Nghiên cứu thiết kế mạch xử lý tín hiệu bộ đếm trục sử dụng trong hệ thống cảnh báo đường ngang tự động

Nghiên cứu này đưa ra giải pháp chế tạo thiết bị đếm trục sử dụng cho đường sắt Việt nam. Nguyên lý của cảm biến dựa vào sự thay đổi từ thông qua cuộn thu khi bánh tàu đi qua cảm biến, mạch xử lý tín hiệu căn cứ vào biên độ và pha điện áp từ cuộn thu nhận dạng trạng thái của bánh tàu chiếm dụng vùng không gian đặt cảm biến. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu thiết kế mạch xử lý tín hiệu bộ đếm trục sử dụng trong hệ thống cảnh báo đường ngang tự động TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH XỬ LÝ TÍN HIỆU BỘ ĐẾM TRỤC SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG CẢNH BÁO ĐƯỜNG NGANG TỰ ĐỘNG Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thanh Hải Sinh viên thực hiện: Trần Văn Khuyến Ngô Tạo Quyết Meas Muny Roeurth Mech kiriraksmey Lat Chanthun Lớp: KTDT&THCN K58 Tóm tắt: Bộ đếm trục là một thiết bị quan trọng để hệ thống điều khiển tín hiệu đường sắt hoạt động an toàn và chính xác. Hiện nay thiết bị đếm trục nhập khẩu được dùng phổ biến trong hệ thống tín hiệu đường sắt, nghiên cứu này đưa ra giải pháp chế tạo thiết bị đếm trục sử dụng cho đường sắt Việt nam. Nguyên lý của cảm biến dựa vào sự thay đổi từ thông qua cuộn thu khi bánh tàu đi qua cảm biến, mạch xử lý tín hiệu căn cứ vào biên độ và pha điện áp từ cuộn thu nhận dạng trạng thái của bánh tàu chiếm dụng vùng không gian đặt cảm biến. Cảm biến và mạch xử lý được chế tạo và thử nghiệm trên đường sắt Việt nam, kết quả cho thấy ngưỡng giữa trạng thái có tàu và không có tàu được phân biệt rõ ràng. Giá trị đếm trục được truyền về trung tâm điều khiển qua mạng truyền thông CAN độ tin cậy cao. Ứng dụng của thiết bị chế tạo có thể được dùng cho ga điện khí tập trung, hệ thống tự động cảnh báo đường ngang, hệ thống đóng đường tự động. Từ khóa: Đếm trục, Xử lý tín hiệu, Tách pha, Ga điện khí tập trung. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Thiết bị đếm trục dùng để kiểm tra sự hiện diện của bánh tàu trên một khu đoạn đường sắt, nó có vai trò quan trọng trong việc đánh giá sự thanh thoát (không chiếm dụng) của một phân khu điều khiển. Nguyên tắc hoạt động dựa trên sự cảm nhận thay đổi từ thông của cuộn dây thu tín hiệu đặt ở một bên ray khi có một bánh tàu chạy qua. Hiện nay thiết bị đếm trục được dùng rộng rãi trong hệ thống tín hiệu đường sắt, nó dần được thay thế cho mạch điện đường ray truyền thống. Ở Việt nam thiết bị đếm trục được sử dụng trong các dự án trang bị thiết bị điện khí tập trung liên khóa rơ le 6502 trên Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 73 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI các tuyến Hà Nội - Lào Cai, Hà Nội - Đồng Đăng của ZTE, dự án trang bị thiết bị liên khóa SSI của Alstoms cho tuyến Hà Nội - Vinh. Cũng như các thiết bị đặc thù cho đường sắt khác, thiết bị đếm trục của các hãng sản xuất nước ngoài được trang bị đồng bộ với hệ thống điều khiển tín hiệu với giá thành rất cao. Việc tiếp cận công nghệ để thay thế sửa chữa, vận hành gặp nhiều khó khăn, hơn nữa trong ngành đường sắt thiết bị đếm trục còn có thể sử dụng ngoài khu gian như hệ thống tự động cảnh báo đường ngang, đóng đường tự động, ... Nhiều hệ thống cần được thiết kế và chế tạo theo đặc thù vận hành của đường sắt Việt Nam, do đó việc sản xuất được thiết bị đếm trục đảm bảo các tính năng an toàn với giá thành thấp có nhu cầu cấp thiết. 2. THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐẾM TRỤC 2.1. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện nội dung đề tài nghiên cứu, nhóm tiến hành phương pháp nghiên cứu sau : + Học hỏi các kết quả nghiên cứu trước đó từ các bài báo, bài nghiên cứu về lĩnh vực. + Kế thừa công trình nghiên cứu về cơ sở lý thuyết của vật liệu và ứng dụng. + Khảo sát mô hình thực tế các đặc điểm bộ đếm trục khác. + Tìm hiểu tìm tòi các trang báo về bộ đếm trục. 2.2. Phương tiện nghiên cứu Sử dụng các bài báo, internet, quá trình tiếp xúc và làm việc thực tế... 2.3. Nội dung nghiên cứu a. Nghiên cứu, chế tạo cảm biến đếm trục Bộ cảm biến gồm cảm biến phát(đen) và cảm biến thu(trắng) như ảnh dưới. Cuộn phát sẽ được cập một nguồn dao động điều hòa, cuộn thu sẽ cảm ứng và đưa tín hiệu về mạch xử lý để xử lý, pha của tín hiệu thu khi không có tàu và có tàu chắn sẽ ngược pha với nhau, do đó ta có thể dựa trên hiệu ứng này để phát hiện bánh tàu đi qua. Một bộ được trang bị 2 cảm biến phát và 2 cảm biến thu để mục đích xác định hướng của tàu và xác định chính xác số trục tàu hỏa và tính toán tốc độ tàu. Dưới đây là hình ảnh cảm biến mà nhóm đã chế tạo. Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 74 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Hình 1. Bộ cảm biến phát và thu b. Nghiên cứu mạch xử lý tín hiệu Hình 2. Mạch xử lý tín hiệu cảm biến Mạch xử lý tín hiệu đóng vai trò nhận tín hiệu từ bộ cảm biến (2 đôi cảm biến) sau đó xử lý để đưa ra trạng thái có bánh tàu hoặc không có bánh tàu. Vi xử lý lúc này sẽ đảm bảo nhiệm vụ đếm chính xác số bánh tàu đi qua và truyền thông CAN trao đổi dữ liệu với Node trung tâm. Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 75 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI c. Mô hình truyền thông mạng CAN Lợi thế của CAN so với các kênh truyền thông khác ở chỗ: tốc độ truyền thông cao đến 1Mbps, giao thức hỗ trợ truyền từ 8 byte dữ liệu, tự động truyền lại khung lỗi, khả năng kháng nhiễu đường truyền tốt, giao thức truyền thông hỗ trợ nhiều phương pháp phát hiện lỗi (lỗi bit, lỗi hỏi đáp, lỗi định dạng, lỗi CRC, lỗi nhồi bit). Hình 3. Mô hình bố trí 12 Node trên ray trong việc truyền thông CAN bus 2.4. Kết quả - Đã thiết kế được cảm biến có thể sử dụng, áp dụng được trong công việc đếm trục của tàu - Đã thiết kế được mạch xử lý tín hiệu đếm trục - Đã truyền thông thành công các điểm đưa tín hiệu vào trung tâm thông qua giao tiếp CAN. 3. KẾT LUẬN Với việc thiết kế chế tạo cảm biến và mạch xử lý tín lieu dựa theo nguyên lý tách pha và t ...