Đề tài hệ thống kiểm soát tải trọng giải pháp cho vấn đề kiểm soát tải trọng mô phỏng trạm kiểm soát tải trọng

Khái quát về hệ thống kiểm soát tải trọngHệ thống kiểm soát tải trọng là mô hình kiểm tra, giám sát trọng lượng xe, từ đó phân tích, xử lý những trường hợp xe quá tải, hay trọng lượng xe

1

02

03

0

4

Khái quát về hệ thống kiểm soát tải trọng

Hệ quả của vấn đề quá tải trọng

Giải pháp cho vấn đề kiểm soát tải trọng

Mô phỏng trạm kiểm soát tải trọng

2

1 Khái quát về hệ thống kiểm soát tải trọng

Hệ thống kiểm soát tải trọng là mô hình kiểm tra, giám sát trọng lượng xe, từ đó phân tích,

xử lý những trường hợp xe quá tải, hay trọng lượng xe vượt quá giới hạn cho phép của hệ thống

cầu, đường…

Hình 1.1 Ảnh minh họa – hướng đi trạm cân tải trọng

31.1 Thế nào là hệ thống kiểm soát tải trọng

-Thuộc nhóm nước đang phát triển, Việt Nam cũng như các nước đang phát triển khác đều đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa, bắt kịp xu thế toàn cầu, tuy nhiên, việc phát triển cũng

chưa được đi đôi với quản lý GT một cách chặt chẽ

-Xuất phát từ lợi ích cá nhân nên các cá nhân doanh nghiệp tìm mọi cách giảm chi phí đầu

tư ban đầu, hạn chế số lượng xe mua vào; chở quá tải, tăng ca, tăng chuyến để cạnh tranh và

giảm giá thành vận chuyển

-Nhận thức về pháp luật, kỹ thuật xe và ý thức bảo đảm an toàn giao thông của nhiều chủ

xe, lái xe còn yếu kém và hạn chế…hoặc luồn lách, bất chấp sự mất an toàn giao thông và pháp

luật

1.2 Thực trạng ở Việt Nam

2.1 Nguy cơ tiềm ẩn về tai nạn giao thông

Hình 2.1 Xe quá tải trọng tai nạn giao thông

5

2 Hệ quả của vấn đề quá tải trọng

Xe quá tải hoạt động là một trong những yếu tố gây nhiều vụ tai nạn giao thông thảm khốc Khi chở quá tải, hệ thống an toàn, trục, kết cấu chịu lực của phương tiện bị suy giảm, không

đảm bảo, thậm chí mất tác dụng trong điều kiện thời tiết xấu hoặc đường xuống cấp

2.2 Ảnh hưởng đến kết cấu cầu, đường

Xe quá tải hoạt động cũng khiến kết cấu của nhiều tuyến đường nhanh chóng bị xuống cấp,

3.1 Dự án cân trọng lượng, tải trọng thông minh trên thế giới

Trên thế giới hiện có 03 công nghệ cân động phổ biến gồm: cảm biến thạch anh, elcectric và Bending plate

Piezo-Ngoài ra còn có hệ thống cân tĩnh hoặc với tốc độ thấp <5 km/h với kết cấu tương tự sử dụng cảm biến lực loadcell

Hình 3.1 Các loại công nghệ cân phổ biến

9

3.Giải pháp cho vấn đề kiểm soát tải trọng

3.1.1 Hệ thống cân tải trọng xe tự động (Weighing-in-Motion_WIM)

Hệ thống WIM (Weighing-in-Motion) đã xuất hiện tại Mỹ vào giữa những năm 1950, kể từ đó

đã có rất nhiều bước phát triển và các mô hình ứng dụng khác nhau trên thế giới đáp ứng sự tăng

trưởng lưu lượng xe tải ngày càng cao

Hình 3.2 Minh họa hệ thống WIM

10

Một hệ thống cân tự động gồm các thành phần chính sau:

- Bộ cảm biến cân: Có chức năng cảm biến và chuyển đổi các lực gây ra bởi tải trọng trục xe thành các

tín hiệu điện Cảm biến sử dụng công nghệ thạch anh (Quartz sensor) mỗi làn được lắp đặt 04 thanh cảm

biến thạch anh được kết nối trực tiếp tới thiết bị Thu thập dữ liệu (Data logger) đặt tại tủ điều khiển Các

tín hiệu thu nhận được từ các cảm biến thạch anh sẽ truyền về thiết bị thu thập dữ liệu để xử lý.

Hình 3.3 Hệ thống cân sử dụng cảm biến thạch anh

- Thiết bị dò xe: bao gồm vòng từ và bộ dò vòng từ Vòng từ lắp đặt tại làn xe gần vị trí cảm biến thạch anh, kết nối tới thiết bị dò vòng từ đặt trong tủ điều khiển để xử lý tín hiệu Tín

hiệu đầu ra sau của thiết bị dò vòng từ sẽ truyền đến thiết bị thu thập dữ liệu WIM

- Thiết bị thu thập dữ liệu WIM: Được kết nối trực tiếp với cảm biến cân, bộ dò vòng từ

để thu thập dữ liệu trọng tải xe khi xe di chuyển qua khu vực cảm biến thạch anh Từ chính

những số liệu về lực được ghi nhận này, thiết bị thu thập dữ liệu sẽ tính toán ra được tải trọng

trục xe, từ đó tính toán được tải trọng của cả xe

- Camera quan sát biển số xe: Có chức năng thu thập các thông tin về biển số xe Nhờ

đó, khi phát hiện xe vi phạm tải trọng, các lực lượng chức năng sẽ có đủ thông tin về tải trọng và

biển số để cưỡng chế xe vi phạm ra khỏi tuyến đường

các xe có dấu hiệu vi phạm tải trọng.

- Máy tính xử lý: Tổng hợp thông tin thu nhận được từ các bộ thu thập dữ liệu cân và hệ thống camera giám sát Các thông tin tổng hợp sẽ được đóng gói chuyển tới trung tâm điều hành

cân (nếu có) hoặc sử dụng để giám sát dữ liệu cân tại chỗ theo thời gian thực

3.1.2 Hệ thống cân xách tay - Intercomp Mỹ

Hệ thống cân ô tô xách tay intercomp của Mỹ cho độ chính xác, ổn định cao, thiết kế nhỏ gọn,

dễ vận hành đồng thời được tích hợp truyền thông không dây và sử dụng pin Hệ thống cân xách

tay bao gồm các thành phần sau:

-Cân WIM LS630:

Được thiết kế để sử dụng theo cặp hai cân và hỗ trợ cả giao diện nối dây lẫn không dây

Hình 3.4 Hệ thống cân WIM LS630 12

-Bộ hiển thị độc lập PT20

Bộ hiển thị độc lập này sẽ hiển thị và lưu trữ toàn bộ thông tin của phương tiện được cân khi kết nối với cặp cân LS630 Các thông số như trọng lượng tại các bánh, trọng lượng tại các

trục xe, tổng trọng lượng xe, khoảng cách giữa các trục, và tốc độ xe được ghi lại Kết quả được

hiển thị trên màn hình LCD 5,7” và bộ hiển thị này có thể lưu giữ thông tin của 2000 lượt

phương tiện

Hình 3.5 Bộ hiển thị PT20

13

3.2 Giải pháp tại Việt Nam

3.2.1 Học hỏi, nâng cấp hạ tầng kiểm soát tải trọng

Hiện nay nước ta đang tăng cường kiểm soát tải trọng phương tiện, nhiều dự án đã được

bố trí thí điểm cũng như đang đi vào quá trình hoạt động

Mặc dù được xây dựng các trạm, làn cân tải trọng, cũng như được đầu tư các bộ cân xách tay song vẫn còn nhiều mặt hạn chế do số lượng phương tiện lưu thông quá nhiều, cũng

như mạng lưới cầu, đường dày đặc tại các thành phố lớn

Hình 3.7 Trạm cân trên đường quốc lộ 1

Giải pháp là học hỏi, nâng cấp hệ thống cân tải trọng, cụ thể là các hệ thống tự động, thông

minh điển hình như sử dụng cảm biến thạch anh: phạm vị cân rộng, tính ổn định cao, chính xác

cao, trả kết quả cân nhanh, đặc biệt phù hợp cho các trường hợp kiểm tra tải trọng lúc xe đang

chạy

Hình 3.8 Hệ thống kiểm soát tải trọng thông minh

Các hiệu quả khi áp dụng được hệ thống KSTT thông minh:

-Thu thập dữ liệu chính xác 24/7

-Cung cấp số liệu tin cậy để thiết kế, bảo trì tối ưu

-Phục vụ trạm thu phí, xử phạt trực tiếp

-Ứng dụng cả tại các khu cảng, bến bãi, khu công nghiệp, nhà máy để kiểm soát tải trọng hàng hóa

thay thế cân tĩnh hoạt động chưa hiệu quả, sai số lớn

Sở GTVT cần chỉ đạo các lực lượng chức năng tổ chức tuyên truyền, phổ biến, hướng dẫn pháp luật về xử lý phương tiện chở hàng quá khổ, quá tải với các chủ phương tiện Cùng với

đó, là tập trung đẩy mạnh công tác kiểm tra và xử lý vi phạm để mang lại hiệu quả.

Hình 3.9 Thí điểm cân tải trọng

73.2.2 Ban hành luật, phổ cập chặt chẽ tới người tham gia giao thông

Các doanh nghiệp kinh doanh vận tải, chủ mỏ, chủ cảng bến tại các điểm có bến, cảng, nhà máy xi măng, mỏ vật liệu, đầu mối bốc xếp hàng hóa và các vị trí có dự án đang thi công phải

cam kết để phòng ngừa và giảm bớt khó khăn cho các lực lượng chức năng ngay từ giai đoạn đầu

tiên Đồng thời, tăng cường công tác thanh tra, kiểm tra trên các tuyến đường bộ thuộc thẩm quyền

quản lý cũng như kiên quyết xử lý khi phát hiện các hành vi vi phạm, đặc biệt vi phạm về chở hàng

quá tải trọng và vi phạm về tự ý thay đổi kích thước thành thùng xe

Hình 3.10 Xe tự ý thay đổi kích cỡ thành, thùng

8

4.1.1 Các linh kiện

Hình 4.1 Arduino Uno R3

15

4 Mô phỏng trạm kiểm soát tải trọng

4.1 Giới thiệu chung về mô hình và các linh kiện chính được sử dụng

- Arduino uno R3

Hình 4.1: Arduino Uno R3

Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc

Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể

giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau

4.1.1 Các linh kiện

- Module mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell 711

Mạch chuyển đổi ADC 24bit Loadcell HX711 được sử dụng để đọc giá trị điện trở thay đổi từ hay là điện áp thay đổi từ cảm biến Loadcell (thường rất nhỏ không thể đọc trực tiếp bằng

VĐK) với độ phân giải ADC 24bit và chuyển sang giao tiếp 2 dây (Clock và Data) để gửi dữ liệu

về Vi điều khiển, thích hợp để sử dụng với Loadcell trong các ứng dụng đo cân nặng

Hình 4.3 Sơ đồ đấu dây loadcell

17

4.1.1 Các linh kiện

- Module led thu phát hồng ngoại

Được tích hợp bộ phát hồng ngoại và bộ thu hồng ngoại Bộ phát hồng ngoại là một diode phát sáng (LED) phát ra các tia hồng ngoại.

Khi led phát hồng ngoại phát ra bức

xạ, nó đến được vật thể và một số bức xạ phản

xạ lại led thu hồng ngoại Dựa trên cường độ thu của led thu hồng ngoại, đầu ra của cảm biến sẽ được xác định là mức cao hoặc thấp

Hình 4.4a Module thu phát hồng ngoại

18

Hình 4.4b Nguyên lý của led thu phát hồng ngoại

4.1.1 Các linh kiện

- Động cơ servo

- Là loại động cơ khả trình được dùng phổ biến

trong các mô hình điều khiển nhỏ và đơn giản

Động cơ có tốc độ phản ứng nhanh, được tích hợp

sẵn Driver điều khiển động cơ, dễ dàng điều khiển

góc quay 0-180’ bằng phương pháp điều độ rộng

xung PWM

Thông số kỹ thuật: Động cơ RC Servo SG90.

-Điện áp hoạt động: 4.8-5VDC-Tốc độ: 0.12 sec/ 60 degrees (4.8VDC)

-Lực kéo: 1.6KG.CM-Kích thước: 21x12x22mm-Trọng lượng: 9g

Hình 4.5 Động cơ Servo

19

- Sơ đồ đi dây của mô hình

Hình 4.7 Sơ đồ đấu dây

4.1.2 Nguyên lý hoạt động

Vượt quá tải trọng cho phép (200g)

Xe lùi khỏi vị trí cân Cửa vào mở cho xe lùi Đèn báo đỏ

Xe qua khỏi vị trí cân Đèn báo tắt

Hình 4.8 Trạng thái ban đầu

4.1.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 4.9 Ô tô đi vào vị trí cân 24

4.1.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 4.10a Màn hình hiển thị tải trọng lượng cân được

4.1.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 4.10b Trọng lượng không cho phép

4.1.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 4.11a Màn hình hiển thị trọng lượng cân được 25

4.1.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 4.11b Trọng lượng cho phép 26

4.1.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 4.12 Ô tô ra khỏi vị trí cân

27

4.1.2 Nguyên lý hoạt động