CN112823224A - 转辙器加热系统的开环和闭环控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于转辙器加热系统(1)的开环/闭环控制的方法和装置，其包括位于至少一个转辙器(3)上的至少一个加热装置(14)，位于至少一个转辙器(3)上的至少一个点温度传感器(28)，至少一个功率分配器，其具有用于每个转辙器(3)的至少一个热出口和用于转辙器温度的开环/闭环的至少一个控制装置。具体地，形成用于所述至少一个转辙器(3)的所述左侧(5)和/或用于所述至少一个转辙器(3)的所述右侧(6)的所述至少一个转辙器片的热网(26、27)，所述热网(26、27)包括发热元件、传热元件和蓄热器(32)，以及将所述至少一个转辙器片的各个部分的对应的至少第一节点(K)分配给至少一个评估点(37、38、39、40、41、42、43)。

Description

转辙器加热系统的开环和闭环控制方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于转辙器加热系统的开环和闭环控制方法和装置，特别是随天气条件、轨道剖面和可移动尖轨位置的变化，通过计算和评估冬季转辙器尖端和转辙器末端之间至少一个转辙器片上转辙器的功能相关点的实际转辙器温度。

背景技术

铁路(标准轨距铁路、窄轨铁路)或有轨电车等有轨车辆的轨道元件，特别是转辙器，根据需要采用转辙器加热系统进行加热，特别是在冬季，以防止运动部件被冰雪冻结或阻塞，从而确保运行安全。已知的转辙器加热系统基于热水蒸汽、燃气加热或电能。

冬季，转辙器加热用于融化转辙器轨道之间的积雪，防止活动尖轨冻结到固定的基本轨和滑床板(slide-chair plate)上，并防止积雪在轨道之间被压缩。为此，在转辙器的固定基本轨上设置有比功率输出(例如每米轨道330瓦)的加热装置，并且根据天气情况，由气象站启动加热，因此，使用带有滞后(hysteresis)的开/关控制器，加热转辙器的转辙器温度传感器位置的基本轨，直到达到转辙器设定点温度。

传统上，这些转辙器加热系统通过中央转辙器处的转辙器温度传感器进行控制，由于转辙器的功能，所述传感器布置在基本轨脚的下表面上。这样做的缺点是，在操作过程中，只有在转辙器温度传感器所在的位置，转辙器温度才会与转辙器设定点温度相对应，而在转辙器的其余部分，温度不足和温度过高都可能发生，从而根据天气条件和尖轨的位置(尖轨可能接触或不接触基本轨)，导致转辙器冻结并因此发生故障，或导致能量消耗过高。

如果有加热请求，传统的转辙器加热系统将以100％的比功率打开，一旦达到转辙器设定点温度，将关闭，直到达到实际转辙器温度的滞后，然后再次打开。这导致在加热模式下功率峰值介于零和最大值之间，并且在右侧和左侧的基本轨、尖轨和滑床板以及整个转辙器长度上存在显著的温差。当使用最先进的系统时，在冬季，特别是在有风、低环境温度和大雪的极端天气条件下，转辙器在自动模式下不可能安全可靠地运行。

现有技术的加热装置布置在转辙器左侧和右侧的固定基本轨上，位于轨脚上，设计为在转辙器的整个长度上提供每米330W的比功率。通过设置有加热装置的基本轨的位置的热传导或热辐射来影响到转辙器的尖轨和滑床板的热传递。在操作过程中，根据环境条件和转辙器位置，转辙器左侧和右侧的基本轨和尖轨会达到不同的实际温度，即，非接触或接触尖轨，以及在滑床板上。因此，在低环境温度、极端天气条件和/或风的情况下，会出现相当大的加热不足，因此尽管加热，转辙器的功能相关点仍不会达到零度或正转辙器温度，并且这些点的雪不会融化。在这种情况下，当设置转辙器时，雪被压在轨道之间，即，在尖轨和基本轨之间，尖轨在设置时不能再到达末端位置或被冻结，不能再更换转辙器。

使用电流场和热流场之间的类比(参见表1)，可以借助电气工程中众所周知的网络来计算发热过程、传热过程和蓄热过程。热网中的非线性过程需要基于计算机的迭代求解方法^[1]。

表1：热流场和电流场之间的类比

在热网中，热源、热阻、热容和固定温度都会出现。其代表热的发热、传热、蓄热和热条件。导体和封装中产生的功率P通过辐射和对流以及沿着导体路径或管囊的热传导传递到环境中。取决于热阻R_th和功率P，将产生超温Δθ。

热传递

在电工系统中，电能通过辐射、热传导和对流传递。

辐射^[2]

使用斯蒂芬-波尔兹曼定律(Stefan-Boltzmann)定律，以O_S为辐射体表面，C_S＝5,67W/m²K⁴为黑体辐射系数，计算1、2两个物体之间交换的辐射能量。

其中包封物体(2，包裹1)的所得发射率ε₁₂是由几何因素引起的：

热传导^[2]

根据傅立叶热传导定律(Fourier's law of heat conduction)，在没有附加热源的情况下，稳态时传热功率P_L随温度的空间变化呈线性变化。比例因子称为导热系数λ。区段长度L和区段面积A对传热功率有显著影响。在均匀的一维热流场中，由传导产生的热功率可以简化如下。

对流^{[3]、4]、[5]}

利用冷却介质的材料性质、流向其它介质的流量和传热、排列和温度区之间的关系，计算了对流产生的热能。为此，形成无量纲相似数，

雷诺数(Reynolds number)(摘自强制对流)

格拉肖夫数(Grashof number)(摘自自由对流)

努塞尔数(Nusselt number)(摘自热传递)

普朗特数(Prandtl number)(摘自流动介质)

其中v为流速，v为粘度，β为体积膨胀系数，g为重力加速度，cp为比功率，δ为密度。

利用努赛尔数、普朗特数和雷诺数建立对流传热系数K和流速v之间的关系：

α_K＝f(Nu)＝f(Re,Gr,Pr)

借助牛顿热定律

P_K＝α_KO_KΔ_θ

计算了对流传输的功率。

所述进程(process)可以作为热网温度的函数进行迭代计算。

热功率

由于欧姆电阻，所有载流区段都会发热。工作电流导致电流热损失和管囊间的感应损失(滞后、感应和涡流损失)。

电流热损失

如果电流I1流过设备，导体的材料特性会对电流产生电阻。在此过程中转换的功率可以用

和

进行计算。

电阻R_lsi取决于导体p的横截面积A和比电阻、区段长度I、电流类型(集肤效应(skin effect)系数k)^[5]和导体超温Δθ^[6])。

热容量

导体截面的热容量包含在量热方程

Q_c＝CΔθ中。

通过推导，这个方程可以被转换来计算功率。

热功率C的计算公式为

C＝cm＝cδV

其中V是体积，δ是密度，C是比热功率。

因此，从现有技术中已知的方法和装置通常在技术安装和维护要求方面非常苛刻，同时对轨道元件的基本功能部件提供不均匀和/或不充分的加热。因此，有必要在不进一步增加技术支出的情况下消除现有技术的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于转辙器加热系统的开环和闭环控制方法和相应的装置，其克服了现有技术的缺点，避免了传感器的额外开支，并且降低了相关的维护要求。

现在将详细描述本发明。至于在本发明方法的描述中提及的与对象有关的特征，这些特征尤其涉及本发明装置。同样，本发明装置说明书中所述的工艺特征是指本发明方法。

在本发明的第一方面中，通过转辙器加热系统(1)的开环和闭环控制的方法来实现上述目的，其中所述转辙器加热系统(1)包括：设置在至少一个转辙器(3)上的至少一个加热装置(14)、至少一个转辙器(3)上的至少一个转辙器温度传感器(28)、每个转辙器(3)具备至少一个热出口的至少一个配电盘(distributor)，以及用于转辙器温度的开环和闭环控制的至少一个控制装置，所述方法包括以下步骤：

a)为所述至少一个转辙器(3)的左侧(5)和/或为所述至少一个转辙器(3)的右侧(6)限定至少一个具有特定长度的转辙器片，所述至少一个转辙器(3)的所述转辙器片具有基本轨(7)、尖轨(8)、滑床板(9)和至少一个加热装置(14)，并将所述至少一个转辙器片分成单独的部分，每个部分具有至少一个第一节点，所述第一节点对应于冬季所述至少一个转辙器(3)的所述转辙器片的至少一个功能相关点(19)，所述功能相关点(19)具有至少一个评估点(37、38、39、40、41、42、43)，

其中，所述至少一个转辙器片在热力学上表示所述至少一个转辙器(3)，

其中，所述至少一个转辙器片设置在所述至少一个转辙器温度传感器(15、18)附近，

b)形成用于所述至少一个转辙器(3)的所述左侧(5)和/或用于所述至少一个转辙器(3)的所述右侧(6)的所述至少一个转辙器片的热网(26、27)，所述热网(26、27)包括发热元件、传热元件和蓄热器(32)，以及将所述至少一个转辙器片的各个部分的对应的至少第一节点(K)分配给至少一个评估点(37、38、39、40、41、42、43)，

其中各个部分的所有节点(K)通过网格连接到热网(26、27)，使得所有有符号温度的差为零，

c)通过根据节点规则的功率平衡，计算所述至少一个转辙器片的最佳比功率(P_op)的时间进程和所述至少一个转辙器片上的所述转辙器加热系统(1)的所述至少一个第一节点处的相应最佳转辙器温度，并且在操作中，通过所述加热装置(14)的实际比功率(对应于最大比功率)和功率比(所述功率比在所述实际比功率的25％和100％之间变化)的乘积，在所述相关加热装置(14)处激活所述最佳比功率，

d)使用所述至少一个转辙器温度传感器(28)记录所述至少一个转辙器片处的所述实际转辙器温度的所述时间进程，并且如果所述计算的转辙器温度高于所述实际转辙器温度，则通过对流热功率校正所述至少一个转辙器片的所述至少一个第一节点处的所计算的转辙器温度，或者如果所述计算的转辙器温度低于所述实际转辙器温度，则通过热网的辐射热功率校正所述至少一个转辙器片的所述至少一个第一节点处的所计算的转辙器温度，

e)计算所述至少一个转辙器片的至少一个第二节点的转辙器末端温度，并将所述计算出的转辙器末端温度与所述至少一个第二节点的参数化转辙器最低温度进行比较，其中，如果未达到所述转辙器(3)的所述最低转辙器温度，则可参数化的转辙器设定点温度将增加转辙器设定点温度校正系数，直到所述转辙器(3)的所述相应计算转辙器末端温度至少对应于所述转辙器(3)的所述转辙器最低温度，

f)计算用于将所述至少一个转辙器片加热到所述转辙器(3)的所述可参数化设定点温度的加热时间，并评估在可参数化转辙器设定点温度下计算的加热时间，

其中不足导致所述最佳比功率增大，过高导致所述最佳比功率减小，

g)计算将所述至少一个转辙器片加热到所述转辙器(3)的所述可参数化转辙器最低温度所需的加热时间，并根据降雪的维持功率和融化功率评估所需的比功率，此时所述比功率(P)处于所述可参数化转辙器最低温度温度，

其中不足导致所述最佳比功率增加或产生信息，说明降雪量过大且不会融化。

利用本发明的方法，可以根据现有的或预先确定的项目特定参数或天气条件，通过转辙器(3)的左侧(5)的一个转辙器片和/或转辙器(3)的右侧(6)的一个转辙器片的热网模型来加热转辙器加热系统(1)，特别是对于接触式(_an)和非接触式尖轨(8)，在转辙器尖端(16)、转辙器中心(17)和转辙器末端(18)的区段中。可以用相应的参数确定转辙器片的所有比功率损耗，并且可以计算节点(K)处的转辙器最佳温度(T_op)，每个节点表示冬季转辙器片的功能相关点(19)。

本发明的方法基本上是以这样的方式设计的，针对转辙器(3)的左侧(5)的一个转辙器片或转辙器(3)的右侧(6)的一个转辙器片来创建热网模型。在这种情况下，观察转辙器(3)的两侧(5、6)中的一个，假设转辙器(3)的选定侧(5、6)是相对于转辙器(3)的加热过程(5、6)而言，比另一侧更为正向的一侧。因此，在计算中考虑了必要的储备。

然而，特别优选的是，为转辙器(3)的左侧(5)和转辙器的右侧(6)分别创建具有一个转辙器片的热网模型，因为这使得本发明的潜力能够被更好地利用。以下基于特别优选的变型，但不排除仅考虑一侧的转辙器片的可能性。

此外，转辙器加热系统(1)运行所需的单个加热装置(29)的功率可以使用转辙器片长度的比功率来计算，并且通过评估转辙器(3)在左侧(5)和右侧(6)的一个转辙器片的温度、转辙器的位置，也就是说，通过接触或非接触尖轨，可以确定并且可以调整左侧(5)和右侧(6)的加热装置(29)的功率，使得转辙器(3)的功能相关点(19)在其整个长度上具有相同的温度，从而在冬季提供更高可用性的转辙器加热系统(1)自动运行的整个工作温度范围，与现有技术相比，加热装置(29)的功率最多相同。

对于本发明来说，整个转辙器(3)由至少一个转辙器片来表示是必要的，所述转辙器片包括转辙器(3)的左侧(5)和转辙器(3)的右侧(6)。因此，本发明的热网(26、27)可以在转辙器(3)的代表性横截面上形成，借助于本发明的热网，整个转辙器(3)被尽可能均匀地加热，而不是像现有技术中那样仅加热转辙器的单个区段或一侧。

在寒冷的冬季和极端天气条件下，本发明增加了转辙器加热系统的可用性，而在温和的冬季或没有极端条件的天气期间，可以实现可观的节能，并且可以避免电网中出现功率峰值。

根据本发明的方法作为现有或预定义的项目特定参数或天气条件的函数，通过一个转辙器片的热网模型来执行，每个转辙器片用于在转辙器的尖端(16)、中心(17)和末端(18)的区段中接触(_an)和非接触(_ab)尖轨(8)。确定转辙器片的所有特定功率损耗以及相应的参数，并计算节点(K)处的转辙器最佳温度(T_op)，每个节点代表冬季转辙器片的功能相关点(19)。

根据转辙器片长度(I_seg)的比功率(P)计算运行所需加热装置(14)的功率，并通过评估转辙器(3)的左侧(5)和右侧(6)的一个转辙器片处计算出的最佳转辙器温度(T_op)，转辙器(3)的位置，即，确定尖轨(8)接触(_an)或非接触(_ab)的位置，优选地在尖轨(41)的评估点头部。转辙器(3)的左侧(5)和转辙器(3)的右侧(6)的加热装置(14)的功率调节方式为：转辙器片尖端(16)、左侧(5)和右侧(6)的中心(17)和末端(18)上的功能相关点(19)具有相同的实际转辙器温度(Tw)，至少对应于雪的融化温度和/或转辙器的最低温度。

整个冬季(即在转辙器加热系统(1)主要使用期间)，在运行期间，应监控从转辙器(3)温度“冷轨”(T_K)加热转辙器(3)的功能相关点(19)所需的时间，直到达到转辙器(3)的可参数化最低轨温(T_min)，同时考虑到雪的融化功率(T_Sm)和水的蒸发功率。如果时间过长或在此期间出现的雪量(h_S)无法完全融化，将采取措施。

如果由于相应的天气预报，假设加热装置(14)的最大比功率不足以达到转辙器(3)的最低轨温(T_min)或完全融化雪量(h_S)，本发明的转辙器加热系统(1)将通过转辙器(3)的第二计算设定点轨温(T_Soll-Vor)的附加加热请求“预热”激活，以便在实际发生加热请求时满足要求。这意味着事先采取措施，而不是仅仅对改变的天气条件作出反应，正如现有技术系统中的情况一样。

当响应于“预热”加热请求(例如由于降雪)而开始操作时，优选地，第一对加热装置(14)将以最佳比加热功率(P_op)被激活，例如基本轨(7)上的加热装置(14)，并且当达到转辙器(3)的设定点轨温(T_Soll)时，第二对加热装置(14)将被激活，例如位于尖轨(8)或滑床板(9)上的加热装置。因此，与现有技术系统相比，本发明的转辙器加热系统(1)避免了更高的连接负载，因为第一对加热装置(14)和第二对加热装置(14)以延时或按比例的比功率激活，并且根据所使用的加热装置(14)的类型，在一对加热装置(14)不工作或通过使用组模式或功率降低的时段中，通过激活另一对加热装置(14)来进行开/关控制。

转辙器片布置在靠近转辙器温度传感器(28)的位置，并且根据计算的转辙器最佳温度(T_op)验证转辙器(3)的由此测量的随时间(T_W)变化的温度。如果存在转辙器温度差(ΔT_W)，则通过使用对流热功率(P_K)或辐射功率(P_St)来校正转辙器(3)的计算的转辙器最佳温度(T_op)。

根据本发明，利用转辙器加热系统(1)的一个转辙器(3)或多个转辙器(3)的微控制器，通过转辙器片的热网模型进行计算，微控制器直接设置在转辙器(3)旁边，并通过通信装置连接到分配器中的控制单元。微控制器包含用于根据加热装置(14)的类型来切换和控制加热装置(14)的切换装置或控制单元。

对于所述方法仍然没有加热请求和天气警报的特殊情况，根据本发明的方法包括进一步的步骤：

h)根据单位时间内报告的积雪深度，计算出加热期间转辙器片积雪量的比融化功率，计算维持所述转辙器片融化温度所需的比维持功率，并将其总和与所述加热装置(14)的所述实际比功率进行比较，如果所述加热装置(14)的所述实际比功率较低，则使用第二转辙器设定点温度激活所述转辙器加热系统(1)，所述第二转辙器设定点温度足够高，使得所述加热装置(14)在操作期间的所述比功率至少等于所述比融化功率和所述维持功率之和。

所述发热元件检测所述至少一个加热装置(29)的所述比功率，所述至少一个加热装置(29)具有所述转辙器片的蓄热器和通过热辐射发生的传热，替代地或另外，所述传热元件检测所述转辙器(3)处的热阻，所述热阻是由所述至少一个转辙器片处的材料特性、几何参数和来自传热和环境的预先存在的负载产生的。所述开发的优点是使计算软件的编程更加简单。

在根据本发明方法的步骤f)中，

加热所述至少一个转辙器片的所述加热时间可以优选地根据所述至少一个转辙器片的加热、雪的融化和其上的水的蒸发的单独加热时间的总和来计算，和/或

所述加热时间可以通过增加功率比和/或从闭环操作切换到连续操作来增加，和/或通过降低所述功率比来减少。

如果加热时间长，例如，如果超过20分钟，在冬季，转辙器(3)不仅在这20分钟内，而且在这20分钟之后，都有可能无法执行其功能，因为雪形成了一种冰屋，转辙器加热系统(1)随后无法将其融化。

在优选实施例中，本发明方法还包括以下步骤，在主动加热的情况下：

i)计算可参数化时间段内降雪的融化功率，并将此融化功率与所述比功率和计算的维持功率之差进行比较；如果所述比功率不足，功率将增加和/或所述系统将开始持续加热和/或将发出第一条警告消息，

和/或

j)将所述计算的加热时间与可参数化的最大加热时间进行比较；如果所述比功率不足，将增加所述功率和/或所述系统将开始持续加热和/或将发出第二条警告消息，

和/或

k)根据单位时间内降雪深度和融化雪深度之间的差计算雪深，并将所述计算出的雪深与可参数化的最大允许雪深进行比较；如果所述比功率不足，所述功率将增加和/或所述系统将开始持续加热和/或将发出第三条警告消息。

在现有技术中，当发出加热请求时，加热将以闭环控制进行，并且如果加热时间长并且环境温度低，则雪量不能被融化。因此，转辙器被雪覆盖，无法再设置。本发明的优点是，在工作温度范围内，可防止转辙器被雪覆盖。

有利地，步骤f)中的加热时间的计算可以包括子步骤

f1)根据具有最佳或实际比功率的转辙器(3)的转辙器温度的时间曲线计算所述至少一个转辙器片的停滞时间，

f2)计算用于将所述至少一个转辙器片从所述转辙器(3)的冷轨的转辙器温度和所述融化温度加热直至所述转辙器最低温度达到至少一个节点的时间t_A1，

f3)根据可用比功率减去维持所述至少一个转辙器片的所述最低转辙器温度所需的功率之差，计算融化步骤f2)期间降雪量的时间t_A2，

f4)根据所述可用比功率减去维持所述至少一个转辙器片的所述转辙器最低温度所需的功率之差，计算融化步骤f3)期间降雪量的时间t_A3，

f5)根据所述转辙器(3)的转辙器温度传感器节点处的所述转辙器器最低温度和所述转辙器设定点温度之间的差，计算加热所述至少一个转辙器片的时间t_A4，

f6)根据所述可用比功率减去维持所述至少一个转辙器片的所述转辙器最低温度所需的功率之差，计算融化步骤f5)期间降雪量的时间t_A5。

上述步骤f)中的加热时间的计算使得能够在早期阶段监测和报告转辙器加热系统(1)中的功能缺陷，而不必等到故障发生。

本发明方法的一个部分涉及根据转辙器加热系统(1)的环境温度(G_W-Tu)确定操作限值，包括

-计算所述至少一个转辙器片的两个特定节点处的所述可选转辙器末端温度，所述两个特定节点对应于作为所述至少一个转辙器(3)的功能相关点(19)的所述基本轨(20)的头部和所述尖轨(21)的头部，其中从所述转辙器最低温度减去所述基本轨的头部和所述尖轨的头部的所述计算的转辙器温度，且这些温度中的最低值对应于构成所述操作限值所述的环境温度。

本发明的一个优点是，现有的转辙器加热系统可以单独和最佳地适应不断变化的天气条件。

本发明方法的另一部分涉及根据转辙器加热系统(1)处的雪量(G_W-hs)确定操作限值，包括

-计算所述节点(3)的所述转辙器最低温度T_min下的特定维持功率，加上基本轨脚的最低转辙器温度(T_W-min)公差ΔT_min，最大雪量或当时的雪量的融化功率，以及融化水的蒸发率，并比较这些值与所述至少一个转辙器片的所述加热装置(29)所需的比功率之和；如果所述加热装置所需的比功率低于维持功率、融化功率和蒸发率之和，则将超过构成所述操作限值的所述积雪深度。

本发明方法的另一部分涉及对所述加热装置(29)及其所需的比功率标注项目特定尺寸，包括

-通过计算进入环境的热传导、辐射和对流、雪和雨的热容和潜热之和，计算所述加热装置的比功率(P)，以达到所述转辙器温度传感器位置处所述转辙器(3)的转辙器设定点温度，和所述至少一个转辙器片的至少一个基本轨(20)的头部和/或尖轨(21)的一个头部上所述转辙器(3)的最小转辙器温度T_w-min，其中现有的操作限值包括所述最低环境温度、轨道剖面、每小时的最大风速和最大积雪深度，以及

-如果所述计算出的实际比功率低于所述加热时间内对应于所需融化功率的所述比功率(从所述最低环境温度开始计算，直到达到至少0℃的轨温)，则增加所述比功率，以获得加热时间与每小时积雪深度乘积产生的雪量，和剩余融水的蒸发率以及在所述至少一个转辙器片的功能相关点处维持0℃轨温所需的特定维持功率。

这样做的好处是，可以根据当地环境条件设计转辙器加热系统(1)，即它们可以是不同的，例如，山区和低地。

在本发明方法的优选实施例中，以下内容适用：

-当所述转辙器加热系统(1)运行时，使用相应的切换装置打开和关闭所述加热装置(29)，通过改变接通时间或频率或脉冲宽度或波包控制或组模式来设置所述加热装置(29)的所述最佳比功率，其对应于所述比功率与25％至100％的功率比的乘积，

和/或

-所述功率比在25％到100％之间，

其中，在转辙器加热系统(1)运行的情况下，所述转辙器(3)的所述左侧(5)和所述转辙器(3)的所述右侧(6)的所述比功率P最大值对应于所述加热装置(29)的所述比功率的平均值和/或中间值，

和/或

-其中，在所述转辙器加热系统(1)运行的情况下，所述转辙器(3)的所述左侧(5)和所述转辙器(3)的所述右侧(6)的所述计算的比功率P_op最大值对应于所述加热装置(29)的所述比功率(P)，

或者，根据所述加热装置(14)的所述比功率(P)减去所述计算的比功率(P_op)之差，计算出所述转辙器(3)的所述左侧(5)或所述转辙器(3)的所述右侧(6)的比功率差，且在所述转辙器(3)的所述左侧(5)或所述转辙器(3)的所述右侧(6)的比功率差为正的情况下，除了所述加热装置(14)的所述比功率(P)外，所述转辙器(3)的另一侧还可获得所述比功率差，使得所述转辙器(3)的所述左侧(5)和所述转辙器(3)的所述右侧(6)的所述轨温的时间曲线对于转辙器(3)的功能相关点是一致的。

在本发明的第二方面中，上述目的是通过转辙器加热系统(1)的开环和闭环控制装置来实现的，其中其中所述转辙器加热系统(1)包括：设置在至少一个转辙器(3)上的至少一个加热装置(14)、至少一个转辙器(3)上的至少一个转辙器温度传感器(28)、每个转辙器(3)具备至少一个热出口的至少一个配电盘，以及用于转辙器温度的开环和闭环控制的至少一个控制装置，所述装置包括：

-CPU，用于计算至少一个转辙器片的所述转辙器(3)的所述转辙器温度，其通过通信装置连接到所述控制装置，

-至少一个接线盒，远离所述转辙器(3)，包括通过线路连接到所述转辙器(3)的所述加热装置(29)的至少一个切换装置，以及用于记录随时间变化的工作电流、电压和绝缘电阻的测量装置和用于限制最大功率的装置，

-至少一个通信装置，设置在所述接线盒中并连接到所述控制单元，

-至少一个降水传感器，用于检测降水类型和降水量，其连接到所述控制单元。

基本上，本发明装置具有与本发明方法相同的优点。具体而言，本发明装置提供了使转辙器(3)能够由转辙器片(包括转辙器(3)的左侧(5)和转辙器(3)的右侧(6))真实地表示所需的设备方面的基础。因此，可以在转辙器(3)的代表性横截面上形成本发明的热网(26、27)，借助于本发明装置，整个转辙器(3)被尽可能均匀地加热。

附图说明

图0显示了转辙器3的示意性俯视图。

图1显示了具有接触式尖轨10和非接触式尖轨11的转辙器片的示意性截面视图。

图2显示了具有现有技术转辙器加热系统的转辙器3的加热时间曲线。

图3是用于转辙器3的转辙器片的本发明热网26、27的示意图，包括基本轨7、尖轨8、滑床板9和加热装置14。

图4显示了计算有雪和无雪加热时间的模型。

图5显示了程序流程图的示例，所述程序流程图用于确定加热装置14的功率作为项目特定运行限值的函数。

图6显示了程序流程图的示例，所述程序流程图用于评估转辙器加热系统1的功能与天气条件的关系，从而证明了转辙器3在冬季加热装置14的可用功率下的可用性，且

图7显示了用于根据本发明的转辙器加热系统1的开环和闭环控制程序流程图的示例(分布在两页上以便提供更好的概述)。

具体实施方式

发明进行详细的描述，但是基于具体实施例的这种描述不限制权利要求书的范围。

为了用尽可能少的转辙器温度传感器28实现上述目标，本发明除其它方面外包括实现开环和闭环控制，加热装置14的尺寸确定和现有转辙器加热系统的操作限值的确定，通过计算方法，对本发明转辙器加热系统冬季转辙器3的功能相关点19处的转辙器3的转辙器温度进行评估。在本发明中，这是通过转辙器3的左侧5上的热网26和转辙器3的右侧6上的热网27，通过对本发明的加热装置14的比功率进行开环和闭环控制来实现的，类似于电场根据转辙器位置，通过评估转辙器片转辙器尖端34、转辙器片转辙器中心35和转辙器片转辙器末端36处的温度(通过热网26、27计算得出)来切换加热系统1，转辙器3的左侧5和转辙器3的右侧6的温度，即，对于接触式尖轨10和非接触式尖轨11，也取决于天气。计算出的转辙器3的转辙器最佳温度T_op与转辙器温度传感器28记录的转辙器3的实际转辙器温度T_w的时间曲线进行比较，至少三个测量值是在加热轨道的停滞期过后的。如果出现差异(包括公差)，例如，由于风或太阳辐射，随着时间的推移，这种发展通过对流损耗和辐射功率得到校正。

通过本发明，借助于温度发展的热模型来解决上述问题，将转辙器3划分为左侧5和右侧6的转辙器片，用于转辙器尖端16、转辙器中心17和转辙器末端18的区段，这些部分是用于评估功能的特征，考虑到由于转辙器位置、轨道剖面、带或不带滚轴的滑床板9类型、降水类型和数量、风速和环境温度以及可能的隔热或挡风而导致的基本轨7和尖轨8之间的距离。对于使用加热装置14的相应比功率的操作，使用迭代解方法计算转辙器3的转辙器温度发展T_op和转辙器片的比功率损耗，并将其与通过转辙器温度传感器28记录的转辙器3的实际转辙器温度T_w的时间曲线进行比较。如果存在差异，应考虑公差进行校正，并在冬季在转辙器3的功能相关点19处进行评估，以使加热装置14在运行期间以确定的天气相关最佳比功率激活，并且在这些点处达到转辙器的最低轨温T_min。因此，转辙器3的左侧5和右侧6在转辙器3的整个长度上以最小的能量消耗实现均匀加热，从而确保冬季的高可用性。

对于尺寸标注，加热装置14所需的比功率根据当地环境限制条件确定。当确定本发明的转辙器加热系统1的操作限值时，转辙器3在功能相关点19处的转辙器末端温度T_wn是针对相应转辙器加热系统1在冬季仍以加热装置14的可用比功率工作的环境条件的最大极限值确定的。在此基础上，运营商可以决定所述操作限值是否足以满足相关地区的天气条件。

为了实现这一点，将计算本发明的转辙器加热装置1在给定极限值的冬季成功工作所需的加热装置14的比功率，例如，对于长度为1米的转辙器，在程序的帮助下，针对当地、项目特定和特殊的不利环境条件，以及具有相应轨道剖面的所有类型转辙器3。这意味着转辙器3没有积雪，不会冻结。为了评估功能，为转辙器3的功能相关点19定义转辙器3的最低轨温，并计算这些条件下由热辐射30、对流31、热传导33和蓄热器32引起的功率损耗，同时考虑加热装置14的位置安装后，尖轨8在转辙器3的左侧5的转辙器片和转辙器3的右侧6的转辙器尖端16、转辙器中心17和转辙器末端18处的位置。转辙器3的左侧5和/或转辙器3的右侧6的每个转辙器片的功率损耗总和，此时转辙器3的轨温达到最低，积雪融化，对应于转辙器3各侧和各部分所需的特定加热功率。加热装置的长度可达6米。因此，从转辙器3的左侧5和转辙器3的右侧6的转辙器片的功率损耗的计算的最大和中有利地确定加热装置14所需的特定加热功率。

这通过以下确定：例如，为特定的轨道剖面，例如，R54，限定最低环境温度和最大雪量，并计算和评估转辙器尖端34、转辙器中心35和转辙器末端36处转辙器片的功能相关点19，热传导33的随时间的发展和功率损耗，融化功率和蒸发功率P_v，最佳转辙器温度(T_op)，并检测整个雪量是否融化。输入以下项目特定值，表示本发明的转辙器加热系统1的操作限值，即，冬季仍应确保转辙器3正常工作的值：

-转辙器剖面，例如，在转辙器尖端16、转辙器中心17和转辙器末端18处具有不同尺寸和重量的R54

-转辙器3的轨道设定点温度T_Soll

-转辙器3的轨道最低温度T_min和/或最低环境温度T_U-min

-最大雪量h_S-max

-加热轨道的最大加热时间t_An-max，

-最大风速u_max。

转辙器3的右侧6上的转辙器片和转辙器3的左侧5上的转辙器片的功率损耗端值的计算在转辙器3的转辙器末端温度(至少对应于转辙器3的轨道最低温度T_min或环境温度的绝对和)下进行温度T_U和较低的转辙器设定点温度(例如，7℃减去4℃滞后等于3℃)，加热轨道的转辙器3的轨道最低温度，例如，左侧和右侧的基本轨7(例如，节点K的基本轨脚)和/或功能相关点19处的参数化最低温度，例如，+1℃，对应于加热装置14所需比功率的功率损耗总和，单位为瓦特/米，适用于加热装置14的长度。

一小时内降雪量所需的融化功率由最大雪量h_S、转辙器片的水平面和平均雪密度确定，例如100kg/m³，空气温度低于0℃和200kg/m³，空气温度高于0℃，平均融化比热为335kJ/kg。雪在0℃时开始融化。加热装置14所需的总比功率是0℃时的功率损耗和加热开始到基本轨脚处的转辙器3达到最低轨温T_min(例如0℃)之间降雪量的融化功率之和。根据测得的雪量和达到转辙器3的轨道最低温度T_min(对应于雪的融化温度)之前的时间，计算出已经落下的雪量。

本发明的转辙器加热系统1在冬季的成功运行意味着转辙器3的左侧5和右侧6的轨道最低温度T_Min在转辙器3的功能相关点处得到保证，转辙器3的轨道最低温度T_Min与冰雪融化温度相对应。这些功能相关点是转辙器3的左侧5和转辙器3的右侧6上的：

在这些功能相关点19处，如果满足以下条件，则积极地评价本发明的转辙器加热系统1的功能。系数k考虑了以下点之间热传导引起的温差

T_Fu-Ba>T_Soll

T_Ko-Ba>＝T_min

T_Fu-Zu>＝kxT_Soll

T_Ko-Zu>＝T_min

T_GL-mi>＝k_xT_Soll

T_Gl-au>＝T_min

为了实现所有转辙器类型只需要一个程序，在转辙器3的左侧5和右侧6的典型转辙器片进行评估，同时考虑转辙器尖端35、转辙器中心36和转辙器端部37的区域。对转辙器片的转辙器3的左侧5和右侧6的可参数化值进行评估，例如：

T_Fu-Ba-min＝转辙器设定点温度*k(其中k＝1.5)

T_Ko-Ba-min＝0℃

T_Fu-Zh-min＝转辙器设定点温度*k(其中k＝0.5)

T_Ko-Zu-min＝0℃

T_GL-mi-min＝转辙器设定点温度*k(其中k＝0.5)

T_GL-au-min＝0℃

加热时间t_A<＝t_A-max

通过评估加热装置14的可用比功率(所需的维持功率P_erh加上降雪量的融化功率)，在加热时间t_Am内融化的雪量大于降雪量h_s。

通过结合开环和闭环控制装置的计算方法，可以激活以下措施，以确保转辙器3在整个运行过程中以最小能耗运行。

根据加热装置的类型，通过组控制、波包控制、脉宽调制和频率变化来设置加热装置14的计算出的最佳功率。

尖轨8和/或滑床板9处的附加加热装置29的布置，通过计算模型通过时间或功率分布激活和控制，以使功能相关点19在不增加连接负载的情况下随时间均匀加热，从而使转辙器3的各个部件没有时间缺陷。

如果通过计算方法预测的转辙器3的温度不足，并且由于非接触式尖轨11处的加热装置14的比功率不足，则发出预警或消息。“如果可能，更改转辙器3”和/或“预热至转辙器3的的低轨道设定点温度”，以便在极端天气条件下，如大雪，雪立即融化。

为了使本发明的转辙器加热系统1成功地工作，需要对接触式和非接触式尖轨8的转辙器3的功能相关点19进行均匀加热。由于转辙器3根据行驶方向在操作过程中频繁更换，并且无法检测尖轨8位置的传感器，因此建议通过评估转辙器3的左侧5和转辙器3的右侧6的转辙器温度的计算时间过程来检测尖轨8的位置。

关于加热装置的布置，可以采用以下变体：

基本轨7处的加热装置14和尖轨8处的附加加热装置29，并且在操作开始时，用加热装置14的100％比功率加热第一轨，其中第一轨可以是基本轨7或尖轨8或滑床板9，当达到第一个轨道上转辙器3的轨道设定点温度T_Soll时，将加热装置14或29的相应比功率降低至最大比维持功率P_Erh或更低值，或将其关闭，从此时起，用剩余比功率激活尖轨7或滑床板9处的附加加热装置29，并且仅在第一轨道的加热装置14的加热中断中，例如在电加热棒的情况下，在循环时间期间经由组模式。

如果在加热请求之前计算出不足，例如由于气象站下雪，则激活额外的加热模式“预热”，例如通过当地气象站或气象服务的单独天气数据，在可能出现极端天气的情况下，以这样的方式计算转辙器3的第二设定点轨温，并且通过预热打开本发明的转辙器加热装置1，并且对转辙器3的所述第二轨温进行闭环控制，转辙器3的第二个轨道设定点温度非常高，如果实际发生极端天气，雪将融化，转辙器3的功能将得到保证，如果没有发生极端天气，预热将停止。

如果基本轨7和尖轨8和/或滑床板9配备有附加加热元件29，则加热装置14将始终在加热期间一个接一个地启动，即第一个轨道的加热装置14将首先以100％的功率比启动，并且在达到转辙器3的轨道设定点温度之后，第二轨道的加热装置29将在第一轨道的加热装置14的加热中断期间被激活并且处于闭环控制中，即如果两个轨道都达到转辙器3的轨道设定点温度，则组模式或波包控制或所有加热装置14、29的比功率降低或有效加热时间缩短时将同时加热，转辙器3的左侧5和右侧6的加热装置14、29的比功率之和最大对应于加热装置14的比功率。

利用加热期间的功率平衡评估融雪，即比加热功率大于或等于比维持功率加上融雪功率

利用转辙器温度传感器28记录的转辙器3的转辙器温度的实际时间过程，校正转辙器3的轨道设定点温度的计算时间过程，同时考虑太阳辐射的辐射热和通过对流的风的影响。

下面对诸图作了详细说明。

图0是转辙器3的示意性俯视图。转辙器3分为转辙器尖端16、转辙器中心17和转辙器末端18。图中显示了基本轨7和尖轨8。在从尖轨尖端16到转辙器末端18的观察方向(附图标记2)上指定转辙器3的右侧6。在转辙器3的左侧5上，显示了非接触式尖轨11，在转辙器3的右侧6上，显示了接触式尖轨10。在一个基本轨7处，这里在转辙器3的左侧5上，布置了转辙器温度传感器28。在转辙器16的尖端部分，例如，布置了转辙器片“转辙器尖端”34，在转辙器17的中心部分，布置了转辙器片“转辙器中心”35，且在转辙器18的末端部分，布置了转辙器片“转辙器末端”36，用于转辙器3的左侧5和转辙器3的右侧6。转辙器温度传感器28位于转辙器3的右侧6或转辙器3的左侧5的转辙器尖端。此外，支承螺柱13显示在支承螺柱部分；在接触式尖轨10的一侧，当列车在尖轨8上行驶时，这些螺柱用于支撑尖轨8抵住基本轨7。

图1显示了图0中转辙器3在转辙器片“转辙器尖端”34处的示意性截面视图，具有转辙器3的左侧5和转辙器3的右侧6。在转辙器3的左侧5上显示非接触式尖轨11，在转辙器3的右侧6上显示接触式尖轨12。冬季转辙器3的功能相关点19由转辙器3的左侧6上的评估点(37至43)表示。由评估点37至43确定的这些功能相关点37至43将在冬季由本发明的转辙器加热系统1在环境温度低于0℃的情况下加热，从而使这些点处可能存在的雪和冰融化。转辙器3的左侧5和右侧6上所代表的评估点37至43分别为：基本轨脚37、基本轨腹板38、基本轨头39、尖轨脚40、尖轨头41、滑床板中心42和滑床板外侧43，每一个评估点均以热网26、27的节点K表示，它们对应于转辙器3的右侧6和转辙器3的左侧5上的功能相关点19。转辙器温度传感器28布置在两个轨枕24之间的左侧基本轨7上，利用传感器在转辙器3的左侧5的基本轨7上测得的实际转辙器温度T_w可与在所述功能相关点19T_W-op处计算出的最佳转辙器温度进行比较，并在存在差异时进行校正。在运行中，通过改变尖轨8，转辙器3的运行路径经常改变，在转辙器3的左侧5和右侧6上，尖轨8交替地与基本轨接触或不与基本轨7接触。没有用于检测尖轨8位置的传感器。尖轨8接触或不接触基本轨7的位置是通过在功能相关点19的各个评估点(优选在尖轨41的评估点头部)评估计算出的最佳转辙器温度T_w-op来检测的。通过基本轨脚的加热装置14对转辙器进行加热。

在图2中，为了在时间t₁运行现有技术的加热装置，显示了布置加热装置14所在的轨道(例如，基本轨脚)上的实际转辙器温度_TW-Fu-Ba的时间曲线，在转辙器的功能相关点(例如，滑床板的外侧)处未布置加热装置14所在的轨道上的实际转辙器温度T_W-Au-GL的时间曲线。经过由质量确定的停滞时间后，配备加热装置的基本轨处的实际转辙器温度T_W-Fu-Ba迅速升高。当在时间t₆达到转辙器设定点温度T_soll时，加热系统通过开/关控制关闭，并且在由于轨道质量导致实际转辙器温度轻微超调到时间t₇之后，它冷却直到时间t₈，此时加热电流(I_N)再次打开。t₁到t₆的时间称为加热时间t_A，t₆到t₉的时间称为动作时间。距离加热装置较远且未配备加热装置14的滑床板本身加热非常缓慢，并且在时间t₆时，其实际转辙器温度T_W-Auβen-GL非常低且远低于转辙器设定点温度。

在时间t₆，例如4℃的参数化滞后导致转辙器的所有加热装置的加热电流被切断，因此滑床板也开始冷却。在时间t₆，基本轨脚和滑床板之间的转辙器温差ΔT_W非常大。在环境温度为例如–15℃时，所述转辙器温差ΔT_W非常大，即使经过相当长的时间，滑床板外侧的转辙器温度仍将低于0℃，因此转辙器此时可能结冰和冻结。图2显示了加热请求“开启”时加热电流随时间的发展，所述加热电流在运行时处于开启和关闭状态，取决于基本轨脚的转辙器温度，处于零和最大加热电流之间，从而产生零和标称电流之间的功率峰值。在时间t₃、t₄和t₅，测量转辙器温度传感器(28)处的温度，以便评估并在必要时校正计算出的最佳转辙器温度。

在图3中，在转辙器3的任何部分，如图1中的截面视图所示，转辙器3的转辙器片显示了用于转辙器3的左侧5的发明热网26和用于转辙器3的右侧6的模拟热网27的一部分，通过节点K环境温度K_TU连接。加热装置14、29，例如，布置在基本轨脚内侧的基本轨7处。转辙器3的左侧5的热网26和转辙器3的右侧6的热网27基于沿转辙器3的左侧5上的滑床板9和转辙器3的右侧6上相对的滑床板9的截面视图，以及转辙器3的任何转辙器区段4处的转辙器3的左侧5上的基本轨7和尖轨8的横截面和转辙器3的右侧6上的基本轨7和尖轨8的横截面，转辙器3的功能相关点19之间有加热装置29的符号、热辐射30的符号、对流31的符号、热传导33的符号和蓄热器32的符号，其由节点K表示。

在转辙器3的左侧5的热网26中，在由节点K环境温度K_TU表示的环境温度T_U和也由节点K表示的功能相关点19之间存在热网，并且可以使用已知规则来计算所述热网。用于转辙器3的左侧5的热网26的转辙器3的功能相关点19和用于转辙器3的右侧6的热网27的节点K相同，并且对应于评估点37至43，但是接触式尖轨10和非接触式尖轨11的功率损耗不同。下表显示了功能相关点19、相应节点K和所需转辙器温度T_w之间的关系，所述关系在指定为T_W-op的相应节点K处计算，并在用于转辙器3的左侧5的热网26的单独程序中进行评估。转辙器3的右侧6的热网27与此类似，并且通过节点K环境温度K_TU连接。

为了计算转辙器3的转辙器温度和功率损耗，将转辙器片划分为各区段，每个区段由节点K表示，所述节点K表示指定区段的平均转辙器温度T_W。区段的大小，例如，节点K的数量取决于所需的精度。对于所有节点K，根据材料特性、几何参数和环境中的加热电流所产生的载荷，计算出功率损耗、热阻和热容。通过电阻、电容和电压源连接节点K，形成了一个网络(网格)，并利用节点和网格规则对其进行数值求解。如果为节点K绘制功率平衡，则适用基尔霍夫法则(Kirchhoff's law)(接点法则(junction rule))。

P_S+P_K+P_L＝P_Lei+P_c

根据基尔霍夫第二法则(网格法则)，沿着一条封闭的线，即网格，有符号的温差之和为零。用软件程序计算了功率损耗和传热过程。使用已知的计算基础，在由热网26、27中的节点K表示的转辙器3的功能相关点19处计算与温度相关的热功率和电阻，并考虑热容量、终端温度和转辙器温度随时间的变化。

在图4中，表示加热时间t_A。如果满足加热操作条件，例如，在下雪的情况下，加热系统通过来自控制单元的加热请求信号启动，基本轨7处的加热装置14打开，一旦达到转辙器设定点温度T_soll，通过带有滞后的开/关控制进行闭环控制，结果，转辙器3的部件被加热。尖轨8和滑床板9未配备加热装置14，通过热传导和辐射加热。加热时间t_A从加热系统启动开始，在布置在基本轨7脚的转辙器温度传感器28处达到转辙器设定点温度T_Soll时结束。加热时间t_A的持续时间取决于许多因素，应进行计算和监测，如有必要，应采取相应措施以确保可用性。

对转辙器3的左侧5和转辙器3的右侧6的至少一个转辙器片分几个步骤进行加热时间t_A的计算，同时考虑到以下情况：加热转辙器片到转辙器3的转辙器最低温度T_W-min、积雪融化、水蒸发，然后加热到转辙器3的转辙器设定点温度T_soll。在图4中，显示了基本轨7脚的转辙器3的转辙器温度T_W-Fu-Ba和一侧(例如，显示了转辙器3的左侧5)滑床板9的转辙器3外侧转辙器温度T_W-GL-au的变化。下面，将解释各个时间段。由于惯性，在运行中会有一个停滞期t_T，从t₁持续到t₂。计算出停滞期t_T。

加热时间t_A是雪融化温度达到时间t_2.1之前的时间。从时间t₂开始，转辙器3被加热到融化温度T_S，这将在时间t_2.1达到。加热时间t_A是利用热电阻R_th、热容量C_th和转辙器3的功率损耗来计算的，这些数值是借助于热网模型来计算的，并且计算是基于时间曲线，从转辙器3的冷轨转辙器温度T_K开始到达到融化温度T_S的时间，例如，使用公式

t_A1＝τlnτ＝R_thC_th

τ＝(1/(1-(absT_u/(1-(absT_K-T_u))))

融化降雪的时间或项目特定假定的雪量由两部分时间t_A2和t_A3组成。在时间t_A2期间，计算融化在时间t_A1期间降下的雪量的时间，并且在时间t_A3期间，计算在时间t_A2期间降下的雪量。每小时的融化功率是根据雪量h_S和转辙器片的水平面以及雪的平均密度来计算的，例如，100kg/m³，空气温度低于0℃，密度为200kg/m³，空气温度高于0℃，平均融化比热为，例如，335kJ/kg。雪在0℃时开始融化。因此进行比功率的计算，例如，在基本轨7处的转辙器温度为0℃时，考虑到维持基本轨7的融化温度所需的加热装置14的最佳比功率，其对应于所述融化温度下的功率损耗总和。

加热时间t_A1和加热时间t_A2产生的雪总量融化的总加热时间t_A2加t_ANH3是根据每小时融化功率与时间t_ANH1和时间t_ANH2以及停滞期t_T之和的乘积来计算的。

雪融化后，转辙器3进一步加热。加热时间t_A4从时间t_2.3开始，在达到转辙器温度传感器28测量的转辙器3的轨道设定点温度T_Soll时结束。根据从融化温度开始到达到转辙器设定点温度的时间曲线，使用热阻R_th和热容量C_th，借助热网模型和功率损耗计算出加热时间t_A4，类似于上述程序，与转辙器设定点温度和融化温度之差对应的绝对转辙器温度。

在加热时间t_A5期间，在加热时间t_A4期间落下的雪被融化。计算与加热时间t_A2和t_A3的计算类似。

总加热时间t_A从时间t₁持续到t₇，并根据停滞期和加热时间t_A1至t_A5确定和评估。

在图5中，显示了根据所有可能的项目特定输入值、参数和环境条件计算加热装置14所需比功率的本发明转辙器加热系统1的尺寸的流程图。

步骤1：开始

步骤2：输入参数

参数为：最低环境温度温度T_U-min

转辙器3的转辙器设定点温度T_Soll

转辙器3的转辙器最低温度T_W-min

最大风速v_max,单位时间内最大积雪量(cm)h_S-max，

轨道剖面R

步骤3：功能相关点的参数化

功能相关点(19)是，例如，

基本轨脚处的转辙器温度，接触和非接触，左侧((T_Fu-Ba-an,T_Fu-Ba-ab)

基本轨头部处的转辙器温度，接触和非接触(T_Ko-Ba-an,T_Ko-Ba-ab)

尖轨头部处的转辙器温度，接触和非接触(T_Ko-Zu-an,T_Ko-Zu-ab)

滑床板外侧的转辙器温度，接触和非接触(T_GL-au-an,T_GL-au-ab)

特定雪量，接触和非接触(h_S-an,h_S-ab)

在一个转辙器片的转辙器尖端16、转辙器中心17和转辙器末端18处。加热装置14将安装在基本轨7上，加热装置14将安装在轨脚上，转辙器3不配备隔热或防风装置。每个功能相关点19由节点K表示，这里不指定确切位置。

步骤4：根据材料特性、几何变量和输入参数，通过热网模型计算第一个转辙器片的转辙器温度和比功率损耗∑P_V1，输出转辙器片的功率损耗和转辙器片的功能相关点19接触侧和非接触侧的转辙器温度之和。

步骤5：计算与步骤4类似的其它转辙器片的比功率损耗∑P_Vn。

步骤6：所需的加热比功率是由每个转辙器片的功率损耗∑P_Vn之和得出的。

步骤7：检查：在计算的比功率下，在转辙器温度传感器的位置，接触或非接触侧，是否达到转辙器设定点温度？如果“是”，则继续执行步骤10，如果“否”，则继续执行步骤8。

步骤8：评估

计算出的转辙器3在基本轨脚、接触侧T_W-Fu-Ba-an或非接触侧T_W-Fu-Ba-ab处的转辙器末端温度低于转辙器3的转辙器设定点温度T_Soll，结果：如果基本轨脚处转辙器3的转辙器末端温度(T_W-Fu-Ba)过低，例如，未达到转辙器3的转辙器设定点温度T_Soll，继续执行步骤9。

步骤9：通过增加功率裕量P来增加加热装置14的比功率p，例如，每米10瓦，按步骤4重复计算。

步骤10：检查：在尖轨头部处，接触侧T_W-Ko-Ba-an或非接触侧T_W-Ko-Ba-ab处的转辙器3的计算的转辙器末端温度是否低于转辙器3的转辙器最低温度T_W-Min？如果，例如，在接触侧或非接触侧的尖轨头部处的转辙器3的计算的转辙器温度T_op-Ko-Ba低于参数化转辙器最低温度T_W-Min，则继续执行步骤9。如果接触侧或非接触侧(T_op-Ko-Ba-an,T_op-Ko-Ba-ab)的尖轨头部处的转辙器3的计算的转辙器温度大于或等于转辙器3的轨道最低温度，则继续执行步骤11。

步骤11：检查：接触侧T_op-Ko-Zu-an或非接触侧T_W-Ko-Zu-ab上的尖轨头部21处的计算的转辙器末端温度是否低于转辙器3的转辙器最低温度T_W-Min？如果“是”，则继续执行步骤9，如果“否”，则继续执行步骤12。

步骤12:检查：接触侧T_W-GL-au-an或非接触侧T_W-GL-au-ab上的滑床板外侧的转辙器3的计算的转辙器末端温度是否低于转辙器3的转辙器最低温度T_W-Min？如果“是”，则继续执行步骤9，如果“否”，则继续执行步骤13。

步骤13:融化积雪量。

检查：最大积雪量是否融化？通过比较转辙器3的转辙器最低温度T_W-Min下计算的特定维持功率P_Erh和最大积雪量h_S的特定融化功率P_Sm与计算的比功率(P_op)之和来检查这一点？计算出的比功率P_op是否大于或等于维持功率P_Erh与融化功率P_Sm之和？如果是，则继续执行步骤14，如果不是，则继续执行步骤9。

步骤14:输出转辙器加热系统1所需的加热装置的比功率P，以确保在自动模式下，冬季转辙器可用性达到低能耗输入参数。

图6显示了根据最低环境温度Tu、可用比加热装置功率P、转辙器3的轨道剖面R的最大风速v_max下的转辙器3的转辙器设定点温度T_Soll，和每小时可能的最大积雪量h_S-max以及加热装置14在基本轨7和/或尖轨8和/或滑床板9上的位置，验证本发明的转辙器加热装置1的功能的流程图。利用这样的方法，可以基于当前气温、每小时雪量和风速v来针对标准转辙器加热系统1确定和评估本发明转辙器加热系统1的功能极限，从而确定和评估转辙器3在冬季的可用性，即使在运行中也是如此。在图6中，转辙器3在冬季的可用性取决于转辙器3的非接触(右)侧6和接触侧5的功能相关点19处的转辙器3的转辙器温度，例如，在基本轨头部、尖轨头部和滑床板外侧，通过与转辙器3的转辙器最低温度T_W-Min进行比较，并通过将比加热装置功率P与所需功率P_erf进行比较来确定加热时间t_ANH期间融雪的功能，其由维持功率P_Erh与融化热功率P_Sm之和得出，并确定可能的不足，或确认转辙器加热系统1随天气条件变化的功能。

下面是在最低环境温度T_U-min、每小时最大雪量h_S和max下评估现有转辙器加热系统1的步骤。显示风速V_max。

步骤1：开始程序

步骤2：输入预期的最低环境温度T_Umin、特定加热装置功率P值、转辙器设定点温度T_Soll、最大风速V_max、转辙器3的轨道剖面R、每小时最大降雪量和加热装置14在基本轨7和/或尖轨8和/或滑床板9上的位置、转辙器最低温度T_min。

步骤3:接触(左)侧P_op-Li的最佳比加热装置功率和非接触(右)侧P_op-Re的最佳比加热装置功率来自相应的基本轨7、尖轨8或滑床板9处的比加热装置功率P。

步骤4：对于转辙器3的接触(左)侧5和非接触(右)侧6，形成一个转辙器片，每个具有一个热网模型，对于转辙器3的接触(左)侧5，尖轨8，例如，在接触状态下，对于转辙器3的非接触(右侧)侧6，表示处于非接触状态的尖轨8，并且通过当达到转辙器3的转辙器设定点温度T_Soll时，计算加热时间t_A中的时间t₆时的比加热装置功率P下的来自辐射P_St、对流P_K、热传导P_L、融化热P_Sm以及蓄热P_C的功率损耗，和通过当达到转辙器3的转辙器最低温度T_min时，计算加热时间t_A中的时间t_2.1时的维持功率来计算转辙器3的转辙器温度。

步骤5：输出转辙器温度T和接触(左)侧的功率损耗之和∑P_V-Li和非接触(右)侧的功率损耗之和∑P_V-Re

步骤6：检查：在转辙器温度传感器28处计算出的转辙器3的最佳转辙器温度T，例如，在接触(左)侧和非接触(右)侧6的基本轨脚，是否高于转辙器3的转辙器设定点温度T_Soll，取系数k，例如，考虑1.5？如果“是”，则继续执行步骤7，如果“否”，则继续执行步骤13。

步骤7：检查：计算出的接触侧(左侧5)和非接触侧(右侧6)上尖轨头部的处转辙器3的最佳转辙器温度T是否高于或等于转辙器3的转辙器最低温度？如果“是”，则继续执行步骤8，如果“否”，则继续执行步骤13。

步骤8：检查：计算出的接触侧(左侧5)和非接触侧(右侧6)上滑床板外侧的转辙器3的最佳转辙器温度T是否高于或等于转辙器3的转辙器最低温度？如果“是”，则继续执行步骤14，如果“否”，则继续执行步骤13。

步骤9：根据维持基本轨7处转辙器3的转辙器最低温度所需的维持功率、接触(左)侧的融化功率P_Sm-Li和非接触(右)侧的融化功率P_Sm-Li之和，计算所需的比功率，以融化至这一时间是由每个时间单位测得的雪量和加热时间t_A中的时间t_2.3得出的雪量总和。

步骤10：检查：接触(左)侧要求的比功率P_erf-Li或非接触(右)侧要求的比功率P_erf-Re是否低于或等于加热装置的比功率P？如果“是”，则继续执行步骤11，如果“否”，则继续执行步骤12。

步骤11：降雪量小于或等于融雪量。降雪在加热期间融化了。

步骤12：降雪量大于融雪量。降雪在加热期间不会融化。

步骤13：用这里没有显示的文本输出接触侧和非接触侧的不足。

步骤14：输出操作限值，例如，基本轨头部、尖轨头部的接触(左)侧5和非接触(右)侧6上转辙器3的转辙器温度的最小值和融雪量。

通过输入当前的环境温度、风速和雪量而不是最小值或最大值，并激活适当的纠正措施或警告信息，可以将相同的程序集成到开环和闭环控制系统中。适当的纠正措施包括例如，在滑床板9和尖轨8之间布置附加的加热装置，并首先激活加热装置，以便由于较小的质量而解决潜在的问题。图7显示了通过计算和评估转辙器3的转辙器温度的时间发展，本发明转辙器加热系统1的开环和闭环控制系统的程序流程图，所述转辙器加热系统1用于轨道剖面为R54的转辙器3，转辙器3的转辙器末端温度和加热时间t_A在冬季、冰雪、特定长度l_seg的转辙器片的功能相关点19，用于转辙器3的左侧和右侧(此处未指定)。图7中所示的节点K对应于图1中的评估点：基本轨脚37、尖轨头部41、尖轨脚40、滑床板中心42和滑床板外侧43，对于转辙器3的左侧5和转辙器3的右侧6，在转辙器3的长度上，其特征在于转辙器区段面4转辙器尖端16、转辙器中心17和转辙器末端18，每个转辙器区段由转辙器3的左侧5上的转辙器片和转辙器3的右侧6上的相对转辙器片表示。转辙器3分为左侧5和右侧6，例如，从转辙器尖端16到转辙器末端18的观察方向。

步骤1.输入

例如，在基本轨7上输入具有比功率P为330瓦/米的加热装置14的转辙器3的值。转辙器3的转辙器设定点温度为7℃，用于融化转辙器3上积雪的转辙器3的转辙器最低温度T_wmin参数化为+/-0℃，最小功率比L_v为40％，因此，以下情况适用：加热装置14的最佳比功率P_op为330W/m乘以40％，等于运行开始时的132W/m。转辙器温度传感器28的位置w_T如下：转辙器3的左侧5。轨道剖面为R54的转辙器3的操作员指示转辙器工作范围的值如下：环境温度高达-20℃，最大风速为0.8m/s，最大积雪量为5cm/h。借助本发明的转辙器加热系统1，通过确保功能相关点19处所需的转辙器最低温度T_W-min和融化雪量h_S的相应最佳比功率P_op，可确保转辙器3的功能达到这些工作值。

步骤2.选择转辙器片并计算转辙器片在330W/m*40％＝132W/m时，左侧和右侧的比功率。

步骤3.读取转辙器片1左侧和右侧的值：当前环境温度、转辙器温度、雪量、降水类型、降水量和风速。

步骤4.在转辙器3的左侧5的热网模型26和转辙器3的右侧6的热网模型27的6个节点处，计算转辙器3的转辙器温度和功率处于平衡(固定端值)时的功率损耗。此外，计算t_2.1时刻的维持功率。(保持0℃温度所需的功率)。

步骤5.检查：是否因降雪或环境温度低而请求加热？如果“是”，则继续执行步骤6，如果“否”，则继续执行步骤2。

步骤6.检查：当前时间是否大于停滞期？如果“是”，则继续执行步骤7，如果“否”，则继续执行步骤8。

步骤7.当停滞期已过时，通过转辙器温度传感器测量转辙器3的转辙器温度，并与在相应节点K处计算的转辙器温度进行比较，以及基于时间常数或模型参数计算转辙器末端温度。

步骤8.检查：左侧尖轨头部处的转辙器3的转辙器温度是否高于右侧尖轨头部处的转辙器3的转辙器温度？如果“是”，则左侧为接触式尖轨8，(假设：尖轨头部的转辙器温度较高，则可识别转辙器位置是否同时发生变化)。

步骤9.检查：转辙器温度传感器位于哪一侧，左侧还是右侧？在示例中，转辙器温度传感器28位于左侧。在转辙器温度传感器28的一侧，继续执行步骤10，在不带转辙器温度传感器的一侧，继续执行步骤12。还可以为两侧配备转辙器温度传感器。

步骤10.配置：左侧转辙器温度为接触侧的转辙器温度，右侧转辙器温度为非接触侧的转辙器温度

步骤11.检查：考虑到转辙器温度公差，计算出的转辙器3在接触侧基本轨脚处的转辙器温度是否等于基本轨脚处转辙器3的实际转辙器温度？如果“否”，则继续执行步骤19，如果“是”，则继续执行步骤12。

步骤12.检查：计算出的基本轨脚处转辙器3的转辙器温度是否高于转辙器3的转辙器设定点温度加上一个常数并低于环境温度？如果“否”，则将功率比L_V增加系数x(在示例中为10％)，并继续执行步骤2，如果“是”，则继续执行步骤13。

步骤13.检查：维持功率加上融化热功率P_Sm是否小于或等于t_2.3时的最佳功率？。如果“否”，则将功率比L_V增加系数x(在示例中为10％)，并继续执行步骤2，如果“是”，则继续执行步骤14。

步骤14.检查：基本轨脚t_A-Fu-Ba的加热时间是否小于或等于最大加热时间t_A-max？如果“否”，则将功率比L_V增加系数x(在示例中为10％)，并继续执行步骤2，如果“是”，则继续执行步骤15。

步骤15.检查：尖轨头部温度T_Ko-Zu是否高于或等于最低转辙器温度T_min？如果“否”，则将转辙器设定点温度T_Soll增加系数y(在示例中为0.5K)，并继续执行步骤2，如果“是”，则继续执行步骤16。

步骤16.检查：尖轨脚温度T_Ko-Zu是否高于或等于最低转辙器温度T_min？如果“否”，则将转辙器设定点温度T_Soll增加系数y(在示例中为0.5K)，并继续执行步骤2，如果“是”，则继续执行步骤17。

步骤17.检查：滑椅中心的温度T_GL-mi是否高于或等于最低转辙器温度T_min？如果“否”，则将转辙器设定点温度T_Soll增加系数y(在示例中为0.5K)，并继续执行步骤2，如果“是”，则继续执行步骤18。

步骤18.检查：滑椅外侧的温度T_GL-mi是否高于或等于最低转辙器温度T_min？如果“否”，则将转辙器设定点温度T_Soll增加系数y(在示例中为0.5K)，并继续执行步骤2，如果“是”，则继续执行步骤20。

步骤19.利用对流损耗或辐射功率的修正系数对步骤4中的计算进行校正。如果计算出的转辙器3在接触侧基本轨脚处的转辙器温度低于基本轨脚处转辙器3的实际转辙器温度，考虑到转辙器温度公差，对流传热系数α减小系数n(在示例1中)，然后继续执行步骤4。如果计算出的接触侧基本轨脚处转辙器3的转辙器温度高于基本轨脚处转辙器3的实际转辙器温度，考虑到转辙器温度公差，风速V增加系数n(在示例1中)，然后继续执行步骤4。

步骤20.在以下循环时间t_z，输出转辙器3的左侧的最佳功率P_op-Li和转辙器3的右侧的最佳功率P_op-Re。

总之，可以说，本发明提供了一种方法，其中通过将计算的转辙器温度与参数化转辙器最低温度进行比较，本发明的加热网络模型改变至少一个加热装置14的转辙器设定点温度和/或比功率。

此外，本发明的加热网络模型通过校正对流功率和/或辐射功率，通过与由转辙器温度传感器28测量的转辙器温度比较，验证计算出的转辙器温度。

本发明的加热网络模型还在超出操作限值之前生成警告消息，所述消息既显示在控制装置本身中，也显示在远程位置的控制中心中。

最后，根据气象服务预测的环境条件，本发明的加热网络确定运行前和运行期间的加热时间并激活，如果超过加热时间内的最大雪量和/或雪量未融化，则通过控制单元预热的额外加热制度。

附图标记

1 转辙器加热装置

2 转辙器的观察方向

3 转辙器

4 转辙器区段

5 左侧

6 右侧

7 基本轨

8 尖轨

9 滑床板

10 接触式尖轨

11 非接触式尖轨

12 接触区段

13 支承螺柱

14 加热装置

16 转辙器尖端

17 转辙器中心

18 转辙器末端

19 功能相关点

20 基本轨头部

21 尖轨头部

22 滑床板中心

23 滑床板外侧

24 轨枕

25 轨枕距离

26 热网，左侧

27 热网，右侧

28 转辙器温度传感器

29 加热装置符号

30 热辐射符号

31 对流符号

32 蓄热器符号

33 热传导符号

34 转辙器片：转辙器尖端

35 转辙器片：转辙器中心

36 转辙器片：转辙器末端

37 评估点：基本轨脚

38 评估点：基本轨腹板

39 评估点：基本轨头部

40 评估点：尖轨脚

41 评估点：尖轨头部

42 评估点：滑床板中心

43 评估点：滑床板外侧

P_St 辐射热功率

P_L 热传导功率

P_K 热对流功率

P_op 最佳比功率

P 实际比加热装置功率

P_erf 所需的比功率

x_L 长度校正系数

P_C 热容功率

P_V 蒸发热功率

P_Sm 融化热功率

P_Erh 维持功率

R 转辙器剖面

T_U 环境温度

T_U-min 最低环境温度

T_W 转辙器实际温度

DT_W 转辙器实际温差

T_min 转辙器最低温度

T_op 转辙器最佳温度

T_Soll 转辙器设定点温度

T_Soll-Vor 第二转辙器设定点温度

T_S 融化温度

T_V 蒸发温度

T_K 冷轨的转辙器温度

NI 降水类型

L_V 功率比

L_sp 加热装置的特定长度

K 节点(K)

I_N 加热电流

t_A 加热时间

t_E 开启时间

t_z 时间周期

k 系数

α 对流传热系数

节点(K)和温度的名称示例

K_Fu-Ba-Li 节点(K)：基本轨脚，左侧

K_Ko-Ba-an 节点(K)：基本轨头部，接触式尖轨

T_Ko-Ba 转辙器温度-基本轨头部

T_Ko-Ba-Li 转辙器温度-基本轨头部，转辙器的左侧

T_Ko-Zu 转辙器温度-尖轨头部

T_Gl-mi 转辙器温度-滑床板中心

T_GL-au 转辙器温度-滑床板外侧

t_T 停滞期

t_A 加热时间

t_max 最大加热时间

h_S 每小时的雪量

v 风速

v_max 最大风速

n 循环系数

t_n 时间

t_z 循环时间

y 转辙器设定点温度校正系数

w_T 转辙器温度传感器的位置

索引：

an 接触

ab 非接触

Re 右侧

Li 左侧

Ba 基本轨

Zu 尖轨

GL 滑床板

Ko 头部

Fu 脚

St 轨道腹板

au 外侧

mi 中心

op 最佳

w 实际

参考文献列表

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[5]E·菲利普。：电机工程第5卷：电能技术的元素和组件，柏林：工程技术，1979年，

[6]H·格雷梅尔。：开关设备，ABB集团公司，曼海姆，杜塞尔多夫，科内尔森出版集团，1992。

Claims (11)

1.一种转辙器加热系统(1)的开环和闭环控制方法，其中所述转辙器加热系统(1)包括：设置在至少一个转辙器(3)上的至少一个加热装置(14)、至少一个转辙器(3)上的至少一个转辙器温度传感器(28)、每个转辙器(3)具备至少一个热出口的至少一个配电盘，以及用于转辙器温度的开环和闭环控制的至少一个控制装置，所述方法包括以下步骤：

a)为所述至少一个转辙器(3)的左侧(5)和/或为所述至少一个转辙器(3)的右侧(6)限定至少一个具有特定长度的转辙器片，所述至少一个转辙器(3)的所述转辙器片具有基本轨(7)、尖轨(8)、滑床板(9)和至少一个加热装置(14)，并将所述至少一个转辙器片分成单独的部分，每个部分具有至少一个第一节点，所述第一节点对应于冬季所述至少一个转辙器(3)的所述转辙器片的至少一个功能相关点(19)，所述功能相关点(19)具有至少一个评估点(37、38、39、40、41、42、43)，

其中，所述至少一个转辙器片在热力学上表示所述至少一个转辙器(3)，

其中，所述至少一个转辙器片设置在所述至少一个转辙器温度传感器(15、18)附近，

b)形成用于所述至少一个转辙器(3)的所述左侧(5)和/或用于所述至少一个转辙器(3)的所述右侧(6)的所述至少一个转辙器片的热网(26、27)，所述热网(26、27)包括发热元件、传热元件和蓄热器(32)，以及将所述至少一个转辙器片的各个部分的对应的至少第一节点(K)分配给至少一个评估点(37、38、39、40、41、42、43)，

其中各个部分的所有节点(K)通过网格连接到热网(26、27)，使得所有有符号温度的差为零，

c)通过根据节点规则的功率平衡，计算所述至少一个转辙器片的最佳比功率(P_op)的时间进程和所述至少一个转辙器片上的所述转辙器加热系统(1)的所述至少一个第一节点处的相应最佳转辙器温度，并且在操作中，通过所述加热装置(14)的实际比功率(对应于最大比功率)和功率比(所述功率比在所述实际比功率的25％和100％之间变化)的乘积，在所述相关加热装置(14)处激活所述最佳比功率，

d)使用所述至少一个转辙器温度传感器(28)记录所述至少一个转辙器片处的所述实际转辙器温度的所述时间进程，并且如果所述计算的转辙器温度高于所述实际转辙器温度，则通过对流热功率校正所述至少一个转辙器片的所述至少一个第一节点处的所计算的转辙器温度，或者如果所述计算的转辙器温度低于所述实际转辙器温度，则通过热网的辐射热功率校正所述至少一个转辙器片的所述至少一个第一节点处的所计算的转辙器温度，

e)计算所述至少一个转辙器片的至少一个第二节点的转辙器末端温度，并将所述计算出的转辙器末端温度与所述至少一个第二节点的参数化转辙器最低温度进行比较，

其中，如果未达到所述转辙器(3)的所述最低转辙器温度，则可参数化的转辙器设定点温度将增加转辙器设定点温度校正系数，直到所述转辙器(3)的所述相应计算转辙器末端温度至少对应于所述转辙器(3)的所述转辙器最低温度，

f)计算用于将所述至少一个转辙器片加热到所述转辙器(3)的所述可参数化设定点温度的加热时间，并评估在可参数化转辙器设定点温度下计算的加热时间，

其中不足导致所述最佳比功率增大，过高导致所述最佳比功率减小，

g)计算将所述至少一个转辙器片加热到所述转辙器(3)的所述可参数化转辙器最低温度所需的加热时间，并根据降雪的维持功率和融化功率评估所需的比功率，此时所述比功率(P)处于所述可参数化转辙器最低温度温度，

其中不足导致所述最佳比功率增加或产生信息，说明降雪量过大且不会融化。

2.根据权利要求1所述的方法，在通过加热请求进行操作之前，还包括以下步骤：

h)根据单位时间内报告的积雪深度，计算出加热期间转辙器片积雪量的比融化功率，计算维持所述转辙器片融化温度所需的比维持功率，并将其总和与所述加热装置(14)的所述实际比功率进行比较，如果所述加热装置(14)的所述实际比功率较低，则使用第二转辙器设定点温度激活所述转辙器加热系统(1)，所述第二转辙器设定点温度足够高，使得所述加热装置(14)在操作期间的所述比功率至少等于所述比融化功率和所述维持功率之和。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中

所述发热元件检测所述至少一个加热装置(29)的所述比功率，所述至少一个加热装置(29)具有所述转辙器片的蓄热器和通过热辐射发生的传热，和/或

所述传热元件检测所述转辙器(3)处的热阻，所述热阻是由所述至少一个转辙器片处的材料特性、几何参数和来自传热和环境的预先存在的负载产生的。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在步骤f)中

加热所述至少一个转辙器片的所述加热时间可以优选地根据所述至少一个转辙器片的加热、雪的融化和其上的水的蒸发的单独加热时间的总和来计算，和/或

所述加热时间可以通过增加功率比和/或从闭环操作切换到连续操作来增加，和/或通过降低所述功率比来减少。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，还包括以下步骤，在主动加热的情况下

i)计算可参数化时间段内降雪的融化功率，并将此融化功率与所述比功率和计算的维护功率之差进行比较；如果所述比功率不足，功率将增加和/或所述系统将开始持续加热和/或将发出第一条警告消息，

和/或

j)将所述计算的加热时间与可参数化的最大加热时间进行比较；如果所述比功率不足，将增加所述功率和/或所述系统将开始持续加热和/或将发出第二条警告消息，

和/或

k)根据单位时间内降雪深度和融化雪深度之间的差计算雪深，并将所述计算出的雪深与可参数化的最大允许雪深进行比较；如果所述比功率不足，所述功率将增加和/或所述系统将开始持续加热和/或将发出第三条警告消息。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中对步骤f)中的所述加热时间的计算包括以下步骤：

f1)根据具有最佳或实际比功率的转辙器(3)的转辙器温度的时间曲线计算所述至少一个转辙器片的停滞时间，

f2)计算用于将所述至少一个转辙器片从所述转辙器(3)的冷轨的转辙器温度和所述融化温度加热直至所述转辙器最低温度达到至少一个节点的时间t_A1，

f3)根据可用比功率减去维持所述至少一个转辙器片的所述最低转辙器温度所需的功率之差，计算融化步骤f2)期间降雪量的时间t_A2，

f4)根据所述可用比功率减去维持所述至少一个转辙器片的所述转辙器最低温度所需的功率之差，计算融化步骤f3)期间降雪量的时间t_A3，

f5)根据所述转辙器(3)的转辙器温度传感器节点处的所述转辙器器最低温度和所述转辙器设定点温度之间的差，计算加热所述至少一个转辙器片的时间t_A4，

f6)根据所述可用比功率减去维持所述至少一个转辙器片的所述转辙器最低温度所需的功率之差，计算融化步骤f5)期间降雪量的时间t_A5。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括根据所述转辙器加热系统(1)的环境温度(G_W-Tu)确定操作限值，包括

-计算所述至少一个转辙器片的两个特定节点处的所述可选转辙器末端温度，所述两个特定节点对应于作为所述至少一个转辙器(3)的功能相关点(19)的所述基本轨(20)的头部和所述尖轨(21)的头部，其中从所述转辙器最低温度减去所述基本轨的头部和所述尖轨的头部的所述计算的转辙器温度，且这些温度中的最低值对应于构成所述操作限值所述的环境温度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，进一步包括根据所述转辙器加热系统(1)的雪量(G_W-hs)确定所述操作限值，包括

-计算所述节点(3)的所述转辙器最低温度T_min下的特定维持功率，加上基本轨脚的最低转辙器温度(T_W-min)公差ΔT_min，最大雪量或当时的雪量的融化功率，以及融化水的蒸发率，并比较这些值与所述至少一个转辙器片的所述加热装置(29)所需的比功率之和；如果所述加热装置所需的比功率低于维持功率、融化功率和蒸发率之和，则将超过构成所述操作限值的所述积雪深度。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，进一步包括对所述加热装置(29)及其所需的比功率标注项目特定尺寸，包括

-通过计算进入环境的热传导、辐射和对流、雪和雨的热容和潜热之和，计算所述加热装置的比功率(P)，以达到所述转辙器温度传感器位置处所述转辙器(3)的转辙器设定点温度，和所述至少一个转辙器片的至少一个基本轨(20)的头部和/或尖轨(21)的一个头部上所述转辙器(3)的最小转辙器温度T_w-min，其中现有的操作限值包括所述最低环境温度、轨道剖面、每小时的最大风速和最大积雪深度，和/或

-如果所述计算出的实际比功率低于所述加热时间内对应于所需融化功率的所述比功率(从所述最低环境温度开始计算，直到达到至少0℃的轨道温度)，则增加所述比功率，以获得加热时间与每小时积雪深度乘积产生的雪量，和剩余融水的蒸发率以及在所述至少一个转辙器片的功能相关点处维持0℃轨道温度所需的特定维持功率。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中

-当所述转辙器加热系统(1)运行时，使用相应的切换装置打开和关闭所述加热装置(29)，通过改变接通时间或频率或脉冲宽度或波包控制或组模式来设置所述加热装置(29)的所述最佳比功率，其对应于所述比功率与25％至100％的功率比的乘积，

和/或

-所述功率比在25％到100％之间，

其中，在转辙器加热系统(1)运行的情况下，所述转辙器(3)的所述左侧(5)和所述转辙器(3)的所述右侧(6)的所述比功率P最大值对应于所述加热装置(29)的所述比功率的平均值和/或中间值，

和/或

-其中，在所述转辙器加热系统(1)运行的情况下，所述转辙器(3)的所述左侧(5)和所述转辙器(3)的所述右侧(6)的所述计算的比功率P_op最大值对应于所述加热装置(29)的所述比功率(P)，

或者，根据所述加热装置(14)的所述比功率(P)减去所述计算的比功率(P_op)之差，计算出所述转辙器(3)的所述左侧(5)或所述转辙器(3)的所述右侧(6)的比功率差，且在所述转辙器(3)的所述左侧(5)或所述转辙器(3)的所述右侧(6)的比功率差为正的情况下，除了所述加热装置(14)的所述比功率(P)外，所述转辙器(3)的另一侧还可获得所述比功率差，使得所述转辙器(3)的所述左侧(5)和所述转辙器(3)的所述右侧(6)的所述轨道温度的时间曲线对于转辙器(3)的功能相关点是一致的。

11.一种转辙器加热系统(1)的开环和闭环控制装置，其中所述转辙器加热系统(1)包括：设置在至少一个转辙器(3)上的至少一个加热装置(14)、至少一个转辙器(3)上的至少一个转辙器温度传感器(28)、每个转辙器(3)具备至少一个热出口的至少一个配电盘，以及用于转辙器温度的开环和闭环控制的至少一个控制装置，所述装置包括：

-CPU，用于计算至少一个转辙器片的所述转辙器(3)的所述转辙器温度，其通过通信装置连接到所述控制装置，

-至少一个接线盒，远离所述转辙器(3)，包括通过线路连接到所述转辙器(3)的所述加热装置(29)的至少一个切换装置，以及用于记录随时间变化的工作电流、电压和绝缘电阻的测量装置和用于限制最大功率的装置，

-至少一个通信装置，设置在所述接线盒中并连接到所述控制单元，

-至少一个降水传感器，用于检测降水类型和降水量，其连接到所述控制单元。

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