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1、电力机车检修作业安全联锁监控系统,1.概述电力机车在整备场进行检查检修作业，须确保电力机车出入检修平台、车顶检修人员的人身安全和设备安全。作业区是被隔离的无电区，应通过隔离开关将额定电压为27. 5 kv的接触网断开并连接地线。在整个作业过程中，还需对隔离开关的操作、机车顶部作业人员的动向、作业区之外机车的移动等状态进行全程安全监控。隔离开关的操纵及安全监护迄今一直沿用繁琐的人工作业方式，虽然近年来一些单位采用了电动隔离开关，但仍为手动直接操控方式。目前，机车作业的安全监控还没有完整的规章制度和设备保证。根据铁道部1979年重新修订的电气化铁路有关人员电气安全规则和1997年中国铁道出版社再版
2、的电气化铁路安全常识问答的要求，监护员对以下工作过程全程安全监控:,1、整备机车一度停车，鸣示要求进入作业区信号; 2、监护员根据作业区状况决定是否准许进入并显示手信号; 3、整备机车根据准许信号进入作业区; 4、司机降弓后停电登记; 5、操作员穿戴绝缘用具; 6、监护员确认机车状态(停车位置、机车数量、受电弓状态等); 7、操作员打开隔离开关手柄锁，将隔离开关置断开位，隔离开关手柄加锁; 8、操作员挂接地线; 9、监护员将车顶盖锁匙交与司机; 10、司机打开机车顶盖锁，上车顶作业; 11、车顶作业完毕后锁闭机车顶盖; 12、司机交还机车顶盖锁钥匙，送电登记; 13、操作员穿戴绝缘用具; 14
3、、监护员确认全部作业人员撤离车顶，受电弓在降弓位置; 15、操作员撤销接地线; 16、打开隔离开关手柄锁，将隔离开关置开通位，隔离开关手柄加锁; 17、作业机车驶离作业区;,根据国、内外动车段作业的监控技术的现状，结合国内动车所安全作业的要求，研制的动车所安全联锁监控系统主要包括PLC（可编程序控制器）网络控制系统、计算机控制系统、门禁系统和视频监视系统构成，充分利用检测手段、计算机逻辑处理、电器联锁等控制方法，防止由于工作人员的疏忽、精神疲倦、联系不周等人为因素造成事故，实现人机联控确保安全的目的。 并可将以上作业流程简化为： 1、整备机车一度停车，根据进库信号灯指示进入登顶整备作业区，司机
4、降弓将钥匙交与整备调度室值班员。 2、值班员通过视频确认机车状态(停车位置、受电弓在降弓位); 广播提示安全后，按下隔离开关分闸按钮，隔离开关自动分闸。自动验电装置显示无电，自动接地杆挂上。 3、登顶作业人员在值班员处刷卡办理登顶手续，到作业股道刷卡进入三层平台登顶作业; 4、车顶作业完毕后刷卡下平台，到值班员处刷卡办理作业完毕手续； 5、全部登顶作业人员办理作业完毕手续后，值班员通过视频确认全部作业人员撤离车顶，受电弓在降弓位置。 6、广播提示安全后，按下隔离开关合闸按钮，自动接地杆自动复位，其后隔离开关自动合闸；白色信号灯自动开放，机车可以驶离登顶整备作业区。,2.系统作用及功能特点 21
5、本系统主要作用：保证库内电网有电时，工作人员不能上三层作业平台；三层平台有人时，库内接触网不能送电；检修台位有机车，机车不能移动；对库外隔离开关，库内作业人员、车顶情况及机车移动状态进行监视。 22系统功能如下： （1）保证库内电网有电时，工作人员不能上三层作业平台（门禁锁死），具有控制作业人员针对作业股道上、下三层作业平台的门禁功能，具有接触网有电、无电显示功能。 （2）三层平台有人（门禁自动判断；视频图像自动比对）、门禁门未锁闭、作业人员未办理作业完毕手续，库内接触网不能送电；隔离开关合闸前，能进行预报警；具有隔离开关合闸电路互锁、人工互控功能，确保安全。 （3）检修台位有车或登顶整备作业
6、区接触网无电时，其他机车不能进入检修台位；具有机车自动进出库指示灯引导功能。,（4）隔离开关分闸后能够自动验电及自动接地，方便人员操作，避免危险。 （5）能够实时检测接触网是否带电，保障操作人员的安全。 （6）通过刷卡、红外检测能够准确了解三层平台的人员情况。 （7）对库外隔离开关，库内作业人员、车顶情况及机车移动状态进行监视，并具有自动识别三层平台人员及大物件的功能。 （8）具有语音自动、人工广播功能。 2.3、本系统具备以下特点： 2.3.1 电控系统的电器元件均采用高可靠性的进口器件;控制通讯信号稳定可靠;组态软件功能强大、性能稳定。 2.3.2操作简便，人机界面友好,显示直观、清晰，显
7、示内容与现场实际同步对应。 2.3.3主控台、控制柜面板布置结构紧凑、合理，与现场位置相符，操作界面直观、友好。 2.3.4现场布线以桥架为主，颜色统一，布局合理、美观。,3.系统构成及作用 3.1设备布置 3.1.1一线一列位（尽头库）一线一列位，即每股道可以进行一列电力机车的检修作业。设备布置图如图1所示。,LED屏,LED屏,门禁,作业指示灯,作业平台,入信号灯,报警器,报警器,隔离开关,股道,图1 一线一列位每股道设备布置图,摄象机,出信号灯,电控箱,接地装置,3.2系统构成及作用安全联锁监控系统以PLC网络控制系统为核心，主要由PLC网络控制子系统、计算机控制与显示单元、接触网隔离开
8、关控制单元、自动接地装置、门禁控制单元、色灯信号引导单元、安全警示单元、视频监视单元等部分构成。整备场安全系统的设计理念应为“机控人”，机车入库办隔离分以下几个步骤：主控室给进车信号灯机车进入检修台位机车降弓检修现场确认主控室确认-分闸释放残压（验电）挂接地开放检修平台通道登顶下顶撤接地检修现场确认主控室确认-合闸给出库信号灯机车离开检修台位，整个程序应由计算机控制，即各步骤应按顺序进行，无法通过人为因素打乱或跳过某一步骤；各步骤必须遵循“程序（微机）请求（操作员）答复（监护员）-主控室确认-执行（操作员）确认（监护员）”原则，即实现互控，没有人能单独执行操作或在条件具备时简单操作。 系统有U
9、PS支持，控制电源断电时确保系统正常运行半个小时以上。,3.2.1 PLC网络控制子系统每股道设计一个以PLC为核心控制器的电气控制柜，各股道PLC子站的状态通过通讯总线和调度室的PLC主站进行通讯， PLC主站和操纵台的计算机进行通讯，在计算机上实时显示各股道的状态。PLC网络控制系统结构如图4所示。,3.2.1.1 PLC的基本结构 PLC(可编程控制器)主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程装置组成，PLC基本结构示意图如图5所示。,输入模块,PLC,编程装置,输出模块,CPU模块,CPU模块,CPU模块,图5 PLC基本结构示意图,3.2.1.2 PLC控制系统各站信号构成采用日本
10、三菱公司的FX2N系列可编程控制器作为下位控制机完成自动控制。,隔离开关分闸到位,隔离开关合闸到位,接地线状态,隔离开关分闸按钮,隔离开关合闸按钮,声光报警器按钮,安全员钥匙到位,接触网有无电指示,进出信号灯指示,渡板收到位指示,隔离开关分闸构成,隔离开关合闸构成,声光报警器,接地装置控制,LED屏幕,作业门指示灯,PLC,检修台位有车,子站,PLC主站,各工位切换按钮,门禁系统检测三层平台有无人员,接触网有无电指示,进出信号灯指示,台位有无车指示,接地装置状态,作业门指示灯,工位状态指示,PLC,主站,PLC子站,图6 PLC控制单元结构图,3.2.2计算机显示控制子系统 控制界面在运行后显
11、示窗口可显示出下列内容:1. 接地装置状态；2. 接触网是否带电；3. 库内外信号灯状态；4. 安全作业门指示灯状态；5. 工位切换按钮。6. 有车无车检测界面设计客观模拟现场情况，通过界面可以一目了然地观察到检查库各股道检修台位的情况。在每个作业股道上设计库大门、库内外红白两色信号灯、接触网、接地装置、作业门红绿两色指示灯及工位切换按钮等图形元素。各股道可以用屏幕上的按钮进行切换。,系统软件对整备场各股道的隔离开关控制器进行统一管理，可存储一年之内隔离开关第几道分合状态、操作时间、操作人员等原始记录，以供随时查询打印，软件自动生成记录表。视频录像保存一个月以上，方便在计算机上调看。试验台有单
12、独面板按钮操作显示及显示器软件操作按钮显示，如果计算机出现问题，可马上用试验台面板按钮操作不影响影响操作流程及作业人员安全。,3.2.3接触网隔离开关控制单元隔离开关控制器安装在 平台底层，所有的隔离开关控制器通过总线和485接口板与监控中心主机系统相连接，隔离开关控制器通过总线上传自己的数据进行分合闸申请并接收主机系统的指令。同时又负责下联设备的管理，包括：隔离开关分合机、接地装置、登顶作业安全通道的有关设备，向这些设备下达指令，并且对各装置动作完成的信息进行收集、处理和上传。,3.2.4 门禁控制子系统在每个进入车顶作业的安全作业通道门口设计了门禁管理系统，该系统作为安全联锁监控系统的子系
13、统。硬件部分由上位工控机、固定读卡器、通信管理器、电磁锁、控制电源等组成，上位机配有系统管理软件。读卡控制器由IC卡感应器、控制器组成，能显示刷卡结果，具有蜂鸣提示 (长短音)，能回显申请作业结果，操作界面友好，出错报警提示清晰，无需按键操作。读卡控制器置于铁盒内，读卡控制器通过RS485通讯线与通信控制器相连。各作业门处设红、绿两色指示灯，红色指示灯亮表示禁止作业人员通过作业门，同时，门禁装置电磁锁自动锁闭作业门；绿色指示灯亮表示允许作业人员进出作业门，门禁装置自动解锁作业门处的电磁锁，作业人员通过刷卡可以进出作业门，此信息通过通讯总线输入到调度室计算机进行记录。人员进出计数采用刷卡、红外光
14、栅等方式，确保计数准确。,3.2.5 视频监视子系统视频监控系统主要由：前端摄像头、中央监控主机、显示设备及存贮传输等设备组成。所有操作功能的实现均由矩阵键盘来完成，通过矩阵键盘完成调用监视器、调用摄象机、控制摄象机、调整光圈、等操作 。,云台或球型摄像机控制：上下和左右移动 调用带云台的摄像机到受控制的监视器 使用操纵杆控制摄像机的云台。如果摄像机在所需的位置，松开操纵杆。,3.2.6 色灯信号引导子系统用于电力机车出入整备棚机车的引导提示。主要构成及功能如下： 红、白两显示信号机：设在隔离开关前端5-10米处（视现场实际情况定）。红色灯表示机车不能进入检修台位，白色灯表示机车可以进入检修台
15、位。 红、白两色LED信号灯：设在整备区内约4.5米高处（视现场实际情况定）。红灯表示机车不能出检修台位，白灯表示机车可以出检修台位。,3.2.7 安全警示单元 在采用各种技术手段确保人员及设备安全的同时，该系统还设有安全警示子系统，以声、光的形式对作业人员进行安全提示，具体构成及功能如下： 1）黄色闪烁警示灯 在登顶作业平台上设置安全警示用的黄色闪烁警示灯，用于警示尚滞留在作业平台上的作业人员迅速撤离。闭合隔离开关前，按下警示灯启动按钮，警示灯闪烁30秒钟后自动停止。,2）LED显示屏 在整备区内约4米高处或登顶作业平台上，对应每股道设表示接触网通电状态的LED显示屏，用于对作业人员进行安全
16、警示，以红色“有电”和绿色“无电”显示接触网是否有电。隔离开关断开时，LED显示屏显示绿色“无电”两个字，隔离开关闭合时，LED显示屏显示红色“有电”两个字。 3）作业指示灯 设在进/出作业门处，红色指示灯亮表示禁止作业人员通过作业门，同时，门禁装置电磁锁自动锁闭作业门；绿色指示灯亮表示允许作业人员打开作业门，门禁装置自动解锁作业门处的电磁锁，作业人员通过刷卡或红外检测后可以进出作业门。 4）广播 库内设有广播设备，用于进车、高压试验前的提示或其它广播通知。两道中间安装有2个室外喇叭，人工喊话，让人撤离车顶及其他安全警告。功放及话筒设置在控制室。 5）无线对讲机 用于及时沟通信息，每股道须配置无线对讲机1台。 6）光电开关 用于检测该台位是否被占用。,
