一种电力机车整备作业系统

摘要

本发明公开了一种电力机车整备作业系统，该系统主要由牵车机系统、整备作业机器人系统、以及具有安全警示装置的监控系统组成；监控系统，用于完成整个整备作业过程中的指令和授权，保证整个作业过程的正常有序进行；牵车机系统用于在监控系统的统一调度下负责将电力机车牵入或牵出无电整备作业区域；整备作业机器人系统，用于对已经就位等待整备的电力机车，通过车顶视觉系统控制整备作业机器人系统的作业机器人对车顶进行整备，同时实现人工整备和辅助作业机器人整备的合理配合。该电力机车整备作业系统，可实现整备作业区无电作业，彻底解决整备作业期间触电伤亡事故，克服现有技术中人工劳动量大、工作效率低和安全性差等缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及电力机车技术领域，具体地，涉及一种电力机车整备作业系统。

背景技术

随着铁路运营里程的急剧增长，如何避免铁路运输中重大事故的发生，成为铁路安全保障体系建设的重点。统计表明，多数触电伤亡事故都发生在机车整备作业过程中，为保障机车的安全运行，开发安全可靠的电力机车整备作业系统具有重大的现实意义。

现有整备作业系统是依据铁道部1979年颁发的《电气化铁路有关人员电气安全规则（第二版）》和1997年中国铁道出版社出版的《电气化铁路安全常识问答（第二版）》所制定的工作流程而设计的。由于整备作业区接触网带有27.5KV的高压电，整备作业的关键集中在如何确保登顶作业人员的安全方面。

为此，专利（申请）号为2012102325085的文献及专利（申请）号为2008101502762的文献，针对电力机车整备作业安全联锁系统提出了两种解决方案。但是以上专利（申请）均未突破现有整备作业方式，所有车顶作业均由人工完成，人员劳动强度没有得到任何降低，同时也未消除车顶作业人员触电伤亡事故发生的根源。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在人工劳动量大、工作效率低和安全性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种电力机车整备作业系统，以实现人工劳动量小、工作效率高和安全性好的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电力机车整备作业系统，包括用于完成整个整备作业过程中的指令和授权的监控系统，以及分别与所述监控系统信号连接、且能够根据监控系统的指令和授权进行工作的整备作业机器人系统和牵车机系统；具体地：

所述监控系统，作为整个系统的中央控制单元，用于完成整个整备作业过程中的指令和授权，保证整个作业过程的正常有序进行；

所述整备作业机器人系统，用于对已经就位等待整备的电力机车，在所述监控系统通过车顶视觉系统的控制下，利用作业机器人对车顶进行整备，同时实现人工整备和辅助作业机器人整备的合理配合；

所述牵车机系统，用于在所述监控系统的统一调度下负责将电力机车牵入或牵出无电整备作业区域。

进一步地，所述监控系统，包括依次连接的车顶视频监控装置、监控主机、无线通讯模块和车顶视觉系统，以及分别与所述整车作业机器人系统和牵车机系统连接的主控PLC模块；所述整车作业机器人系统与车顶视觉系统连接。

进一步地，所述监控系统，还包括分别连接至主控PLC模块的安全警示装置和光电开关；其中：

所述安全警示装置，用于对作业过程进行全程监控，对设定的危险工况进行提前预警、提示，以及执行安全动作以预防事故发生。

进一步地，在所述整备作业机器人系统、牵车机系统、安全警示装置和光电开关与主控PLC模块之间，分别依次连接有相应的PLC子站和通讯模块。

进一步地，所述整备作业机器人系统，主要包括整备作业平台，配合安装在所述整备作业平台可移动小车上的拆装机械手、搬运机械手、绝缘子清洗与检测装置、受电弓检测装置和车顶清洗装置。

进一步地，在所述整备作业平台的作业轨道CD和BE上搭接有横梁，在衡梁上安装有移动小车；所述拆装机械手、搬运机械手、绝缘子清洗与检测装置、受电弓检测装置、车顶清洗装置，安装在整备作业平台上的移动小车上。

进一步地，所述牵车机系统，主要包括分别安装在作业区前和作业区后股道一侧的立柱上的进库信号机和出库信号机，以及分别与所述进库信号机和出库信号机相配合安装在无电整备作业区入库端和出库端的安全联锁机械装置、受电弓升降指令信号产生装置、以及安装在出库端一侧及无电整备作业区内轨道底层的机车牵引装置。

进一步地，所述安全联锁装置，主要由匹配安装在轨道上的轨道锁和红外感应仪组成。

本发明各实施例的电力机车整备作业系统，由于包括牵车机系统、整备作业机器人系统、监控系统，其中，牵车机系统的作用是在监控系统的统一调度下负责将电力机车牵入或牵出无电整备作业区域；对已经就位等待整备的电力机车，监控系统通过车顶视觉系统控制整备作业机器人系统的作业机器人对车顶进行整备，同时实现人工整备和辅助作业机器人整备的合理配合；监控系统是整个系统的中央控制单元，整个整备作业过程中的指令和授权都由其完成，以保证整个作业过程的正常有序进行；可以实现由辅助作业机器人完成绝缘子清洗及检测、螺栓拆卸、损坏部件搬运、受电弓检测及车顶清洗等工作，达到降低车顶作业人员工作量、提高工作效率的目的；从而可以克服现有技术中人工劳动量大、工作效率低和安全性差的缺陷，以实现人工劳动量小、工作效率高和安全性好的优点。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明电力机车整备作业系统的工作原理示意图；

图2为本发明中整备作业平台的工作原理示意图；

图3为本发明中牵车机系统的工作原理示意图；

图4为本发明电力机车整备作业系统的工作流程示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-监控主机；2-主控PLC模块；3-通讯模块；4-PLC子站；5-无线通讯模块；6-牵车机系统；7-整备作业机器人系统；8-车顶视觉系统；9-车顶视频监控装置；10-光电开关；11-安全警示装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

针对整备作业领域所存在的上述问题，根据本发明实施例，如图1-图4所示，提供了一种电力机车整备作业系统，尤其涉及电力机车整备作业流程的重新设计，以及通过登顶人员与辅助作业机器人系统的协作分工完成整备作业内容。该电力机车整备作业系统，旨在通过引入新的整备作业手段，重新确定电力机车整备作业流程，提供一种整备作业区无电、辅助作业机器人与登顶作业人员分工或协作完成整备作业内容的新型整备作业系统。

该电力机车整备作业系统，通过对电力机车整备作业流程的详细分析，通过引入牵车机系统，实现了机车整备作业过程的完全无电化，避免整备作业期间触电伤亡事故的发生；将机器人系统引入到电力机车整备作业领域，通过作业分配和权限设置协调作业人员及辅助作业机器人的工作内容，实现由辅助作业机器人完成绝缘子清洗及检测、螺栓拆卸、损坏部件搬运、受电弓检测及车顶清洗等工作，达到降低车顶作业人员工作量、提高工作效率的目的。

上述实施例的电力机车整备作业系统，主要包括：监控主机1以及与之相连的主控PLC模块2，通过现场总线与主控PLC模块2相连的若干通讯模块3，以及与各通讯模块3相连的从站PLC模块4，经由各从站PLC模块4控制的牵车机系统6、整备作业机器人系统7、安全警示装置11、光电开关10；车顶视频监控装置9与监控主机1相连，用于反映车顶人员设备的实时状态，使得监控室人员可以随时掌握整个整备场的状况，处理突发和意外事件；车顶视觉系统8安装在整备作业机器人系统上，并通过无线通讯模块5与监控主机1相连。

上述整备作业辅助机器人系统7如图2所示，由整备作业平台、拆装机械手、搬运机械手、绝缘子清洗与检测装置、受电弓检测装置、车顶清洗装置等组成，其中拆装机械手、搬运机械手、绝缘子清洗与检测装置、受电弓检测装置、车顶清洗装置等安装在整备作业平台上的移动小车7-2上，移动小车7-2安装在横梁7-1上，横梁7-1搭接在作业轨道CD和BE上，7-3为机车车顶，7-4为轨道。

其中，上述牵车机系统6如图3所示，主要由进库信号机、出库信号机、安全联锁机械装置、受电弓升降装置、机车牵引装置6-8等组成，其中进库信号机和出库信号机分别安装在作业区前和作业区后股道一侧的立柱上，安全联锁装置由轨道锁[6-1、6-3、6-4、6-7]和红外感应仪[6-2、6-5、6-6]等组成。

具体实施时，上述实施例电力机车整备作业系统的作业流程可以如下：

步骤1：用户启动并登录监控系统，启动股道作业监控系统，当通讯成功后进入下一步操作。

步骤2：在作业前、无电整备作业区、作业后分别安装了光电开关10-1、10-2、10-3，主控PLC模块通过从站PLC模块向光电开关10-1、10-2、10-3发送台位检测指令，光电开关根据该台位检测指令，检测检修台位是否已经被占用，并将检测结果发送给监控机。

步骤3：当作业区光电开关10-2和作业后光电开关10-3都显示没有机车且作业前光电开关10-1显示有机车时，监控主机在接收到位于作业区前的受电弓升降指令信号产生装置要求降弓的信号后通过主站PLC模块通知机车司机进行降弓操作，降弓完成信号收到后，轨道锁6-1、6-3开锁，进库信号机显示允许进库；如果不满足进库条件，则光电开关10-1、10-2、10-3返回继续检测区间状态，直到作业区无车。

步骤4：整备现场接受到进库指令后，机车在牵引机的牵引下进入无电作业区。

步骤5：视频监控装置可以获取整备场的视频信息，并将所述视频信息输入监控主机。监控主机视频监控机车到达指定位置且红外感应仪6-5感应到机车前段已经到达后，牵引机6-8停止牵引，轨道锁6-1、6-3关锁。

步骤6：监控主机通过PLC总站给整备作业机器人系统发送作业指令。

步骤7：整备作业机器人系统接受到作业指令后，给整备作业平台发送开始作业指令，整备作业平台在车顶视觉系统和监控主机的控制下，将横梁2-1成功搭接在作业轨道CD和BE上，并通过调节横梁2-1和小车2-2的位置将小车定位到合适的作业位置。

步骤8：监控主机视频监控机车到达合适作业位置后，拆装机械手、搬运机械手、绝缘子清洗与检测装置、受电弓检测装置、车顶清洗装置开始在车顶视觉系统的控制下开始作业，并且允许工作人员上至车顶操作复杂作业；车顶视觉系统一般包括：光源、光学系统，相机、图像处理单元（或图像采集卡）、图像分析处理软件、监视器、通讯/输入输出单元等，其根据作业轨道CD和BE设定了一个静态全局坐标系，根据小车在全局坐标系中的位置设定了一个局部坐标系，监控主机利用全局坐标系中位置给PLC总站发送指令，调整小车在车顶的位置；而车顶视觉系统则根据小车下的拆装机械手、搬运机械手、绝缘子清洗与检测装置、受电弓检测装置、车顶清洗装置在局部坐标系中位置来控制它们执行相关作业操作。车顶视觉系统可以采集数据信息后，通过无线通讯模块，将数据传送给监控主机，然后监控主机再通过主控PLC模块和子站PLC向整备作业机器人系统发送操作指令；车顶视觉系统还可以直接和整备作业机器人系统之间传送数据，以准确定位，实现作业操作。安全警示装置用来在作业线上发生异常（如机车在在没有得到许可时通过轨道锁6-1、6-3，在作业时通过红外感应仪6-2、6-5，红外感应仪6-6发出错误信息等等）或者警示作业人员离开作业区时发出警示。监控主机（PC）和PLC总站之间是通过变量来实现数据交换的，变量分为全局变量和局部变量，全局变量是指PC和PLC都可以对之进行访问，局部变量是指仅在PC上可用，通过定义变量和使用无线遥控器，可以实现随时随地人为控制，当人控出现故障时，PLC自动剥夺权限，限制整备作业机器人系统被破坏。拆装机械手可以用来检测和维修车顶破损螺栓；搬运机械手可以为登顶作业人员的工作提供便利；绝缘子检测清洗装置分为自动的手持的，可以用来清洗车顶绝缘子上的尘埃污物；受电弓检测装置可以用来检测受电弓的导电和线路完好状况；车顶清洗装置可以实现大面积的清洗机车车顶。

步骤9：判断是否作业完毕，如果作业完毕，则进入下一步；如果没完毕，则等待检修作业。

步骤10：车顶各作业机构在车顶视觉系统的辅助控制下返回初始位置。

步骤11：横梁和小车在车顶视觉系统和监控主机的控制下返回初始位置。

步骤12：安全警示装置警示工作人员离开车顶；监控机视频监控车顶并判断是否无人；如果车顶无人，则进入下一步；如果有人则返回继续警示等待。

步骤13：当车顶无人时，轨道锁6-4、6-7打开，出库信号机显示允许出库。

步骤14：整备现场接受到出库指令后，机车在牵引机6-8的牵引下离开无电作业区。

步骤15：红外感应仪6-6感应机车是否已经完全通过，如果完全通过，则进入下一步；否则，返回继续牵引离开无电作业区。

步骤16：机车完全通过红外感应仪6-6后，牵引机6-8停止牵引并断开与机车的联系，轨道锁6-4、6-7关锁，在接收到位于作业区后的受电弓升降指令信号产生装置要求升弓的信号后通过主站PLC模块通知机车司机进行升弓操作，升弓完成信号收到后通知机车司机可以驶离整备作业区。

步骤17：机车自行开走，整备作业完毕。

上述实施例的电力机车整备作业系统，主要着力点在于改变了传统的电力机车整备作业方式，整个系统由牵车机系统、整备作业机器人系统、监控系统组成。其中，牵车机系统的作用是在监控系统的统一调度下负责将电力机车牵入或牵出无电整备作业区域；对已经就位等待整备的电力机车，监控系统通过车顶视觉系统控制整备作业机器人系统的作业机器人对车顶进行整备，同时实现人工整备和辅助作业机器人整备的合理配合；监控系统是整个系统的中央控制单元，整个整备作业过程中的指令和授权都由其完成，以保证整个作业过程的正常有序进行。

与现有技术相比，上述实施例的电力机车整备作业系统，至少可以达到以下有益效果：人机混合整备作业设计，改变传统以来整备作业场车顶维修的不安全和手工作业的低效的模式，为车顶作业提供了诸多便利，而且是在无电区作业，免除了人安全上的考虑，其提供了整备作业机器人系统，可以高效的完成车顶的各类操作，减轻了工作人员的工作负担和工作量，实现了车顶作业的全方位控制和自动化操作。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。