铁路机车整备作业安全防护系统及其方法与流程

本发明涉及铁路交通安全防护技术领域，具体涉及一种铁路机车整备作业安全防护系统及其方法。

背景技术：

电力机车在需要整备更换碳滑板或检修拆除受电弓时可使用牵车电源牵引进入无电区域，作业人员需登上机车顶部进行作业。但在整备检修作业过程中可能由于误操作导致人员在机车顶部作业，机车误移动，可能导致车顶作业人员被动随车碰触到带电接触网，出现严重安全事故。

当前机车整备检修作业中，现有的安全防护措施主要依靠声光、lcd屏警示和人工把控来保证。随着机务段内整备检修机车数量日益增多和整备检修质量要求越来越高，依靠人工把控和声光、lcd屏警示防护很难保证作业安全，急切需要一种更加高效、安全的防护方式。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铁路机车整备作业安全防护系统及其方法，克服现有技术的缺陷，在机车整备及检修作业使用牵车电源的情况下，防止由于误操作导致人身安全事故发生。

本发明所采用的技术方案为：

铁路机车整备作业安全防护系统，其特征在于：

所述防护系统包括检测设备、隔离设备、警示设备、门禁设备、视频监控设备、现场控制台和中控设备；

所述检测设备，设置于二层作业平台底部，通过电缆与现场控制台相连，用于检测整备检修台位被机车占用状态；

所述隔离设备，设置于平交道口，通过电缆与现场控制台相连，用于牵车电源工作时对平交道口进行隔离；

所述警示设备，设置在现场控制台、三层平台顶部及平台端头两侧，通过电缆与现场控制台相连，用于牵车电源工作时对机车整备检修作业区域进行声、光报警及三层作业平台上作业人员数量显示；

所述门禁设备，设置于三层作业平台登顶作业门处，通过电缆与现场控制台相连，用于控制登顶作业门的开闭、检测作业门的开闭状态和登顶作业人员数量；

所述视频监控设备，设置于机车整备检修区域处，通过光纤与中控设备相连，用于实时监控机车整备检修区域；

所述现场控制台，设置于库头视线无阻挡处，通过电缆与检测设备、隔离设备、警示设备、门禁设备相连，通过cc-link通信线缆与中控设备相连，用于接收检测设备、门禁设备信号并控制隔离设备、警示设备、门禁设备，以及与中控设备之间的信息交互；另外通过电缆与库大门及牵车电源相连，接收库大门及牵车电源状态信号以及为牵车电源提供控制联锁信号；

所述中控设备，设置于综合楼调度室内，用于接收现场控制台数据、存储视频监控设备录像、显示现场实时状态及实时监控画面，同时可以控制隔离设备、门禁设备。

所述检测设备包括漫反射光电传感器，设置于二层作业平台底部，每个作业台位一台，通过电缆与现场控制台相连，用于检测整备检修台位是否被机车占用。

所述隔离设备包括道闸栏杆，设置于平交道口公路侧，每侧各一台，通过电缆与现场控制台相连，用于牵车电源工作时对平交道口进行隔离。

所述警示设备包括爆闪灯及led屏，爆闪灯设置在现场控制台和三层平台顶部处，每个现场控制台和平台顶部处各一个，led屏设置在作业平台端头两侧，每侧各一块；

爆闪灯和led屏通过电缆与现场控制台相连，爆闪灯用于牵车电源工作时对机车整备检修作业区域进行声、光报警，led屏用于显示三层作业平台上作业人员数量。

所述门禁设备包括门禁控制器、读卡器、门磁锁、嵌入式门磁、作业门灯、破碎装置、门禁ic卡；

所述门禁控制器设置于二层作业平台处，通过电缆与读卡器、门磁锁、嵌入式门磁、作业门灯、破碎装置、现场控制台相连，用于读取读卡器刷卡和嵌入式门磁信号，控制门磁锁和作业门灯状态，用于检测并反馈登顶作业人员数量；

所述读卡器设置于登顶作业门正反两侧门框处，每处各一个，用于读取所述门禁ic卡刷卡信号；

所述门磁锁设置于登顶作业门处，用于控制作业门的开闭；

所述嵌入式门磁设置登顶作业门门框处，用于检测作业门开闭状态；

所述作业门灯设置于登顶作业门外门框处，用于指示门禁设备是否解锁；

所述破碎装置设备于登顶作业门内门框处，用于紧急状态下强行打开作业门；

所述门禁ic卡用于登顶作业人员持有，登顶作业进出时刷卡。

所述视频监控设备包括枪型摄像机、球型摄像机和前端光端机；

所述枪型摄像机设置于三层平台顶部，用于监控三层作业顶部作业人员情况；

所述球型摄像机设置于机车整备检修库顶，360度旋转以及变焦，用于实时监控机车整备检修区域；

所述前端光端机，通过网线与枪型摄像机和球型摄像机相连，用于数据传输、信号转换及给枪型摄像机和球型摄像机供电。

所述现场控制台包括可编程逻辑控制器、光纤调制器、继电器；

所述可编程控制器，作为控制核心，用于控制检测、隔离、警示、门禁设备，另外接收库大门及牵车电源状态信号以及为牵车电源提供控制联锁信号，同时将上述设备状态反馈至所述中控设备；

所述光纤调制器，用于可编程控制器之间数据交换；

所述继电器，辅助可编程控制器控制所述检测、隔离、警示、门禁设备。

所述中控设备包括可编程逻辑控制器、工控机、硬盘录像机、后端光端机、光纤调制器；

所述可编程逻辑控制器，与现场控制台通过光纤调制器相连，用于数据收集及总控制；

所述工控机，通过通信数据电缆与可编程逻辑控制器相连，通过组态软件界面实时显示平台各设备状态，同时控制隔离、警示、门禁设备，另通过网线与硬盘录像机相连，用于查看监控实时画面或查看录像；

所述硬盘录像机，通过网线与后端光端机相连，用于存储高清枪机录像；

所述后端光端机，通过光纤与前端光端机相连，用于数据传输；

所述光纤调制器，通过光纤与现场控制台光纤调制器相连，用于可编程逻辑控制器之间的数据传输。

基于所述系统的铁路机车整备作业安全防护方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：机车在库外平交道前停车落受电弓，准备接牵车电源入库作业；此时道闸栏杆抬起，库大门打开，整备检修台位未被占用，安全防护系统收到信号，满足软件联锁条件，给出机车可以牵入连续信号；

步骤二：牵车电源收到动作信号后，可以运行；牵车电源与机车接通，安全防护系统收到牵车电源运行状态连续信号，道闸栏杆降下，爆闪灯发出声、光警示；

步骤三：机车牵引到位后，取下放回牵车电源插头，牵车电源运行状态连续信号消失，漫反射光电开关给出台位已被占用信号；道闸栏杆抬起，爆闪灯停止警示，门禁解锁可以登顶作业；

步骤四：作业人员领取门禁ic卡刷卡进入三层平台进行作业，led屏显示登顶作业人数；作业完毕后作业人员刷卡离开三层平台，全部人员离开后且作业门关闭良好后，库大门打开，安全防护系统收到信号，满足软件联锁条件，给出机车可以牵出连续信号；

步骤五：牵车电源收到动作信号后，可以运作；牵车电源与机车接通，安全防护系统收到牵车电源运行状态状态连续信号，道闸栏杆降下，爆闪灯发出声、光警示；机车牵出到位后，牵车电源插头取下并放回，道闸栏杆抬起。至此，作业完毕。

安全防护系统在中控设备中切换操作模式，手动模式下操作员通过工控机控制所述道闸杆、警示灯以及门禁设备；

增加人机互控功能，现场控制台申请，满足软件联锁条件后，中控设备给出允许动作指令，现场控制台收到指令后可以进行动作。

本发明具有以下优点：

本发明选择了主要依靠利用可编程控制器控制漫反射光电开关等检测设备、道闸栏杆等隔离设备、爆闪灯和led屏等警示设备、含人员计数功能的门禁设备，结合视频监控设备，同时预留数据接口接收库大门及牵车电源状态信号以及为牵车电源提供控制联锁信号的安全防护方法。

本发明采用爆闪灯进行声、光报警，led屏显示登顶作业人数，道闸栏杆硬性隔离，门禁设备控制作业人员进出作业区域，漫反射光电开关检测整备检修台位是否占用，同时接取库大门、牵车电源工作状态信号作为联锁控制信号，给出牵车电源可以动作联锁信号，防护措施较多，防护功能齐全，安全性高。

另外采用高清枪型摄像机以及球型摄像机对整备检修区域进行实时监控，采用组态界面显示作业现场各设备状态，显示界面友好直观。设备成本较低，且由于采用可编程控制器及继电器进行控制，可适用较恶劣环境，可靠性高。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图。

图2是本发明系统联锁关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的一种铁路机车整备作业安全防护系统，对铁路机车整备检修区域内三层作业平台与牵车电源实现联锁，保证机车整备及检修作业在使用牵车电源情况下，防止由于误操作导致人身安全事故发生。随着铁路客货运输量日益增大、整备检修台次也相应增多，仅靠人工很难保证作业人员的人身安全，从而影响作业质量。针对于以上现状，本发明选择了主要依靠利用可编程控制器控制漫反射光电开关等检测设备、道闸栏杆等隔离设备、爆闪灯和led屏等警示设备、含人员计数功能的门禁设备，结合视频监控设备，同时预留数据接口接收库大门及牵车电源状态信号以及为牵车电源提供控制联锁信号的安全防护方法。

本发明涉及针对铁路机车整备作业安全防护系统，所述系统包括：检测设备、隔离设备、警示设备、门禁设备、视频监控设备、现场控制台、中控设备。

所述检测设备包括漫反射光电传感器，设置于二层作业平台底部，每个作业台位一台，通过电缆与所述现场控制台相连，用于检测整备检修台位是否被机车占用；

所述隔离设备包括道闸栏杆，设置于平交道口公路侧，每侧各一台，通过电缆与所述现场控制台相连，用于牵车电源工作时对平交道口进行隔离。同时道闸栏杆落杆侧自带有光电开关，可在有遮挡时停止落杆。

所述警示设备包括爆闪灯及led屏，爆闪灯设置在所述现场控制台和三层平台顶部处，每个现场控制台和平台顶部处各一个，led屏设置在作业平台端头两侧，每侧各一块。爆闪灯和led屏通过电缆与所述现场控制台相连，爆闪灯用于牵车电源工作时对机车整备检修作业区域进行声、光报警，led屏用于显示三层作业平台上作业人员数量；

所述门禁设备包括门禁控制器、读卡器、门磁锁、嵌入式门磁、作业门灯、破碎装置、门禁ic卡。

所述门禁控制器设置于二层作业平台处，通过电缆与所述读卡器、门磁锁、嵌入式门磁、作业门灯、破碎装置、现场控制台相连，用于读取读卡器刷卡和嵌入式门磁信号，控制门磁锁和作业门灯状态，用于检测并反馈登顶作业人员数量。

所述读卡器设置于登顶作业门正反两侧门框处，每处各一个，用于读取所述门禁ic卡刷卡信号。

所述门磁锁设置于登顶作业门处，用于控制作业门的开闭。

所述嵌入式门磁设置登顶作业门门框处，用于检测作业门开闭状态。

所述作业门灯设置于登顶作业门外门框处，用于指示门禁设备是否解锁。

所述破碎装置设备于登顶作业门内门框处，用于紧急状态下强行打开作业门。

所述门禁ic卡用于登顶作业人员持有，登顶作业进出时刷卡。

所述视频监控设备包括枪型摄像机、球型摄像机和光端机。

所述枪型摄像机设置于三层平台顶部，用于监控三层作业顶部作业人员情况。

所述球型摄像机设置于机车整备检修库顶，可以360度旋转以及变焦，用于实时监控机车整备检修区域。

所述前端光端机，通过网线与所述枪型摄像机和球型摄像机相连，用于数据传输、信号转换及给所述枪型摄像机和球型摄像机供电。

所述现场控制台包括可编程逻辑控制器、光纤调制器、继电器；

所述可编程控制器，作为控制核心，用于控制所述检测、隔离、警示、门禁设备，另外接收库大门及牵车电源状态信号以及为牵车电源提供控制联锁信号，同时将上述设备状态反馈至所述中控设备；

所述光纤调制器，用于所述可编程控制器之间数据交换；

所述继电器，辅助所述可编程控制器控制所述检测、隔离、警示、门禁设备。

所述中控设备包括可编程逻辑控制器、工控机、硬盘录像机、后端光端机、光纤调制器；

所述可编程逻辑控制器，与现场控制台通过光纤调制器相连，用于数据收集及总控制；

所述工控机，通过通信数据电缆与所述可编程逻辑控制器相连，通过组态软件界面实时显示平台各设备状态，同时可控制所述隔离、警示、门禁设备，另通过网线与所述硬盘录像机相连，可查看监控实时画面或查看录像；

所述硬盘录像机，通过网线与后端光端机相连，用于存储所述高清枪机录像；

所述后端光端机，通过光纤与所述前端光端机相连，用于数据传输；

所述光纤调制器，通过光纤与所述现场控制台光纤调制器相连，用于可编程逻辑控制器之间的数据传输。

系统中：

漫反射光电开关作为检测设备，设置于二层作业平台底部，每个作业台位一个，通过电缆与所述现场控制台中继电器相连，在机车进入整备检修台位时，漫反射光电开关接收到被机车外表反射回的红外线，常开节点变常闭，继电器线圈通电吸合，可编程控制器接收到该台位被机车占用信号。

道闸栏杆作为隔离设备，设置于平交道口公路两侧，每侧各一台，通过电缆与所述现场控制台中继电器相连，在牵车电源工作时现场控制台给出道闸栏杆落杆信号，相应控制的继电器通电吸合控制道闸栏杆落下，用于牵车电源工作时对平交道口进行隔离，牵车电源工作完毕后，现场控制台给出道闸栏杆升杆信号，相应控制的继电器通电吸合控制道闸栏杆升旗。

爆闪灯及led屏作为警示设备，爆闪灯设置在所述现场控制台和三层平台顶部处，每个现场控制台和平台顶部处各一个，通过电缆与所述现场控制台相连，在牵车电源工作时爆闪灯通电发出声、光警示，牵车电源工作完毕后断电。ed屏设置在作业平台端头两侧，每侧各一块通过电缆与所述现场控制台相连，用于显示三层作业平台上作业人员数量。

门禁设备包括：门禁控制器、读卡器、门磁锁、嵌入式门磁、作业门灯、破碎装置、门禁ic卡。门禁控制器设置于二层作业平台处设备箱。读卡器设置于登顶作业门正反两侧门框处，每处各一个。门磁锁设置于登顶作业门处。嵌入式门磁设置登顶作业门门框处。作业门灯设置于登顶作业门外门框处。破碎装置设备于登顶作业门内门框处。门禁控制器通过电缆与读卡器、门磁锁、嵌入式门磁、作业门灯、破碎装置、现场控制台相连，当牵车电源牵引机车到整备检修台位、漫反射光电开关检测到台位被占用时，门禁设备解锁，作业门灯由红灯变成绿灯，作业人员可以凭门禁ic卡刷卡登顶作业。读卡器接收到门禁ic卡刷卡信号后，控制门磁锁断电，打开作业门。从进门段刷卡人数为n，从出门端刷卡人数为m，则在三层平台顶部作业人数为n-m。嵌入式门磁在作业门未锁闭时，常闭点变常开点。破碎装置串联接入门磁锁控制线路中，在紧急情况时作业人员敲碎破碎玻璃，破碎装置常闭点变常开点，门磁锁失电，作业门打开。

视频监控设备包括；枪型摄像机、球型摄像机和光端机。枪型摄像机设置于三层平台顶部，每个平台一个。球型摄像机吊装于库顶，可以360度旋转以及变焦。前端光端机，设置于设备箱内，通过网线与枪型摄像机和球型摄像机相连，用于数据传输以及为摄像机供电。

现场控制台包括；可编程逻辑控制器、光纤调制器、继电器。可编程控制器，通过电缆与继电器相连，用于控制所述检测、隔离、警示、门禁设备，接入库大门打开常闭信号，接入牵车电源工作状态常闭信号，提供牵车电源可以牵入和可以牵出常闭联锁信号。通过通讯线缆与光纤调制器相连，将上述设备状态反馈至所述中控设备并接受中控设备信号。

中控设备包括；可编程逻辑控制器、工控机、硬盘录像机、后端光端机、光纤调制器。可编程逻辑控制器，与现场控制台通过光纤调制器相连，用于数据收集及总控制；工控机，通过通信数据电缆与所述可编程逻辑控制器相连，可以读取可编程控制器各点位状态并控制，通过组态软件界面实时显示平台各设备状态，可手动控制所述隔离、警示、门禁设备。另通过网线与所述硬盘录像机相连，可查看硬盘录像机中存储的录像和解码的实时画面；

本发明涉及针对铁路机车整备作业安全防护方法，包括以下步骤：

步骤一：机车在库外平交道前停车落受电弓，准备接牵车电源入库作业。此时道闸栏杆抬起，库大门打开，整备检修台位未被占用，安全防护系统收到信号，满足软件联锁条件，给出机车可以牵入连续信号。

步骤二：牵车电源收到动作信号后，可以运行。牵车电源与机车接通，安全防护系统收到牵车电源运行状态连续信号，道闸栏杆降下，爆闪灯发出声、光警示。

步骤三：机车牵引到位后，取下放回牵车电源插头，牵车电源运行状态连续信号消失，漫反射光电开关给出台位已被占用信号。道闸栏杆抬起，爆闪灯停止警示，门禁解锁可以登顶作业。

步骤四：作业人员领取门禁ic卡刷卡进入三层平台进行作业，led屏显示登顶作业人数。作业完毕后作业人员刷卡离开三层平台，全部人员离开后且作业门关闭良好后，库大门打开，安全防护系统收到信号，满足软件联锁条件，给出机车可以牵出连续信号。

步骤五：牵车电源收到动作信号后，可以运作。牵车电源与机车接通，安全防护系统收到牵车电源运行状态状态连续信号，道闸栏杆降下，爆闪灯发出声、光警示。机车牵出到位后，牵车电源插头取下并放回，道闸栏杆抬起。至此，作业完毕。

安全防护系统可在中控设备切换操作模式，手动模式下操作员可通过所述工控机控制所述道闸杆、警示灯以及门禁设备。并可增加人机互控功能，现场控制台申请，满足软件联锁条件后，中控设备给出允许动作指令，现场控制台收到指令后可以进行动作。

本发明选择了主要依靠利用可编程控制器控制漫反射光电开关等检测设备、道闸栏杆等隔离设备、爆闪灯和led屏等警示设备、含人员计数功能的门禁设备，结合视频监控设备，同时预留数据接口接收库大门及牵车电源状态信号以及为牵车电源提供控制联锁信号的安全防护方法。

机车计划进入无电区进行整备检修作业时，在库外平前停车落受电弓，准备接牵车电源入库作业。在满足牵引入库联锁条件下，安全防护系统向牵车装置给出机车可以牵入信号。牵车电源收到动作信号后，方可运行。牵车电源与机车接通开始牵引机车入库，安全防护系统收到牵车电源运行状态信号，道闸栏杆降下，爆闪灯发出声、光警示。机车牵引到位后，作业人员取下放回牵车电源插头，牵车电源运行状态连续信号消失，漫反射光电开关给出台位已被占用信号。道闸栏杆抬起，爆闪灯停止警示，门禁解锁可以登顶作业。作业人员领取门禁ic卡刷卡进入三层平台进行作业，led屏显示登顶作业人数。作业完毕后作业人员刷卡离开三层平台，在满足牵引出库联锁条件下，给出机车可以牵出信号。牵车电源收到动作信号后，可以运作。牵车电源与机车接通开始牵引机车出库，安全防护系统收到牵车电源运行状态状态连续信号，道闸栏杆降下，爆闪灯发出声、光警示。机车牵出到位后，牵车电源插头取下并放回，道闸栏杆抬起。漫反射光电开关、道闸栏杆、爆闪灯、门禁设备、库大门、牵车电源等由可编程控制器进行控制及信号采集，同时在中控设备工控机组态软件界面显示各设备状态，并可手动控制部分设备。同时采用枪型摄像机和球型摄像机对整备检修区域特别是三层平台区域进行全天性监控，且录像长时间留存于硬盘录像机。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

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