铁路接触网自动巡检无人车控制系统的设计【字数：13363】

铁路接触网自动巡检无人车控制系统的设计[160515214338123]

摘 要对于现在的电气化铁路运输系统，接触网至关重要，接触网是铁路电气化工程的主构架，沿铁路线上空架设，是向电力机车供电的特殊形式的输电线路。目前国内对铁路接触网进行定期检测主要采取两种方式，一是人力车梯检修，二是使用燃油大型检修作业车进行检修。而这两种方法需要耗费大量人力和时间，效率较低。我国电气化铁路发展迅速，铁路接触网检测和维护方法也迫切需要创新。为此，本文提出了自动巡检无人车控制系统的总体方案，可实现对自动巡检无人车的控制，从而实现对铁路接触网的自动化检测。本文方案具体是采用PLC作为下位机，设计控制程序，控制3个电机模拟无人车三个方向的动作，包括无人车的行走、移动平台的升降、移动平台的横移等，采用组态王作为上位机，进行对无人车行驶的控制和运动状态的相应显示。经过测试，本设计系统可以进行模拟控制自动巡检无人车的工作过程，系统结构简单，使用操作方便。
Key Words: Railway catenary; PLC; Automation; Unmanned car目 录
1.绪论 1
1.1 课题研究背景及意义 1
1.2 铁路接触网以及其检修现状 1
1.3 课题的任务和内容 3
1.4 论文章节安排 4
2.系统方案设计 5
2.1 巡检无人车的结构及控制要求 5
2.2 课题方案设计 6
2.3 巡检无人车的工作流程 7
2.4 本章小结 7
3.控制系统硬件设计 8
3.1 控制系统硬件组成 8
3.2 控制系统硬件选型 9
3.2.1 PLC的选型 9
3.2.2 PLC扩展模块 11
3.2.3 伺服驱动系统选型 11
3.2.4 无线遥控器的选择 13
3.2.5 接近开关的选择 13
3.3 电气系统设计 14
3.3.1主电路设计 14
3.3.2 PLC控制回路设计 15
3.3.3 直流伺服系统设计 15
3.4  *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^ 
本章小结 17
4.控制系统软件设计 18
4.1 控制系统软件结构 18
4.2 PLC程序设计 19
4.2.1 PLC程序结构 19
4.2.2 指令向导设置 19
4.2.3 参数初始化 23
4.2.4 手动运动速度设置 24
4.2.5 自动运动设置 24
4.2.6 报警程序 25
4.2.7 EM253定位模块配置 26
4.3 上位组态监控界面设计 29
4.3.1 组态王与PLC的通讯 29
4.3.2 变量参数的定义 31
4.3.3 系统调试界面 32
4.4 本章小结 33
5.系统调试结果与分析 34
5.1 手动调试 34
5.1.1 行走电机调试 34
5.1.2 横移电机调试 35
5.1.3 升降电机调试 36
5.2 自动调试 37
5.3 本章小结 38
6.总结与展望 39
6.1 总结 39
6.2 展望 39
6.3 环境与社会可持续发展问题 39
参考文献 41
附录 42
附录一 程序设计 42
致谢 47
1.绪论
1.1 课题研究背景及意义
随着科技的发展与时代的进步，传统的铁路运输系统已经开始逐步被电气化铁路运输系统所取代。电力机车以外部电能作为牵引动力，相较一般的动力机车，有效减轻了车身自重，极大提高了机车的运输能力，减少了对不可再生能源的消耗。铁路接触网作为一种特殊的输电线路，能够直接为电力机车传输电能提供动力，一般安装在电气化铁路的上空，成“之”字形架设，对铁路正常运行起关键作用。为了保证接触网能正常工作，不影响电力机车的运行，需要对接触网进行定期的检测和维护。目前国内对铁路接触网的定期检测和维护所采用的两种方式需要耗费大量人力和时间，检修工作效率较低，因此自动巡检无人车是现下的一个重要研究方向。
对于铁路接触网自动巡检无人车控制系统的研究，首先需要充分了解自检无人车的机械结构、工作流程以及所需实现功能等，这对铁路接触网自动巡检无人车的研究有很大帮助。通过不断的优化对自检无人车的控制，在追求简单实用的同时对自动定位系统进行深入研究，完善其功能，实现巡检无人车对接触网立柱位置的自动定位。这一课题方向不仅有着重要的研究意义和发展意义，而且对我国铁路接触网未来的检修方式以及我国铁路未来的作业方式也具有创新意义。
1.2 铁路接触网以及其检修现状
电气化铁路上的电力机车需要外部电能作为牵引动力，其外部电能由牵引供电所提供，通过铁路接触网进行传输，保证电力机车的正常运行。作为一条特殊形式的输电线路，接触网安装在电气化铁路的上空，成“之”字形架设，如图1.1所示。铁路接触网的结构主要包括接触悬挂、支持装置、定位装置等，具体结构图如图1.2所示。其中，接触悬挂具有弹性和稳定性两大特性，由接触线、吊弦、承力索、连接零件以及绝缘子等组成；定位装置用于固定接触线的横向位置，确保接触线与受电弓的连接，由定位管、定位器、定位线夹及其连接零件组成；支持装置由腕臂、平腕臂等组成，用于将接触悬挂所受负荷传给接触网支柱的固定部分，避免接触悬挂因符合过大无法正常工作。
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图1.1 铁路接触网分布图
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1.接触悬挂；2定位装置；3.支持装置
图1.2 铁路接触网结构
接触网对于电气化铁路运输系统的安全和正常工作起关键作用，但由于接触网是露天架设，所以极易受环境、气候等外部不确定因素的干扰，因此对铁路接触网的维护至关重要。目前国内对接触网采用的检修方式主要有两种，一是人力车梯检修，如图1.3所示，车梯运行需要依靠人力，沿铁路线对接触网进行逐个检查，这种方式费时又费力。二是利用燃油大型检修作业车进行检修，如图1.4所示，这种方式相较人力车梯检修节省了大量人力以及时间，但受我国地形和铁路网分布的影响，不够便利并且成本较高。
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图1.3 人力车梯检修 图1.4 燃油大型检修作业车检修
由于以上两种检修方式费时又费力，检修效率较低，所以近年来铁路接触网自动巡检无人车是一个重要的研究方向。2015年，合肥工业大学研制了一种自行式电气化铁路接触网检修车梯，优化了车梯的机械结构，提高了工作效率，并在此基础上研制了一台具备自动定位功能的无人车，可以通过工业相机采集的图像实现无人车对接触网立柱的自动定位功能，这对我国铁路接触网未来的检修方式以及我国铁路未来的作业方式具有创新意义。

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