập trung kiểu vi xử lý

u đối với vận tải Đường sắt là hết sức quan trọng. Khi năng lực vận tải và tốc độ chạy tàu được yêu cầu nâng cao thì thiết bị tín hiệu càng đóng vai trò quan trọng. Trên cơ sở đảm bảo an toàn chạy tàu, thiết bị tín hiệu có thể làm tăng năng lực thông qua lên đến hàng trăm đôi tàu ngày đêm. Thiết bị tín hiệu cũng góp phần đảm bảo an toàn chạy tàu, nâng tốc độ tàu thông qua ga và giảm nhẹ lao động cho nhân viên Đường sắt, tổ chức lao động trong vận tải Đường sắt được gọn nhẹ và hiệu quả hơn. Vì vậy, việc nghiên cứu để có thể lựa chọn lắp đặt cho Đường Sắt Việt Nam một hệ thống tín hiệu tiên tiến là hết sức cần thiết.Theo kinh nghiệm của Đường sắt Liên Xô và một số nước khác, việc áp dụng các phương tiện điều khiển tự động để điều khiển chuyển động của đoàn tàu không những nâng cao được sự an toàn mà còn có khả năng tăng năng lực thông qua, tăng tốc độ chạy tàu trên từng khu đoạn. Với mục tiêu phát triển ngành Đường sắt và học hỏi các tri thức khoa học mới, cùng với sự giúp đỡ của thầy giáo Kiều Xuân Đường, cô giáo Lê Thị Vân Anh và các thầy cô giáo trong bộ môn Thông tin tín hiệu - Viễn thông khoa Điện - Điện tử, nhóm sinh viên chúng em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu thiết kế ga điện khí tập trung kiểu vi xử lý”. Đề tài bao gồm các phần sau: Phần I: Các phương án thiết kế ga ĐKTT kiểu vi xử lý. Phần II:Mặt bằng thiết bị tín hiệu. Phần III: Thiết kế mạch lựa chọn và chấp hành. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Kiều Xuân Đường, cô giáo Lê Thị Vân Anh cùng các thầy cô trong bộ môn Thông tin Tín hiệu - Viễn thông đã tận tình giúp đỡ chúng em hoàn thành đề tài này. Do thời gian có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên những vấn đề chúng em trình bày trong đề tài này chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô và sự góp ý của các bạn. Chúng em xin chân thành cảm ơn. Mục lục Phần I Các phương án thiết kế ga ĐKTT kiểu vi xử lý. I/- Mở đầu. Hiện nay, Đường sắt Việt nam đang sử dụng nhiều loại thiết bị tín hiệu phục vụ chạy tàu. Các thiết bị này hầu hết là các loại thiết bị cũ, lạc hậu, kém đồng bộ nên gây khó khăn cho việc tăng năng lực thông qua cũng như tốn nhiều nhân công cho các công việc đơn giản. Trong đó, loại hình thiết bị liên khoá ghi ổ khoá cơ khí tín hiệu cánh 2 dây đóng đường khu gian bằng máy thẻ đường đến nay vẫn còn được sử dụng nhiều ở phía Bắc (chiếm 30%), các thiết bị do Trung Quốc chế tạo trước năm 1976 và một số do Việt nam chế tạo trong thời gian gần đây còn được sử dụng rất nhiều. Đây là loại hình thiết bị đóng đường cơ khí đơn giản lạc hậu mà nhiều nước hiện nay không còn sử dụng. Do Đường sắt có ưu thế vận tải tập trung, với số lượng lớn, nhanh chóng, thuận tiện, an toàn trong mọi thời tiết nên trong một thời gian dài hơn một thế kỷ, hầu như các nước trong tiến trình thực hiện công nghiệp hoá đều coi trọng phổ biến việc phát triển xây dựng Đường sắt. Gần nửa thế kỷ nay, Đường sắt của rất nhiều nước trên thế giới tích cực nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật cao, mới và các biện pháp tiên tiến, tăng cường các trang bị kỹ thuật và quản lý hiện đại hoá Đường sắt, trên rất nhiều mặt đã dành được những tiến triển có tính đột phá. Không chỉ làm cho sản xuất vận tải Đường sắt thoả mãn các nhu cầu cần thiết của việc phát triển xã hội và kinh tế của các nước, mà còn không ngừng nâng cao mức độ an toàn chạy tàu. Thực trạng cơ sở vật chất kỹ thuật tín hiệu hiện nay còn rất thiếu thốn và đa số thuộc thế hệ kỹ thuật công nghệ cũ, thiếu đồng bộ, thiếu thiết bị dự phòng để thay thế. Một trong những mục tiêu lựa chọn những ưu tiên để đổi mới KHCN Đường sắt đến năm 2000 và sau năm 2000 là đảm bảo tốc độ chạy tàu lớn nhất 100 - 140 km/h trên một số tuyến chính, bán tự động và tự động hoá tín hiệu chạy tàu theo yêu cầu năng lực thông qua để đảm bảo chạy tàu tốc độ cao, rút ngắn hành trình và giải quyết năng lực tác nghiệp ở một số ga lớn. Đáp ứng yêu cầu thực hiện được sản lượng vận tải của Đường sắt theo dự kiến từ nay đến năm 2000 và sau năm 2000. Ngày nay, nhu cầu đi lại của nhân dân và vận chuyển hàng hoá với khối lượng lớn ngày càng tăng cao cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Tốc độ phát triển của nền kinh tế quốc dân tăng bình quân 9-10%/năm, do vậy sản lượng hàng hoá vận chuyển bằng giao thông đường bộ cũng như đường sắt cũng tăng theo với tốc độ cao. Dự kiến ngành đường sắt sẽ đảm nhận 30 - 40 % khối lượng vận chuyển và đến năm 2010, sản lượng vận chuyển bằng đường sắt tăng từ 5-6 lần so với hiện nay. Qua thực trạng ngành đường sắt nước ta và tình hình phát triển kinh tế - xã hội trong giai đoạn hiện nay và trong giai đoạn tới, ngành đường sắt cần phải đẩy nhanh tốc độ phát triển, thực hiện hiện đại hoá để có thể theo kịp tốc độ phát triển của toàn xã hội và đáp ứng được nhu cầu vận tải ngày càng tăng của nền kinh tế. Hiện nay, việc áp dụng loại hình thiết bị điện khí tập trung đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia tiên tiến trên thế giới. Đây là một loại hình thiết bị hiện đại, có nhiều tính năng kỹ thuật tiên tiến, giúp cho việc giám sát và điều khiển được dễ dàng và giảm được đáng kể thời gian cũng như thao tác lập đường chạy, tăng thêm tốc độ chạy tàu, đảm bảo an toàn và tạo điều kiện làm việc tốt cho các nhân viên khai thác vận tải. So với các loại hình trước đây, loại hình điện khí tập trung có những ưu điểm nổi bật sau: a/- Về ghi: Sử dụng ghi động cơ điện, có thanh khoá tự động, kiểm tra độ khít lưỡi ghi với ray cơ bản (yếu tố đảm bảo an toàn hơn tất cả các loại ghi đang dùng) - Mạch điện quay ghi đã thoả mãn được các yêu cầu, khi đường chạy ở trạng thái bị khoá, các ghi liên quan đến đường chạy không thể quay được, trên đường chạy có xe (bị chiếm dụng), các ghi liên quan đến đường chạy không quay được. - Ghi động cơ tín hiệu kiểm tra được vị trí định vị, phản vị của ghi, nếu ghi ở trạng thái lơ lửng thì sẽ báo kẹt, ghi bị kẹt thì có thể thao tác để quay ghi trở lại vị trí ban đầu, đảm bảo an toàn. - Khi lập đường chạy, mỗi bộ ghi động cơ quay chỉ mất 6 giây, nếu quay ghi HKĐ thì mất 2-3 phút/bộ, vì vậy dùng ghi động cơ sẽ lập được đường chạy nhanh, tạo nên tác nghiệp đón, gửi, dồn tàu nhanh hơn. - Khi ghi động cơ điều khiển tập trung tạo cho việc khai thác thuận tiện nhất là những bộ ghi ở xa. Khi điều khiển tại chỗ thì thời gian điều khiển cũng nhanh, làm giảm được thời gian tác nghiệp, nhất là khi dồn tàu, đầu máy không phải chờ làm để tác nghiệp quay ghi. - Ghi động cơ có thể lắp đặt linh hoạt trong mọi địa hình, vì nó ít bị ảnh hưởng bởi khổ giới hạn tiếp giáp kiến trúc. b/- Về tín hiệu: - Sử dụng tín hiệu đèn màu, cấp điện tập trung dễ điều khiển, tín hiệu hoạt động nhanh, tầm nhìn tốt dễ lập liên khoá với ghi và đường chạy. - Tín hiệu chỉ được mở khi trực ban chạy tàu thao tác. - Khi đầu máy đoàn tàu đã đi vào phía trong cột tín hiệu thì tín hiệu tự động đóng lại. - Khi huỷ bỏ đường chạy hoặc mở khoá nhân công thì tín hiệu liên quan đóng ngay. - Khi trở ngại làm cho các tín hiệu bị tắt thì lập tức được chuyển thành tín hiệu cấm. - Khi các mạch điện bị trở ngại không dẫn đến việc mở các tín hiệu. Còn khi tín hiệu đã mở, nếu mạch điện bị trở ngại thì tự động đóng lại. - Trong mạch điện tín hiệu gửi tàu còn kiểm tra điều kiện đóng đường khu gian và cắt mạch điện tín hiệu đón tàu cùng phía. c/- Hệ thống kiểm tra và khoá. - Kiểm tra được trạng thái (thanh thoát - chiếm dụng) của đường chạy. - Loại trừ được việc đón tàu vào đường có xe. - Trực ban có thể theo dõi được chuyển động của đoàn tàu trong ga để chủ động điều khiển trên đài khống chế và kiểm tra được ray gẫy khi sử dụng MĐĐR liên tục. - Trong mạch điện khoá đón, gửi đã thực hiện được các yêu cầu chỉ khi đủ điều kiện mở tín hiệu thì đường mới bị khoá, chỉ mở khoá khi tín hiệu đã đóng đảm bảo an toàn. Mặc dù việc nghiên cứu và sử dụng loại hình thiết bị điện khí tập trung đã được thực hiện từ rất lâu và đã đi đến nhiều điểm thống nhất giữa các hệ thống song trên thực tế, mỗi một hệ thống đường sắt của mỗi quốc gia lại có các đặc điểm riêng biệt khác nhau, do đó việc áp dụng các thiết bị điện khí tập trung cũng rất khác nhau. Hiện nay, có hai phương án thiết kế ga điện khí tập trung được áp dụng rộng rãi trên thế giới. Đó là phương án điểm nối điểm và phương án tối ưu hoá mạch. Ta cần nghiên cứu và áp dụng một trong hai phương án này sao cho phù hợp với điều kiện thực tế đường sắt nước ta. II/- Phương án tối ưu hoá mạch . 1/- Khái niệm. Đây là phương án đang được sử dụng rộng rãi trên nhiều loại hình thiết bị điện khí tập trung đặc biệt là loại hình điện khí tập trung với liên khoá khống chế bằng rơ le điện từ. Phương án này thực chất là phương án tối ưu hoá các mạch điện để rút gọn số rơ le và đồng thời đơn giản hoá việc đấu nối cũng như bố trí cáp. Phương án này dựa trên quan điểm tối ưu đường đi giữa hai điểm sao cho đường đi là ngắn nhất và thoả mãn các điều kiện đã cho. Các điều kiện này chính là các điều kiện về liên khoá, đường chạy, khống chế tín hiệu... A B C D E F Qua hình vẽ trên, ta có thể thấy ý đồ tổng quát của phương án thiết kế này. Ta thấy rằng, để nối mạch điện từ điểm A đến điểm C, mạch điện phải đi qua điểm B, như vậy ngoài các điều kiện của riêng điểm A và điểm C thì mạch điện còn phụ thuộc vào các điều kiện của điểm B. Các điều kiện này chính là điều kiện khống chế điểm C mà ta cần đưa vào. Trong thực tế của đường sắt, trường hợp này rất hay gặp, ví dụ như muốn lập đường chạy đón thì rơle tín hiệu đón có điện à các điều kiện phải đầy đủ như là nút đón phải được ấn, rơ le biểu thị cho phép đón hút (RBCĐ), rơ le tín hiệu gửi các đường khác phải rơi... Tương tự với điểm D, mạch điện phải đi qua điểm B và điểm F tức là muốn nối từ điểm A đến điểm D thì mạch điện còn phụ thuộc vào điều kiện của điểm B và điểm F. Ta có thể nhận thấy mạch điện này chung với mạch điện nối từ A đến C đoạn mạch nối từ A đến B. Như vậy, ta có thể thấy mạch điện nối từ A đến D được tối ưu ở đoạn từ A đến B. Tương tự mạch điện nối từ A đến E được tối ưu hoá bằng mạch điện chung từ Ađến B và từ B đến F. Ví dụ: Ta có thể thấy rõ ràng nguyên lý tối ưu hoá được thể hiện trong mạch điện rơ le nút ấn như hình vẽ: CRLĐ LRN 4 3 2 1 KA KD LN CRLX RHBC LRN CRPT Mạch rơle nút ấn dùng để ghi nhận các thao tác của trực ban chạy tàu trên đài khống chế, nó bao gồm các mạch điện rơle nút ấn đường chạy, mạch rơle nút ấn tín hiệu, mạch rơle lập đường chạy, mạch rơle phương hướng .... Tương ứng với mỗi nút ấn đường chạy có một rơle nút ấn đường chạy, bình thường các rơle này không hút, chỉ khi trực ban chạy tàu ấn nút đường chạy nào thì rơle tương ứng đường chạy đó được cấp điện hút lên và tự giữ. Trong mạch rơle nút ấn đường chạy, nếu ấn các nút ấn khác thì rơle lập đường chạy cũng không làm việc. Mạch tự giữ rơle nút ấn đường chạy kiểm tra trạng thái rơi của các rơle nút ấn đường chạy khác bảo đảm một lúc chỉ lập được một đường chạy. Trong mạch tự giữ có nối tiếp điểm rơle lập xong đường chạy là để sau khi lập xong đường chạy, rơle lập xong đường chạy sẽ hút và cắt mạch tự giữ của các rơle nút ấn đường chạy (rơle lập xong đường chạy và rơle nút ấn đường chạy có quan hệ cắt lẫn nhau) do đó để rơle lập xong đường chạy hút chắc chắn, mạch tự giữ của rơle nút ấn đường chạy phải nhả chậm. Như vậy, ta có thể thấy nguyên lý tối ưu hoá qua việc sử dụng chính tiếp điểm của rơle làm mạch tự giữ và mạch tự kiểm tra điều kiện cấp nguồn cho các rơle khác và cho bản thân nó thông qua các quan hệ mạch điện đơn thuần bằng cách tối ưu hoá mạch điện để có thể sử dụng các tiếp điểm của các rơle khác làm điều kiện cấp nguồn cho rơle làm việc (sử dụng tiếp điểm của rơ le lập xong đường chạy để cắt nguồn tự giữ của rơle nút ấn đường chạy khi đường chạy đã lập xong nhằm thực hiện điều kiện liên khoá không lập được đường chạy đối nghịch khi có một đường chạy đã lập). Trạng thái làm việc của các rơle khác quyết định đến quá trình khởi động hay không của rơle này, đây chính là nguyên lý tối ưu hoá mạch điện. 2/- Ưu, nhược điểm của phương án tối ưu hoá mạch. * Ưu điểm của phương án: Qua tìm hiểu phương án ở trên ta có thể thấy được một số ưu điểm của phương án này như sau: - Do các mạch tối ưu nên có nhiều đoạn chung giữa các điểm nên tiết kiệm được cáp nối trên một số trục chính. Mạch được tối ưu nên có thể tiết kiệm được số tiếp điểm rơle. - Mạch điện đơn giản nên dễ sửa chữa. * Nhược điểm của phương án. Tuy nhiên, phương án này cũng có một số nhược điểm chính như sau: - Do có nhiều đoạn chung nên dòng điện trên các đoạn đó rất lớn, tạo ra dòng qua các tiếp điểm rơ le cũng rất lớn. - Việc tối ưu hoá yêu cầu tỉ mỉ và phức tạp. - Do có nhiều đoạn chung nên khi một đoạn chung bị sự cố thì các đoạn liên quan sẽ không thể hoạt động. - Tính linh hoạt thấp, khi đã thiết kế và lắp đặt sử dụng cho một ga cụ thể thì không thể sửa đổi, nâng cấp. Lúc đó phải tháo dỡ hoàn toàn và tối ưu lại mạch từ đầu. III/- Phương án điểm nối điểm. 1/- Khái niệm. Thực chất phương án này là tạo các mạch điện liên kết giữa các điểm một cách riêng biệt với các điều kiện làm việc của các điểm là riêng biệt mặc dù giữa các mạch có chung một số điều kiện. Xét mô hình chung của phương án như hình vẽ dưới đây: để nối từ điểm A đến điểm B, ta có một đường đi duy nhất trực tiếp từ A đến B thông qua tiếp điểm của E. Tương tự để nối từ A đến C, ta cũng có một đường duy nhất trực tiếp từ A đến C và cũng thông qua tiếp điểm của E. Đi từ A đến C thông qua điểm F, đi từ A đến D cũng thông qua điểm F...Như vậy các mạch điện này độc lập với nhau nhưng bị ràng A B A C A D E E E F F buộc với nhau bởi một số điều kiện chung khác. Để có thể hiểu rõ ràng hơn về nguyên tắc thiết kế điểm nối điểm, ta xét một ví dụ cụ thể về mạch kểm tra đường chạy đường chạy thiết kế dùng vi xử lý theo phương án điểm nối điểm. ưRKT.L4 RXĐ.2-8M +48V=Nguồn giải khoá đường chạy 2¯ 1 ưRĐ1.COM ưRKTR.C ưRKTR.C RXĐ.2-8M ưRĐ1.2-8M ¯RKP.8 +48V=Nguồn giải khoá đường chạy Mạch điện khôi phục khoá lối ra Mạch điện cấp nguồn cho rơle ưRKT và mạch điện cấp nguồn cho rơle ưRKTR là hai mạch riêng biệt độc lập với nhau mặc dù chúng kiểm tra điều kiện lẫn nhau. Rơle khoá thời gian không thể làm việc được khi rơle RXĐ.2-8M không động tác và ngược lại rơle ưRKTR cũng không làm việc được nếu rơle RXĐ.2-8M không động tác. Hai rơle này ở hai mạch riêng biệt với nhau chung nguồn cấp 48V đều thông qua tiếp điểm rơle RXĐ.2-8M. PLC sẽ kiểm tra điều kiện liên khoá, kiểm tra đường đón gửi một cách độc lập thông qua các thông tin từ các PLC khác và sẵn sàng tiếp nhận thông tin từ hệ thống liên khoá để khôi phục tín hiệu về trạng thái bình thường khi có bất kỳ một trở ngại nào xảy ra. Từ phân tích mạch điện trên dễ dàng nhận thấy các mạch điện giống nhau một đoạn từ nguồn tới rơle xác nhận đường RXĐ2-8M nhưng chúng lại không dùng chung nhau đoạn đó mà hai mạch độc lập hoàn toàn. Như vậy phương án điểm nối điểm được xây dựng trên cơ sở hoạt động độc lập hoàn toàn với nhau nhưng vẫn liên hệ với nhau thông qua các mạch điện lôgic khả trình PLC không sử dụng chung các đoạn giống nhau để cho mạch điện làm việc tin cậy, an toàn. 2/- Ưu, nhược điểm của phương án. * Ưu điểm Khác với phương án tối ưu hoá mạch, phương án điểm nối điểm có nhiều ưu điểm hơn. Đó là: - Phương án điểm nối điểm tạo ra các mạch điện độc lập với nhau, vì vậy, mạch điện làm việc tin cậy hơn. - Khi xảy ra sự cố thì dễ cô lập sự cố để sửa chữa. Sự cố xảy ra ở mạch này thì không ảnh hưởng đến mạch khác. - Tính linh hoạt cao, khi cần nâng cấp, ta chỉ việc thêm các mạch điện cần thiết mà không phải phá bỏ các mạch cũ. - Do các mạch độc lập nên dòng điện trong các mạch là nhỏ, phù hợp với các thiết bị rơle không tiếp điểm. * Nhược điểm. - Do các mạch độc lập nên cần nhiều mạch riêng biệt cho các tác nghiệp vì vậy gây ra tốn nhiều cáp nối và tăng số tiếp điểm rơ le. Tuy nhiên, các nhược điểm này có thể được khắc phục bằng vi xử lý và các mạch logíc khả trình (PLC). - Các mạch điện cồng kềnh do phải đảm bảo nhiều điều kiện liên khoá. * Với sự phát triển của khoa học - công nghệ đặc biệt là kỹ thuật điện tử và vi xử lý cùng với sự tiến bộ của ngành đường sắt nói chung, việc áp dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật này vào ngành ngày càng được phát triển rộng rãi. Trong đó xu hướng ứng dụng các bộ vi xử lý và các mạch logic có thể lập trình vào điều khiển tín hiệu đường sắt đang ngày càng phổ biến. Sự ra đời của các thiết bị logic khả trình và vi xử lý năng lực lớn đã mở ra một hướng mới cho ngành đường sắt đặc biệt là điều khiển tín hiệu và đi cùng với nó là phương án điểm nối điểm. Qua khảo sát hai phương án trên và thực trạng đường sắt Việt nam, cùng với chủ trương hiện đại hoá cho ngành Đường sắt của chính phủ, ta thấy phương án điểm nối điểm là rất phù hợp cho loại hình thiết bị điện khí tập trung kiểu vi xử lý nhờ các ưu điểm nổi bật của phương án này. Phần II Mặt bằng bố trí thiết bị I/- Mặt bằng bố trí thiết bị hiện tại. 1/- Tổng quan mặt bằng bố trí thiết bị hiện tại. Hiện nay, trong ngành Đường sắt nước ta đang sử dụng loại hình ga thiết bị ghi hộp khoá điện tín hiệu đèn màu rất phổ biến. Hầu hết các ga loại này đều sử dụng các thiết bị cũ, lạc hậu, tận dụng các thiết bị cũ và thiết bị sản xuất trong nước, các nguyên tắc, điều kiện kỹ thuật và đảm bảo an toàn còn đơn giản. Ta có thể thấy được tình hình thiết bị của ga thiết bị ghi hộp khoá điện như sau: * Thiết bị ngoài ga: - Cột tín hiệu: + Cột TH đón và gửi đều dùng tín hiệu đèn màu kiểu thấu kính. ở đường chính có tàu thông qua ga đều dùng cột cao cho tín hiệu gửi tàu, còn lại dùng cột thấp + Trực ban trực tiếp điều khiển cột tín hiệu đón, gửi tàu. - Tay bẻ ghi có hộp khoá điện: Trực ban trực tiếp khống chế nguồn cung cấp cho hộp khoá điện Gác ghi trực tiếp điều khiển ghi. - Tủ rơle vào ga: Tủ rơ le vào ga được đặt gần cột đón tàu, trong đó có các thiết bị: + Rơ le tín hiệu đón đường chính là điều kiện để nối thông mạch thắp đèn đón đường chính. + Rơ le tín hiệu đón đường phụ là điều kiện để nối thông mạch thắp đèn đón đường phụ. + Rơ le tín hiệu dẫn đường là điều kiện để nối thông mạch thắp đèn tín hiệu dẫn đường. + Rơle kiểm tra sợi tóc cơ cấu A và rơ le kiểm tra sợi tóc cơ cấu B. + Rơle ray đầu ga. + Rơ le mất điện xoay chiều - Tủ rơ le ra ga: Được đặt ở trung tâm các cột gửi tàu trong đó có các thiết bị: + Rơ le đường chạy + Rơ le tín hiệu gửi tàu hướng chính + Rơ le tín hiệu gửi tàu hướng phụ + Rơ le sợi tóc đường chính * Thiết bị trong phòng trực ban: Là các thiết bị đặt trong phòng trực ban gồm các thiết bị sau: - Đài khống chế: Có nút ấn ở phía trên, sơ đồ ga, các đèn biểu thị phục vụ cho trực ban làm việc. - Giá rơle gồm các rơle sau: + Lặp lại rơ le đường chạy ở hai yết hầu. + Rơ le biểu thị cho phép đón, cho phép gửi và rơle biểu thị dẫn đường + Rơ le tín hiệu đón, gửi. + Rơ le mất điện xoay chiều. Ngoài ra còn có tủ nguồn, chỉnh lưu, biến thế... 2/- Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị hiện tại. Ta có thể thấy được mặt bằng thiết bị hiện tại của một ga gồm 4 đường đón gửi như hình vẽ. II/- Nguyên tắc và phương án lựa chọn thiết kế. 1/- Nguyên tắc thiết kế. Khi thiết kế một ga điện khí tập trung, nhất thiết phải đảm bảo an toàn chạy tàu, nâng cao năng lực vận chuyển, cố gắng đạt tính tiên tiến trong kỹ thuật và tính hợp lý trong kinh tế, cố gắng rút ngắn chu kỳ xây dựng, nâng cao hiệu suất thiết kế thi công, cải tiến chất lượng thiết kế và tiện cho việc duy tu bảo dưỡng. Nguyên tắc an toàn là nguyên tắc quan trọng số một, bởi bất kỳ một loại hình thiết bị vận tải nào khi được đưa ra phục vụ nhân dân, phục vụ kinh tế đều phải lấy tiêu chuẩn an toàn làm then chốt. Đặc biệt đối với ngành Đường sắt là ngành vận tải với khối lượng lớn, tốc độ cao thì yêu cầu an toàn càng phải được quan tâm hơn bao giờ hết. Khi thiết kế một ga điện khí tập trung, ngoài đảm bảo các thiết bị chấp hành hoạt động chính xác, an toàn thì các mạch điện khống chế, điều khiển cũng phải được thiết kế chính xác, đảm bảo các điều kiện liên khoá được kiểm tra, loại bỏ các hướng đối nghịch và được tiến hành khoá chắc chắn chẳng hạn như điều kiện để mở tín hiệu khi thiết lập đường chạy là Các ghi liên quan đến đường chạy đã nằm đúng vị trí và được kiểm tra trạng thái hoạt động tốt. Trạng thái thanh thoát các khu vực ghi và đường đón gửi liên quan đến đường chạy phải được kiểm tra và đảm bảo không có đường chạy đối địch được thiết lập trước đó. Việc mở tín hiệu phải diễn ra đồng thời với việc loại trừ việc thiết lập đường chạy hướng đối địch và trên các tín hiệu này phải có biểu thị cấm và các ghi liên quan đến đường chạy đã thiết lập không thể quay được có nghĩa là khoá các ghi này lại. Các MĐĐR được trang bị ở các khu vực ghi và đường đón gửi của ga để thường xuyên kiểm tra vị trí của đoàn tàu loại trừ khả năng quay ghi và thiết lập đường chạy khi đường ghi bị chiếm dụng. Trong các mạch điện nhóm chấp hành thực hiện chức năng kiểm tra và khoá đường chạy (MĐĐR, kiểm tra vị trí, rơle khoá và gạt bỏ) thường có điện chạy qua. Bởi vậy, khi có bất kỳ sự cố nào gây đứt dây, đoản mạch...thì hệ thống sẽ chuyển sang trạng thái cấm, khi đó không thể quay ghi và mở tín hiệu được. Mạch điện thực hiện quan hệ liên khoá phải đảm bảo được nguyên tắc là khi có bất kỳ một hư hỏng nào xuất hiện ở bất kỳ chỗ nào trong mạch điện thì phải dẫn đến an toàn. Các mạch điện nhóm chấp hành thực hiện chức năng quan trọng thiết yếu có đường dây kết nối bên ngoài nhất thiết phải cắt hai đầu ra khỏi nguồn điện để đảm bảo phòng ngừa khi có một nguồn điện nào đó từ bên ngoài tác động vào khi mạch điện chỉ cắt có một đầu hoặc do ảnh hưởng điện trường của các mạch lân cận và ảnh hưởng điện trường của các mạch có dòng lớn. Phương pháp cắt một đầu đối với nguồn chỉ có ở trong các mạch dây dẫn kết nối nội bộ. Các biểu thị không đúng được coi là mất an toàn. Trong thiết kế và lắp đặt, duy tu quản lý thiết bị điện khí tập trung để tạo điều kiện thuận tiện, hợp lý, các mạch điện cần tập trung thành từng cụm, căn cứ vào chức năng nhiệm vụ từng cụm để sắp xếp và phân bố, và các phụ kiện kèm theo thành từng ngăn để có thể dễ dàng sản xuất trong nhà máy một cách thống nhất (ngăn định hình). Toàn bộ đường đón gửi và khu vực yết hầu ga đều phải lắp MĐĐR kiểu kín khi phân chia MĐĐR phải đảm bảo tác nghiệp song song, đảm bảo hiệu quả khai thác vận tải và làm việc ổn định. Cần căn cứ vào loại hình sức kéo và các điều kiện địa hình, mặt bằng, môi trường và vật liệu cấu tạo nền balát, tà vẹt.... để chọn loại MĐĐR phù hợp. 2/- Phương án lựa chọn thiết kế. Qua khảo sát các phương án thiết kế ở phần trên và đánh giá các khả năng của ngành cũng như các nguyên tắc thiết kế, ta có thể lựa chọn một phương án thiết kế cụ thể cho một ga cụ thể tuỳ thuộc điều kiện cụ thể cuả một ga. ở đây, xét một ga giả định gồm 4 đường đón gửi kèm tác nghiệp dồn thì ta nên chọn áp dụng loại hình ga điện khí tập trung kiểu vi xử lý, thiết kế theo phương án điểm nối điểm, phần lựa chọn do vi xử lý đảm nhiệm và phần chấp hành do rơ le đảm nhiệm. III/- Mặt bằng thiết bị ga ĐKTT kiểu vi xử lý 1/- Mặt bằng bố trí thiết bị ga ĐKTT kiểu vi xử lý. Tương tự ở ga thiết bị ghi hộp khoá điện tín hiệu đèn màu, ga tín hiệu điện khí tập trung cũng gồm có thiết bị ngoài trời và các thiết bị trong nhà. * Thiết bị trong nhà gồm: - Đài khống chế hoặc hệ thống điều khiển ILTIS: Gồm các nút ấn, đèn biểu thị, băng sáng biểu thị đường chạy, chuông, đồng hồ đo điện quay ghi và máy đếm trở ngại - Buồng rơle: Gồm các rơ le chấp hành được đấu nối với các thiết bị ngoài trời thông qua mạng cáp. * Thiết bị ngoài trời gồm. - Cột tín hiệu: + Cột đón: Được đặt tại 2 yết hầu ga, gồm 5 biểu thị giống như của ga ghi điện tín hiệu đèn màu. + Cột gửi kiêm dồn: Được đặt tại mỗi đường đón gửi trong ga gồm 2 biểu thị gửi (Lục và Đỏ) và một biểu thị dồn (Trắng sữa) + Cột dồn: Đặt tại 2 đầu ga phía trong cột đón gồm 2 biểu thị Trắng sữa và Tím. + Cột báo trước: Đặt trước cột đón khoảng 1000m gồm 2 biểu thị Vàng và lục. - Mạch điện đường ray hoặc máy đếm trục: Được bố trí tại các đường đón gửi, khu vực ghi, khu vực không ghi, khu vực báo trước (khoá tới gần). + Mạch điện đường ray đường đón gửi: Để kiểm tra vị trí đoàn tàu và trạng thái thanh thoát của đường đón gửi. + Mạch điện đường ray khu ghi: Được bố trí tại khu vực ghi để kiểm tra trạng thái chiếm dụng khu ghi. Mạch điện đường ray này chỉ điều khiển tối đa 3 ghi. + Mạch điện đường ray không ghi: Được bố trí từ cột đón đến ghi đầu tiên cho mỗi hướng để kiểm tra tình trạng chiếm dụng khu ga của đoàn tàu. + Mạch điện đường ray tới gần: Được bố trí tại khu vực cột báo trước có tác dụng báo tới gần của đoàn tàu. - Mạng cáp: Dùng để dẫn nguồn và tín hiệu đến các ghi, các đèn biểu thị, đến các hòm biến thế... Được bố trí (chôn dưới đất) dọc theo ray và vuông góc với ray. - Ghi: Là loại ghi quay bằng động cơ. Ngoài ra còn có hộp cáp, hòm biến thế ... 2/- Bản vẽ bố trí mặt bằng thiết bị ga ĐKTT kiểu vi xử lý. phần III Thiết kế mạch lựa chọn và chấp hành Như ở phần trên, ta đã xét đến một ga giả định có 4 đường đón gửi kèm tác nghiệp dồn với mặt bằng thiết bị như đã giới thiệu. Đây là ga ĐKTT kiểu vi xử lý có phần lựa chọn sử dụng vi xử lý và phần chấp hành là rơle đảm nhiệm. Các mạch điện cụ thể như sau: I/- Mạch lựa chọn đường chạy PLC interface PLC Chọn ghi trái RGT +24V (SPS1) Hình 1. Mạch điện chọn ghi trái Việc lập đường chạy do PLC thực hiện quay các ghi về vị trí yêu cầu và xác định rằng các ghi trên đường chạy không bị khoá do đã lập đường chạy khác. Quá trình lựa chọn ghi theo sơ đồ sau: Các ghi lựa chọn bằng rơle RGT (chọn ghi trái) và RGP(chọn ghi phải). PLC có lưu trữ yêu cầu vị trí của các ghi đối với mỗi đường chạy lựa chọn. PLC đưa ra mệnh lệnh để quay các ghi về vị trí yêu cầu đối với đường chạy đã lựa chọn. Các mệnh lệnh này cũng ra lệnh khoá các ghi tại vị trí thích hợp với đường chạy. Sau khi các ghi được lựa chọn, các đường chạy được lựa chọn bằng cung cấp nguồn cho rơle RĐKĐG đối với đường đón gửi hoặc đường dồn ở lối vào đường chạy đó. RĐKĐG và RĐTD hút theo sơ đồ sau: Chức năng của PLC trong mạch RĐKĐG và RĐTD hút như sau: - PLC ghi nhận thao tác của trực ban khi lựa chọn đường chạy tại các lối vào và ra thích hợp. - Kiểm tra toàn bộ đường chạy đó, kể cả khoảng vượt quá và sẵn sàng tiếp nhập các thông tin từ hệ thống liên khoá rơle để loại trừ các kiểm tra không cần thiết trên đường chạy đối với hệ thống liên khoá rơle. Ví dụ một đường chạy không thể lập được nếu có một ghi trên dường chạy đã được lập ở vị trí và khoá theo hướng của một đường chạy đối nghịch khác, ngay sau khi đường chạy được lập trước đã được giải khoá thì PLC sẽ lựa chọn đường chạy yêu cầu. PLC lựa chọn đường đón gửi RTD RKTD 48V PLC lựa chọn đường dồn RTĐG RKTĐG 48V RTĐG RTD Để lập đường chạy các rơle RĐKĐG hoặc RĐTD tại lối vào phải hút, Không thể lập đường chạy đón gửi khi đã lập đường chạy dồn. Rơle RĐKĐG hoặcRĐTD hút: Rơ le Tiếp điểm Chức năng RĐTD.D2(RĐKĐG.L4) Dưới Đường chạy đón gửi hoặc dồn đã được lập RKTD.D2(RKTĐG.L4) Trên Đường chạy dồn hoặc đón gửi không được lập. RĐKĐG.L4(RĐTD.D2) Trên Đường chạy được lựa chọn Rơle liên khoá RĐKĐG (để nhớ việc lập đường chạy lối vào) sẽ được cấp nguồn cho một cuộn dây trong một thời gian ngắn. Rơle này duy trì trạng thái hút trong 15 giây phù hợp với cấp nguồn do PLC. Như vậy nếu đường chạy không được lập, mạch trở về bình thường để cho phép nhận thao tác lập lại đường chạy. Nếu đường chạy được lập, rơle RĐKĐG vẫn duy trì ở trạng thái trên cho đến khi đường chạy đã được giải khoá bình thường. Giải khoá bình thường được thực hiện do di chuyển của đoàn tàu đi qua tín hiệu đó trên toàn bộ đường chạy đã lập. PLC cũng cấp nguồn cho cuộn dây thứ hai của rơle RKTR (Rơle khoá tín hiệu lối ra) thực hiện mạch khoá đường chạy gồm cả khoá khoảng vượt quá. Để mạnh lựa chọn đường chạy được hoạt động, cần thiết kiểm tra cắt mạch sợi đốt đèn đỏ (RSĐ). Tiếp điểm hút lên của rơle RĐKĐG hoặc RĐTD làm cho rơle RSĐ rơi theo sơ đồ dưới đây: ¯RĐKĐG RĐĐG RTĐG RTB ¯RĐTD RLD RTD RSC ưRTD ưRSĐ +48V (SST) Mạch điện rơle RSĐ hút Rơle RĐKĐG cũng sẽ hút trong trường hợp khẩn cấp. Rơle RĐKĐG khôi phục theo mạch sau đây: RTB RTGT RXĐ RĐĐG RLD ¯RĐTD ¯RĐKĐG 2¯ 2¯ PLC Giải khoá đường chạy PLC interface +48V Mạch điện rơle ¯RĐKĐG/¯RĐTD khôi khục Kết thúc 15 giây, đường chạy sẽ xác lập hoặc huỷ bỏ để cho phép chọn đường chạy mới (thời gian 15 giây là lớn hơn thời gian lập đường chạy và khôi phục về trạng thái bình thường trong trường hợp đường không lập được vì một lý do nào đó). Rơle khôi phục do nguồn cấp cho cuộn dây thứ hai như hình vẽ trên. Nguồn này chứng tỏ rơle RĐĐG (rơle thời gian khoá khoảng vượt quá) hoặc RLD (rơle lập đường dồn) đã khôi phục bình thường, hoặc đoàn tàu đã đi vào đoạn chiếm dụng đầu tiên ngay sau tín hiệu. Nếu đường chạy đã lập rơle RĐĐG hoặc RLD sẽ hút lên, do vậy đảm bảo đường chạy không thể khôi phục được. Sau khi đường chạy được lựa chọn thì ghi tương ứng với đường chạy cần thiết được khoá lại để đảm bảo ghi không chuyển trạng thái trước khi cho phép đoàn tàu di chuyển qua nó. Khoá ghi do rơle RKG trực tiếp thực hiện. Đường chạy đã lập xong và khoá lại, đến đây hệ thống liên khoá phải khẳng định chắc chắn rằng đường chạy đã lập xong và đã khoá truớc khi mở tín hiệu cho phép. DIIIM D4M CTM 8 C4 L4 2 COM 2-8M Xét mạch lựa chọn gửi từ trái qua phải Là đường chạy gửi tàu vào khu gian đóng đường, không có khoảng vượt quá. Ghi nhận rằng hoạt động của mạch điện là từ phải sang trái. Mạch điện qua các điều kiện sau: Rơle Tiếp điểm Chức năng RĐ2.2-8M Trên Đoạn 2-8M thanh thoát RĐ1.CTM Trên Phân khu đóng đường thanh thoát RĐ2.COM Trên Đoạn đường COM thanh thoát F.C Trên Xác lập đóng đường gửi (Không đón tàu) RKTR1.C Dưới Tín hiệu C chọn là tín hiệu lối ra RKTR.C Dưới Tín hiệu lối ra C đã khoá RĐKĐG.L Dưới Tín hiệu L không chọn là tín hiệu lối vào RXĐ.2-8M Dưới Đoạn đường 2-8M ở trạng thái bình thường đã giải khoá RGKP.8 Trên Ghi 8 khai thông phía phải và đã khoá RGKP.2 Trên Ghi 2 khai thông hướng trái và đã khóa RĐKĐG.L4 Trên Tín hiệu._.