Bài viết này giới thiệu một ứng dụng Elipse E3 được phát triển để tự động hoá các trạm và các thành phần khác tích hợp trong mang điện của hệ thống giao thông tàu hỏa của Rio de Janeiro.

Trung tâm báo trí Elipse Software

YÊU CẦU

SuperVia là hệ thống giao thông tàu hỏa trong khu vực đô thị ở Rio de Janeiro, phục vụ 11 thành phố khác nhau và khoảng 10 triệu lượt khách mỗi tháng. Đường ray của nó chạy dài 225km quanh các khu dân cư và khu vực thương mại của ngành sản xuất và phát triển quan trọng ở Brazil.

Trước khi sử dụng Elipse E3, tất cả các trạm điện và các thành phần trong hệ thống điện của SuperVia được giám sát tại chỗ bằng cách sử dụng điện thoại và bảng từ. Trên bảng này, một biểu đồ mô tả hệ thống điện được sử dụng cho những người điều khiển tham chiếu; những người điều khiển sẽ sử dụng những nam châm nhỏ để thiết lập hệ thống điện của đường sắt.

Hình 1-Bảng từ được sử dụng để giám sát hệ thống điện của đường sắt trước đây

Với những miếng nam châm, cách điều khiển được thực hiện như sau: khi có vấn đề xảy ra trong hệ thống, người vận hành ở gần trạm sẽ gọi điện tới người điều khiển phụ trách. Từ Trung tâm điều khiển nguồn (Power Control Center-PCC), người điều khiển sẽ vẫn thông qua điện thoại, hướng dẫn người vận hành ở hiện trường cách thức xử lý cho sự cố này. Điều này có nghĩa là người vận hành là người điều khiển thực sự sử lý các cảnh báo và vấn đề trong hệ thống. Đối với những người điều khiển hệ thống, họ không những phải chấp nhận một cách mù mờ những phân tích do người vận hành cung cấp, mà còn phải tin tưởng các lệnh của mình được họ thực hiện chính xác.

Để thay đổi tình hình này, SuperVia, với sự giúp đỡ của ADKL Zeller Eletro Sistemas LTDA, đã triển khai phần mềm E3, hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu (Supervisory Control and Data Acquisition-SCADA) được phát triển bởi Elipse Software. Mục tiêu của họ là lắp đặt một giải pháp có thể giám sát, một cách tự động hoàn toàn, hệ thống điện của hệ thống tàu ở Rio de Janeiro. Nói cách khác, hệ thống cần một gói phần mềm có thể bảo đảm đáp ứng an toàn hơn, nhanh trong mọi tình huống sự cố xảy ra.

Nói chung, SuperVia giờ đây làm việc với các loại bản quyền của phần mềm E3: một máy chủ (E3 Quan sát và điều khiển-E3 Viewer Control) và hai máy khách (E3 chỉ quan sát-E3 Viewer Only), tất cả chúng được lắp đặt tại trung tâm điều khiển nguồn-PCC của Công ty.

GIẢI PHÁP

Không giống như trường hợp trước, hệ thống mới trên nền E3 làm cho hệ thống nguồn điện của đường sắt điều khiển dễ dàng hơn, nhanh hơn và tin cậy hơn. Thay đổi quan trọng đầu tiên tại PCC là sự thay thế của bảng từ cũ bởi “Boat Panel-Bảng tàu”, đây là một bảng điều khiển điện tử cao 2m, rộng 6m, chạy E3 Viewer Only.

Hình 2-Bảng theo dõi toa xe, bước đầu tiên hướng tới tự động hoá

Với bảng điều khiển mới này, những người điều khiển có thể kiểm tra toàn bộ hệ thống điện của đường sắt từ bàn làm việc của họ, giám sát chặt chẽ mỗi trạng thái của trạm mà không cần gọi điện cho những người vận hành hoặc đích thân đi tới nơi xảy ra sự kiện. Do đó, họ có thể giám sát trạng thái của toàn bộ hệ thống mà không cần thông tin đầu vào từ những người vận hành.

Tuy nhiên, những hành động quan trọng khi hiển thị hệ thống trong trường hợp này: ngoài bảng điều khiển mới, SuperVia còn có bốn máy tính được kết nối với nhau. Một trong số chúng hoạt động như máy chủ hệ thống, với bản quyền E3 Server và E3 Viewer Control, do đó làm người vận hành có khả năng thực thi các lệnh từ bất kỳ máy nào nêu trên, bởi tất cả đều chạy cùng một ứng dụng.

Hình 3-Trước và sau: sự ra đi của điều khiển bằng tay, thời đại điện tử xuất hiện

Việc lắp đặt hệ thống giám sát-điều khiển trạm điện của đường sắt được thực hiện theo thứ tự, ví dụ, một trạm một lần. Để điều khiển mỗi một trạm trong số các trạm này, một cơ sở hạ tầng hoàn chỉnh được yêu cầu sẵn sàng với các khoảng cách dài giữa các điểm này, có thể sử dụng các bộ chuyển đổi cáp quang, sóng radio không dây, hoặc kết hợp giữa các dạng khác.

CHỨC NĂNG

Theo Eduardo Luiz dos Santos Limoeiro, người quản lý hệ thống tự động hoá của ADKL và là một trong những người chịu trách nhiệm của ứng dụng, E3 có khả năng cho những người vận hành mô hình hóa hoàn chỉnh về hệ thống đường sắt, bao gồm tất cả các trạm điện, cũng như để nhận biết sự hiện diện của bất kỳ sự kiện nào trong hệ thống từ các máy tính được lắp đặt trong trung tâm PCC. Với E3, bảo vệ hệ thống cũng là cốt lõi: nó có thể thực hiện những hành động khác nhau như chuyển mạch máy cắt đóng hay mở phụ thuộc vào yêu cầu của khu vực, bằng cách cách ly hay cung cấp năng lượng cho vùng được lựa chọn trên đường sắt thông qua một cú nhấp chuột đơn giản.

“Ví dụ, hãy tưởng tượng có một sự cố ngắn mạch tại một điểm nhất định trên đường dây. Trong những trường hợp như vậy, chúng ta có thể cách ly khu vực ảnh hưởng cho tới khi nó được sửa chữa, do đó sẽ bảo vệ phần còn lại của hệ thống”, nhà quản lý này nói

Hình 4-Màn hình E3 thể hiện trạng thái của các máy cắt tại trạm Penha, ở Rio de Janeiro. Xanh lá cây, đóng. Đỏ, ngắt

Theo Limoeiro, điểm khác biệt tuyệt vời E3 đem lại cho hệ thống giám sát và điều khiển mạng điện của đường sắt được tổng hợp là “tính động, tốc độ và điều hành linh hoạt”. Điều khác biệt này liên quan trực tiếp tới sự mạnh mẽ tuyệt vời của phần mềm trong cả hai việc: xác định những sự cố (qua các cảnh báo) và giải quyết chúng sau đó.

Felipe Winter, kỹ sư phát triển của ADKL người đã giúp đỡ triển khai phần mềm, chỉ ra một nguồn tài nguyên khác trong E3: sức ép để điều khiển sáu trạm cầu dao phân đoạn. Giống như các trạm chỉnh lưu, các thiết bị này chịu trách nhiệm phân đoạn và cấp điện song song (dự phòng) trên đường sắt. Tuy nhiên, có một điểm khác biệt: thay vì nhận năng lượng từ nhà cung cấp, chúng sử dụng năng lượng từ các trạm điện của chính ngành đường sắt.

Hình 5-Màn hình hiển thị một cầu dao phân tải tại trạm Bangu ở Rio de Janeiro

Trong số các chức năng có trong phần mềm, Winter cũng chỉ ra tính động liên quan đến các đáp ứng nhanh hơn.

“Giả sử một máy cắt bị mất tác dụng. Nếu các trạm vẫn sử dụng hệ thống cũ, máy cắt sẽ chỉ hoạt động tác dụng trở lại sau khi người vận hành và bộ điều khiển trao đổi thông tin. Với E3, bằng cách khác, giao tiếp này là không cần thiết nữa, vì bộ điều khiển không chỉ nhìn thấy vấn đề mà còn giải quyết nó từ trạm trung tâm”, Winter cho biết.

Theo Winter, trước khi ứng dụng phần mềm Elipse E3, khoảng 70 người vận hành bắt buộc phải làm việc trong các trạm để kiểm tra những trục trặc nhỏ nhất trong hệ thống, tình hình đó đã hoàn toàn thay đổi gần đây: bây giờ nó hoàn toàn tự động.

“Thực tế, người điều khiển không thể nhìn thấy những gì đang xảy ra trên đường dây này trước khi sử dụng phần mềm. Bằng Elipse E3, các nhà điều khiển có thể nắm bắt lập tức tất cả các yếu tố trực quan trong hệ thống điều khiển, ví dụ, màu sắc trên bảng điều khiển: xanh lá cây là tắt, đỏ là mở. Điều này nghĩa là họ bây giờ nhận thấy rõ ràng hơn về những trạng thái của các đối tượng và tình trạng trong hệ thống so với trước đây”, ông này nói.

Hình 6-Màn hình giám sát E3 trạm Dom Pedro II

Sau khi trang bị hệ thống mới, người điều khiển giờ có thể kiểm tra chi tiết bất kì sự kiện nào xảy ra trong quá khứ và nghiên cứu quá trình, sau đó lấy thông tin của một lỗi xuất hiện nhất định, để xác định nguyên nhân lỗi hoặc hiểu cách thức để xử lý trong tình huống này.

LỢI ÍCH

• Mô hình hóa và hiển thị tất cả 21 trạm của đường sắt ở Rio de Janeiro thông qua Bảng Tàu điện tử.
• Dễ dàng giám sát trạng thái của từng máy cắt và cầu dao phụ tải phân đoạn chính trên hệ thống (xanh lá cây = cắt, đỏ = mở).
•   Đáp ứng ngay tức thì với hầu hết các sự kiện.
•  Tự động hoá toàn bộ hệ thống, làm cho bảng từ với nam châm trở nên lỗi thời.
• Theo dõi hiệu quả tất cả các thành phần trong hệ thống điện của tuyến đường bởi các bộ điều khiển, sự có mặt của người vận hành tại hiện trường khi xảy ra sự cố là phương án dự phòng.
• Tự do hành động để cách ly hoặc cấp điện cho từng phần của hệ thống điện trong trường hợp quá tải, mất nguồn hoặc ngắn mạch.
• Truy vấn chi tiết các thông tin liên quan tới các hành động đã thực hiện trong quá khứ gắn với các sự kiện.

CÁC LƯU Ý

Theo nhân viên điều khiển Júlio César Diniz, việc triển khai lắp đặt E3 đã cải thiện lớn cho hệ thống.

“Phần mềm này có tác dụng tuyệt vời. Nhờ có điều khiển từ xa, chúng tôi bây giờ lấy thông tin từ các màn hình của mình và từ bảng điện tử, thông qua các cảnh báo, với chính xác thời gian khi sự kiện xảy ra. Chúng tôi không phải đợi cuộc gọi từ người vận hành để giải quyết vấn đề nữa”, ông ấy nói.

Theo Diniz, các trạm giờ đây hoàn toàn đóng kín, được cách ly khỏi các bộ điều khiển hay người vận hành hệ thống; điều này thực sự có thể bởi hệ thống đã tự động hoá hoàn toàn.

“Lợi ích lớn nhất mà E3 mang lại cho hệ thống của chúng tôi tính nhanh chóng: nhanh trong giám sát các sự cố, nhanh khi thực thi các lệnh điều khiển để giải quyết các vấn đề”, ông bổ sung thêm.

Theo Osmar de Araújo Nobrega, điều phối viên đèn giao thông, viễn thông, mạng trên không và các trạm biến áp của SuperVia, E3 cũng cho phép người vận hành có một cái nhìn rộng về hệ thống. Điều này giúp cho việc điều khiển 225 km đường sắt của Rio de Janeiro trở nên dễ dàng hơn nhiều.

“Tất cả đường dây truyền tải được kết nối với nhau, và khi một máy cắt bị cắt ra, có một máy cắt ở trạm khác cần phải tham gia, đôi khi khoảng cách xa tới bốn hoặc thậm chí là tám km. Trong những trường hợp như vậy, việc có thể nhìn thấy toàn bộ hệ thống là một lợi thế để lựa chọn cách xử lý tốt nhất”, điều phối viên chỉ ra.

Một điểm tích cực khác khi sử dụng phầm mềm của Elipse, theo Nobrega, là khả năng vận hành hệ thống từ xa.

“Sơ đồ của hệ thống đã được quy hoạch để cho chúng tôi về khả năng điều khiển rộng nhất đối với mạng lưới. Giờ đây, chúng tôi có thể quan sát tất cả các sự kiện một cách đơn giản bằng cách sử dụng bảng điều khiển điện tử và bốn máy tính lắp đặt trong PCC”, ông ấy nói.

“Và cuối cùng, đừng quên rằng PCC hiện đang được tổ chức lại, trong tương lai, kết quả sẽ có ảnh hưởng lớn hơn”, Nobrega thông tin.

THÔNG TIN KỸ THUẬT

Khách hàng: SuperVia

Đơn vị tích hợp hệ thống: ADKL Zeller Eletro Sistemas LTDA.

Gói phần mềm Elipse: Elipse E3

Số lượng license: 1

Nền tảng phần mềm: Windows XP, Elipse 2.5, Oracle

Số lượng thông tin: 2.305

Giao thức (I/O Driver): Modbus