ЭНЕРГОМЕНЕДЖМЕНТ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРООБОГРЕВА СТРЕЛОЧНЫХ ПЕРЕВОДОВ
ENERGY MANAGEMENT OF ELECTRICAL LOCOMOTIVE HEATING SYSTEM

Элементы путей железных дорог, в частности стрелки, обогреваются в зависимости от потребности, чтобы, прежде всего зимой, предотвращать замерзание подвижных частей или, соответственно, их блокирование проникшим снегом и льдом и тем самым обеспечивать безопасность при эксплуатации. Известные стрелочные обогреватели основываются на системах, использующих горячий водяной пар, газовый обогрев или электрическую энергию. При этом рентабельность таких стрелочных обогревателей в решающей степени определяется расходами на приобретение, содержания оборудования в исправности и затратами на энергии.
Настоящее изобретение касается способа и устройства для управления энергоснабжением системы электрообогрева стрелочных переводов. Такие системы электрообогрева стрелочных переводов  включают в себя по меньшей мере одну стрелку, которая имеет неподвижные рамные рельсы и подвижные остряковые рельсы, а также рычажный механизм отсека замыкателя (шпального ящика), и электрический распределитель с  нагревательными отводами для электроснабжения электрических нагревательных элементов на рельсах стрелок с устройством управления для управления и регулируемой величины температуры рельса.
Способы и устройства согласно родовому понятию собственно известны из уровня техники, например, из DE 198 32 535 C2, а также DE 198 49 637 C1. Такие стрелочные электрообогреватели состоят, в том числе, из электрического распределителя, включающего в себя устройства управления и регулирования для включения, управления, регулирования и контроля каждого отдельного нагревательного отвода, погодозависимого управления, которое активирует нагрев при наличии льда и снега, и электрических нагревательных элементов на рельсах стрелок, которые за счет этого подогреваются и предотвращают примерзание подвижных частей стрелок.
Обнаружение снега и льда осуществляется путем регистрации и аналитической оценки температуры воздуха и осадков. При дополнительном понижении действительной температуры рельса ниже параметрируемой заданной температуры рельса, например, +4°C, включается весь стрелочный обогреватель, и за счет этого все стрелки подогреваются с запаздыванием, обусловленным массой рельсов. Посредством датчика температуры рельса на направляющей стрелке путем двухпозиционного регулирования или регулирования постоянной температуры осуществляется регулирование температуры рельса на определенную заданную температуру рельса.
У таких стрелочных обогревателей включение и выключение всех нагревательных отводов осуществляется устройствами управления и регулирования синхронно во времени, то есть потребляемая мощность при включенном нагреве равна значению присоединяемой, а при включенном нагреве равна нулю. Как правило, при этом для каждой стрелки в электрическом распределителе устанавливается нагревательный отвод, имеющий устройство управления и регулирования.
Из DE 100 43 571 C1 известны устройства переключения, управления и регулирования для стрелочных электрообогревателей, с помощью которых получается энергия за счет сокращения отклонения регулируемой величины посредством ввода изменяющегося коэффициента усреднения при включенном нагревателе. В данном случае также путем регулирования в зависимости от датчика температуры рельса на направляющей стрелке осуществляется синхронное во времени включение и выключение всех коммутационных устройств и вместе с тем всех электрических нагревательных элементов.
Из исследовательского отчета 06-P-3408-TZF92-UN-0780 от DB AG от 12.12.2006 известны попытки экономии энергии на стрелочных электрообогревателях путем дополнительной теплоизоляции рамных рельсов на наружной поверхности. При регулировании стрелочного обогревателя с помощью переставляемой заданной температуре рельса достигалась экономия энергии за счет уменьшения потребления энергии по сравнению с обогревателем, имеющем неизолированный рельс.
Известна также система управления энергоснабжением для стрелочных электрообогревателей для уменьшения одновременно действующей мощности (DB Netz, «Общие основы» (1), Управление энергоснабжением, Лейпциг, 10.03.2009г.), с помощью которой отдельные стрелки обогреваются со сдвигом во времени в зависимости от потребности, согласно их эксплуатационному или, соответственно, согласованному в договоре значению. При этом для всех стрелок стрелочного обогревателя устанавливаются приоритеты, например, стрелки, имеющие первостепенный или второстепенный приоритет, так что эти стрелки обогреваются попеременно, соответственно приоритету. Когда стрелки первостепенного приоритета достигли заданной температуры рельса, их расходуемая мощность уменьшается. Тогда эта мощность служит для обогрева стрелок, имеющих второстепенный приоритет. Стрелки, имеющие второстепенный приоритет, достигают заданной температуры рельса со сдвигом во времени. Установка приоритетов осуществляется по важности обогреваемых стрелок и может настраиваться. Недостатком является, что для стрелок, имеющих второстепенный приоритет, имеется в распоряжении более низкая мощность, и заданная температура рельса этих стрелок достигается со сдвигом во времени.
Из DE 199 32 833 A1 известен способ регулирования общей мощности энерготехнической системы, у которой для ограничения общей расходуемой мощности находится профиль нагрузки или, соответственно, условия отключения и подключения системы, и составляется график нагрузки, с помощью которого путем временного отключения отдельных потребителей может обеспечиваться поддержание пониженной мощности. И при этом решении для отключения и подключения потребителей являются решающими их текущие найденные или установленные приоритеты.
Из WO 2010/115436 A1 известен способ и устройство для управления энергоснабжением стрелочного электрообогревателя, включающего в себя несколько стрелок, при котором управление и обнаружение снега производится путем аналитической оценки температуры воздуха и осадков, а также регулирования температуры рельса с помощью нескольких устройств управления и регулирования для переключения, управления, регулирования и контроля для каждого нагревательного отвода путем уменьшения одновременно действующей инсталлированной мощности электрического нагрева путем сдвинутого во времени и ступенчатого подключения мощности нагревательных отводов. Рамные и остряковые рельсы стрелки снабжен теплоизолирующими сегментами, так что при нагреве должны получаться по меньшей мере одинаково длительные периоды нагревания и охлаждения при заданной температуре рельса и минимальных рабочих температурах. Для ограничения мощности устройства управления и регулирования распределяются по одному или нескольким режимам нагрева, имеющим каждый различное количество групп соответственно мощности нагревательных отводов, так что все группы одного режима нагрева имеют приблизительно одинаковую мощность, и каждая группа одного режима нагрева упорядоченно, поочередно и циркулирующим образом посредством допуска группы поставлена в соответствие некоторому временному окну, в котором устройства управления и регулирования этой группы создают импульсы нагрева с коэффициентом усреднения от 0% до 100%, и группы одного режима нагрева включаются по очереди посредством допуска группы.
Недостатками этого решения являются затратные теплоизолирующие сегменты, характерная для проекта и вместе с тем фиксированная принадлежность стрелок к группам, которые циркулирующим образом посредством трудоемкого допуска группы ставятся в соответствие временному окну и создают импульсы нагрева с коэффициентом усреднения от 0% до 100%, и связанные с этим высокие издержки аппаратного обеспечения и программного обеспечения для допуска групп, а также нахождение и аналитическая оценка самых разных констант времени для работы каждой группы, которые найдены на образце рельса и заложены в управление.
Известен также (DB Netz, „Switching Heating Seminarʺ, Автор-специалист Людвиг Линке) предварительный нагрев всех рельсов стрелочного обогревателя при недостижении параметрируемой определенной температуры воздуха, например, меньше +3°C, до низкой заданной температуры рельса, например, +2°C, и при дополнительных осадках нагрев до более высокой заданной температуры рельса, например, +4°C. Недостатком является связанное с этим потребление энергии.
Для стрелочных обогревателей упомянутого вида в настоящее время известны виды управления с помощью ручного включения, температурного управления и климатического управления.
Ручное включение осуществляется дежурным по станции в зимнее время. Температурное управление посредством двухпозиционного регулирования осуществляется в интервалы времени нагрева, при этом при температуре рельса меньше +3°C нагрев включается, а при температуре рельса больше +7°C нагрев включается. Климатическое управление осуществляется в рабочих режимах «влажный нагрев» или «низкотемпературный нагрев». При так называемом «влажном нагреве» при обнаружении снегопада посредством измерения влажности, или, соответственно, осадков и температуры воздуха, на направляющей стрелке включаются все стрелки системы и посредством датчиков температуры рельса подогреваются и регулируются до значения заданной температуры рельса, например, +5°C, при этом с помощью устройства управления все нагревательные элементы системы стрелочного обогрева посредством нагревательных отводов с помощью коммутационного устройства включаются и включаются для каждой стрелки одновременно. Условие нагрева «влажный нагрев» считается выполненным, когда имеются осадки, и температура рельса падает ниже предварительно параметрированного значения. Поэтому при требовании нагрева всегда включается и выключается мощность всех подключенных нагревательных элементов, и фактическая мощность в процессе нагрева колеблется от нуля до максимального значения, которое соответствует сумме присоединяемой мощности всех нагревательных элементов. При отрицательных температурах окружающей среды точки включения поднимаются. Опционально дополнительный датчик поземка действует как дополнительный детектор снега, осуществляя включение.
Рабочий режим «низкотемпературный нагрев» осуществляется при сухости и низких температурах воздуха от -5°C до -15°C. «Низкотемпературный нагрев» служит для того, чтобы можно было обойти очень инертное поведение нагревания системы, возникающее вследствие условий системы, и тем самым превентивно осуществить предварительный нагрев в случае возможного события осадков, чтобы расплавить лед и летящий снег в стрелке. Если событие осадков или, соответственно, лед и летящий снег отсутствует, соответственно этому нагрев осуществляется без потребности. Управление посредством коммутационного устройства при выполненном условии нагрева регулирует подогрев всех стрелок при помощи управления при помощи волнового пакета или двухпозиционного управления на постоянные +6°C.
Известные из уровня техники способы и устройства иногда требуют очень больших издержек и имеют тот недостаток, что либо без потребности расходуется энергия, либо некоторые стрелки системы нагреваются позднее или, соответственно, недостаточно.
Поэтому в основе настоящего изобретения лежит задача, предложить способ для управления энергоснабжением систем электрообогрева стрелочных переводов, и предоставить соответствующее устройство, с помощью которых простыми средствами достигается варьируемая адаптация мощности в зависимости от задаваемых рабочих параметров, а также надежное функционирование систем обогрева стрелочных переводов при оптимальном использовании энергии.
Эта задача по первому аспекту изобретения решается с помощью способа управления энергоснабжением системы электрообогрева стрелочных переводов, которая имеет по меньшей мере две стрелки (12), на каждой из которых расположен по меньшей мере один нагревательный элемент (7), по меньшей мере один коммутационный распределитель (1), имеющий по меньшей мере один нагревательный отвод (6), в частности один нагревательный отвод (6) для каждой стрелки (12), и по меньшей мере одно устройство (3) управления для управления и регулирования температуры (X) рельса, включающего в себя этапы:
a) в режиме нагрева системы электрообогрева стрелочных переводов  получение циклически следующих друг за другом времен (Zt) такта,
b) для каждого времени (Zt) такта получение по меньшей мере одного отношения (L) по мощности соответственно количеству включенных и выключенных нагревательных отводов (6),
f
e
c) в течение каждого времени (Zt) такта по меньшей мере одного постоянного отношения (L) по мощности или отношения (L) по мощности, коррелирующего с по меньшей мере одним, регистрируемым извне рабочим параметром (B), активирование нагревательных отводов (6) по порядку, начиная с включенных или выключенных нагревательных отводов (6), соответственно отношению (L) по мощности, и деактивирование остальных нагревательных отводов (6) в циркулирующем пошаговом режиме,
a
a
pro
auf
auf
auf
max
max
a
d) согласно этому, выполнение по меньшей мере одного активного отношения (L) по мощности, при этом производится адаптация указанного по меньшей мере одного активного отношения (L) по мощности, которая осуществляется в зависимости от фактического отклонения регулируемой величины, и находится предельное значение «максимальное отклонение регулируемой величины», при этом при первичном включении системы электрообогрева стрелочных переводов с характерным для проекта отношении (L) по мощности от 50% до 80% в течение времени (t) нагревания регистрируется имеющееся отклонение (xw) регулируемой величины в начале времени (t) нагревания и сравнивается с сохраненным в памяти максимальным отклонением xw регулируемой величины, причем при превышении этого максимального отклонения (xw) регулируемой величины осуществляется адаптация указанного по меньшей мере одного активного отношения (L) по мощности до 100%,
max
d1) повторение этапа d) через задаваемый промежуток времени или при недостижении или превышении максимального отклонения (xw) регулируемой величины,
S
auf
e) при погодообусловленном требовании (Hz) нагрева для по меньшей мере одной стрелки (12) расчет теоретического времени нагревания до достижения предварительно устанавливаемой заданной температуры (X) рельса стрелки (12) и сравнение его с параметрируемым временем (t) нагревания,
auf
a
a
e1) при превышении параметрируемого времени (t) нагревания повышение активного отношения (L) по мощности по меньшей мере упомянутого нагревательного отвода (6), при этом количество включенных за время (Zt) такта нагревательных отводов (6) повышается на единицу, а количество выключенных за время (Zt) такта нагревательных отводов (6) уменьшается на единицу, или отношение (L) по мощности повышается до 100%,
S
при этом после и/или перед каждым временем (Zt) такта каждая температура (X) рельса по меньшей мере одной, подключенной к системе электрообогрева стрелочных переводов  стрелки (12) сравнивается с предварительно устанавливаемой заданной температурой (X) рельса, причем при аналитической оценке этого сравнения изменяется распределение включенных и выключенных нагревательных отводов (6), при этом нагревательные отводы (6), имеющие избыток подогрева, в течение каждого времени (Zt) такта выключаются в пользу нагревательных отводов (6), имеющих дефицит подогрева.
Вышеназванная задача по второму аспекту настоящего изобретения решается с помощью устройства для управления энергоснабжением системы электрообогрева стрелочных переводов, которая имеет по меньшей мере две стрелки (12), на каждой из которых расположен по меньшей мере один нагревательный элемент (7), по меньшей мере один коммутационный распределитель (1), имеющий по меньшей мере один нагревательный отвод (6), в частности один нагревательный отвод (6) для каждой стрелки (12), и по меньшей мере одно устройство (3) управления для управления и регулирования температуры (X) рельса, включающего в себя:
- по меньшей мере один регулятор (10), который расположен между устройством (3) управления в коммутационном распределителе (1) и коммутационным устройством (5) указанного по меньшей мере одного нагревательного отвода (6), при этом указанный по меньшей мере один регулятор (10) посредством двоичного соединения и/или шинного соединения соединен с устройством (3) управления,
- по меньшей мере один регистр (13) сдвига, имеющий генератор (14) тактовых импульсов, который посредством двоичного соединения и/или шинного соединения соединен с указанным по меньшей мере одним регулятором (10) и устройством (3) управления,
n
max
- по меньшей мере один выход «управляющий сигнал нагрева стрелки ВКЛ» (Y) регулятора (10), который посредством генератора (14) тактовых импульсов регистра (13) сдвига соединен с управляющим входом коммутационного устройства (5) или посредством управляющего сигнала max (Y) непосредственно с коммутационным устройством (5),
a
S
a
max
при этом посредством соединения между устройством (3) управления и регистром (13) сдвига в течение каждого времени (Zt) такта активное отношение (L) по мощности может передаваться регистру (13) сдвига, а заданная температура (X) рельса от устройства (3) управления к указанному по меньшей мере одному регулятору (10), и отличающееся от активного отношения (L) по мощности отношение (L) по мощности может передаваться по прямому проводу посредством управляющего сигнала max (St) от указанного по меньшей мере одного регулятора (10) на коммутационное устройство (5), и
при этом в коммутационном распределителе (1) установлено по меньшей мере одно запоминающее устройство, которое посредством двоичного соединения и/или шинного соединения соединено с устройством (3) управления, причем посредством этого соединения может передаваться по меньшей мере один рабочий параметр (B) и может запоминаться в указанном по меньшей мере одном запоминающем устройстве и может запрашиваться из него устройством (3) управления.
Изобретение предпочтительным образом приводит к оптимальному использованию энергии при обогреве отдельных стрелок в системе электрообогрева стрелочных переводов  при одновременной гарантии функционирования всех стрелок. Путем варьируемой адаптации мощности в зависимости от задаваемых рабочих параметров возможно устранение пиков мощности по сравнению с традиционными системами и экономия энергии. Помимо этого, могут находить применение многие элементы родственных систем электрообогрева стрелочных переводов, например, могут использоваться принятые до сих пор нагревательные элементы.
a
Существенное преимущество настоящего изобретения заключается в достижении сокращения стоимости обеспечения энергией за счет уменьшения фактической электрической мощности, несмотря на приоритеты, но при одинаковом подогреве всех подключенных стрелок 12 благодаря получению активных отношений (L) по мощности, так что по сравн. с уровнем техники (напр., WO 2010/115436 A1) становится возможна еще более гибкая адаптация распределения мощности (благодаря сдвинутому во времени и ступенчатому подключению мощности нагревательных отводов (6)), и может экономиться еще больше энергии.
Ниже изобретение описывается в деталях. Когда в описании предлагаемого изобретением способа называются предметные признаки, то они относятся, в частности, к предлагаемому изобретением устройству. Точно так же признаки способа, которые приводятся в описании предлагаемого изобретением устройства, относятся к предлагаемому изобретением способу.
В первом аспекте настоящее изобретение касается способа управления энергоснабжением системы электрообогрева стрелочных переводов . Эта система электрообогрева стрелочных переводов  имеет по меньшей мере две стрелки (12), на каждой из которых расположен по меньшей мере один нагревательный элемент (7), по меньшей мере один коммутационный распределитель (1), имеющий по меньшей мере один нагревательный отвод (6), в частности один нагревательный отвод (6) для каждой стрелки (12), и по меньшей мере одно устройство (3) управления для управления и регулирования температуры (X) рельса.
На этапе a) в режиме нагрева системы электрообогрева стрелочных переводов  получаются циклически следующие друг за другом времена (Zt) такта, предпочтительно с помощью таймера микроконтроллера в устройстве (3) управления.
Под «временем такта» в смысле настоящего изобретения понимается промежуток времени, в который при требовании (Hz) нагрева нагревательные отводы (6) системы электрообогрева стрелочных переводов  включены или выключены.
На этапе b) для каждого времени (Zt) такта получается по меньшей мере одно отношение (L) по мощности соответственно количеству включенных и выключенных нагревательных отводов (6), предпочтительно в зависимости от рабочих параметров (B).
«Отношением по мощности» в соответствии с изобретением называется отношение или, соответственно, частное от количества включенных или, соответственно, выключенных нагревательных отводов (6) и общего количества нагревательных отводов (6) системы электрообогрева стрелочных переводов. Примеры приводятся ниже при описании вариантов осуществления.
f
e
На этапе c) в течение каждого времени (Zt) такта по меньшей мере одного постоянного отношения (L) по мощности или отношения (L) по мощности, коррелирующего с по меньшей мере одним регистрируемым извне рабочим параметром (B), осуществляется активирование нагревательных отводов (6) по порядку, начиная с включенных или выключенных нагревательных отводов (6), соответственно отношению (L) по мощности, и деактивирование остальных нагревательных отводов (6) в циркулирующем пошаговом режиме.
a
a
pro
auf
auf
auf
max
max
a
Вследствие этого на этапе d) выполняется по меньшей мере одно активное отношение (L) по мощности, при этом производится адаптация указанного по меньшей мере одного активного отношения (L) по мощности, которая осуществления в зависимости от фактического отклонения регулируемой величины, и находится предельное значение «максимальное отклонение регулируемой величины», за счет того, что при включении системы  элетрообогрева стрелочных переводов с характерным для проекта отношении (L) по мощности от 50% до 80% в течение времени (t) нагревания регистрируется имеющееся отклонение (xw) регулируемой величины в начале времени (t) нагревания и сравнивается с сохраненным в памяти максимальным отклонением (xw) регулируемой величины, причем при превышении этого максимального отклонения (xw) регулируемой величины осуществляется адаптация указанного по меньшей мере одного активного отношения (L) по мощности до 100%.
max
auf
auf
auf-max
Нахождение максимального отклонения (xw) регулируемой величины осуществляется из сохраненного в памяти частного опытного отклонения (xw) регулируемой величины при нагревании и опытного времени (t) нагревания, помноженного на параметрируемое характерным для проекта образом максимальное время (t) нагревания.
max
На этапе d1) повторяется этап d) через задаваемый промежуток времени или при недостижении или превышении максимального отклонения (xw) регулируемой величины. Этот задаваемый промежуток времени составляет 1 минуту-15 минут, предпочтительно 3 минуты-10 минут, в частности 5 минут.
auf
auf
n
max
max
Опционально может выполняться этап d2), в котором по меньшей мере на одной стрелке (12) системы электрообогрева стрелочных переводов  регистрируется изменение во времени подогрева и по нему контролируется изменение во времени отклонения (xw) регулируемой величины, при этом, начиная с некоторого параметрируемого отклонения (xw) регулируемой величины, интегрируется по времени изменение во времени отклонения (xw) регулируемой величины и сравнивается с предельным значением. Это предельное значение является произведением максимально допустимого отклонения (xw) регулируемой величины и максимально допустимой продолжительности времени для компенсации максимального отклонения (xw) регулируемой величины. При превышении этого предельного значения активируется следующее более высокое отношение (L) по мощности и/или отношение L по мощности 100% для по меньшей мере одного нагревательного отвода (6) или всей системы электрообогрева стрелочных переводов.
S
auf
Этап e) предусматривает, что при погодообусловленном требовании (Hz) нагрева для по меньшей мере одной стрелки (12) рассчитывается теоретическое время нагревания до достижения предварительно устанавливаемой заданной температуры (X) рельса стрелки (12), и оно сравнивается с параметрируемым временем (t) нагревания.
n
n
Альтернативно этап e) может выполняться так, что при отклонении xw регулируемой величины при погодообусловленном требовании (Hz) нагрева для по меньшей мере одной стрелки (12) нагрев для этой стрелки (12) в течение следующих времен (Zt) такта выключается, пока отклонение регулируемой величины (xw) равно нулю.
«Требованием нагрева» здесь называется электронный сигнал, который сообщает о потребности в энергии нагрева для одной или нескольких стрелок (12). Требование (Hz) нагрева может создаваться, в частности, данными метеостанции в месте расположения по меньшей мере одной стрелки (12) и/или метеослужбой.
auf
«Параметрируемое время нагревания» означает, что в зависимости от регистрируемых извне рабочих параметров (B) время (t) нагревания может адаптироваться характерным для проекта образом. Примеры приводятся ниже при описании вариантов осуществления.
auf
a
a
Когда «параметрируемое время (t) нагревания» превышается, этап e1) предусматривает повышение активного отношения (L) по мощности по меньшей мере упомянутого нагревательного отвода (6), при этом количество включенных за время (Zt) такта нагревательных отводов (6) повышается на единицу, а количество выключенных за время (Zt) такта нагревательных отводов (6) уменьшается на единицу, или отношение (L) по мощности повышается до 100%.
n
max
a
Альтернативно этап e1) может выполняться так, что при понижении отклонения xw регулируемой величины стрелки (12) ниже максимального отклонения (xw) регулируемой величины осуществляется сокращение активного отношения (L) по мощности по меньшей мере упомянутого нагревательного отвода (6), при этом количество включенных за время (Zt) такта нагревательных отводов (6) уменьшается на единицу, а количество выключенных за время (Zt) такта нагревательных отводов (6) повышается на единицу.
S
Предлагаемый изобретением способ предусматривает, что после и/или перед каждым временем (Zt) такта каждая температура (X) рельса по меньшей мере одной, подключенной к системе электрообогрева стрелочных переводов  стрелки (12) сравнивается с предварительно устанавливаемой заданной температурой (X) рельса, причем при аналитической оценке этого сравнения изменяется распределение включенных и выключенных нагревательных отводов (6), при этом нагревательные отводы (6), имеющие избыток подогрева, в течение каждого времени(Zt) такта выключаются в пользу нагревательных отводов (6), имеющих дефицит подогрева.
n
a
n
Опционально может также выполняться этап f), в котором, когда отклонение (xw) регулируемой величины стрелки (12) достигает значения нуля, осуществляется блокирование активного отношения (L) по мощности по меньшей мере упомянутого нагревательного отвода (6), при этом этот нагревательный отвод (6) выключается, пока отклонение регулируемой величины (xw) не станет больше нуля.
Таким образом можно снабжать энергией стрелки (12) в системе электрообогрева стрелочных переводов  варьируемым образом и гибко реагировать на изменяющиеся внешние обстоятельства, т.е. реализовывать изменяющиеся требования (Hz) нагрева. При этом имеющаяся в распоряжении энергия используется оптимально, запрос дополнительной энергии необходим только в исключительных случаях. Таким образом достигается сокращение стоимости обеспечения энергией, при этом уменьшается фактическая электрическая мощность, несмотря на приоритеты подключенных стрелок (12).
S
Для возможности практического применения при различных погодных условиях оказалось предпочтительным, когда в зависимости от указанного по меньшей мере одного регистрируемого извне рабочего параметра (B) получаются различимые виды управления, имеющие соответственно распределенные значения заданной температуры (X) рельса, при этом к каждому из параметрируемых основных заданных значений прибавляются добавочные заданные значения, когда указанный по меньшей мере один регистрируемый извне рабочий параметр (B) превышается и/или не достигается. Преимущество в том, что при наименьшей мощности и оптимальном использовании энергии становится возможной максимальная функциональная надежность стрелок (12) зимой, т.е. осуществляется подогрев стрелок (12), соответствующий потребности.
Под «различимыми видами управления» здесь подразумеваются виды управления системы электрообогрева стрелочных переводов, которые в зависимости от рабочих параметров (B) могут варьируемым образом адаптироваться к внешним обстоятельствам. Предпочтительно добавочные заданные значения составляют 1 К на количество осадков снега и/или 1 К в зависимости от вида осадков и в зависимости от температуры воздуха и/или необогреваемого рельса.
Регистрируемые извне рабочие параметры (B) выбираются предпочтительно из температуры воздуха, влажности воздуха, температуры (X) рельса, снега, летящего снега и/или дождя.
Этими рабочими параметрами (B), которые могут обнаруживаться посредством традиционных регистрирующих устройств известным специалисту способом, покрыты параметры, которые являются решающими для работы железнодорожных стрелок. Однако в зависимости от локальных данных, могут добавляться другие, регистрируемые извне рабочие параметры (B).
par
par
В одном из конкретных вариантов осуществления путем регистрации рабочего параметра «снег» с помощью надлежащего датчика находится высота снега, и согласно этому при задаваемом рабочем параметре «температура воздуха» активируется или деактивируется вид управления «низкотемпературный нагрев», при этом посредством регистрации и аналитической оценки изменения во времени рабочего параметра «температура воздуха» было зарегистрировано параметрируемое значение (T) температуры, предпочтительно больше +3°C, на протяжении задаваемого времени, предпочтительно 5 минут-30 минут, в частности 15 минут, и/или посредством регистрации рабочего параметра «дождь» на протяжении параметрируемого времени (t), предпочтительно 5 минут-30 минут, в частности 15 минут.
На этапе a) предлагаемого изобретением способа получаются циклически следующие друг за другом времена (Zt) такта одинаковой продолжительности времени от 1 секунды до 300 секунд, предпочтительно 50 секунд-70 секунд, в частности 60 секунд, с временной паузой или без. При этом временная пауза может составлять от 1 секунды до 10 секунд.
a
В одном из усовершенствований изобретения указанное по меньшей мере одно активное отношение (L) по мощности получается из частного количества включенных нагревательных отводов (6) или выключенных нагревательных отводов (6) и общего количества нагревательных отводов (6) системы электрообогрева стрелочных переводов , при этом нижний предел отношения (L) по мощности составляет предпочтительно 40%.
Для еще более вариабельного управления энергоснабжением оказалось предпочтительным, когда последовательность коммутации нагревательных отводов (6) изменяется после и/или перед каждым временем (Zt) такта.
e
s
В одном из вариантов осуществления зарегистрированное изменение во времени температуры (X) рельса на по меньшей мере одной стрелке (12) может запоминаться в устройстве (3) управления, и конечное значение температуры (X) рельса сравниваться с предварительно устанавливаемой заданной температурой (X) рельса, при этом количество отключенных нагревательных отводов (6) в течение по меньшей мере одного времени (Zt) такта получается из наибольшей найденной таким образом разности температур.
s
Для дальнейшей экономии энергии, или, соответственно, для оптимизации распределения энергии, когда температура (X) рельса на стрелке (12), имеющей не отключенный нагревательный отвод (6), больше, чем заданная температура (X) рельса, предпочтительно 0,5°C-3°C, в частности 1°C, этот нагревательный отвод (6) может отключаться в течение текущего времени (Zt) такта.
В одном из усовершенствований предлагаемого изобретением способа находится фактическая мощность в течение каждого времени (Zt) такта, и в течение задаваемой продолжительности времени, предпочтительно 5 минут-60 минут, в частности 15 минут, сохраняется в памяти минимальная фактическая мощность, средняя фактическая мощность и максимальная фактическая мощность.
Далее, при включенном нагреве устройство (3) управления в зависимости от зарегистрированных извне рабочих параметров (B) может активировать отношение (L) по мощности, причем оно составляет от 40% до 80%, предпочтительно 60% и при превышении максимального рабочего значения устанавливается на 100%.
a
a
a
В другом усовершенствовании предлагаемого изобретением способа в течение каждого времени (Zt) такта контролируется активное отношение (L) по мощности, так что когда при по меньшей мере однократном повышении отношения (L) по мощности достигается отношение (L) по мощности 100%, в первом запоминающем устройстве, которое соединено с устройством (3) управления, запоминаются текущие рабочие параметры (B) для этого момента, причем при последующем требовании (Hz) нагрева эти сохраненные в памяти рабочие параметры (B) сравниваются с последующими текущими рабочими параметрами (B), так что когда эти последующие текущие рабочие параметры (B) равны или хуже для системы электрообогрева стрелочных переводов, чем сохраненные в памяти рабочие параметры (B), немедленно настраивается отношение по мощности 100%.
Второй аспект настоящего изобретения касается устройства для управления энергоснабжением системы электрообогрева стрелочных переводов, причем эта система электрообогрева стрелочных переводов  имеет по меньшей мере две стрелки (12), на каждой из которых расположен по меньшей мере один нагревательный элемент (7), по меньшей мере один коммутационный распределитель (1), имеющий по меньшей мере один нагревательный отвод (6), в частности один нагревательный отвод (6) для каждой стрелки (12), и по меньшей мере одно устройство (3) управления для управления и регулирования температуры (X) рельса. Устройство включает в себя:
- по меньшей мере один регулятор (10), который расположен между устройством (3) управления в коммутационном распределителе (1) и коммутационным устройством (5) указанного по меньшей мере одного нагревательного отвода (6), при этом указанный по меньшей мере один регулятор (10) посредством двоичного соединения и/или шинного соединения соединен с устройством (3) управления,
- по меньшей мере один регистр (13) сдвига, имеющий генератор (14) тактовых импульсов, который посредством двоичного соединения и/или шинного соединения соединен с указанным по меньшей мере одним регулятором (10) и устройством (3) управления,
n
max
- по меньшей мере один выход «Управляющий сигнал нагрева стрелки ВКЛ» (Y) регулятора (10), который посредством генератора (14) тактовых импульсов регистра (13) сдвига соединен с управляющим входом коммутационного устройства (5) или посредством управляющего сигнала max (Y) непосредственно с коммутационным устройством (5),
a
S
a
max
при этом посредством соединения между устройством (3) управления и регистром (13) сдвига в течение каждого времени(Zt) такта активное отношение (L) по мощности может передаваться регистру (13) сдвига, а заданная температура (X) рельса от устройства (3) управления к указанному по меньшей мере одному регулятору (10), и отличающееся от активного отношения (L) по мощности отношение (L) по мощности может передаваться по прямому проводу посредством управляющего сигнала max (Y) от указанного по меньшей мере одного регулятора (10) на коммутационное устройство (5), и
при этом в коммутационном распределителе (1) установлено по меньшей мере одно запоминающее устройство, которое посредством двоичного соединения и/или шинного соединения соединено с устройством (3) управления, причем посредством этого соединения может передаваться по меньшей мере один рабочий параметр (B) и может запоминаться в указанном по меньшей мере одном запоминающем устройстве и может запрашиваться из него устройством (3) управления.
«Коммутационный распределитель» в соответствии с изобретением представляет собой блок, в котором вместе размещены отдельные элементы системы электрообогрева стрелочных переводов, в частности устройство (3) управления, по меньшей мере один коммутационное устройство (5), имеющий нагревательный отвод (6), в частности один нагревательный отвод (6) для каждой стрелки (12), и по меньшей мере один регулятор (10). Коммутационный распределитель (1) подключен к электросети (9).
«Устройство управления» представляет собой процессный блок для управления и регулирования температуры (X) рельса, к которому подключены отдельные регуляторы (10). Устройство (3) управления снабжается релевантными данными от метеостанции/метеостанций.
«Схемой соединений» в соответствии с изобретением называется распределение, а также количество включенных или, соответственно, выключенных нагревательных отводов (6).
Устройство (3) управления и указанный по меньшей мере один регулятор (10) предпочтительно выполнены в виде микроконтроллера (аппаратного обеспечения), в то время как функция регулятора представляет собой программное обеспечение.
Другие цели, признаки, преимущества и возможности применения вытекают из последующего описания не ограничивающих изобретение примеров осуществления на основе фигур. При этом все описанные и/или изображенные графически признаки по отдельности или в любой комбинации составляют предмет изобретения, также независимо от их объединения в пунктах формулы изобретения или ссылки на них. Показано:
фиг.1: схематичное изображение системы электрообогрева стрелочных переводов  согласно уровню техники;
фиг.2: график для представления изменения во времени мощности в зависимости от погодозависимого требования нагрева согласно уровню техники;
фиг.3: табличное представление состояний коммутации в соответствии с предлагаемым изобретением способом для предлагаемой изобретением системы электрообогрева стрелочных переводов ;
фиг.4: табличное представление состояний коммутации с фиг.3 при принятой инсталлированной мощности нагрева 10 кВт на каждую стрелку 12;
фиг.5: схематичное представление предлагаемой изобретением системы электрообогрева стрелочных переводов;
фиг.6a-d: графики для представления изменения во времени последовательности коммутации в соответствии с предлагаемым изобретением способом;
max
фиг.7: график для определения максимального отклонения xw регулируемой величины;
n
S
фиг.8: график для представления формы кривой нагрева при подогреве от фактической температуры X рельса до заданной температуры X рельса и
фиг.9: представление рабочих режимов в зависимости от качества осадков.
t
В режиме нагрева на протяжении нескольких времен Z такта при неизменном отношении L по мощности мощность соответствует произведению отношения L по мощности и инсталлированной присоединяемой мощности P всех нагревательных элементов 7 системы электрообогрева стрелочных переводов .
Ниже термин «отношение по мощности» поясняется более подробно.
Максимальное количество отношений L по мощности получается из количества нагревательных отводов 6 системы электрообогрева стрелочных переводов, сокращенного на единицу. Но вследствие слишком низкого подогрева стрелок 12 при отношениях по мощности меньше примерно 35% и по причинам рентабельности у систем электрообогрева стрелочных переводов это максимальное количество ограничивается больше, чем 15 стрелками.
Отношение L по мощности может переключаться при работающем режиме нагрева. Синтаксис отношения L по мощности является производным от отношения такта времен нагрева и времен охлаждения.
Отношение по мощности 50% для всех нагревательных отводов 6 системы электрообогрева стрелочных переводов  соответствует 1 такту нагрева к 1 такту охлаждения (1Н:1О) и требует двух, четырех и т.д. нагревательных отводов 6.
Отношение по мощности 66,6% для всех нагревательных отводов 6 системы электрообогрева стрелочных переводов  соответствует 2 тактам нагрева к 1 такту охлаждения (1Н:1О) и требует количества нагревательных отводов 6 три, шесть и т.д.
Отношение по мощности 75% для всех нагревательных отводов 6 системы электрообогрева стрелочных переводов  соответствует 3 тактам нагрева к 1 такту охлаждения (1Н:1О) и требует по меньшей мере четырех, восьми и т.д. нагревательных отводов 6.
Переключение с отношения L по мощности 50% на другое отношение L по мощности, напр., 75%, осуществляется в начале времени Zt такта, при этом сначала одновременно и/или последовательно осуществляется последовательность коммутации выключение и включение.
В режиме нагрева происходит смена отношений L по мощности. Осуществляющееся последовательно, циркулирующее активирование нагревательных отводов 6 осуществляется так быстро, что осуществляется одновременный подогрев всех подключенных стрелок 12. Благодаря этому поддерживается одинаковый уровень температуры всех стрелок 12.
Последовательность включения и выключения нагревательных отводов 6 не установлена. Она может осуществляться по порядку. Если во время нагрева состояние коммутации нагревательных отводов 6 в режиме нагрева в следующее время Zt такта не изменяется, т.е. не выключается, для сбережения коммутационных контактов между временами Zt такта процесс коммутации  соответствующих нагревательных отводов 6 не осуществляется.
max
В режиме нагрева в течение циклически следующих друг за другом времен Zt такта в течение каждого времени Zt такта включается варьируемое количество нагревательных отводов 6, а остальное отдельное количество нагревательных отводов 6 выключается, и в течение каждого времени Zt такта распределение включенных или, соответственно, выключенных нагревательных отводов 6 пошагово изменяется, при этом количество включенных и выключенных нагревательных отводов 6 и вместе с тем продолжительность включения каждого нагревательного отвода 6 остается одинаковой и/или изменяется в зависимости от температуры X рельса и/или погоды. Когда включаются все нагревательные отводы 6 системы электрообогрева стрелочных переводов , отношение по мощности составляет 100%, а времена Zt такта прерываются и выключаются, т.е. фактическое потребление мощности соответствует присоединяемой мощности. Если, в отличие от этого, в течение одного или нескольких времен Zt такта по меньшей мере один нагревательный отвод 6 выключается и остальные нагревательные отводы 6 выключаются, отношение по мощности составляет в пределах от 1% до 99%, предпочтительно от 40% до 50%, т.е. фактическая мощность соответствует произведению инсталлированной мощности P и отношения L по мощности.
Соответственно количеству включенных или, соответственно, выключенных нагревательных отводов 6 возможны несколько отношений L по мощности.
Отношения L по мощности получаются из отношения любого количества нагревательных отводов 6, предпочтительно из отношения включенных в течение каждого времени Zt такта нагревательных отводов 6 к имеющемуся в системе электрообогрева стрелочных переводов  количеству нагревательных отводов 6 или, соответственно, отдельному количеству нагревательных отводов 6. Отношения L по мощности могут (составлять) от минимального значения, которое соответствует отношению включенного нагревательного отвода 6 ко всем нагревательным отводам 6, до максимального значения 100%, которое соответствует отношению всех включенных ко всем нагревательным отводам 6. Предпочтительно при включении системы электрообогрева стрелочных переводов  настраивается отношение по мощности от 50% до 75%.
a
Например, имеется система электрообогрева стрелочных переводов , имеющая пять стрелок 12, при этом нагревательные элементы 7 каждой стрелки 12 посредством нагревательного отвода 6 с помощью регулятора 10 в коммутационном распределителе 1 снабжаются энергией при требовании (Hz) энергии. В коммутационном распределителе 1 имеются, соответственно, пять нагревательных отводов 6. Возможные отношения L по мощности равны пять нагревательных отводов х 50%=отношение по мощности 2,5 и пять нагревательных отводов х 75%=отношение по мощности 3,75. При этом в течение каждого времени Zt такта могут активироваться от 2,5 до 3,75 нагревательных отводов 6. Целое количество этих двух значений составляет 3, т.е. в течение каждого времени Zt такта включаются три нагревательных отвода 6 и выключаются два нагревательных отвода 6. Активированное отношение L по мощности составляет 100% х 3/5=60%. Когда каждый нагревательный отвод 6 имеет мощность нагрева 10 кВт, присоединяемая мощность P, когда все нагревательные отводы 6 включены, т.е. при отношении по мощности 100%, равна 5×10 кВт=50 кВт, а при отношении по мощности 60% равна 3×10 кВт=30 кВт.
Для системы электрообогрева стрелочных переводов  возможны следующие отношения L по мощности:
L1=100% x 5/5=100% в течение каждого времени Zt такта пять нагревательных отводов 6 ВКЛ, т.е. мощность нагрева составляет 100% или 50 кВт
L2=100% x 4/5=80% в течение каждого времени Zt такта четыре нагревательных отвода 6 ВКЛ и один нагревательный отвод 6 ВЫКЛ, т.е. мощность нагрева составляет 80% или 40 кВт
L3=100% x 3/5=60% в течение каждого времени Zt такта три нагревательных отвода 6 ВКЛ и два нагревательных отвода ВЫКЛ, т.е. мощность нагрева составляет 60% или 30 кВт
L4=100% x 2/5=40% в течение каждого времени Zt такта два нагревательных отвода 6 ВКЛ и три нагревательных отвода ВЫКЛ, т.е. мощность нагрева составляет 40% или 20 кВт
L5=100% x 1/5=20% в течение каждого времени Zt такта один нагревательный отвод 6 ВКЛ и четыре нагревательных отвода ВЫКЛ, т.е. мощность нагрева составляет 20% или 10 кВт
В зависимости от регистрируемых извне рабочих параметров B, таких как температура воздуха, температура X рельса (холодный рельс), количество снега в единицу времени и т.д. в течение каждого времени Zt такта в устройстве 3 управления активируется отношение L по мощности. Если температура воздуха составляет, напр., 0°C, и осадки представляют собой дождь, соответственно приведенному выше примеру активируется отношение по мощности 60%, т.е. в течение каждого времени Zt такта включаются три нагревательных отвода 6, а два нагревательных отвода 6 выключены. В течение первого времени Zt такта, напр., нагревательные отводы 6.1, 6.2 и 6.3 могут быть включены, а нагревательные отводы 6.4 и 6.5 выключены. В течение второго времени Zt такта схема соединений циркулирующим образом передвигается на единицу, подобно шаговому механизму переключения, так чтобы нагревательные отводы 6.2, 6.3 и 6.4 были включены, а нагревательные отводы 6.5 и 6.1 выключены и при этом включено или, соответственно, выключено такое же количество нагревательных отводов 6, как в течение предыдущего времени Zt такта. Схема соединений во время нагрева в течение каждого времени Zt такта всегда смещена на один этап.
Ниже описывается адаптация отношения L по мощности к регистрируемым извне рабочим параметрам B.
S
n
n
n
Для обеспечения надежного подогрева стрелок 12 зимой до заданной температуры X рельса в течение приемлемого времени, при превышении определенного отклонения xw регулируемой величины, предпочтительно 2 К, осуществляется активирование функции контроля. Функция контроля состоит из предельного значения, то есть произведения предпочтительно 5 К и максимального времени, напр., 10 минут=5 К/мин. Если это предельное значение при нагреве превышается, происходит переключение на следующее более высокое отношение L по мощности и/или на отношение по мощности 100%. Для этого при нагреве в контуре регулирования каждой стрелки 12 регистрируется изменение во времени отклонения xw регулируемой величины, и после интегрирования зарегистрированного изменения во времени отклонения xw регулируемой величины сравнивается с предельным значением, и при превышении предельного значения активируется большее отношение L по мощности.
n
n
n
Ниже надо пояснить это на примере. При требовании Hz нагрева при соответствующей погоде в течение максимально допустимого времени нагревания, напр., 10 минут, не должно превышаться, напр., отклонение xw регулируемой величины, равное 5 К. Осуществляется регистрация температуры X рельса, например, этапами по 0,1 К, и регистрация времени в миллисекундах составляет, например, интеграл предельного значения 5 К х 0,1×10 минут х 60000=3000000 К х мс. Для каждой стрелки 12 находится имеющийся интеграл отклонения xwрегулируемой величины посредством временной регистрации отклонения xw регулируемой величины и сравнивается с интегралом предельного значения. При превышении интеграла предельного значения происходит переключение на следующее более высокое отношение L по мощности или на отношение по мощности 100%, а при отклонении регулируемой величины, равном нулю, не существует потребности нагрева для этой стрелки 12, и этот нагревательный отвод 6 в течение этого времени Zt такта не включается.
На основе имеющихся, регистрируемых извне рабочих параметров включаются все и/или только отдельные нагревательные отводы 6, при этом в каждое следующее время Zt такта последовательность коммутации включенных и выключенных нагревательных отводов 6, подобно шаговому механизму переключения, продолжает переключаться на единицу, и при этом на протяжении нескольких тактов нагрева каждый нагревательный отвод 6 потребляет одинаковую мощность, и при этом достигается равномерный нагрев всех стрелок 12 системы электрообогрева стрелочных переводов.
В соответствии с изобретением для обеспечения надежного функционирования системы электрообогрева стрелочных переводов  зимой при варьируемом отношении L по мощности и сменяющихся последовательностях коммутации нагревательных отводов 6 в течение времен Zt такта в устройстве 3 управления активируются разные рабочие режимы, в зависимости от имеющихся и/или прогнозируемых погодных условий.
Первым решением является отмена «низкотемпературного нагрева» в зависимости от вероятности осадков. Для этой функциональной возможности у метеослужбы запрашиваются значения прогноза по вероятности осадков и виду осадков. Если при низких температурах вероятность осадков на следующие 30 минут составляет меньше 60%, «низкотемпературный нагрев» аннулируется. Если вероятность осадков составляет больше 60%, выясняется, представляют ли собой ожидаемые осадки снег или дождь, и затем соответственно активируется «низкотемпературный нагрев» как функция предварительного нагрева. При дожде предварительный нагрев включается при вероятности осадков 80%, в отличие от чего при прогнозируемом снеге нагрев осуществляется уже при вероятности осадков 60%.
В это режиме предварительного нагрева температура X рельса поддерживается постоянно на 0°C до наступления фактического события осадков.
Другое решение для экономии энергии заключается в активировании «низкотемпературного нагрева» при возможном летящем снеге в зависимости от количества выпавшего снега в прошлом и последующем контроле изменения во времени температуры воздуха и осадков «дождь» таким образом, что находится количество снегопада, предпочтительно высота снега из зарегистрированной детектором снега высоты снега в единицу времени при данной продолжительности снегопада, и при параметрируемой минимальной высоте снега назначается и сохраняется в памяти сигнал «возможен летящий снег». Высота снега суммируется до тех пор, пока не осуществился сброс сигнала «возможен летящий снег». Сброс сигнала «возможен летящий снег» осуществляется после осуществления снегопада, после того как температура воздуха в течение некоторого продолжительного времени была выше 0°C, предпочтительно больше +3°C. При недостижении этого значения, например, температура воздуха -5°C, включается «низкотемпературный нагрев». Если температура воздуха после назначения сигнала превышает значение +3°C в параметрируемое время, или в параметрируемое время обнаруживается дождь, сигнал «возможен летящий снег» сбрасывается и удаляется. При последующей недостаточной температуре воздуха -5°C «низкотемпературный нагрев» не включается.
S
Другим решением является индивидуальная уставка заданной температуры X рельса в зависимости от вида осадков и количеств осадков.
S
S
Например, заданная температура X рельса при дожде не должна быть столь высокой, как при снегопаде. Точно так же это значение зависимо от фактического количества осадков. Зарегистрированные датчиком осадков данные включаются в режим регулирования, так что заданная температура X рельса динамически адаптируется к событиям осадков на месте. Если датчик осадков обнаруживает «изморось» или «дождь», рельс нагревается только до +1°C, чтобы избежать намерзания дождя на слишком холодных подушках остряка или остряковых рельсах. Так возможна значительная экономия по сравнению со стандартно установленными в настоящее время по уровню техники +6°C. При снегопаде, в зависимости от количества осадков, соответствующая заданная температура рельса выбирается по заданной шкале (сравн. фиг.3).
По окончании осадков опционально есть возможность однократно нагревать рельс в течение примерно 30 минут до +6°C, так чтобы больше не было никакой влаги. Этим «сухим нагревом» стрелки 12 гарантируется, что при опускании температуры, а также отсутствующих осадках и при этом выключенном нагреве на стрелке 12 не замерзнет остаточная влага.
Предлагаемые изобретением рабочие режимы для систем электрообогрева стрелочных переводов  с требованием Hz нагрева от метеостанции 2 и/или привязкой к метеослужбе, имеющей управление энергоснабжением, могут быть выполнены следующим образом.
Рабочий режим «низкотемпературный нагрев» (температура воздуха < - 5°C):
- прогноз погоды вероятность осадков > 80% и вид осадков «изморось» или, соответственно, «дождь» или вероятность осадков > 60% и вид осадков «град» или, соответственно, «снег» в следующие 30 минут;
s
- предварительный нагрев трех групп с тактированием 33% или, соответственно, тактированием 66% стрелок 12 до заданной температуры X рельса прибл. 0°C.
Рабочий режим «летящий снег»:
- имеется температура воздуха < -5°C и разлетающийся снег (назначен сигнал «возможен летящий снег»)
s
- предварительный нагрев трех групп с тактированием 33% или, соответственно, тактированием 66% стрелок до заданной температуры X рельса прибл. 0°C;
- если дополнительно датчиком поземка обнаруживается фактически поземок, система переходит в режим нагрева «влажный нагрев, снег».
Рабочий режим «нагрев при влажности, дождь»:
- прогноз погоды температура воздуха < +3°C и вероятность осадков > 80% и вид осадков «изморось» или, соответственно, «дождь» в следующие 30 минут;
s
- предварительный нагрев трех групп с тактированием 33% до заданной температуры X рельса прибл. 0°C
ИЛИ
- датчик температуры воздуха < +3°C, а датчик осадков обнаруживает дождь;
s
- нагрев трех групп с тактированием 33% или, соответственно, 66% до заданной температуры X рельса прибл. +1°C.
Рабочий режим «нагрев при влажности, снег или летящий снег»:
- температура воздуха < +3°C и прогноз погоды вероятность осадков > 60% и вид осадков «град» или, соответственно, «снег» в следующие 30 минут;
s
- предварительный нагрев трех групп с тактированием 33% или, соответственно, 66% до заданной температуры X рельса прибл. +3°C
ИЛИ
- датчик температуры воздуха < +3°C, а датчик осадков обнаруживает снег или град;
- нагрев трех групп с тактированием 33% или, соответственно, 66% до заданной температуры рельса соответственно количеству и температуре воздуха (увеличение заданного значения, начиная с -1°C).
Рабочий режим «сухой нагрев стрелок после прекращения требования Hz нагрева»:
- 30 минут сухой нагрев трех групп после прекращения сигнала осадков с тактированием 66%, чтобы предотвратить остаточную влажность, которая могла бы замерзнуть на рельсе, заданное значение +6°C.
Рабочий режим «аварийный или, соответственно, кратковременный нагрев»:
- ручное включение, ограниченное по времени, посредством устройства управления при отношении по мощности от 50% до 75% или 100%.
На фиг.1 изображена система электрообогрева стрелочных переводов  соответственно уровню техники, имеющая три нагревательных отвода 6. При соответствующей погоде метеостанцией 2 в устройстве 3 управления создается требование Hz нагрева, и все нагревательные отводы 6 одновременно включаются. Посредством по меньшей мере одного датчика 8 температуры рельса осуществляется регулирование температуры X рельса во время требования Hz нагрева между двум параметрируемыми заданными значениями, напр., +4°C и +7°C.
max
max
s
s
s
max
На фиг.2 изображено изменение во времени мощности P в зависимости от погодозависимого времени требования нагрева по уровню техники. В момент времени t1 условие нагрева выполнено, т.е. температура воздуха меньше или равна +3°C, и падают осадки. В этот момент времени система электрообогрева стрелочных переводов  включается, и мощность P соответствует инсталлированной мощности P, которая соответствует сумме всех инсталлированных нагревательных элементов 7 системы электрообогрева стрелочных переводов, и все стрелки 12 нагреваются. Потребление мощности соответствует инсталлированной мощности P нагрева нагревательных элементов 7 всех стрелок 12. От момента времени t1 до момента времени t2 осуществляется нагрев стрелок 12 до заданной температуры X рельса. В момент времени t2 заданная температура X рельса достигнута, и в этот момент времени все нагревательные отводы 6 отключаются, и рельсы всех стрелок 12 охлаждаются. Начиная с момента времени t2, мощность равна нулю. При достижении самой низкой заданной температуры X рельса в момент времени t3 снова включается нагрев всех стрелок 12, и стрелки 12 нагреваются до верхнего заданного значения. Мощность P, начиная с этого момента, снова соответствует инсталлированной мощности P нагревательных элементов 7 всех стрелок 12. Если в момент времени tn больше не обнаруживается осадков, требование Hz нагрева исчезает из устройства 3 управления, и нагрев полностью выключается.
На фиг.3 изображены состояния переключения системы электрообогрева стрелочных переводов, имеющей пять нагревательных отводов 6.1-6.5 для пяти стрелок 12 для предлагаемого изобретением способа с циркулирующим режимом нагрева при отношении L по мощности 60%. При требовании Hz нагрева 60% из пяти нагревательных отводов 6, то есть три нагревательных отвода 6, в течение первого времени Zt такта включены, остальные выключены. Время Zt такта составляет, напр., 60 секунд. В следующее время Zt такта последовательность коммутации переключается на один этап дальше. По истечении пяти времен Zt такта все нагревательные отводы 6.1-6.5 были включены всего 3×60 секунд. Вследствие большого нерабочего времени рельсов недостатков подогрева из-за состояния ВЫКЛ коммутации не возникает.
На фиг.4 представлена мощность состояний коммутации в соответствии с фиг.3 при принятой инсталлированной мощности P нагрева 10 кВт на каждую стрелку 12 на протяжении пяти времен Zt такта и получающаяся отсюда общая мощность. Общая мощность составляет 30 кВт.
n
S
n
n
max
S
t
n
n
n
На фиг.5 изображена предлагаемая изобретением система электрообогрева стрелочных переводов, имеющая три нагревательных отвода 6. Между устройством 3 управления и каждым коммутационным устройством 5 системы электрообогрева стрелочных переводов  расположен регулятор 10, имеющий вход датчика X температуры рельса, вход заданной температуры X рельса в зависимости от активного рабочего режима, выход управляющего сигнала Y «нагрев ВКЛ», выход отклонения xw регулируемой величины и выход Y. Кроме того, между устройством 3 управления и управляющим входом St коммутационного устройства 9 расположен регистр 13 сдвига, имеющий генератор 14 тактовых импульсов. Регуляторы 10 получают от устройства 3 управления текущий рабочий режим, т.е. заданную температуру X рельса. Регистр 13 сдвига получает от блока 3 управления текущее отношение L по мощности, а генератор 14 тактовых импульсов в течение каждого времени Z такта активирует количество коммутационных устройств 5 соответственно отношению L по мощности и деактивирует остальные коммутационные устройства 5 циклически циркулирующим образом, при этом соединение между управляющим сигналом Y «нагрев стрелки» и управляющим входом St коммутационного устройства замыкается и размыкается посредством контактов генератора 14 тактовых импульсов. Посредством соединения управляющего выхода Y регулятора 10 и коммутационного устройства 5 отношение L по мощности каждого нагревательного отвода 6 может изменяться индивидуально в зависимости от отклонения xw регулируемой величины стрелки до 100% и/или 0%.
n
На фиг.6a-6d соответственно предлагаемому изобретением способу представлено изменение во времени последовательности коммутации системы электрообогрева стрелочных переводов, имеющей три стрелки 12, при нагреве с отношением по мощности 66,6% и различными отклонениями xw регулируемой величины и зависимая от этого настройка отношений L по мощности отдельных стрелок 12 системы электрообогрева стрелочных переводов  в зависимости от времени для каждой стрелки 12. Соответственно фиг.6a, от момента времени t1 до tn активируется требование Hz нагрева, например, вследствие падающего снега.
max
n
steig
auf
par
steig
par
max
max
n
max
На фиг.6b изображена последовательность коммутации для стрелки 12.1. Сначала, начиная с момента времени t1, вследствие требования Hz нагрева осуществляется активирование параметрированного отношения L по мощности или повышение отношения L по мощности до 100%, в зависимости от сравнения отклонения (xws1) регулируемой величины стрелки 12.1 с расчетным предельным значением максимального отклонения xw регулируемой величины соответственно фиг.7. Возрастание отклонения xw регулируемой величины в момент времени t1 составляет, напр., 10 К. Отклонение xw регулируемой величины стрелки получается из частного отклонения (xw1) регулируемой величины стрелки 12.1 и времени (t) нагревания и составляет 5 К/10 мин.=0,5 К/мин. Эксплуатационник системы электрообогрева стрелочных переводов  параметрировал параметрируемое время t нагревания на 15 минут характерным для проекта образом. При перемножении возрастания отклонения xwрегулируемой величины стрелки и параметрированного времени t нагревания 0,5 К/мин. умножить на 15 минут получается максимальное отклонение xw регулируемой величины 7,5 К. Это значение больше, чем предельное значение максимального отклонения (xw) регулируемой величины 7,5 К соответственно фиг.7, так что отношение L по мощности для стрелки 12.1 до момента времени tx1 включается на 100%. Благодаря этому стрелка 12.1 нагревается со 100% мощностью, а отклонение xw регулируемой величины быстро уменьшается. В момент времени tx1 возрастание (xws1) отклонения регулируемой величины стрелки 12.1 равно предельному значению максимального отклонения (xw) регулируемой величины, так что в следующее время Zt такта для стрелки 12.1 активируется отношение L по мощности 66,6%, т.е. дальнейший нагрев стрелки 12.1 осуществляется с отношением L по мощности 66,6% до конца требования Hz нагрева в момент времени tn и после этого с запаздыванием во времени для сухого нагрева стрелки 12.1.
max
На фиг.6c отклонение (xw2) регулируемой величины стрелки 12.2 в момент времени t1 меньше 5 К, напр., 4 К, и при этом меньше, чем максимальное отклонение xw регулируемой величины, так что нагрев стрелки 12.2, начиная с момента времени t2, осуществляется с отношением L по мощности 66,6% до момента времени tn и после этого с запаздыванием во времени для сухого нагрева стрелки 12.1.
n
На фиг.6d отклонение (xw3) регулируемой величины стрелки 12.3 в момент времени t1 меньше 5 К, напр., 2 К, и в момент времени t3 равно нулю. Пока отклонение xw регулируемой величины стрелки 12.3 равно нулю, потребности в нагреве не существует, и отношение L по мощности для стрелки 12.3 устанавливается на 0%. Только когда отклонение регулируемой величины стрелки 12.3 больше нуля, снова осуществляется активирование отношения L по мощности 66,6%. Если имеется больше трех стрелок 12, могут получаться несколько отношений L по мощности.
n
На фиг.6d в момент времени t3 начинается нагрев стрелки 12.3 во временном такте 120 секунд, и отклонение регулируемой величины в момент времени t1 было бы больше 2 К. При отклонении регулируемой величины больше 2 К в момент времени t1 функция контроля для стрелки 12.3 отключается. Произведение предельных значений не превышается, так что далее нагрев осуществляется в тактовом режиме. В момент времени tx3 отклонение регулируемой величины становится равно нулю, и дальнейшие включения нагрева стрелки 12.3 остаются выключенными, пока отклонение регулируемой величины xw равно нулю.
max
auf
auf
auf
auf
auf
auf-max
max
auf-max
steig
auf-max
steig
max
n
max
На фиг.7 изображено нахождение максимального отклонения xw регулируемой величины, при превышении которого отношение L по мощности повышается, а при недостижении отношение L по мощности сокращается. Из практического опыта известно, что системы электрообогрева стрелочных переводов, имеющие нагревательные элементы 7, удельная мощность нагрева которых составляет 330 Вт/м, при нагреве с временами Zt такта и отношением L по мощности 66,6% нагревают рельсы в течение времени t нагревания 10 минут до избыточной температуры 5 К, т.е. в этом примере отклонение xw регулируемой величины составляет при нагревании 5 К в течение времени t нагревания 10 минут. Возрастание dxw отклонения регулируемой величины получается из частного отклонения xw регулируемой величины при нагревании и времени t нагревания 5 К разделить на 10 минут, т.е. возрастание dxw отклонения регулируемой величины составляет 0,5 К/мин. Параметрируемое характерным для проекта образом максимальное время t нагревания параметрируется индивидуально характерным для системы образом, например, 15 минут, а максимальное отклонение xwрегулируемой величины получается из произведения параметрируемого характерным для проекта образом максимального времени t нагревания на возрастание отклонения xw регулируемой величины, т.е., например, произведения из параметрируемого характерным для проекта образом максимальное время t нагревания 15 минут умноженного на возрастание отклонения xw регулируемой величины 0,5 К/мин. получается максимальное отклонение xwрегулируемой величины 7,5 К. В течение всего режима нагрева регистрируется отклонение xw регулируемой величины у всех стрелок 12 системы электрообогрева стрелочных переводов, и при превышении максимального отклонения xwрегулируемой величины отношение L по мощности по меньшей мере этой стрелки 12 повышается, например, до 100%, а при недостижении - уменьшается.
n
S
auf
n
n
n
max
На фиг.8 показана при нагреве форма кривой подогрева фактической температуры X рельса в момент времени t1 до заданной температуры X рельса в течение времени t нагревания с момента времени t1 до момента времени t2 и форма кривой действительной температуры X рельса во время регулируемого нагрева tr, начиная с момента времени t2, для каждого цикла tz регулирования, при этом цикл tz регулирования представлен, напр., начиная с момента времени t2 до момента времени t3, и состоит из доли времени нагрева, здесь нагрев включен, и доли времени охлаждения, здесь нагрев выключен. Вследствие инертности рельсов всегда происходит избыточное отклонение фактической температуры X рельса. В режиме нагрева осуществляется регистрация и контроль отклонения xw регулируемой величины каждой стрелки 12 системы электрообогрева стрелочных переводов  в начале времени нагревания в момент времени t1 и в течение времени tr регулирования в каждом цикле tz регулирования между моментами времени t2 и t3 путем сравнения с максимальным отклонением xw регулируемой величины и соответствующего переключения на более высокое или, соответственно, более низкое отношение L по мощности при отклонениях с учетом параметрируемого гистерезиса отклонения XH регулируемой величины.
auf-max
max
max
max
auf
n
regel
regel
max
Переключение на более высокое отношение L по мощности соответственно фиг.8 надо пояснить в качестве примера со значениями с фиг.7. В начале режима нагрева фактическая температура X1 рельса стрелки 12.1 составляет, напр., -4°C, и параметрировано параметрируемое характерным для проекта образом, максимальное время t нагревания 15 минут. При включении нагрева в момент времени t1 отклонение xw1 регулируемой величины из максимального отклонения xw регулируемой величины за вычетом действительной температуры X1-Xn рельса в момент времени t1 (7,5 К - - 4 К) составляет 11,5 К. Из сравнения отклонения xw1 регулируемой величины с максимальным отклонением xw регулируемой величины получается отклонение xw1 регулируемой величины больше максимального отклонения xw регулируемой величины, и отношение L по мощности в момент времени t1 повышается, напр., до 100%. По истечении времени t нагревания в момент времени t2 отклонение xwрегулируемой величины равно нулю, и нагрев отключается, и после короткого избыточного отклонения действительной температуры X1 рельса рельс охлаждается. При достижении нижнего гистерезиса температуры XH рельса осуществляется регистрация отклонения xw регулируемой величины и сравнение отклонения xw регулируемой величины с отклонением xw регулируемой величины, аналогично, как при нагревании, и в зависимости от этого уменьшение отношения L по мощности, напр., до параметрируемого значения 66,6%, с учетом параметрируемого гистерезиса xwH отклонения регулируемой величины.
На фиг.9 изображены рабочие режимы в зависимости от качества осадков и предусмотренные для этого сдвиги для холодного рельса, в зависимости от количества осадков и температуры окружающей среды и/или температуры X рельса.
S
S
S
При рабочем режиме «отсутствие осадков» «низкотемпературный нагрев» осуществляется при условии включения «низкотемпературный нагрев ВКЛ» при заданной температуре X рельса +6°C и повышении заданной температуры X рельса на 1 K/°C, начиная с некоторой параметрируемой температуры X окружающей среды или рельса (холодный рельс), а при условии включения «низкотемпературный нагрев ВКЛ» при заданной температуре X рельса -99°C, т.е. включение нагрева не осуществляется.
S
S
При рабочем режиме «прогноз осадков», напр., от метеостанции 2, осуществляется при заданной температуре X рельса 0°C и отсутствии повышения заданной температуре X рельса в зависимости от количества осадков и температуры окружающей среды.
S
S
При рабочем режиме «возможен летящий снег» по аналитической оценке истории погоды, напр., путем регистрации изменения во времени температуры воздуха, осуществляется при заданной температуре X рельса 0°C и отсутствии повышения заданной температуры X рельса в зависимости от количества осадков и температуры окружающей среды.
S
S
S
При рабочем режиме «дождь», например, от метеостанции 2, осуществляется при заданной температуре X рельса +1°C и отсутствии повышения заданной температуры X рельса в зависимости от количества осадков и сдвига температуры окружающей среды, равного 1К, до заданной температуры X рельса, начиная с температуры окружающей среды или, соответственно, рельса (холодный рельс) на каждые -1°C.
S
S
S
При рабочем режиме «снег», напр., от метеостанции 2, осуществляется при заданной температуре X рельса +3°C и повышении заданной температуры X рельса на 1 K в зависимости от высоты снега по зарегистрированному количеству снега и выведенной из него высоты снега в единицу времени, напр., высоты снега, начиная с 2 см в час, и дополнительного сдвига, равного 1 K, до заданной температуры X рельса, начиная с температуры окружающей среды или, соответственно, рельса (холодный рельс) на каждые -1°C.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 Коммутационный распределитель
2 Метеостанция
3 Устройство управления
5 Коммутационное устройство
6 Нагревательный отвод
7 Нагревательные элементы
8 Датчик температуры рельса
9 Электросеть
10 Регулятор
12 Стрелка
13 Регистр сдвига
14 Генератор тактовых импульсов
B Задаваемый рабочий параметр
Hz Требование нагрева
L Отношение по мощности
f
L Постоянное отношение по мощности
e
L Отношение по мощности, коррелирующее с регистрируемым извне рабочим параметром (B)
a
L Активное отношение по мощности
pro
L характерное для проекта отношение по мощности
max
P Инсталлированная мощность
n
P Мощность стрелки
par
T Параметрируемое значение температуры
St Управляющий сигнал
par
t Параметрируемое время
n
t Момент времени
max
t Макс. время нагревания
auf
t Параметрируемое время нагревания
auf-max
auf
t Параметрируемое характерным для проекта образом максимальное время tнагревания
r
t Время регулирования
tz Цикл регулирования
X Температура рельса
n
X Действительная температура рельса
S
X Заданная температура рельса
e
X Конечное значение температуры рельса
n
xw Отклонение регулируемой величины стрелки
sn
xw Возрастание отклонения регулируемой величины стрелки
max
xw Максимально допустимое отклонение регулируемой величины
regel
xw Отклонение регулируемой величины при регулировании
auf
auf
xw Отклонение регулируемой величины во время t нагревания
steig
auf
xw Возрастание отклонения xw регулируемой величины
n
Y Управляющий сигнал «нагрев стрелки ВКЛ»
max
Y Управляющий сигнал «отношение по мощности макс.»
t
Z Время такта.