Tự động hoá trạm thu phí giao thông đường bộ automation toll plaza for road traffic

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, sẽ 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 đã dần dần khẳng định được vai trò cực kì quan trọng và tất yếu của mình. Sự 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 viên 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. Xuất phát từ những yêu cầu của thực tiễn nên việc nghiên cứu, thiết kế và chế 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: Dữ 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 chức 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 phù 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 - Nguồn 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 Hình 1. Nguyên l í làm việc của RFID Hình 3. Sơ đồ 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 thì 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 đã 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 và kiểm tra tài khoản của chủ xe. Nếu các thông tin là hợp lệ và số tiền trong tài khoản đủ cho chuyến đi thì chương trình Visual Basic sẽ tự động trừ số tiền qua trạm của xe tương ứng và đồng thời sẽ đưa tín hiệu điều khiển xuống 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 cạnh. Như vậy xe qua trạm sẽ bỏ qua được giai đoạn mua và 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 thiết lập chế độ điều khiển truyền thông nối tiếp MSComm bằng cách chọn Project - Component (Ctrl T) - Microsoft Comm Control 6.0, biểu tượng hình điện thoại tượng trưng cho MSComm hiện lên, khi cần 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 không tối ưu vì máy tính cần 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 thông số cho cổng truyền thông: + 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 toán truyền thông giữa máy tính và PLC 6. Tính chọn thiết bị cho một trạm ở cấp trường Tại mỗi trạm thu phí như hiện nay, ngoài những thiết bị và cơ sở hạ tầng có sẵn thì khi Tự động hoá 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 thông tin về một xe nào đó khi qua trạm, máy vi tính đó được kết nối với PLC, Keát thuùc Chaïy chöông trình moâ phoûng Ñuùng PC nhaän döõ lieäu ComEvReceive Ñoïc döõ lieäu töø boä ñeäm nhaän vaø xöû lyù döõ lieäu ñoù Ñeäm döõ lieäu vaøo boä ñeäm nhaän MSComm.Input = myInput Kieåm tra vieäc nhaän döõ lieäu BEGIN PC chôø döõ lieäu töø PLC Kieåm tra laïi chöông trình vaø thoâng baùo loãi Sai Hình 7. PC nhận dữ liệu từ PLC BEGIN Maõ hoaù caùc nuùt leänh truyeàn döõ lieäu Kieåm tra vieäc truyeàn döõ lieäu Kieåm tra laïi chöông trình vaø thoâng baùo loãi Sai Ñuùng Truyeàn döõ lieäu ñeán PLC ComEvSend PLC nhaän tín hieäu xöû lyù vaø ñieàu khieån traïm thu phí Keát thuùc 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 mạng cục bộ này được nối với Internet. - Hai Camera này có nhiệm vụ quan sát hai hướng của 2 làn đường ngược chiều nhau. - Bốn 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. - Một máy phát điện dự phòng. - Hai bộ 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 khi 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 phạm Bãi đổ xe vi phạm Cửa vào của xe vi phạm A B BA Cửa vào của xe vi phạm 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 mới 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 trình 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. Ngoài Hình 9. HMI quản lý Hình 10. HMI đăng ký Hình 12. Biên lai xe qua trạmHình 11. HMI hủy Hình 14. HMI nhaät kí xe qua traïmHình 13. HMI cập nhật tài khoản Hình 15. HMI xử lý xe vi phạm và hết 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 yêu 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 lại 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 “MỞ”, lúc đó 2 cửa phía tương ứng có xe vi phạm hay hết toàn khoản sẽ mở ra để xe đi vào 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 bãi 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 khiển 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] Mạng 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] Tạp chí tự động hoá ngày nay