道岔融雪装置智能控制方案研究.pdf

基金项目:国家铁路局铁路工程建设标准基础研究项目铁路道岔融雪装置工程设计标准优化()作者简介:王嵩高级工程师硕士主要从事铁路信号工程设计和铁路行业标准管理工作 :.道岔融雪装置智能控制方案研究王 嵩(中国铁路设计集团有限公司天津)摘 要:国内多地冬天降雪频繁及时对道岔进行除雪非常重要安装道岔融雪装置可以有效清除道岔关键部位的积雪提高铁路运输效率 但道岔融雪装置经过多年运用也暴露出较多缺点 针对目前道岔融雪装置用电负荷量巨大等问题研究智能控制方案对于列车需要通过的道岔及时接通加热电路对其道岔区域进行加热对于列车在一定时间段或者较长时间内不通过或者列车通过时并不需要动作的道岔断开加热电路不对其道岔区域进行加热减少不必要的耗电真正达到融雪设备的节能效果关键词:铁路信号 道岔 融雪装置 智能控制 节能 用电量中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):.:引言随着我国铁路大规模建设道岔融雪装置已经得到了广泛应用 道岔融雪装置通过电加热原件使道岔转换部位保持一定温度融化和蒸发落在道岔上的积雪有效替代了车站人工除雪对于提高车站运输效率、保障铁路行车安全发挥了重要作用目前道岔融雪装置的启动时机由人工控制 调度员或车站值班员在接收到路局站段雨雪天气预报后启动电加热道岔融雪装置开始工作 道岔融雪装置仅根据钢轨温度进行判断后执行钢轨上下限的循环加热操作 每个现场控制柜控制加热多组道岔但只有一组道岔具有轨温传感器道岔融雪装置 年 月铁路工程技术与经济第 卷 第 期仅根据一组道岔钢轨的温度对所有道岔进行上下限的循环加热 该方式简单易执行但往往造成大量的电能浪费甚至可能蒸发道岔转换用润滑油从而大大增加了设备维护量本文对道岔融雪装置智能控制方案进行研究根据列车运行计划、列车实际位置提前对车站道岔进行分区分时加热降低设备能耗积极响应国家绿色低碳重大战略 道岔融雪装置控制方式现状目前道岔融雪装置的控制方式分为自动控制和手动控制两种.自动控制当融雪设备处于自动控制方式下雨雪传感器和钢轨温度传感器检测降雪和温度情况有两种自动控制条件:()当天气发生降雪时且环境温度小于其温度设定的下限值时加热电路开启电加热元件开始加热当环境温度大于其温度设定的上限值时加热电路停止电加热停止加热经过一段时间后发生降雪且环境温度小于其温度下限设定值时系统再次处于加热状态()当天气未发生降雪时如果钢轨温度小于其温度设定的下限值加热电路开启电加热元件开始加热当钢轨温度大于其温度设定的上限值时加热电路停止电加热元件停止加热经过一段时间后钢轨温度小于其温度下限设定值时系统再次处于加热状态 通过上述控制过程的循环往复完成自动控制方式下融雪过程.手动控制当现场控制柜处于自动控制时若车站控制终端按下手动按钮则转换为手动控制 当控制系统处于手动控制方式下控制柜输出电源通过隔离变压器向电加热元件供电对道岔区域进行加热融雪装置处于加热状态 手动控制方式下加热不受降雪和轨温的影响 手动控制加热需要手动停止否则不会自动停止当现场控制柜处于手动控制时控制终端的远程控制无效 智能控制方案本次对道岔融雪装置智能控制方案进行研究旨在根据列车运行计划、列车实际位置提前对车站道岔进行分区分时加热减少不必要的能耗 本次研究基于行车调度的智能控制方案在不改变既有道岔融雪装置结构框架的前提下采用软件调整方式进行优化设计引入行车调度指挥系统信息结合列车运行计划通过智能化控制对道岔进行合理化加热.系统构成智能型道岔融雪设备主要包括三个子系统:智能控制子系统、环境监测子系统和融雪装置子系统系统结构如图 所示图 智能型道岔融雪系统框图()智能控制子系统:包括控制终端和控制柜主要实现对融雪装置子系统的智能控制、信息显示、记录和故障报警()环境监测子系统:能够通过视频监控器、钢轨温度传感器等手段获取当前气象条件、环境温度、钢轨温度、融雪效果等信息和数据为智能控制子系统提供有效的信息和数据()融雪装置子系统:包括隔离变压器、电加热元件等实现将电能转换为热能对各组道岔进行加热上述三个子系统其中环境监测子系统和融雪装置子系统均为道岔融雪装置常规设备本次不再细述仅对智能控制子系统进行研究.智能控制子系统功能智能控制子系统主要实现对融雪装置子系统的智能控制、信息显示、记录和故障报警能够采集、显示和记录环境监控子系统的相关信息和数据能够 年 月铁路工程技术与经济第 卷 第 期设置或采集调度指挥系统行车计划信息对相关信息进行处理确定智能控制策略对融雪装置子系统进行智能控制能够采集、显示和记录道岔融雪装置子系统的工作状态信息能够对电源的故障传感器的故障加热电路的故障进行故障报警.基本工作原理()智能控制信息和数据的采集控制终端通过控制柜、环境监测子系统能够获取当前气象条件、环境温度、钢轨温度等信息和数据通过控制柜和融雪装置可获取融雪设备的工作电压、工作电流、加热功率、加热时间等信息和数据通过控制终端与/系统接口获取列车到发站时刻、到发站线路、追踪时间等信息和数据 以上信息和数据通过智能化处理后可以采用实时变化趋势波形、实时数据、数据图表、图像等形式在控制终端相关界面的进行显示同时部分数据作为智能控制的重要控制参数参与融雪设备的智能控制()融雪设备的智能控制融雪设备的智能控制主要目的是对于需要动作的道岔及时接通加热电路对其道岔区域进行加热对于列车在一定时间段或者较长时间内不需要动作的道岔断开加热电路不对其道岔区域进行加热为了实现智能控制首先将道岔进行区分 对于一个具体的车站来说我们通过设置或采集调度指挥系统行车计划信息可以获得列车车次(以 表示)进站/出站时刻(以 表示)和进路(以 表示)的数据信息对于融雪设备来说我们需要进行智能控制的话我们需要获得列车通过时需要动作的道岔号(以 表示)对应的加热电路号(以 表示)对应的控制柜号(以 表示)需要加热的开始时刻(以 表示)结束时刻(以 表示)该组道岔的轨温值(以 表示)轨温上限值(以 表示)轨温下限值(以 表示)和加热时间(以 表示)数据信息当融雪设备处于智能控制方式下控制终端每隔一定周期(如 周期时间可结合车站行车计划以及现场实际情况进行设置)采集一次获取列车车次(以 表示)进站/出站时刻(以 表示)和进路(以 表示)的数据信息基于上述确立的函数关系建立融雪设备的智能控制算法形成融雪设备的智能控制策略可以确定需要进行加热操作的控制柜号 需要加热的道岔号 需要加热电路编号 加热电路编号 对应的加热开始时刻 对应的加热停止时刻(、时刻可以结现场进行人工设定或者在软件中固化)在智能控制方式下控制柜 根据接收到的加热电路编号 位置信息轨温值 轨温上限值 轨温下限值 对该加热电路进行自动控制 采用智能控制策略保证列车进站/出站前对应的道岔至少加热一个采集周期(如)最多加热两个采集周期(如)加热时间结合钢轨温度、环境温度、加热效率、雪量等自动调节也可手动进行设定 实验室仿真.仿真环境仿真站场选择 股道/组道岔中间站车站设有 组 号道岔每组道岔配置 台隔离变压器按照每一个控制柜控制 组 号道岔的原则进行仿真环境搭建仿真系统组成:道岔融雪车站控制终端、道岔融雪电气控制柜、加热条 由于受试验场地电力容量限制使用 根加热条(规格:)代替 组 号道岔的加热装置仿真站场有 台控制柜每台控制柜控制 组 号道岔选取其中 台控制柜进行试验如此简化负载实际为 根加热条.仿真方案正常自动控制:通常情况下车站值班员接到上级的雨雪气象命令后启动融雪设备融雪设备启动后自动进入自动控制状态当满足启动条件后控制柜控制全部道岔进行加热加热到预设温度上限停止加热如此往复直到融雪设备关机停止使用 当自动控制条件下控制柜控制 组道岔同时进行加热采集到的电流数值分别为 、与图 负载情况 根 加热条加热时电流相符智能控制:车站值班员接到上级的雨雪气象命令后启动融雪设备融雪设备启动后进入自动控制状态此时通过控制终端可以设置智能控制模式当融雪设备处于智能控制方式下控制终端每隔一定周期(如 可根据使用情况调整)采集一次获取列车车次进站/出站时刻和进路的数据信息在智能控制方式下控制柜根据接收到的加热电路编号位置信息采集到的钢轨温度数值对该加热电路自动进行加热保证列车进站/出站前对应的道第 卷 第 期王 嵩:道岔融雪装置智能控制方案研究 年 月图 仿真实际负载 根电加热条岔至少加热一个采集周期(如 可根据使用情况调整)最多加热两个采集周期(如 )(加热时间可根据实际使用效果调整)如此往复直到融雪设备关机停止使用 仿真过程为设置列车进站时刻和加热道岔按照仿真站场控制柜最多只需加热 组 号道岔 采集到的电流数值分别为、.、.与图 负载情况 根其中只有 根加热条加热时电流相符图 控制柜采集数据信息就上述仿真站场而言融雪设备使用智能控制比正常的自动控制至少节约 的电量图 电流数值统计示意图 结束语智能控制方式通过读取行车计划信息或模拟的列车时刻表确认列车需经停的站台以及对经过的道岔号进行提前启动加热 对需要加热的道岔进行依次加热相比全场加热下大大减少了电能的消耗读取列车时刻表后如有变动可根据列车实际预计进站时间手动更新列车时刻表以调整即将进行加热的道岔号采用智能控制方式对于列车需要通过的道岔及时接通加热电路对其道岔区域进行加热对于列车在一定时间段或者较长时间内是不通过的或者列车通过时并不需要动作的道岔断开加热电路不对其道岔区域进行加热减少不必要的耗电真正达到融雪设备的节能效果参考文献:中华人民共和国国家铁路局.高速铁路设计规范:.北京:中国铁道出版社.中华人民共和国国家铁路局.城际铁路设计规范:.北京:中国铁道出版社.中华人民共和国国家铁路局.市域(郊)铁路设计规范:.北京:中国铁道出版社.中华人民共和国国家铁路局.铁路信号设计规范:.北京:中国铁道出版社.中华人民共和国国家铁路局.电加热道岔融雪系统设备:/.北京:中国铁道出版社.中国铁路总公司.铁路技术管理规程(高速铁路部分):/.北京:中国铁道出版社.宁咏梅闫宏伟.铁路道岔融雪装置工程设计标准优化研究.铁路通信信号工程技术():.邱战国.电加热道岔融雪系统设备的智能控制.铁道通信信号():.曹达张雪松李红侠.道岔融雪控制系统典型问题分析与优化设计.铁道标准设计():.郝腾飞.哈大铁路客运专线道岔融雪设计.铁道标准设计():.李晓兵.哈尔滨南编组站道岔除雪系统设计.铁道标准设计():.崔宁宁董昱王铁军.新型感应加热道岔融雪系统的研究及应用.铁道标准设计():.赵东波侯勤宏.电加热道岔融雪控制系统的设计与实现.铁路计算机应用():.张明岩.电加热道岔融雪系统设备故障处理研究.消费导刊():.陈新.电加热道岔融雪系统加热功率配置方案探讨.铁路通信信号工程技术():.刘伟赵东波刘玉昊.电加热道岔融雪应急启动控制系统浅析.电气化铁道():.年 月铁路工程技术与经济第 卷 第 期