WO2018050141A1 - Energiemanagement einer elektrischen weichenheizungsanlage - Google Patents

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WO2018050141A1
WO2018050141A1 PCT/DE2017/000297 DE2017000297W WO2018050141A1 WO 2018050141 A1 WO2018050141 A1 WO 2018050141A1 DE 2017000297 W DE2017000297 W DE 2017000297W WO 2018050141 A1 WO2018050141 A1 WO 2018050141A1
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heating
time
power ratio
temperature
rail
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PCT/DE2017/000297
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Inventor
Mario DÖGE
Original Assignee
Ean Elektroschaltanlagen Grimma Gmbh
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01B—PERMANENT WAY; PERMANENT-WAY TOOLS; MACHINES FOR MAKING RAILWAYS OF ALL KINDS
    • E01B7/00—Switches; Crossings
    • E01B7/24—Heating of switches
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B1/00—Details of electric heating devices
    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
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    • H05B1/02—Automatic switching arrangements specially adapted to apparatus ; Control of heating devices
    • H05B1/0227—Applications
    • H05B1/023—Industrial applications
    • H05B1/0236—Industrial applications for vehicles

Definitions

  • Known point heaters are based on systems with hot steam, gas heating or electrical energy. The cost-effectiveness of such point heaters is significantly determined by the acquisition, maintenance and energy costs.
  • the present invention relates to a method and a device for energy management of an electric point heating system.
  • Such points heating systems comprise at least one switch, which has fixed jaw rails and movable tongue rails and a lock compartment linkage, and an electrical distribution with Walkerabêtn for powering electrical heating elements on the rails of the switches with control device for controlling the rail temperature.
  • Such electric point heaters consist inter alia of an electrical distribution with control and regulating devices for switching, controlling, regulating and monitoring each heating outlet, a weather-dependent control that activates the heating in ice and snow, and electrical heating elements on the rails of the switches, the be heated thereby and prevent freezing of the moving parts of the switches.
  • Snow and ice are detected by recording and evaluating air temperature and precipitation. If the rail actual temperature falls below a set target rail temperature, for example + 4 ° C, the entire point heater is switched on and thus all points are heated with a delay due to the mass of the rails.
  • a rail temperature sensor on a guide switch controls the rail temperature to a specific rail setpoint temperature in a two-point or constant temperature control.
  • WO 2010/115436 A1 discloses a method and a device for energy management of an electric point heating with multiple points is known in which the control and the detection of snow by evaluating the air temperature and precipitation and the regulation of the rail temperature with a plurality of control and regulating devices for switching, controlling, regulating and monitoring is performed for each Thompsonabgang by reducing the simultaneous effective installed electric heating power by staggered and staggered power connection of Walkerab réelle.
  • Back and tongue rails of the turnout are provided with heat insulation segments, so that during heating at least equal long heating and cooling times should be generated at nominal rail temperature and minimum operating temperatures.
  • control and regulating devices are assigned to one or more heating regimes, each with a different number of groups corresponding to the power of the heating outlets, so that all groups of a heating regime have approximately the same power and each group of a heating regime is regularly, sequentially and circumferentially assigned by group release a time window in which the control and regulating devices of the group generate heat pulses with duty cycle between 0% and 100% and the groups of a heating regime are switched in turn via a group release.
  • the temperature control by means of two-point control takes place in temporal heating intervals, in that the heater is switched on at a rail temperature of less than + 3 ° C and the heater is switched off at a rail temperature of more than + 7 ° C.
  • the climate control is carried out in the operating modes "damp-heating" or "low-temperature heating".
  • the "wet heating" heating condition is considered to be met when precipitation is present and the rail temperature falls below a pre-set value, so that when heating is requested, the power of all connected heating elements will always be switched on and off and the actual power during the heating process will vary between zero and one Maximum value corresponding to the sum of the connected load of all heating elements In the case of negative ambient temperatures, the switch-on points are raised
  • An optional additional snow plow sensor acts as an additional snow detector.
  • the operating mode "low temperature heating” takes place in dry and low air temperatures between - 5 ° C and - 15 ° C.
  • the "low temperature heating” serves to avoid the very slow heating behavior of the system, which results from the system conditions and thus preventively for to preheat a possible precipitation event as well as to melt ice and blizzard in the switch. If the precipitation event or ice and blizzard remains off, accordingly heating is required.
  • the control system controls the heating of all turnouts to a constant + 6 ° C by means of a wave packet or two-point control via a switching device when the heating condition is met.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a method for energy management of electrical point heating systems and to provide a corresponding device, which is achieved by simple means a variable adjustment of the power as a function of predeterminable operating parameters and safe operation of point heating systems with optimal energy use.
  • a method for energy management of an electric points heating system comprising the steps: a) during the heating operation of the electric point heating system forming cyclically successive cycle times (Zt),
  • step d1) repeating step d) after a predefinable period of time or when the maximum control deviation (xw max ) is undershot or exceeded, e) for weather-dependent heating requirement (Hz) for at least one switch (12) calculating the theoretical heating time until reaching the predefinable
  • a device for energy management of an electric points heating system the at least two switches (12) on each of which at least one heating element (7) is arranged, at least one switching distribution (1) with at least a heating outlet (6), in particular a heating outlet (6) per switch (12), and at least one control device (3) for controlling and regulating the rail temperature (X), comprising
  • At least one controller (10) connected between the control device (3) in the
  • Switching distribution (1) and a switching device (5) of the at least one heating outlet (6) is arranged, wherein the at least one controller (10) via a binary
  • At least one memory is arranged, which is connected via a binary connection and / or a bus connection to the control device (3), via this connection at least one operating parameter (B) transferable and storable in the at least one memory and from the control device (3) from this is retrievable.
  • the invention leads advantageously to an optimal use of energy in the heating of individual points in an electric Weichenloomungsstrom while ensuring the function of all points.
  • power peaks can be avoided and energy saved compared to conventional systems.
  • many elements of generic electrical point heating systems can be used, for example, the usual heating elements can be used.
  • a significant advantage of the present invention is to achieve a reduction in energy supply costs by reducing the actual electrical power regardless of priorities but with equal heating of all connected switches 12 by forming the active power ratios (L a ), so that compared. the prior art (eg.
  • the present invention relates to a method for energy management of an electric points heating system.
  • This electric points heating system has at least two switches (12) on each of which at least one heating element (7) is arranged, at least one switching distribution (1) with at least one heating outlet (6), in particular a heating outlet (6) per switch (12), and at least one control device (3) for controlling and regulating the rail temperature (X).
  • a step a) following cycle times (Zt) are cyclically successively formed during the heating operation of the electric points heating system, preferably by microcontroller timer in the control device (3).
  • cycle time is understood to mean a period of time in which the heating outlets (6) of an electrical point heating system are switched on or off during a heating request (Hz).
  • step b) at least one power ratio (L) corresponding to the number of switched-off and switched off heating outlets (6) is then formed for each cycle time (Zt), preferably as a function of the operating parameters (B).
  • the term "power ratio” refers to the ratio or quotient of the number of switched-off or switched-off heating outlets (6) to the total number of heating outlets (6) of the electrical point-heating system Examples will be given below in the description of the embodiments.
  • step c) during each cycle time (Zt) at least one fixed power ratio (Lf) or a power ratio (L e ) correlating with at least one externally detectable operating parameter (B) activates the heating outlets (6) in sequence starting with the on or off switched off heating outlets (6) according to the power ratio (L) and deactivating the other heating outlets (6) in circulating gradual operation.
  • Lf fixed power ratio
  • L e power ratio
  • At least one active power ratio (L a ) is carried out in step d), wherein an adaptation of the at least one active power ratio (L a ) is carried out, which takes place as a function of an actual control deviation and a limit value "maximum control deviation" is determined by Switching on the electric point heating system with project-specific power ratio (L pTO ) between 50% and 80% within the heating time () an existing control deviation (xw aU f) is recorded at the beginning of the heating time () and compared with a stored maximum control deviation (xw ma x) , wherein when exceeding the maximum control deviation (xw max ), the adjustment of the at least one active power ratio (L a ) to 100%, the determination of the maximum control deviation (xw ma i) is carried out from the stored quotient of an empirical deviation heating (xw au f ) and an experienced Aufhe izzeit (t aU f) multiplied by a project-specific parametrizable maximum heating time (max).
  • step d1) step d) is repeated after a predefinable time interval or when the maximum control deviation (xw ma x) is undershot or exceeded.
  • This predefinable period of time is 1 minute to 15 minutes, preferably 3 minutes to 10 minutes, in particular 5 minutes.
  • a step d2) can be carried out, in which at least at a switch (12) of the electric point heating system detects the time course of the heating and from the time course of the control deviation (xw aU f) is monitored by starting from a parameterizable control deviation (xw au f) the time course of the control deviation (xw n ) is integrated over time and compared with a limit value.
  • This limit value is the product of the maximum permissible control deviation (xw max ) and the maximum permissible time duration for compensation of the maximum control deviation (xw m ax).
  • the limit value is exceeded, the next higher power ratio (L) and / or the power ratio L 100% is activated for at least one heating outlet (6) or the entire electrical point heating system.
  • Step e) provides that for weather-dependent Schuteaufbeat (Hz) for at least one switch (12) the theoretical heating time to reach the predetermined rail nominal temperature (X s ) calculated the switch (12) and the same is compared with a parameterizable heating time (baptism) ,
  • step e) may be carried out so that at a control deviation xw n during weather-related heating request (Hz) for at least one switch (12) the Heating for this switch (12) during the following cycle times (Zt) is turned off as long as the deviation xw "zero.
  • an "electronic signal” designates the requirement for heating energy for one or more switches (12) .
  • the heating request (Hz) can be effected in particular by the data of a weather station at the location of at least one switch (12) and / or by be generated a weather service.
  • the "parameterizable heating time” means that the heating time (baptism) can be adapted to the specific project depending on the externally detectable operating parameters (B). Examples are given below in the description of the embodiments.
  • step e1) provides for increasing the active power ratio (L a ) of at least the affected heating outlet (6) by increasing the number of heating outlets (6) switched on per cycle time (Zt) by one and the number of heating outlets (6) turned off per cycle time (Zt) is reduced by one or the power ratio (L a ) is increased to 100%.
  • step e1) can be carried out in such a way that when the deviation xw n of the switch (12) falls below the maximum control deviation xw max, the active power ratio (L a ) of at least the affected heating outlet (6) is reduced by the number of per Cycle time (Zt) turned on heating outlets (6) reduced by one and the number of per cycle time (Zt) off Walkerab réelle (6) is increased by one.
  • the method according to the invention provides that after and / or before each cycle time (Zt) the respective rail temperature (X) of at least one switch (12) connected to the electric points heating system is compared with the predefinable rail setpoint temperature (X s ), wherein in evaluation this comparison, the assignment of the switched-off and off Thompsonab Beatles (6) is changed by heating outlets (6) are turned off with heating excess in favor of heating outlets (6) with heating deficit during the respective cycle time (Zt).
  • a step f) can further be carried out, in which, when the rack deviation (xw ") of the switch (12) reaches zero, blocking of the active power ratio (L a ) of at least the heating outlet (6) concerned takes place Heating output (6) is turned off until the control deviation (xw n ) is greater than zero.
  • control modes of the electric points heating system which can be variably adapted to external circumstances depending on the operating parameters (B) the air and / or rail temperature of the unheated rail.
  • the externally detectable operating parameters (B) are preferably selected from air temperature, air humidity, rail temperature (X), snow, flying snow and / or rain.
  • the snow depth is determined with a suitable sensor and thereby activates or deactivates a "low temperature heating” control mode at the presettable operating parameter "air temperature”, by recording and evaluating the time profile of the operating parameter "air temperature "a parameterizable temperature value (T pa r), preferably greater + 3 ° C, over a predetermined time, preferably 5 minutes to 30 minutes, in particular 15 minutes, and / or on the detection of the operating parameter” rain "over a parameterizable time (t pa r), preferably 5 minutes to 30 minutes, in particular 15 minutes, has been recorded.
  • T pa r a parameterizable temperature value
  • step a) of the method according to the invention the cyclically successive cycle times (Zt) of the same time duration from 1 second to 300 seconds, preferably 50 seconds to 70 seconds, in particular 60 seconds, are formed with or without a time interval.
  • the time interval can be between 1 second and 10 seconds.
  • the at least one active power ratio (L a ) is formed from the ratio of the number of switched heating outlets (6) or switched off heating outlets (6) and the total number of heating outlets (6) of the electrical point heating system, wherein a lower limit of Power ratio (L) is preferably 40%.
  • the detected time profile of the rail temperature (X) at at least one switch (12) stored in the control device (3) and the final value of the rail temperature (X e ) with a predetermined rail target temperature (X s ) are compared, the number the turned-off Studab réelle (6) during at least one cycle time (Zt) is formed by the largest temperature difference thus determined.
  • the rail temperature (X) at a switch (12) with a heating outlet (6) not switched off is greater than the set rail temperature (X s ), then preferably 0.5 ° C to 3 ° C, especially 1 ° C, this heating outlet (6) during the current cycle time (Zt) are turned off.
  • the actual power is determined during each cycle time (Zt) and stored within a predefinable time period, preferably 5 minutes to 60 minutes, in particular 15 minutes, the minimum actual power, the average actual power and the maximum actual power.
  • control device (3) can activate a power ratio (L) as a function of the externally detectable operating parameters (B), which is from 40% to 80%, preferably 60%, and set to 100% when a maximum operating value is exceeded becomes.
  • the active power ratio (L a ) is monitored during each cycle time (Zt), so that when at least one time increasing the power ratio (L a ) a power ratio (L a ) of 100%, in a first memory, which is connected to the control device (3), the current operating parameters (B) are stored for this moment, wherein in a subsequent heating request (Hz) these stored operating parameters (B ) are compared with the then current operating parameters (B), so that when the then current operating parameters (B) are the same or for the electric points heating system worse than the stored operating parameters (B), immediately a power ratio of 100% is set.
  • the second aspect of the present invention relates to a device for energy management of an electric points heating system, wherein the electrical points heating system at least two switches (12), on each of which at least one heating element (7) is arranged, at least one switching distribution (1) with at least one heating outlet (6 ), in particular a heating outlet (6) per switch (12), and at least one control device (3) for controlling and regulating the rail temperature (X).
  • the facility includes
  • At least one controller (10) which is arranged between the control device (3) in the switching distribution (1) and a switching device (5) of the at least one heating outlet (6), wherein the at least one controller (10) via a binary connection and / / or a bus connection is connected to the control device (3),
  • the switching distribution (1) at least one memory is arranged, which is connected via a binary connection and / or a bus connection to the control device (3), via this connection at least one operating parameter (B) transferable and storable in the at least one memory and from the control device (3) from this is retrievable.
  • the "switching distribution" according to the invention is the unit in which individual elements of the electric points heating system are housed together, in particular the control device (3), at least one switching device (5) with a heating outlet (6), in particular a heating outlet (6) per switch (12 ), to the outside and at least one regulator (10)
  • the switching distribution (1) is connected to the power supply (9).
  • the "control device” is a process unit for controlling and regulating the rail temperature (X) to which the individual regulators (10) are connected, the control device (3) being relevant from the weather station (s) (2) Data supplied.
  • the control device (3) and the at least one controller (10) are preferably designed as microcontrollers (hardware), while the controller function is a software is.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an electrical
  • Fig. 2 is a diagram showing the time course of the power in
  • Fig. 3 is a tabular representation of the switching states according to the inventive method for an electrical according to the invention
  • FIG. 4 shows a tabular representation of the switching states of FIG. 3 with an assumed installed heating power of 10 KW per turnout 12, FIG.
  • Fig. 5 is a schematic representation of a erfinderluben electrical
  • 6a-d are diagrams for illustrating the time profile of the switching sequence according to the method of the invention.
  • Fig. 8 is a diagram showing the heating course in the heating of the rail actual temperature X "to the rail target temperature Xs and 9 shows the operating modes as a function of the precipitation quality.
  • the maximum number of power ratios L results from the number of heating outlets 6 of the electric points heating system reduced by one. However, this maximum number is limited due to the low heating of the switches 12 at power ratios less than about 35% and economic reasons in electrical point heating systems with more than 15 switches 12.
  • the power ratio L can be switched during heating operation.
  • the syntax of a power ratio L is derived from the duty cycle of the heating times to the cooling times.
  • Power ratio 50% corresponds to all heating outlets 6 of an electric point heating system 1 cycle heating to 1 cycle cooling (1 H: 1K) and requires two, four, etc. Heater outputs 6.
  • Power ratio 66.6% corresponds to all Thompsonab réelle 6 an electric point heating system 2 cycles heating to 1 cycle cooling (1 H: 1 K) and requires three, six, etc. Number of heating outlets 6.
  • Power ratio 75% corresponds to 6 of an electric point heating system for all heating outlets 3 cycles of heating to 1 cycle cooling (3H: 1 K) and requires at least four, eight, etc. Heating outlets 6.
  • the switching of the power ratio L 50% to another power ratio L takes place at the beginning of the cycle time Zt, whereby the switching sequence switching off and switching on takes place simultaneously and / or successively.
  • the power ratio L is changed.
  • the successive, circumferential activation of the heating outlets 6 takes place so quickly that a simultaneous heating of all connected points 12 takes place.
  • all points 12 are kept at the same temperature level.
  • the sequence of switching on and off of the heating outlets 6 is not specified. This can be done sequentially. Is not changed during heating, the switching state of Bankaberien 6 in the heating mode in the following cycle time Zt, ie not switched off, takes place to protect the switch contacts between the cycle times Zt no switching operation of the respective Schuab réelle. 6
  • a variable number Wienab réelle 6 is turned on during cyclic successive cycle times Zt in each cycle time Zt and the remaining subset of Bankab réelle 6 and during each cycle time Zt the assignment of on or off Borab réelle 6 is changed stepwise, the number the switched on and off Borab réelle 6 and thus the duty cycle of each Walkerabganges 6 remains the same and / or changed depending on the rail temperature X and / or the weather. If all heating outlets 6 of the electric points heating system are switched on, the power ratio is 100% and the cycle times Zt are interrupted and switched off, ie the actual power consumption corresponds to the connected load.
  • the power ratio is in the range of 1% to 99%, preferably between 40% and 75%, ie the actual power corresponds to the product of installed Power P max and the power ratio L. According to the number of switched on or off Schuab réelle 6 more power ratios L are possible.
  • the power ratios L are formed from the ratio of any number of heating outlets 6, preferably from the ratio of the heating outlets 6 switched on per cycle time Zt to the number of heating outlets 6 or a subset of heating outlets 6 present in the electric point heating system.
  • the power ratios L can be between a minimum value which corresponds to the ratio of one switched-on heating outlet 6 to all heating outlets 6 and a maximum value of 100%, which corresponds to the ratio of all switched-on to all heating outlets 6.
  • a power ratio between 50% and 75% is set.
  • an electric points heating system with five switches 12 wherein the heating elements 7 of each switch 12 are supplied via a heating outlet 6 with controller 10 in the distribution panel 1 at Walkeransch (Hz) with energy.
  • the integer number of the two values is 3, ie, three heating outlets 6 are switched on in each cycle time Zt and two heating outlets 6 are switched off.
  • the following power ratios L are possible for the electric point heating system:
  • a power ratio L is activated in the control device 3 during each cycle time Zt.
  • the air temperature is e.g. 0 ° C and precipitation is rain
  • the power ratio 60% is activated, i. during each cycle time Zt three Grahamab réelle 6 are turned on and two Schuab réelle 6 are turned off.
  • the heating outlets 6.1, 6.2 and 6.3 are switched on and the heating outlets 6.4 and 6.5 are switched off.
  • the circuit diagram is continuously advanced by one in the manner of a stepping mechanism so that the heating outlets 6.2, 6.3 and 6.4 are switched on and the heating outlets 6.5 and 6.1 are switched off and thus the same number of heating outlets 6 is switched on or off as during Zt is always shifted by one step during the heating time in each cycle time Zt.
  • the time profile of the control deviation xw n is detected and after integration of the detected time characteristic of the control deviation xw "is compared with the limit value and a larger power ratio L is activated when the limit value is exceeded.
  • the existing integral of the control deviation xw n is determined via the time detection of the control deviation xw n and compared with the limit integral.
  • the limit value integral is exceeded, the next higher power ratio L or power ratio L is switched to 100%, and if the control deviation is zero there is no need for heating for this switch 12 and this heat output 6 is not switched on during the cycle time Zt.
  • various operating modes are activated in the control device 3 in response to the existing and / or predicted weather conditions in the winter with variable power ratio L and changing switching sequences of Schuab réelle 6 to ensure safe operation of the electrical points heating system.
  • a first solution is to suspend "low temperature heating” as a function of precipitation probability, and for this functionality, a weather service will query the precipitation probability and precipitation forecasts, and if at low temperatures the precipitation probability is below 60% for the next 30 minutes, the " Low temperature heating "suppressed. If the precipitation probability exceeds 60%, a distinction is made as to whether the expected precipitation is around Snow or rain is activated, and then "low temperature heating” is activated as a preheat function In case of rain, preheating is activated at a precipitation probability of 80%, whereas forecasted snow is heated at a probability of precipitation of 60%.
  • the rail temperature X is kept constant until the actual precipitation event occurs at 0 ° C.
  • Another solution for energy saving is the activation of the "Tiefftemperaturween” with possible snowfall in dependence on the fallen amount of snow in the past and subsequent monitoring of the time course of the air temperature and the precipitation "rain” such that the amount of snowfall, preferably the snow depth from the with Snow depth is determined per snow depth per unit of time with the snowfall duration and a parameter "snow snow possible” is set and stored at a parameterisable minimum snow depth The snow depth is added as long as no reset of the signal "snow available" occurred.
  • Resetting of the signal "Flying snow possible” occurs after the snow has fallen as soon as the air temperature has been longer than 0 ° C, preferably higher than + 3 ° C. If the air temperature falls below eg - 5 ° C then the "low temperature heating" is switched on. If the air temperature exceeds + 3 ° C for a configurable time after the signal has been set, or if rain is detected for a parameterizable time, the signal "Flying snow possible” is reset and cleared. Low temperature heating "not switched on.
  • the rail nominal temperature X s in rain does not have to be as high as in snowfall. Likewise, the value depends on the actual amount of rainfall.
  • the data collected by the precipitation sensor is included in the control regime so that the desired rail temperature X s dynamically adapts to the local precipitation events. If the precipitation sensor detects "sneezing" or "rain", the rail is only heated to + 1 ° C to prevent the rain from freezing on cold glides or tongue rails. Compared to the current state of the art uniformly applied + 6 ° C so significant savings are possible.
  • a corresponding rail setpoint temperature is selected according to a given schedule (see FIG. 3).
  • Inventive operating modes for electrical point heating systems with heating requirement Hz by a weather station 2 and / or connection to a weather service with an energy management can be carried out as follows.
  • Air temperature sensor ⁇ + 3 ° C and precipitation sensor detects snow or hail ⁇ Heating of the three groups in a 33% or 66% cycle to a rail target temperature according to quantity and air temperature (nominal value increase from - 1 ° C)
  • FIG 1 an electric point heating system according to the prior art with three heating outlets 6 is shown.
  • the heating demand Hz is generated by the weather station 2 in the control device 3 and all Schuab réelle 6 are turned on at the same time.
  • the rail temperature X is controlled during the heating request Hz between two parameterizable set values, e.g. + 4 ° C and + 7 ° C.
  • FIG. 2 shows the time curve of the power P as a function of the weather-dependent heating request time according to the prior art.
  • the heating condition is met, ie the air temperature is less than + 3 ° C and precipitation occurs.
  • the electric points heating system is turned on and the power P corresponds to the installed power P max , which corresponds to the sum of all installed heating elements 7 of the electric points heating system and all switches 12 are heated.
  • the power consumption corresponds to the installed heating power P max of the heating elements 7 of all turnouts 12. From the time t1 to the time t2, the heating of the turnouts 12 takes place up to the desired rail temperature Xs.
  • the rail setpoint temperature X s is reached and at this time all heating outlets 6 are switched off and the rails of all points 12 cool down. From time t2 the power is zero. Upon reaching the lowest rail target temperature X s at time t3, the heating of all turnouts 12 is turned on again and the switches 12 are heated to the upper setpoint. From this point on, the power P corresponds again to the installed power P ma x of the heating elements 7 of all turnouts 12. If precipitation is no longer detected at time tn, the heating requirement Hz is eliminated by the control device 3 and the heating is completely switched off.
  • FIG 3 the switching states of an electric point heating system with five heating outlets are shown 6.1 to 6.5 for five switches 12 for the inventive method with circulating heating operation with power ratio L 60%.
  • Heating request Hz are of the five heating outlets 6 60%, that is, three heating outlets 6, during the first cycle time Zt turned on, the rest are turned off.
  • the cycle time Zt is eg 60 seconds.
  • the switching sequence is switched one step further.
  • all heating outlets 6.1 to 6.5 were switched on for a total of 3 x 60 seconds. Due to the large dead time of the rails occur through the switching state OFF no disadvantages of heating.
  • FIG. 4 shows the power of the switching states according to FIG. 3 with an assumed installed heating power P of 10 KW per switch 12 over five cycle times Zt and the resulting overall power.
  • the total power is 30 KW.
  • FIG. 5 shows an electrical point heating system according to the invention with three heating outlets 6.
  • a controller 10 with input rail temperature sensor X n , input rail target temperature X s in response to the active operating mode, output control signal Y "" heating ON ", output control deviation xw n and output Ymax arranged
  • a shift register 13 with a clock 14 is arranged between the control device 3 and the control input St of a switching device 9.
  • the controllers 10 receive the current operating mode, ie the nominal rail temperature X s , from the control device 3.
  • the shift register 13 receives from the control unit 3 the current power ratio L and the clock 14 activates during each cycle time Zt the number of switching devices 5 according to the power ratio L and disables the remaining switching devices 5 circumferentially cyclically by the connection between the control signal Y n "heating point" and control input St switching device via contacts of the Takters 14 closed or opened.
  • the power ratio L of each heating outlet 6 can be changed individually to 100% and / or 0% as a function of the control deviation switch point xw n via the connection control output Y n of the controller 10 and switching device 5.
  • the time course of the switching sequence of an electric point heating system with three switches 12 when heating with power ratio 66.6% and different deviations xw n and the dependent setting of the power ratios L of the individual turnouts 12 one electric point heating system in time sequence for each switch 12 shown.
  • the heating requirement Hz for example due to falling snow, is activated from time t1 to tn.
  • the switching sequence for switch 12.1 is shown.
  • the activation of the parameterized takes place from time t1 due to the heating request Hz Power ratio L or the increase of the power ratio L to 100% as a function of the comparison of the deviation Soft 12.1 (xwsl) with the calculated limit maximum control deviation xw ma x according to FIG. 7.
  • the operator of the electric point heating system has parameterized the parameterized heating time t par with 15 minutes for each project.
  • control deviation slope switch 12.1 (xwsl) is equal to the limit value deviation (xw max ), so that the power ratio L 66.6% for switch 12.1 is activated for the next following cycle time Zt, ie the further heating of the switch 12.1 takes place with a power ratio L 66.6% until the end of the heating request Hz at time tn and beyond with a time delay for dry heating of the switch 12.1.
  • the deviation 12.2 (xw2) at time t1 is less than 5 K, eg 4 K, and is thus smaller than the maximum control deviation xw max , so that the heating of the switch 12.2 from time t2 with a power ratio L is 66.6%. until time tn and beyond with a time delay for dry heating of the switch 12.1.
  • the deviation 12.3 (xw3) at time t1 is less than 5 K, for example 2 K, and is zero at time tx3.
  • the control deviation xw n of the shunt 12.3 is zero, there is no need for heating and the power ratio L for shunt 12.3 is set to 0%. Only when the deviation of the switch 12.3 is greater than zero, the activation of the power ratio L 66.6% again. If more than three switches 12 are present, several power ratios L can be formed.
  • the heater for turnout 12.3 starts at a time interval of 120 seconds and the control deviation is greater than 2 K at time t1.
  • the monitoring function for turnout 12.3 is switched off at time t1.
  • the limit value product is not exceeded, so that heating continues in cycle mode.
  • the control deviation becomes zero and the further turn-ons of the heater of turnout 12.3 remain switched off as long as the control deviation xw n is zero.
  • FIG. 7 shows the determination of the maximum control deviation xw, which, when exceeded, increases the power ratio L and, if it is undershot, reduces the power ratio L.
  • the project-specific parameterisable maximum heating-up time is parameterized individually, eg 15 minutes, and the maximum control deviation xw max is formed from the product of project-specific parameterisable maximum heating-up time and slope deviation xw, ie eg product of project-specific parameterisable maximum heating-up time of 15 minutes multiplied by slope control deviation xw of 0.5 K / min gives a maximum control deviation xw ma »of 7.5 K.
  • the control deviation xw n is detected at all turnouts 12 of an electric points heating system and when the maximum control deviation xw max is exceeded, the power ratio L becomes at least equal to this Switch 12 increased, eg to 100% and reduced below.
  • FIG. 8 shows the course of the heating of the rail actual temperature X n at the time t 1 to the desired rail temperature Xs during the heating time from the time t 1 to the time t 2 and the profile of the rail actual temperature X n during the control heating tr from the time t2 for each control cycle tz, wherein a control cycle tz is shown, for example, from time t2 to time t3 and from a time share heating, here the heater is turned on, and a time share cooling, here the heater is off, there is. Due to the inertia of the rails, an overshoot of the rail actual temperature X n occurs in each case.
  • the rail actual temperature X1 of the shunt 12.1 is, for example, -4 ° C. and it is a project-specific, parameterizable maximum heating time of 15 minutes parameterized.
  • the control deviation xw1 is from maximum control deviation xw max with 7.5 K minus rail actual temperature X1 - Xn at time t1 (7.5 K - - 4 K) 11, 5 K.
  • control deviation xw1 is greater than maximum control deviation xw ma x and the power ratio L is increased at time t1, eg to 100%.
  • the control deviation xw is equal to zero and the heating is switched off and after a short overshoot of the actual rail temperature X1, the rail cools down.
  • FIG. 9 shows the operating modes as a function of the precipitation quality and the offsets provided for cold rails depending on the amount of precipitation and the ambient temperature and / or rail temperature X.
  • forecast precipitation by, for example, a weather station 2 takes place with a rail target temperature X s of 0 ° C and no increase of the rail target temperature X s as a function of precipitation amount and ambient temperature.
  • a weather station 2 takes place with a rail target temperature X s of + 3 ° C and an increase rail target temperature X s by 1 K as a function of the detected amount of snow and derived snow depth per unit time, eg Snow depth from 2 cm per hour and an additional ambient temperature offset of 1 K to the rail setpoint temperature X s from an ambient or rail temperature cold rail per - 1 ° C

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Energiemanagement einer elektrischen Weichenheizungsanlage, bei dem während des Heizbetriebes zyklisch nacheinander folgende Taktzeiten (Zt) gebildet werden, für jede Taktzeit (Zt) mindestens ein Leistungsverhältnis (L) entsprechend der Anzahl eingeschalteter und ausgeschalteter Heizabgänge (6) gebildet werden, die Heizabgänge (6) und in umlaufender schrittweiser Betriebsweise aktiviert werden, wodurch zumindest ein aktives Leistungsverhältnis (La) ausgeführt wird, bei dem eine Anpassung anhand des zeitlichen Verlaufs der Schienentemperatur (X) und/oder der Überwachung der Regelabweichung xwn an mindestens einer Weiche (12) vorgenommen wird, bei witterungsbedingter Heizanforderung (Hz) für zumindest eine Weiche (12) die theoretischen Aufheizzeit bis zum Erreichen der vorgebbaren Schienensolltemperatur (Xs) der Weiche (12) berechnet wird, wobei bei Überschreiten der parametrierbaren Aufheizzeit (tauf) das aktive Leistungsverhältnis (La) erhöht wird, wobei nach und/oder vor jeder Taktzeit (Zt) die jeweilige Schienentemperatur (X) zumindest einer Weichen (12) mit der vorgebbaren Schienen-Solltemperatur (Xs) verglichen wird, wobei in Auswertung dieses Vergleichs die Zuordnung der eingeschalteten und ausgeschalteten Heizabgänge (6) verändert wird, indem Heizabgänge (6) mit Erwärmungsüberschuss zugunsten von Heizabgängen (6) mit Erwärmungsdefizit während der jeweiligen Taktzeit (Zt) ausgeschaltet werden. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Einrichtung zum Energiemanagement einer elektrischen Weichenheizungsanlage.

Description

ENERGIEMANAGEMENT EINER ELEKTRISCHEN WEICHENHEIZUNGSANLAGE
Fahrwegelemente von Eisenbahnen, insbesondere Weichen, werden bedarfsabhängig beheizt, um vor allem im Winter ein Einfrieren der beweglichen Teile bzw. deren Blockieren durch eingedrungenen Schnee und Eis zu verhindern und damit die Betriebssicherheit zu gewährleisten. Bekannte Weichenheizungen beruhen auf Systemen mit Heißwasserdampf, Gasbeheizung oder elektrischer Energie. Die Wirtschaftlichkeit solcher Weichenheizungen wird dabei maßgeblich durch die Anschaffungs-, Instandhaltungs- und Energiekosten bestimmt.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Energiemanagement einer elektrischen Weichenheizungsanlage. Solche Weichenheizungsanlagen umfassen zumindest eine Weiche, die feste Backenschienen und bewegliche Zungenschienen sowie ein Verschlussfachgestänge aufweist, und eine elektrische Verteilung mit Heizabgängen zur Stromversorgung von elektrischen Heizelementen an den Schienen der Weichen mit Steuerungseinrichtung zur Steuerung und Regelung der Schienentemperatur.
Gattungsgemäße Verfahren und Einrichtungen sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus DE 198 32 535 C2 sowie DE 198 49 637 C1 , an sich bekannt. Derartige elektrische Weichenheizungen bestehen unter anderem aus einer elektrischen Verteilung mit Steuer- und Regeleinrichtungen zum Schalten, Steuern, Regeln und Überwachen jedes einzelnen Heizabganges, einer witterungsabhängigen Steuerung, die bei Eis und Schnee die Heizung aktiviert, und elektrischen Heizelementen an den Schienen der Weichen, die dadurch erwärmt werden und ein Festfrieren der beweglichen Teile der Weichen verhindern. Die Detektion von Schnee und Eis erfolgt über die Erfassung und Auswertung von Lufttemperatur und Niederschlag. Bei zusätzlichem Unterschreiten der Schienen- Isttemperatur unter eine parametrierbare Schienen-Solltemperatur, zum Beispiel + 4 °C, wird die gesamte Weichenheizung eingeschaltet und dadurch werden alle Weichen mit einer durch die Masse der Schienen bedingten Verzögerung erwärmt. Über einen Schienentemperatursensor an einer Führungsweiche erfolgt die Regelung der Schienentemperatur auf eine bestimmte Schienen-Solltemperatur in einer Zweipunkt- oder Konstanttemperatur-Regelung.
Bei derartigen Weichenheizungen erfolgt die Ein- und Ausschaltung aller Heizabgänge durch Steuer- und Regeleinrichtungen zeitsynchron, das heißt, der Leistungsverbrauch ist bei eingeschalteter Heizung gleich dem Anschlusswert und bei ausgeschalteter Heizung gleich Null. In der Regel wird dabei für jede Weiche in der elektrischen Verteilung ein Heizabgang mit Steuer- und Regeleinrichtung angeordnet. Aus DE 100 43 571 C1 sind Schalt-, Steuerungs- und Regeleinrichtungen für elektrische Weichenheizungen bekannt, mit denen Energie durch Verringerung der Regelabweichung mittels Einführung eines veränderlichen Tastverhältnisses bei eingeschalteter Heizung erreicht wird. Auch hierbei erfolgt durch Regelung in Abhängigkeit eines Schienentemperatursensors an einer Führungsweiche eine zeitsynchrone Ein- und Ausschaltung aller Schalteinrichtungen und damit aller elektrischen Heizelemente.
Aus dem Untersuchungsbericht 06-P-3408-TZF92-UN-0780 der DB AG vom 12.12.2006 sind Versuche zur Energieeinsparung an elektrischen Weichenheizungen durch zusätzliche Wärmeisolierung der Backenschienen an der Außenfläche bekannt. Bei Regelung der Weichenheizung mit verstellbarer Schienen-Solltemperatur wurde eine Energieeinsparung durch Reduzierung des Energieverbrauches gegenüber Heizung mit unisolierter Schiene erreicht.
Es ist weiterhin ein Energiemanagementsystem für elektrische Weichenheizungen zur Reduzierung der gleichzeitig wirksamen Leistung bekannt (DB Netz, „Allgemeine Grundlagen (1 ), Energiemanagement, Leipzig 10.03.2009), mit dem die einzelnen Weichen in Abhängigkeit vom Bedarf ihrer betrieblichen bzw. vertraglichen Bedeutung zeitlich versetzt beheizt werden. Dabei werden für alle Weichen einer Weichen heizung Prioritäten festgelegt, zum Beispiel Weichen mit vorrangiger und nachrangiger Priorität, so dass diese Weichen entsprechend der Priorität wechselseitig beheizt werden. Haben die Weichen mit vorrangiger Priorität die Schienen-Solltemperatur erreicht, sinkt deren Leistungsaufnahme ab. Diese Leistung steht dann für die Beheizung der Weichen mit nachrangiger Priorität zur Verfügung. Die Weichen mit nachrangiger Priorität erreichen zeitversetzt die Schienen-Solltemperatur. Die Priorisierung erfolgt nach der Wichtigkeit der zu beheizenden Weichen und kann eingestellt werden. Nachteilig ist, dass für Weichen mit nachrangiger Priorität eine geringere Leistung zur Beheizung zur Verfügung steht und die Schienen-Solltemperatur derselben zeitversetzt erreicht wird.
Aus DE 199 32 833 A1 ist ein Verfahren zum Regeln der Gesamtleistung einer energietechnischen Anlage bekannt, bei der zur Begrenzung der Gesamtleistungsaufnahme das Lastprofil bzw. die Abschalt- und Zuschaltbedingungen der Anlage ermittelt und ein Lastfahrplan erstellt wird, mit dem mit vorübergehender Abschaltung einzelner Verbraucher die Einhaltung der verringerten Leistung gewährleistet werden kann. Auch bei dieser Lösung sind für die Ab- und Zuschaltung der Verbraucher deren aktuelle ermittelte oder festgelegte Prioritäten maßgebend. Aus WO 2010/115436 A1 ist ein Verfahren und eine Einrichtung zum Energiemanagement einer elektrischen Weichenheizung mit mehreren Weichen bekannt, bei der die Steuerung und die Detektion von Schnee durch Auswertung der Lufttemperatur und Niederschlag sowie die Regelung der Schienentemperatur mit mehreren Steuer- und Regeleinrichtungen zum Schalten, Steuern, Regeln und Überwachen für jeden Heizabgang durch Reduzierung der gleichzeitig wirksamen installierten elektrischen Heizleistung durch zeitversetzte und gestaffelte Leistungszuschaltung der Heizabgänge vorgenommen wird. Backen- und Zungenschienen der Weiche sind mit Wärmeisolierungssegmenten versehen, so dass beim Heizen mindestens gleich lange Aufheiz- und Abkühlzeiten bei Schienen- Solltemperatur und minimalen Betriebstemperaturen erzeugt werden sollen. Zur Leistungsbegrenzung werden die Steuer- und Regeleinrichtungen einem oder mehreren Heizregimen mit jeweils unterschiedlicher Anzahl Gruppen entsprechend der Leistung der Heizabgänge zugeordnet, so dass alle Gruppen eines Heizregimes annähernd gleiche Leistung aufweisen und jede Gruppe eines Heizregimes regelmäßig, nacheinander und umlaufend über Gruppenfreigabe einem Zeitfenster zugeordnet ist, in dem die Steuer- und Regeleinrichtungen der Gruppe Heizimpulse mit Tastverhältnis zwischen 0 % und 100 % erzeugen und die Gruppen eines Heizregimes über eine Gruppenfreigabe reihum geschaltet werden.
Nachteilig bei dieser Lösung sind die aufwendigen Wärmeisoliersegmente, die projektspezifische und damit fixe Zuordnung der Weichen zu Gruppen, die umlaufend über eine aufwendige Gruppenfreigabe einem Zeitfenster zugeordnet werden und Heizimpulse mit Tastverhältnis zwischen 0 % und 100 % erzeugen, und der damit verbundene hohe Aufwand für Hardware und Software für die Gruppenfreigabe sowie die Ermittlung und Auswertung von verschiedensten Zeitkonstanten für jeden Gruppenbetrieb, die an einem Schienenmuster ermittelt und in der Steuerung hinterlegt sind.
Es ist weiterhin bekannt (DB Netz, „Switching Heating Seminar", Fachautor Ludwig Linke), alle Schienen einer Weichenheizung bei Unterschreiten einer parametrierbaren bestimmten Lufttemperatur, zum Beispiel kleiner + 3 °C, auf eine geringe Schienen- Solltemperatur, zum Beispiel + 2 °C, vorzuheizen und bei zusätzlichem Niederschlag auf eine höhere Schienensolltemperatur, zum Bespiel + 4 °C, zu heizen. Nachteilig ist der damit verbundene erhöhte Energieverbrauch.
Bei gattungsgemäßen Weichenheizungen sind derzeit Steuerungsarten durch Handeinschaltung, Temperatursteuerung und Klimasteuerung bekannt.
Die Handeinschaltung erfolgt durch den Fahrdienstleiter während der Winterzeit. Die Temperatursteuerung mittels Zweipunktregelung erfolgt in zeitlichen Heizintervallen, indem bei einer Schienentemperatur kleiner + 3 °C die Heizung eingeschaltet und bei einer Schienentemperatur größer + 7 °C die Heizung ausgeschaltet wird. Die Klimasteuerung erfolgt in den Betriebsmodi „Feucht-Heizen" oder „Tieftemperaturheizen". Beim sogenannten„Feucht-Heizen" werden bei Detektion von Schneefall mittels Feuchtigkeits-, bzw. Niederschlags- und Lufttemperatur-Messung an einer Führungsweiche alle Weichen einer Anlage eingeschaltet und über Schienentemperatursensoren auf den Schienen-Solltemperatur-Wert von zum Beispiel + 6 °C erwärmt und geregelt, indem durch die Steuerungseinrichtung alle Heizelemente der Weichenheizungsanlage über Heizabgänge mit einem Schaltgerät für jede Weiche gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden. Die Heizbedingung „Feucht-Heizen" gilt als erfüllt, wenn Niederschlag vorhanden ist und die Schienentemperatur unter einen vorparametrierten Wert fällt. Dadurch wird bei Heizanforderung immer die Leistung aller angeschlossenen Heizelemente ein- und ausgeschaltet und die tatsächliche Leistung während des Heizvorganges schwankt zwischen Null und einem Maximalwert, der der Summe der Anschlussleistung aller Heizelemente entspricht. Bei negativen Umgebungstemperaturen werden die Einschaltpunkte angehoben. Ein optional zusätzlicher Flugschneesensor wirkt als zusätzlicher Schneedetektor einschaltend.
Der Betriebsmodus „Tieftemperaturheizen" erfolgt bei Trockenheit und tiefen Lufttemperaturen zwischen - 5 °C und - 15 °C. Das„Tieftemperaturheizen" dient dazu, das sehr träge Aufheizverhalten der Anlage, welches sich durch die Systembedingungen ergibt, umgehen zu können und somit präventiv für ein mögliches Niederschlagsereignis vorzuheizen sowie, um Eis und Flugschnee in der Weiche zu schmelzen. Bleibt das Niederschlagsereignis bzw. Eis und Flugschnee aus, wird dementsprechend ohne Bedarf geheizt. Die Steuerung regelt über ein Schaltgerät bei erfüllter Heizbedingung die Erwärmung aller Weichen mithilfe einer Wellenpaket- oder Zweipunktsteuerung auf konstant + 6 °C.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Einrichtungen sind teilweise sehr aufwändig und haben den Nachteil, dass entweder Energie ohne Bedarf verbraucht wird, oder einige Weichen einer Anlage später bzw. nicht ausreichend geheizt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Energiemanagement von elektrischen Weichenheizungsanlagen anzugeben und eine entsprechende Einrichtung bereitzustellen, wodurch mit einfachen Mitteln eine variable Anpassung der Leistung in Abhängigkeit von vorgebbaren Betriebsparametern sowie eine sichere Funktion der Weichenheizungsanlagen mit optimalem Energieeinsatz erreicht wird.
Diese Aufgabe wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zum Energiemanagement einer elektrischen Weichenheizungsanlage gelöst, die zumindest zwei Weichen (12), an denen jeweils mindestens ein Heizelement (7) angeordnet ist, zumindest eine Schaltverteilung (1 ) mit mindestens einem Heizabgang (6), insbesondere einem Heizabgang (6) je Weiche (12), und zumindest eine Steuerungseinrichtung (3) zum Steuern und Regeln der Schienentemperatur (X) aufweist, umfassend die Schritte: a) während des Heizbetriebes der elektrischen Weichenheizungsanlage Bilden von zyklisch nacheinander folgenden Taktzeiten (Zt),
b) für jede Taktzeit (Zt) Bilden mindestens eines Leistungsverhältnisses (L) entsprechend der Anzahl eingeschalteter und ausgeschalteter Heizabgänge (6), c) während jeder Taktzeit (Zt) zumindest eines festen Leistungsverhältnisses (Lf) oder eines mit zumindest einem extern erfassbaren Betriebsparameter (B) korrelierenden Leistungsverhältnisses (Le) Aktivieren der Heizabgänge (6) der Reihe nach beginnend mit den eingeschalteten oder ausgeschalteten Heizabgängen (6) entsprechend dem Leistungsverhältnis (L) und Deaktivieren der übrigen Heizabgänge (6) in umlaufender schrittweiser Betriebsweise,
d) dadurch Ausführen zumindest eines aktiven Leistungsverhältnisses (La), wobei eine Anpassung des zumindest einen aktiven Leistungsverhältnisses (La) vorgenommen wird, die in Abhängigkeit einer tatsächlichen Regelabweichung erfolgt und ein Grenzwert„maximale Regelabweichung" ermittelt wird, indem beim erstmaligen Einschalten der elektrischen Weichenheizungsanlage mit projektspezifischem Leistungsverhältnis (Lpro) zwischen 50 % und 80 % innerhalb der Aufheizzeit (taUf) eine vorhandene Regelabweichung (xwauf) zu Beginn der Aufheizzeit (tauf) erfasst und mit einer gespeicherten maximalen Regelabweichung xwmax verglichen wird, wobei beim Überschreitung der maximalen Regelabweichung (xwmax) die Anpassung des zumindest einen aktiven Leistungsverhältnisses (La) auf 100 % erfolgt
d1 ) Wiederholen des Schritt d) nach einer vorgebbaren Zeitspanne oder bei Unterschreiten oder Überschreiten der maximalen Regelabweichung (xwmax), e) bei witterungsbedingter Heizanforderung (Hz) für zumindest eine Weiche (12) Berechnen der theoretischen Aufheizzeit bis zum Erreichen der vorgebbaren
Schienen-Solltemperatur (Xs) der Weiche (12) und Vergleichen derselben mit einer parametrierbaren Aufheizzeit (taUf),
e1 ) bei Überschreiten der parametrierbaren Aufheizzeit (tauf) Erhöhen des aktiven Leistungsverhältnisses (La) zumindest des betroffenen Heizabgangs (6), indem die Anzahl der pro Taktzeit (Zt) eingeschalteten Heizabgänge (6) um eins erhöht und die Anzahl der pro Taktzeit (Zt) ausgeschalteten Heizabgänge (6) um eins verringert wird oder das Leistungsverhältnis (La) auf 100 % erhöht wird,
wobei nach und/oder vor jeder Taktzeit (Zt) die jeweilige Schienentemperatur (X) zumindest einer an die elektrische Weichenheizungsanlage angeschlossenen Weiche (12) mit der vorgebbaren Schienensolltemperatur (Xs) verglichen wird, wobei in Auswertung dieses Vergleichs die Zuordnung der eingeschalteten und ausgeschalteten Heizabgänge (6) verändert wird, indem Heizabgänge (6) mit Erwärmungsüberschuss zugunsten von Heizabgängen (6) mit Erwärmungsdefizit während der jeweiligen Taktzeit (Zt) ausgeschaltet werden. Die vorstehend genannte Aufgabe wird in einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durch eine Einrichtung zum Energiemanagement einer elektrischen Weichenheizungsanlage gelöst, die zumindest zwei Weichen (12), an denen jeweils mindestens ein Heizelement (7) angeordnet ist, zumindest eine Schaltverteilung (1 ) mit mindestens einem Heizabgang (6), insbesondere einem Heizabgang (6) je Weiche (12), und zumindest eine Steuerungseinrichtung (3) zum Steuern und Regeln der Schienentemperatur (X) aufweist, umfassend
zumindest einen Regler (10), der zwischen der Steuerungseinrichtung (3) in der
Schaltverteilung (1) und einem Schaltgerät (5) des zumindest einen Heizabgangs (6) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Regler (10) über eine binäre
Verbindung und/oder eine Busverbindung mit der Steuerungseinrichtung (3) verbunden ist,
zumindest ein Schieberegister (13) mit Takter ( 14), das über eine binäre Verbindung und/oder eine Busverbindung mit dem zumindest einen Regler (10) und der Steuereinrichtung (3) verbunden ist,
zumindest einen Ausgang„Stellsignal Heizen Weiche EIN" (Yn) des Reglers (10), der über den Takter (14) des Schieberegisters (13) mit einem Steuereingang des Schaltgerätes (5) oder über ein Stellsignal max (Ymax) direkt mit dem Schaltgerät (5) verbunden ist,
wobei über eine Verbindung zwischen der Steuerungseinrichtung (3) und dem Schieberegister (13) während jeder Taktzeit (Zt) das aktive Leistungsverhältnis (La) zu dem Schieberegister (13) und die Schienen-Solltemperatur (Xs) von der Steuerungseinrichtung (3) zu dem zumindest einen Regler (10) übertragbar ist, und ein vom aktiven Leistungsverhältnis (La) abweichendes Leistungsverhältnis (L) über das Stellsignal max (Ymax) von dem zumindest einen Regler (10) auf das Schaltgerät (5) über eine direkte Leitung übertragbar ist, und
wobei in der Schaltverteilung (1 ) zumindest ein Speicher angeordnet ist, der über eine binäre Verbindung und/oder eine Busverbindung mit der Steuerungseinrichtung (3) verbunden ist, wobei über diese Verbindung zumindest ein Betriebsparameter (B) übertragbar und in dem zumindest einen Speicher speicherbar und von der Steuereinrichtung (3) aus diesem abrufbar ist.
Die Erfindung führt in vorteilhafter Weise zu einem optimalen Energieeinsatz bei der Beheizung einzelner Weichen in einer elektrischen Weichenheizungsanlage bei gleichzeitiger Sicherstellung der Funktion aller Weichen. Durch eine variable Anpassung der Leistung in Abhängigkeit von vorgebbaren Betriebsparametern kann gegenüber herkömmlichen Systemen Leistungsspitzen vermieden und Energie eingespart werden. Darüber hinaus können viele Elemente von gattungsgemäßen elektrischen Weichenheizungsanlagen Verwendung finden, beispielsweise können die bisher üblichen Heizelemente eingesetzt werden. Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verringerung der Energiebereitstellungskosten durch Reduzierung der tatsächlichen elektrischen Leistung ungeachtet von Prioritäten aber bei gleichem Erwärmen aller angeschlossenen Weichen 12 durch das Bilden der aktiven Leistungsverhältnisse (La) zu erreichen, so dass ggü. dem Stand der Technik (bspw. WO 2010/115436 A1 ) eine noch flexiblere Anpassung der Leistungsverteilung (durch zeitversetze und gestaffelte Leistungszuschaltung der Heizabgänge (6)) möglich wird und noch mehr Energie eingespart werden kann. Nachstehend wird die Erfindung im Detail beschrieben. Wenn in der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenständliche Merkmale genannt werden, so beziehen sich diese insbesondere auf die erfindungsgemäße Einrichtung. Ebenso beziehen sich Verfahrensmerkmale, die in der Beschreibung der erfindungsgemäßen Einrichtung angeführt werden, auf das erfindungsgemäße Verfahren.
Im ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Energiemanagement einer elektrischen Weichenheizungsanlage. Diese elektrische Weichenheizungsanlage weist zumindest zwei Weichen (12), an denen jeweils mindestens ein Heizelement (7) angeordnet ist, zumindest eine Schaltverteilung (1 ) mit mindestens einem Heizabgang (6), insbesondere einem Heizabgang (6) je Weiche (12), und zumindest eine Steuerungseinrichtung (3) zum Steuern und Regeln der Schienentemperatur (X) auf.
In einem Schritt a) werden während des Heizbetriebes der elektrischen Weichenheizungsanlage zyklisch nacheinander folgenden Taktzeiten (Zt) gebildet, vorzugsweise durch Mikrocontroller Timer in der Steuerungseinrichtung (3).
Unter„Taktzeit" wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Zeitspanne verstanden, in der die Heizabgänge (6) einer elektrischen Weichenheizungsanlage während einer Heizanforderung (Hz) ein- oder ausgeschalten sind.
In Schritt b) wird dann für jede Taktzeit (Zt) mindestens ein Leistungsverhältnis (L) entsprechend der Anzahl eingeschalteter und ausgeschalteter Heizabgänge (6) gebildet, vorzugsweise in Abhängigkeit der Betriebsparameter (B).
Mit„Leistungsverhältnis" wird erfindungsgemäß das Verhältnis bzw. der Quotient aus Anzahl eingeschalteter bzw. ausgeschalteter Heizabgänge (6) zur gesamten Anzahl Heizabgänge (6) der elektrischen Weichenheizungsanlage bezeichnet. Beispiele werden nachstehend bei der Beschreibung der Ausführungsformen gegeben.
In Schritt c) erfolgt während jeder Taktzeit (Zt) zumindest eines festen Leistungsverhältnisses (Lf) oder eines mit zumindest einem extern erfassbaren Betriebsparameter (B) korrelierenden Leistungsverhältnisses (Le) das Aktivieren der Heizabgänge (6) der Reihe nach beginnend mit den eingeschalteten oder ausgeschalteten Heizabgängen (6) entsprechend dem Leistungsverhältnis (L) und Deaktivieren der übrigen Heizabgänge (6) in umlaufender schrittweiser Betriebsweise.
Dadurch wird in Schritt d) zumindest ein aktives Leistungsverhältnisses (La) ausgeführt, wobei eine Anpassung des zumindest einen aktiven Leistungsverhältnisses (La) vorgenommen wird, die in Abhängigkeit einer tatsächlichen Regelabweichung erfolgt und ein Grenzwert „maximale Regelabweichung" ermittelt wird, indem beim Einschalten der elektrischen Weichenheizungsanlage mit projektspezifischem Leistungsverhältnis (LpTO) zwischen 50 % und 80 % innerhalb der Aufheizzeit ( ) eine vorhandene Regelabweichung (xwaUf) zu Beginn der Aufheizzeit ( ) erfasst und mit einer gespeicherten maximalen Regelabweichung (xwmax) verglichen wird, wobei beim Überschreitung der maximalen Regelabweichung (xwmax) die Anpassung des zumindest einen aktiven Leistungsverhältnisses (La) auf 100 % erfolgt, Die Ermittlung der maximalen Regelabweichung (xwmai) erfolgt aus dem gespeicherten Quotient einer erfahrungsgemäßen Regelabweichung Aufheizen (xwauf) und einer erfahrungsgemäßen Aufheizzeit (taUf) multipliziert mit einer projektspezifisch parametrierbare maximale Aufheizzeit ( max). In Schritt d1) wird Schritt d) nach einer vorgebbaren Zeitspanne oder bei Unterschreiten oder Überschreiten der maximalen Regelabweichung (xwmax) wiederholt. Diese vorgebbare Zeitspanne beträgt 1 Minute bis 15 Minuten, vorzugsweise 3 Minuten bis 10 Minuten, insbesondere 5 Minuten. Optional kann ein Schritt d2) ausgeführt werden, in welchem zumindest an einer Weiche (12) der elektrischen Weichenheizungsanlage der zeitliche Verlauf der Erwärmung erfasst und daraus der zeitliche Verlauf der Regelabweichung (xwaUf) überwacht wird, indem ab einer parametrierbaren Regelabweichung (xwauf) der zeitliche Verlauf der Regelabweichung (xwn) über die Zeit integriert und mit einem Grenzwert verglichen wird. Dieser Grenzwert ist das Produkt aus maximal zulässiger Regelabweichung (xwmax) und maximal zulässiger Zeitdauer zur Kompensation der maximalen Regelabweichung (xwmax). Bei Überschreiten des Grenzwertes wird das nächst höhere Leistungsverhältnis (L) und/oder das Leistungsverhältnis L 100 % für zumindest einen Heizabgang (6) oder die gesamte elektrische Weichenheizungsanlage aktiviert.
Schritt e) sieht vor, dass bei witterungsbedingter Heizanforderung (Hz) für zumindest eine Weiche (12) die theoretische Aufheizzeit bis zum Erreichen der vorgebbaren Schienensolltemperatur (Xs) der Weiche (12) berechnet und dieselbe mit einer parametrierbaren Aufheizzeit (tauf) verglichen wird.
Alternativ kann Schritt e) so ausgeführt werden, dass bei einer Regelabweichung xwn während witterungsbedingter Heizanforderung (Hz) für zumindest eine Weiche (12) die Heizung für diese Weiche (12) während der folgenden Taktzeiten (Zt) solange ausgeschalten wird, wie die Regelabweichung xw„ Null ist.
Als„Heizanforderung" wird vorliegend ein elektronisches Signal bezeichnet, das für eine oder mehrere Weichen (12) den Bedarf an Heizenergie meldet. Die Heizanforderung (Hz) kann insbesondere durch die Daten einer Wetterstation am Ort zumindest einer Weiche (12) und/oder durch einen Wetterdienst erzeugt werden.
Die „parametrierbare Aufheizzeit'' bedeutet, dass abhängig von extern erfassbaren Betriebsparametern (B) die Aufheizzeit (tauf) projektspezifisch angepasst werden kann. Beispiele werden nachstehend bei der Beschreibung der Ausführungsformen gegeben.
Wird die parametrierbare Aufheizzeit (taUf) überschritten, sieht Schritt e1) das Erhöhen des aktiven Leistungsverhältnisses (La) zumindest des betroffenen Heizabgangs (6) vor, indem die Anzahl der pro Taktzeit (Zt) eingeschalteten Heizabgänge (6) um eins erhöht und die Anzahl der pro Taktzeit (Zt) ausgeschalteten Heizabgänge (6) um eins verringert oder das Leistungsverhältnis (La) auf 100 % erhöht wird.
Alternativ kann Schritt e1) so ausgeführt werden, dass bei Unterschreiten der Regelabweichung xwn der Weiche (12) unter die maximale Regelabweichung xwmax ein Verringern des aktiven Leistungsverhältnisses (La) zumindest des betroffenen Heizabgangs (6) erfolgt, indem die Anzahl der pro Taktzeit (Zt) eingeschalteten Heizabgänge (6) um eins verringert und die Anzahl der pro Taktzeit (Zt) ausgeschalteten Heizabgänge (6) um eins erhöht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass nach und/oder vor jeder Taktzeit (Zt) die jeweilige Schienentemperatur (X) zumindest einer an die elektrische Weichenheizungsanlage angeschlossenen Weichen (12) mit der vorgebbaren Schienen-Solltemperatur (Xs) verglichen wird, wobei in Auswertung dieses Vergleichs die Zuordnung der eingeschalteten und ausgeschalteten Heizabgänge (6) verändert wird, indem Heizabgänge (6) mit Erwärmungsüberschuss zugunsten von Heizabgängen (6) mit Erwärmungsdefizit während der jeweiligen Taktzeit (Zt) ausgeschaltet werden. Optional kann ferner ein Schritt f) ausgeführt werden, in welchem, wenn die Regalabweichung (xw„) der Weiche (12) den Wert Null erreicht, ein Blockieren des aktiven Leistungsverhältnisses (La) zumindest des betroffenen Heizabgangs (6) erfolgt, indem dieser Heizabgang (6) solange ausgeschaltet wird, bis die Regelabweichung (xwn) größer Null wird.
Auf diese Weise ist es möglich, die Weichen (12) innerhalb einer elektrischen Weichenheizungsanlage variabel mit Energie zu versorgen und flexibel auf sich ändernde äußere Umstände zu reagieren, d.h. sich ändernde Heizanforderungen (Hz) umzusetzen. Dabei wird die zur Verfügung stehende Energie optimal genutzt, das Abrufen von zusätzlicher Energie ist nur in Ausnahmefällen notwendig. Auf diese Weise wird eine Verringerung der Energiebereitstellungskosten erreicht, indem die tatsächliche elektrische Leistung reduziert wird, ungeachtet von Prioritäten der angeschlossenen Weichen (12).
Es hat sich für die praktische Anwendbarkeit bei unterschiedlichen Witterungsbedingungen als vorteilhaft herausgestellt, wenn in Abhängigkeit von dem zumindest einen extern erfassbaren Betriebsparameter (B) unterscheidbare Steuerungsarten mit entsprechend zugeordneten Schienen-Solltemperatur-Werten (Xs) gebildet werden, indem zu parametrierbaren Grund-Sollwerten jeweils Sollwertzuschläge addiert werden, wenn der zumindest eine extern erfassbare Betriebsparameter (B) überschritten oder/oder unterschritten wird. Vorteil ist, dass mit geringster Leistung und optimalen Energieeinsatz eine maximale Funktionssicherheit der Weichen (12) im Winter ermöglicht wird, d.h. es erfolgt eine bedarfsgerechte Erwärmung der Weichen (12).
Mit „unterscheidbaren Steuerungsarten" sind vorliegend Steuerungsarten der elektrischen Weichenheizungsanlage gemeint, die in Abhängigkeit der Betriebsparameter (B) variabel an äußere Umstände angepasst werden können. Vorzugsweise betragen die Sollwertzuschläge 1 K pro Niederschlagsmenge Schnee und/oder 1 K in Abhängigkeit von Niederschlagsart und in Abhängigkeit der Luft- und/oder Schienentemperatur der unbeheizten Schiene.
Die extern erfassbaren Betriebsparameter (B) werden vorzugsweise aus Lufttemperatur, Luftfeuchte, Schienentemperatur (X), Schnee, Flugschnee und/oder Regen ausgewählt.
Mit diesen Betriebsparametern (B), die über herkömmliche Erfassungseinrichtungen nach dem Fachmann bekannten Verfahren detektiert werden können, sind die für den Betrieb von Eisenbahnweichen maßgeblichen Parameter abgedeckt. Abhängig von lokalen Gegebenheiten können jedoch weitere extern erfassbare Betriebsparameter (B) hinzutreten.
In einer konkreten Ausführungsform wird durch Erfassen des Betriebsparameters „Schnee" die Schneehöhe mit einem geeigneten Sensor ermittelt und dadurch bei dem vorgebbaren Betriebsparameter „Lufttemperatur" eine Steuerungsart „Tieftemperaturheizen" aktiviert oder deaktiviert, indem über die Erfassung und Auswertung des zeitlichen Verlaufs des Betriebsparameters „Lufttemperatur" ein parametrierbarer Temperaturwert (Tpar), vorzugsweise größer + 3 °C, über eine vorgebbare Zeit, vorzugsweise 5 Minuten bis 30 Minuten, insbesondere 15 Minuten, und/oder über die Erfassung des Betriebsparameters „Regen" über eine parametrierbare Zeit (tpar), vorzugsweise 5 Minuten bis 30 Minuten, insbesondere 15 Minuten, erfasst worden ist. In Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zyklisch nacheinander folgenden Taktzeiten (Zt) gleicher Zeitdauer von 1 Sekunde bis 300 Sekunden, vorzugsweise 50 Sekunden bis 70 Sekunden, insbesondere 60 Sekunden, mit oder ohne Zeitpause gebildet. Die Zeitpause kann dabei zwischen 1 Sekunde und 10 Sekunden betragen.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird das mindestens eine aktive Leistungsverhältnis (La) aus dem Quotienten aus Anzahl eingeschalteter Heizabgänge (6) oder ausgeschalteter Heizabgänge (6) und der gesamten Anzahl der Heizabgänge (6) der elektrischen Weichenheizungsanlage gebildet, wobei eine untere Grenze des Leistungsverhältnisses (L) vorzugsweise 40 % beträgt.
Es hat sich für ein noch variableres Energiemanagement als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Schaltfolge der Heizabgänge (6) nach und/oder vor jeder Taktzeit (Zt) geändert wird.
In einer Ausführungsform kann der erfasste zeitliche Verlauf der Schienentemperatur (X) an mindestens einer Weiche (12) in der Steuerungseinrichtung (3) gespeichert und der Endwert der Schienentemperatur (Xe) mit einer vorgebbaren Schienensolltemperatur (Xs) verglichen werden, wobei die Anzahl der abgeschalteten Heizabgänge (6) während zumindest einer Taktzeit (Zt) durch die größte so ermittelte Temperaturdifferenz gebildet wird. Zur weiteren Einsparung von Energie, bzw. zur Optimierung der Energieverteilung kann, wenn die Schienentemperatur (X) an einer Weiche (12) mit einem nicht abgeschalteten Heizabgang (6) größer als die Schienen-Solltemperatur (Xs) ist, vorzugsweise 0,5 °C bis 3 °C, insbesondere 1 °C, dieser Heizabgang (6) während der aktuellen Taktzeit (Zt) abgeschaltet werden.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die tatsächliche Leistung während jeder Taktzeit (Zt) ermittelt und innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer, vorzugsweise 5 Minuten bis 60 Minuten, insbesondere 15 Minuten, die minimale tatsächliche Leistung, die mittlere tatsächliche Leistung und die maximale tatsächliche Leistung gespeichert.
Ferner kann bei eingeschalteter Heizung die Steuerungseinrichtung (3) in Abhängigkeit der extern erfassbaren Betriebsparameter (B) ein Leistungsverhältnis (L) aktivieren, wobei dieses von 40 % bis 80 %, vorzugsweise 60%, beträgt und bei Überschreitung eines maximalen Betriebswertes auf 100 % gesetzt wird.
In einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während jeder Taktzeit (Zt) das aktive Leistungsverhältnis (La) überwacht, so dass wenn bei zumindest einmaligem Erhöhen des Leistungsverhältnisses (La) ein Leistungsverhältnis (La) von 100 % erreicht wird, in einem ersten Speicher, der mit der Steuerungseinrichtung (3) verbunden ist, die für diesen Moment aktuellen Betriebsparameter (B) gespeichert werden, wobei bei einer nachfolgenden Heizanforderung (Hz) diese gespeicherten Betriebsparameter (B) mit den dann aktuellen Betriebsparametern (B) verglichen werden, so dass wenn die dann aktuellen Betriebsparameter (B) gleich oder für die elektrische Weichenheizungsanlage schlechter sind als die gespeicherten Betriebsparameter (B), sofort ein Leistungsverhältnis von 100 % eingestellt wird.
Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Energiemanagement einer elektrischen Weichenheizungsanlage, wobei die elektrische Weichenheizungsanlage zumindest zwei Weichen (12), an denen jeweils mindestens ein Heizelement (7) angeordnet ist, zumindest eine Schaltverteilung (1 ) mit mindestens einem Heizabgang (6), insbesondere einem Heizabgang (6) je Weiche (12), und zumindest eine Steuerungseinrichtung (3) zum Steuern und Regeln der Schienentemperatur (X) aufweist. Die Einrichtung umfasst
zumindest einen Regler (10), der zwischen der Steuerungseinrichtung (3) in der Schaltverteilung (1 ) und einem Schaltgerät (5) des zumindest einen Heizabgangs (6) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Regler (10) über eine binäre Verbindung und/oder eine Busverbindung mit der Steuerungseinrichtung (3) verbunden ist,
zumindest ein Schieberegister (13) mit Takter (14), das über eine binäre Verbindung und/oder eine Busverbindung mit dem zumindest einen Regler (10) und der Steuereinrichtung (3) verbunden ist,
zumindest einen Ausgang„Stellsignal Heizen Weiche EIN" (Yn) des Reglers (10), der über den Takter (14) des Schieberegisters (13) mit einem Steuereingang des Schaltgerätes (5) oder über ein Stellsignal max (Ymax) direkt mit dem Schaltgerät (5) verbunden ist,
wobei über eine Verbindung zwischen der Steuerungseinrichtung (3) und dem Schieberegister (13) während jeder Taktzeit (Zt) das aktive Leistungsverhältnis (La) zu dem Schieberegister (13) und die Schienen-Solltemperatur (Xs) von der Steuerungseinrichtung (3) zu dem zumindest einen Regler (10) übertragbar ist, und ein vom aktiven Leistungsverhältnis (La) abweichendes Leistungsverhältnis (L) über das Stellsignal max (Ymax) von dem zumindest einen Regler (10) auf das Schaltgerät (5) über eine direkte Leitung übertragbar ist, und
wobei in der Schaltverteilung (1 ) zumindest ein Speicher angeordnet ist, der über eine binäre Verbindung und/oder eine Busverbindung mit der Steuerungseinrichtung (3) verbunden ist, wobei über diese Verbindung zumindest ein Betriebsparameter (B) übertragbar und in dem zumindest einen Speicher speicherbar und von der Steuereinrichtung (3) aus diesem abrufbar ist. Die„Schaltverteilung" ist erfindungsgemäß die Einheit, in der einzelnen Elemente der elektrischen Weichenheizungsanlage gemeinsam untergebracht sind, insbesondere die Steuerungseinrichtung (3), zumindest ein Schaltgerät (5) mit einem Heizabgang (6), insbesondere einem Heizabgang (6) je Weiche (12), nach außen und zumindest ein Regler (10). Die Schaltverteilung (1) ist an das Stromnetz (9) angeschlossen.
Bei der„Steuerungseinrichtung" handelt es sich um eine Prozesseinheit zum Steuern und Regeln der Schienentemperatur (X), an die die einzelnen Regler (10) angeschlossen sind. Die Steuerungseinrichtung (3) wird von der/den Wetterstation/en (2) mit relevanten Daten versorgt.
Mit„Schaltschema" wird erfindungsgemäß die Zuordnung sowie die die Anzahl der eingeschalteten bzw. ausgeschalteten Heizabgänge (6) bezeichnet. Die Steuerungseinrichtung (3) und der zumindest eine Regler (10) sind vorzugsweise als Mikrocontroller (Hardware) ausgeführt, während die Reglerfunktionion eine Software ist.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen
Weichenheizungsanlage nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Leistung in
Abhängigkeit der witterungsabhängigen Heizanforderung nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 eine tabellarische Darstellung der Schaltzustände nach dem erfindungsgemäßen Verfahren für eine erfindungsgemäße elektrische
Weichenheizungsanlage,
Fig. 4 eine tabellarische Darstellung der Schaltzustände aus Fig. 3 bei einer angenommenen installierten Heizleistung von 10 KW pro Weiche 12,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer erfindergemäßen elektrischen
Weichenheizungsanlage,
Fig. 6a-d Diagramme zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Schaltfolge nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
Fig. 7 ein Diagramm zur Ermittlung der maximalen Regelabweichung xwmax,
Fig. 8 ein Diagramm zur Darstellung des Heizverlaufs bei der Erwärmung von der Schienen-Isttemperatur X„ bis zur Schienen-Solltemperatur Xs und Fig. 9 Darstellung der Betriebsmodi in Abhängigkeit von der Niederschlagsqualität.
Im Heizbetrieb über mehrere Taktzeiten Zt entspricht bei gleichbleibendem Leistungsverhältnis L die Leistung dem Produkt aus Leistungsverhältnis L und installierter Anschlussleistung P aller Heizelemente 7 der elektrischen Weichenheizungsanlage.
Nachstehend wird der Begriff„Leistungsverhältnis" eingehender erläutert.
Die maximale Anzahl der Leistungsverhältnisse L ergibt sich aus der Anzahl der Heizabgänge 6 der elektrischen Weichenheizungsanlage um eins verringert. Diese maximale Anzahl wird aber aufgrund der zu geringen Erwärmung der Weichen 12 bei Leistungsverhältnissen kleiner etwa 35 % und aus wirtschaftlichen Gründen bei elektrischen Weichenheizungsanlagen mit mehr als 15 Weichen 12 begrenzt.
Das Leistungsverhältnis L kann bei laufendem Heizbetrieb umgeschaltet werden. Die Syntax eines Leistungsverhältnisses L ist abgeleitet vom Taktverhältnis der Heizzeiten zu den Abkühlzeiten.
Leistungsverhältnis 50 % entspricht für alle Heizabgänge 6 einer elektrischen Weichenheizungsanlage 1 Takt Heizen zu 1 Takt Kühlen (1 H:1K) und benötigt zwei, vier usw. Heizabgänge 6. Leistungsverhältnis 66,6 % entspricht für alle Heizabgänge 6 einer elektrischen Weichenheizungsanlage 2 Takte Heizen zu 1 Takt Kühlen (1 H:1 K) und benötigt drei, sechs usw. Anzahl Heizabgänge 6.
Leistungsverhältnis 75 % entspricht für alle Heizabgänge 6 einer elektrischen Weichenheizungsanlage 3 Takte Heizen zu 1 Takt Kühlen (3H:1 K) und benötigt mindestens vier, acht usw. Heizabgänge 6.
Die Umschaltung von Leistungsverhältnis L 50 % auf ein anderes Leistungsverhältnis L, z.B. 75 %, erfolgt zu Beginn der Taktzeit Zt, wobei zunächst die Schaltfolge Ausschalten und Einschalten gleichzeitig und/oder nacheinander erfolgt.
Im Heizbetrieb wird zwischen den Leistungsverhältnissen L gewechselt. Die nacheinander erfolgende, umlaufende Aktivierung der Heizabgänge 6 erfolgt so schnell, dass eine gleichzeitige Erwärmung aller angeschlossenen Weichen 12 erfolgt. Dadurch werden alle Weichen 12 auf dem gleichen Temperaturpegel gehalten.
Die Reihenfolge der Ein- und Ausschaltung der Heizabgänge 6 ist nicht festgelegt. Diese kann der Reihe nach erfolgen. Wird während des Heizens der Schaltzustand von Heizabgängen 6 im Heizbetrieb in der folgenden Taktzeit Zt nicht verändert, d.h. nicht ausgeschaltet, erfolgt zur Schonung der Schaltkontakte zwischen den Taktzeiten Zt kein Schaltvorgang der jeweiligen Heizabgänge 6.
Während des Heizbetriebes wird während zyklischen nacheinander folgenden Taktzeiten Zt in jeder Taktzeit Zt eine variable Anzahl Heizabgänge 6 eingeschaltet und die übrige Teilmenge der Heizabgänge 6 ausgeschaltet und während jeder Taktzeit Zt wird die Zuordnung der ein- bzw. ausgeschalteten Heizabgänge 6 schrittweise verändert, wobei die Anzahl der ein- und ausgeschalteten Heizabgänge 6 und damit die Einschaltdauer jedes Heizabganges 6 gleich bleibt und/oder in Abhängigkeit der Schienentemperatur X und/oder der Witterung verändert wird. Werden alle Heizabgänge 6 der elektrischen Weichenheizungsanlage eingeschaltet, beträgt das Leistungsverhältnis 100 % und die Taktzeiten Zt werden unterbrochen und ausgeschaltet, d.h. der tatsächliche Leistungsverbrauch entspricht der Anschlussleistung. Sind dagegen während einer oder mehrerer Taktzeiten Zt mindestens ein Heizabgang 6 aus- und die übrigen Heizabgänge 6 ausgeschaltet, beträgt das Leistungsverhältnis im Bereich von 1 % bis 99 %, vorzugsweise zwischen 40 % und 75 %, d.h. die tatsächliche Leistung entspricht dem Produkt aus installierter Leistung Pmax und dem Leistungsverhältnis L. Entsprechend der Anzahl der ein- bzw. ausgeschalteten Heizabgänge 6 sind mehrere Leistungsverhältnisse L möglich.
Die Leistungsverhältnisse L werden aus dem Verhältnis einer beliebigen Anzahl Heizabgänge 6, vorzugsweise aus dem Verhältnis der pro Taktzeit Zt eingeschalteten Heizabgänge 6 zu den in der elektrischen Weichenheizungsanlage vorhandenen Anzahl Heizabgänge 6 bzw. einer Teilmenge Heizabgänge 6 gebildet. Die Leistungsverhältnisse L können zwischen einem Minimalwert, der dem Verhältnis von einen eingeschalteten Heizabgang 6 zu allen Heizabgängen 6 und einem Maximalwert von 100 %, der dem Verhältnis aus allen eingeschalteten zu allen Heizabgängen 6 entspricht. Vorzugsweise wird beim Einschalten der elektrischen Weichenheizungsanlage ein Leistungsverhältnis zwischen 50 % und 75 % eingestellt.
Beispielsweise ist eine elektrische Weichenheizungsanlage mit fünf Weichen 12 vorhanden, wobei die Heizelemente 7 jeder Weiche 12 über einen Heizabgang 6 mit Regler 10 in der Schaltverteilung 1 bei Heizanforderung (Hz) mit Energie versorgt werden. In der Schaltverteilung 1 sind demnach fünf Heizabgänge 6 vorhanden. Die möglichen Leistungsverhältnisse L sind fünf Heizabgänge x 50 % = Leistungsverhältnis 2,5 und fünf Heizabgänge x 75 % = Leistungsverhältnis 3,75. Damit könnten in jeder Taktzeit Zt zwischen 2,5 und 3,75 Heizabgänge 6 aktiviert werden. Die Ganzzahl der beiden Werte beträgt 3, d.h. es werden in jeder Taktzeit Zt drei Heizabgänge 6 eingeschaltet und zwei Heizabgänge 6 ausgeschaltet. Das aktivierte Leistungsverhältnis La beträgt 100 % x 3 / 5 = 60 %. Wenn jeder Heizabgang 6 10 kW Heizleistung hat, beträgt die Anschlussleistung P, wenn alle Heizabgänge 6 eingeschaltet sind, d.h. bei einem Leistungsverhältnis von 100 %, gleich 5 x 10 kW = 50 kW und bei einem Leistungsverhältnis von 60 % gleich 3 x 10 kW = 30 kW. Für die elektrische Weichenheizungsanlage sind folgende Leistungsverhältnisse L möglich:
L1 = 100 % x 5 / 5 = 100 % in jeder Taktzeit Zt sind fünf Heizabgänge 6 EIN, d.h. die Heizleistung beträgt 100 % oder 50 kW
L2 = 100 % x 4 / 5 = 80 % in jeder Taktzeit Zt sind vier Heizabgänge 6 EIN und ein Heizabgang 6 AUS, d.h. die Heizleistung beträgt 80 % oder 40 kW
L3 = 100 % x 3 / 5 = 60 % in jeder Taktzeit Zt sind drei Heizabgänge 6 EIN und zwei Heizabgänge 6 AUS, d.h. die Heizleistung beträgt 60 % oder 30 kW
L4 = 100 % x 2 / 5 = 40 % in jeder Taktzeit Zt sind zwei Heizabgänge 6 EIN und drei Heizabgänge 6 AUS, d.h. die Heizleistung beträgt 40 % oder 20 kW L5 = 100 % x 1 / 5 = 20 % in jeder Taktzeit Zt sind ein Heizabgang 6 EIN und vier Heizabgänge 6 AUS, d.h. die Heizleistung beträgt 20 % oder 10 kW
In Abhängigkeit der extern erfassbaren Betriebsparameter B wie Lufttemperatur, Schienentemperatur X (kalte Schiene), Schneemenge pro Zeiteinheit usw. wird während jeder Taktzeit Zt ein Leistungsverhältnis L in der Steuerungseinrichtung 3 aktiviert. Beträgt die Lufttemperatur z.B. 0 °C und Niederschlag ist Regen, wird entsprechend dem vorigen Beispiel das Leistungsverhältnis 60 % aktiviert, d.h. während jeder Taktzeit Zt werden drei Heizabgänge 6 eingeschaltet und zwei Heizabgänge 6 sind ausgeschaltet. Während der ersten Taktzeit Zt können z.B. die Heizabgänge 6.1, 6.2 und 6.3 eingeschaltet und die Heizabgänge 6.4 und 6.5 ausgeschaltet sein. Während der zweiten Taktzeit Zt wird das Schaltschema umlaufend um eins in Art eines Schrittschaltwerkes weitergerückt, so dass die Heizabgänge 6.2, 6.3 und 6.4 eingeschaltet und die Heizabgänge 6.5 und 6.1 ausgeschaltet sind und damit die gleiche Anzahl Heizabgänge 6 ein- bzw. ausgeschaltet ist wie während der vorherigen Taktzeit Zt. Das Schaltschema wird während der Heizzeit in jeder Taktzeit Zt ist immer um einen Schritt verschoben.
Nachfolgend wird die Anpassung des Leistungsverhältnisses L an die extern erfassbaren Betriebsparameter B beschrieben.
Zur Gewährleistung einer sicheren Erwärmung der Weichen 12 im Winter bis zur Schienen-Solltemperatur Xs innerhalb einer angemessenen Zeit, erfolgt bei Überschreitung einer bestimmten Regelabweichung xwn, vorzugsweise von 2 K, die Aktivierung einer Überwachungsfunktion. Die Überwachungsfunktion besteht aus einem Grenzwert, das heißt, das Produkt aus vorzugsweise 5 K und einer maximalen Zeit von bspw. 10 Minuten = 50 K/min. Wird dieser Grenzwert beim Heizen überschritten, wird auf das nächst höhere Leistungsverhältnis L und/oder auf Leistungsverhältnis 100 % geschaltet. Dazu wird beim Heizen in dem Regelkreis jeder Weiche 12 der zeitliche Verlauf der Regelabweichung xwn erfasst und nach Integration des erfassten zeitlichen Verlaufs der Regelabweichung xw„ mit dem Grenzwert verglichen und bei Überschreitung des Grenzwertes ein größeres Leistungsverhältnis L aktiviert. Das soll nachfolgend an einem Beispiel erläutert werden. Bei Heizanforderung Hz soll bei einer entsprechenden Witterung bspw. eine Regelabweichung xwn von 5 K innerhalb einer maximal zulässigen Aufheizzeit von bspw. 10 Minuten nicht überschritten werden. Erfolgt die Erfassung der Schienentemperatur X bspw. in Schritten von 0,1 K und die Zeiterfassung in Millisekunden beträgt bspw. das Grenzwertintegral 5°K * 0,1 * 10 Minuten χ 60.000 = 3.000.000 K χ ms. Für jede Weiche 12 wird das vorhandene Integral der Regelabweichung xwn über die zeitliche Erfassung der Regelabweichung xwn ermittelt und mit dem Grenzwertintegral verglichen. Bei Überschreiten des Grenzwertintegrals wird auf das nächst höhere Leistungsverhältnis L oder auf Leistungsverhältnis L 100 % geschaltet und bei Regelabweichung gleich Null besteht kein Heizbedarf für diese Weiche 12 und dieser Heizabgang 6 wird während der Taktzeit Zt nicht eingeschaltet.
Auf der Grundlage der vorhandenen extern erfassbaren Betriebsparameter werden alle und/oder nur einzelne Heizabgänge 6 eingeschaltet, wobei im jeweils nächsten Taktzeit Zt die Schaltreihenfolge der eingeschalteten und ausgeschalteten Heizabgänge 6 in Art eines Schrittschaltwerkes um eins weitergeschaltet wird und dadurch über mehrere Heiztakte jeder Heizabgang 6 die gleiche Leistung verbraucht und damit eine gleichmäßige Erwärmung aller Weichen 12 der elektrischen Weichenheizungsanlage erreicht wird.
Erfindungsgemäß werden zur Gewährleistung der sicheren Funktion der elektrischen Weichenheizungsanlage im Winter mit variablem Leistungsverhältnis L und wechselnden Schaltfolgen der Heizabgänge 6 innerhalb von Taktzeiten Zt verschiedene Betriebsmodi in Abhängigkeit von den vorhandenen und/oder prognostizierten Witterungsbedingungen in der Steuerungseinrichtung 3 aktiviert.
Eine erste Lösung ist das Aussetzen des„Tieftemperaturheizen" in Abhängigkeit der Niederschlagswahrscheinlichkeit. Für diese Funktionalität werden von einem Wetterdienst die Prognosewerte für die Niederschlagswahrscheinlichkeit und Niederschlagsart abgefragt. Sollte bei tiefen Temperaturen die Niederschlagswahrscheinlichkeit für die nächsten 30 Minuten unter 60 % liegen, wird das„Tieftemperaturheizen" unterdrückt. Liegt die Niederschlagswahrscheinlichkeit über 60 %, wird unterschieden, ob es sich bei dem zu erwartenden Niederschlag um Schnee oder Regen handelt, und dann entsprechend das„Tieftemperaturheizen" als Vorheizfunktion aktiviert. Bei Regen wird das Vorheizen bei einer Niederschlagswahrscheinlichkeit von 80 % eingeschaltet, wohingegen bei prognostiziertem Schnee schon bei einer Niederschlagswahrscheinlichkeit von 60 % geheizt wird.
In diesem Vorheizmodus wird die Schienentemperatur X bis zum Eintritt des tatsächlichen Niederschlagsereignisses auf 0 °C konstant gehalten. Eine weitere Lösung zur Energieeinsparung besteht in der Aktivierung des „Tieftemperaturheizen" bei möglichem Flugschnee in Abhängigkeit der gefallenen Schneemenge in der Vergangenheit und nachfolgender Überwachung des zeitlichen Verlaufs der Lufttemperatur und des Niederschlags „Regen" derart, dass die Schneefallmenge, vorzugsweise die Schneehöhe aus der mit einen Schneedetektor erfassten Schneehöhe pro Zeiteinheit mit der Schneefalldauer ermittelt wird und bei einer parametrierbaren minimalen Schneehöhe ein Signal „Flugschnee möglich" gesetzt und gespeichert wird. Die Schneehöhe wird solange addiert, wie kein Rücksetzen des Signals„Flugschnee möglich" erfolgte. Das Rücksetzen des Signals „Flugschnee möglich" erfolgt nach erfolgten Schneefall sobald die Lufttemperatur eine längere Zeit über 0 °C, vorzugsweise größer + 3 °C gewesen ist. Bei Unterschreiten die Lufttemperatur von beispielsweise - 5 °C wird dann das „Tieftemperaturheizen" eingeschaltet. Übersteigt die Lufttemperatur nach Setzen des Signals den Wert von + 3 °C für eine parametrierbare Zeit oder wird Regen für eine parametrierbare Zeit detektiert, wird das Signal „Flugschnee möglich" zurückgesetzt und gelöscht. Bei nachfolgenden Unterschreiten der Lufttemperatur - 5 °C wird das „Tieftemperaturheizen" nicht eingeschaltet.
Eine weitere Lösung ist die individuelle Vorgabe der Schienen-Solltemperatur Xs in Abhängigkeit von der Niederschlagsart und Niederschlagsmenge.
Beispielsweise muss die Schienen-Solltemperatur Xs bei Regen nicht so hoch sein wie bei Schneefall. Ebenso ist der Wert abhängig von der tatsächlichen Niederschlagsmenge. Die von dem Niederschlagsfühler erfassten Daten werden in das Regelregime einbezogen, so dass sich die Schienen-Solltemperatur Xs an die Niederschlagsereignisse vor Ort dynamisch anpasst. Detektiert der Niederschlagsfühler „Niesei" oder „Regen", wird die Schiene lediglich auf + 1 °C geheizt, um ein Anfrieren des Regens auf zu kalten Gleitstühlen oder Zungenschienen zu verhindern. Gegenüber den derzeit nach dem Stand der Technik einheitlich angesetzten + 6 °C sind so erhebliche Einsparungen möglich. Bei Schneefall wird je nach Niederschlagsmenge nach einer vorgegebenen Einteilung eine entsprechende Schienen-Solltemperatur gewählt (vgl. Fig. 3). Nach Ende des Niederschlages gibt es optional die Möglichkeit, die Schiene einmalig für etwa 30 Minuten auf + 6 °C aufzuheizen, so dass keinerlei Feuchtigkeit mehr vorhanden ist. Mit diesem„Trockenheizen" der Weiche 12 ist sichergestellt, dass bei Absinken der Temperatur sowie ausbleibendem Niederschlag und damit ausgeschalteter Heizung keine Restfeuchte an der Weiche 12 gefriert.
Erfindungsgemäße Betriebsmodi für elektrische Weichenheizungsanlagen mit Heizanforderung Hz durch eine Wetterstation 2 und/oder Anbindung an einen Wetterdienst mit einem Energiemanagement können wie folgt ausgeführt sein.
Betriebsmodus„Tieftemperaturheizen" (Lufttemperatur < - 5 °C):
♦ Wettervorhersage Niederschlagswahrscheinlichkeit > 80 % und Niederschlagsart„Niesei" bzw.„Regen" oder Niederschlagswahrscheinlichkeit > 60 % und Niederschlagsart„Hagel" bzw.„Schnee" in den nächsten 30 Minuten
♦ Vorheizen der drei Gruppen in einer 33 %-Taktung bzw. 66 %-Taktung der Weichen 12 auf einen Schienen-Solltemperatur Xs von ca. 0 °C
Betriebsmodus„Flugschnee":
♦ Lufttemperatur < - 5 °C und verwehfähiger Schnee vorhanden (Signal „Flugschnee möglich" ist gesetzt)
♦ Vorheizen der drei Gruppen in einer 33 %-Taktung oder 66 %-Taktung der Weichen auf eine Schienen-Solltemperatur Xs von ca. 0 °C
♦ Wird zusätzlich durch einen Flugschneefühler tatsächlich Flugschnee detektiert, wechselt die Anlage in das Heizregime„Feuchtheizen Schnee".
Betriebsmodus„Heizen bei Feuchte Regen":
♦ Wettervorhersage Lufttemperatur < + 3 °C und Niederschlagswahrscheinlichkeit
> 80 % und Niederschlagsart„Niesei" bzw.„Regen" in den nächsten 30 min
♦ Vorheizen der drei Gruppen in einer 33 %-Taktung auf eine Schienensolltemperatur von ca. 0 °C
ODER
♦ Lufttemperaturfühler < + 3 °C und Niederschlagsfühler detektiert Regen
♦ Heizen der drei Gruppen in einer 33 %- oder 66 %-Taktung auf eine Schienen- Solltemperatur Xs von ca. + 1 °C
Betriebsmodus„Heizen bei Feuchte Schnee oder Flugschnee":
♦ Lufttemperatur < + 3 °C und Wettervorhersage Niederschlagswahrscheinlichkeit
> 60 % und Niederschlagsart„Hagel" bzw.„Schnee" in den nächsten 30 Minuten
♦ Vorheizen einer Gruppe in einer 33 %- bzw. 66 %-Taktung auf eine Schienensolltemperatur von ca. + 3 °C
ODER
♦ Lufttemperaturfühler < + 3 °C und Niederschlagsfühler detektiert Schnee oder Hagel ♦ Heizen der drei Gruppen in einer 33 %- oder 66 %-Taktung auf eine Schienensolltemperatur entsprechend Menge und Lufttemperatur (Sollwertanhebung ab - 1 °C) Betriebsmodus„Trockenheizen der Weichen nach Wegfall der Heizanforderung Hz":
♦ 30 Minuten Trockenheizen der drei Gruppen nach Wegfall des Niederschlagsignals in einer 66 %-Taktung um Restfeuchte, welche an der Schiene gefrieren könnte, zu verhindern, Sollwert + 6 °C Betriebsmodus„Notfall- bzw. Kurzzeitheizen"
♦ Manuelle Einschaltung zeitbegrenzt über Steuerungseinrichtung in mit Leistungsverhältnis zwischen 50 % und 75 % oder 100 %.
In Figur 1 ist eine elektrische Weichenheizungsanlage entsprechend dem Stand der Technik mit drei Heizabgängen 6 dargestellt. Bei entsprechender Witterung wird von der Wetterstation 2 in der Steuerungseinrichtung 3 die Heizanforderung Hz erzeugt und alle Heizabgänge 6 werden gleichzeitig eingeschaltet. Über mindestens einen Schienentemperatursensor 8 erfolgt die Regelung der Schienentemperatur X während der Heizanforderung Hz zwischen zwei parametrierbaren Sollwerten, z.B. + 4 °C und + 7 °C.
In Figur 2 ist der zeitliche Verlauf der Leistung P in Abhängigkeit der witterungsabhängigen Heizanforderungszeit nach dem Stand der Technik dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 ist die Heizbedingung erfüllt, d.h. die Lufttemperatur ist kleiner gleich + 3 °C und es fällt Niederschlag. Zu diesem Zeitpunkt wird die elektrische Weichenheizungsanlage eingeschaltet und die Leistung P entspricht der installierten Leistung Pmax, die der Summe aller installierten Heizelemente 7 der elektrischen Weichenheizungsanlage entspricht und alle Weichen 12 werden erwärmt. Der Leistungsverbrauch entspricht der installierten Heizleistung Pmax der Heizelemente 7 aller Weichen 12. Vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 erfolgt das Aufheizen der Weichen 12 bis zur Schienen-Solltemperatur Xs. Zum Zeitpunkt t2 ist die Schienen- Solltemperatur Xs erreicht und zu diesem Zeitpunkt werden alle Heizabgänge 6 abgeschaltet und die Schienen aller Weichen 12 kühlen ab. Ab dem Zeitpunkt t2 beträgt die Leistung Null. Bei Erreichen der untersten Schienen-Solltemperatur Xs zum Zeitpunkt t3 wird die Heizung aller Weichen 12 wieder eingeschaltet und die Weichen 12 werden bis auf den oberen Sollwert erwärmt. Die Leistung P entspricht ab hier wieder der installierten Leistung Pmax der Heizelemente 7 aller Weichen 12. Wird zum Zeitpunkt tn kein Niederschlag mehr detektiert, entfällt von der Steuerungseinrichtung 3 die Heizanforderung Hz und die Heizung wird komplett ausgeschaltet.
In Figur 3 sind die Schaltzustände einer elektrischen Weichenheizungsanlage mit fünf Heizabgängen 6.1 bis 6.5 für fünf Weichen 12 für das erfindungsgemäße Verfahren mit umlaufendem Heizbetrieb mit Leistungsverhältnis L 60 % dargestellt. Bei Heizanforderung Hz sind von den fünf Heizabgängen 6 60 %, das sind drei Heizabgänge 6, während der ersten Taktzeit Zt eingeschaltet, die übrigen sind ausgeschaltet. Die Taktzeit Zt beträgt z.B. 60 Sekunden. In der nächsten Taktzeit Zt wird die Schaltfolge um einen Schritt weiter geschaltet. Nach Ablauf von fünf Taktzeiten Zt wurden alle Heizabgänge 6.1 bis 6.5 insgesamt 3 x 60 Sekunden eingeschaltet. Auf Grund der großen Totzeit der Schienen treten durch den Schaltzustand AUS keine Nachteile der Erwärmung auf.
In Figur 4 ist die Leistung der Schaltzustände nach Figur 3 bei einer angenommenen installierten Heizleistung P von 10 KW pro Weiche 12 über fünf Taktzeiten Zt und die daraus sich ergebende Gesamtleistung dargestellt. Die gesamte Leistung beträgt 30 KW.
In Figur 5 ist eine erfindungsgemäße elektrische Weichenheizungsanlage mit drei Heizabgängen 6 dargestellt. Zwischen der Steuerungseinrichtung 3 und jedem Schaltgerät 5 der elektrischen Weichenheizungsanlage ist ein Regler 10 mit Eingang Schienentemperatursensor Xn, Eingang Schienen-Solltemperatur Xs in Abhängigkeit des aktiven Betriebsmodus, Ausgang Stellsignal Y„ „Heizen EIN", Ausgang Regelabweichung xwn und Ausgang Ymax angeordnet. Außerdem ist zwischen der Steuereinrichtung 3 und dem Steuereingang St eines Schaltgeräts 9 ein Schieberegister 13 mit Takter 14 angeordnet. Die Regler 10 erhalten von der Steuerungseinrichtung 3 den aktuellen Betriebsmodus, d.h. die Schienen- Solltemperatur Xs. Das Schieberegister 13 erhält von der Steuereinheit 3 das aktuelle Leistungsverhältnis L und der Takter 14 aktiviert während jeder Taktzeit Zt die Anzahl Schaltgeräte 5 entsprechend dem Leistungsverhältnis L und deaktiviert die übrigen Schaltgeräte 5 umlaufend zyklisch, indem die Verbindung zwischen Stellsignal Yn „Heizen Weiche" und Steuereingang St Schaltgerät über Kontakte des Takters 14 geschlossen oder geöffnet werden. Über die Verbindung Stellausgang Yn des Reglers 10 und Schaltgerät 5 kann das Leistungsverhältnis L jedes Heizabganges 6 individuell in Abhängigkeit der Regelabweichung Weiche xwn auf 100 % und/oder 0 % geändert werden.
In den Figuren 6a bis 6d ist entsprechend des erfindergemäßen Verfahrens der zeitliche Verlauf der Schaltfolge von einer elektrischen Weichenheizungsanlage mit drei Weichen 12 beim Heizen mit Leistungsverhältnis 66,6 % und unterschiedlichen Regelabweichungen xwn und die daraus abhängige Einstellung der Leistungsverhältnisse L der einzelnen Weichen 12 einer elektrischen Weichenheizungsanlage im zeitlichen Ablauf für jede Weiche 12 dargestellt. Entsprechend Figur 6a wird vom Zeitpunkt t1 bis tn die Heizanforderung Hz, bspw. durch fallenden Schnee, aktiviert.
In der Figur 6b ist die Schaltfolge für Weiche 12.1 dargestellt. Zunächst erfolgt ab Zeitpunkt t1 aufgrund der Heizanforderung Hz die Aktivierung des parametrierten Leistungsverhältnisses L oder die Erhöhung des Leistungsverhältnisses L auf 100 % in Abhängigkeit des Vergleichs der Regelabweichung Weiche 12.1 (xwsl ) mit dem berechneten Grenzwert maximale Regelabweichung xwmax entsprechend Figur 7. Die Steigung Regelabweichung xw„ ist zum Zeitpunkt t1 bspw. 10 K. Die Regelabweichung Weiche xwsteig wird aus dem Quotienten Regelabweichung Weiche 12.1 (xw1 ) und der Aufheizzeit (tauf) gebildet und beträgt 5 K / 10 min = 0,5 K/min. Der Betreiber der elektrischen Weichenheizungsanlage hat die parametrierte Aufheizzeit tpar mit 15 Minuten projektspezifisch parametriert. Durch Multiplikation der Steigung Regelabweichung Weiche xwsteig und parametrierte Aufheizzeit tpar ergibt sich die maximale Regelabweichung xwmax mit 7,5 K aus 0,5 K/min multipliziert mit 15 Minuten. Dieser Wert ist größer als der Grenzwert maximale Regelabweichung (xwmax) von 7,5 K entsprechend Figur 7, so dass das Leistungsverhältnis L für Weiche 12.1 bis zum Zeitpunkt tx1 auf 100 % geschaltet wird. Dadurch wird die Weiche 12.1 mit 100 % Leistung beheizt und die Regelabweichung xwn nimmt schnell ab. Zum Zeitpunkt tx1 ist die Regelabweichungssteigung Weiche 12.1 (xwsl ) gleich dem Grenzwert Regelabweichung (xwmax), so dass zur nächst folgenden Taktzeit Zt das Leistungsverhältnis L 66,6 % für Weiche 12.1 aktiviert wird, d.h. die weitere Heizung der Weiche 12.1 erfolgt mit Leistungsverhältnis L 66,6 % bis zum Ende der Heizanforderung Hz zum Zeitpunkt tn und darüber hinaus mit einer Zeitverzögerung zum Trockenheizen der Weiche 12.1.
In Figur 6c ist die Regelabweichung Weiche 12.2 (xw2) zum Zeitpunkt t1 kleiner 5 K, z.B. 4 K, und ist damit kleiner als die maximale Regelabweichung xwmax, so dass die Heizung der Weiche 12.2 ab Zeitpunkt t2 mit Leistungsverhältnis L 66,6 % bis zum Zeitpunkt tn und darüber hinaus mit einer Zeitverzögerung zum Trockenheizen der Weiche 12.1 erfolgt.
In Figur 6d beträgt die Regelabweichung Weiche 12.3 (xw3) zum Zeitpunkt t1 kleiner 5 K, z.B. 2 K und beträgt zum Zeitpunkt tx3 Null. Solange die Regelabweichung xwn der Weiche 12.3 Null ist, besteht kein Heizbedarf und das Leistungsverhältnis L für Weiche 12.3 wird auf 0 % gesetzt. Erst wenn die Regelabweichung der Weiche 12.3 größer Null ist, erfolgt wieder die Aktivierung des Leistungsverhältnisses L 66,6 %. Sind mehr als drei Weichen 12 vorhanden, können mehrere Leistungsverhältnisse L gebildet werden.
In Figur 6d beginnt zum Zeitpunkt t3 die Heizung für Weiche 12.3 im Zeittakt von 120 Sekunden und die Regelabweichung sei zum Zeitpunkt t1 größer als 2 K. Bei Regelabweichung größer 2 K wird zum Zeitpunkt t1 die Überwachungsfunktion für Weiche 12.3 abgeschaltet. Das Grenzwertprodukt wird nicht überschritten, so dass weiter im Taktbetrieb geheizt wird. Zum Zeitpunkt tx3 wird die Regelabweichung Null und die weiteren Einschaltungen der Heizung von Weiche 12.3 bleibt solange ausgeschaltet, wie die Regelabweichung xwn Null ist. In Figur 7 ist die Ermittlung der maximalen Regelabweichung xw dargestellt, bei deren Überschreitung das Leistungsverhältnis L erhöht und bei deren Unterschreitung das Leistungsverhältnis L verringert wird. Aus praktischer Erfahrung ist bekannt, dass elektrische Weichenheizungsanlagen mit Heizelementen 7, deren spezifische Heizleistung beispielsweise 330 W/m beträgt, beim Heizen mit Taktzeiten Zt und Leistungsverhältnis L 66,6 % die Schienen während einer Aufheizzeit von 10 Minuten auf eine Übertemperatur 5 K erwärmen, d.h. in diesem Beispiel beträgt die Regelabweichung xw beim Aufheizen 5 K während der Aufheizzeit von von 10 Minuten. Die Steigung Regelabweichung dxw wird aus dem Quotienten der Regelabweichung beim Aufheizen xw und der Aufheizzeit aus °K geteilt durch 10 Minuten gebildet, d.h. die Steigung Regelabweichung dxw beträgt 0,5 K/min. Die projektspezifisch parametrierbare maximale Aufheizzeit wird anlagenspezifisch individuell parametriert, z.B. 15 Minuten, und die maximale Regelabweichung xwmax aus dem Produkt aus projektspezifisch parametrierbarer maximaler Aufheizzeit und Steigung Regelabweichung xw gebildet, d.h. z.B. Produkt aus projektspezifisch parametrierbare maximaler Aufheizzeit von 15 Minuten multipliziert mit Steigung Regelabweichung xw von 0,5 K/min ergibt eine maximale Regelabweichung xwma» von 7,5 K. Während des gesamten Heizbetriebes wird die Regelabweichung xwn bei allen Weichen 12 einer elektrischen Weichenheizungsanlage erfasst und bei Überschreiten der maximalen Regelabweichung xwmax wird das Leistungsverhältnis L zumindest dieser Weiche 12 erhöht, z.B. auf 100 % und bei Unterschreiten vermindert.
Die Figur 8 zeigt beim Heizen den Verlauf der Erwärmung der Schienen-Isttemperatur Xn zum Zeitpunkt t1 bis zur Schienen-Solltemperatur Xs während der Aufheizzeit vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 und den Verlauf der Schienen-Isttemperatur Xn während dem Regelheizen tr ab Zeitpunkt t2 für jedem Regelzyklus tz, wobei ein Regelzyklus tz z.B. ab Zeitpunkt t2 bis Zeitpunkt t3 dargestellt ist und aus einem Zeitanteil Heizen, hier ist die Heizung eingeschaltet, und einem Zeitanteil Kühlen, hier ist die Heizung ausgeschaltet, besteht. Aufgrund der Trägheit der Schienen erfolgt jeweils ein Überschwingen der Schienen-Isttemperatur Xn. Während des Heizbetriebes erfolgt die Erfassung und Überwachung der Regelabweichung xwn jeder Weiche 12 der elektrischen Weichenheizungsanlage zu Beginn der Aufheizzeit zum Zeitpunkt t1 und während der Regelzeit tr innerhalb jedes Regelzyklus tz zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 durch Vergleich mit der maximalen Regelabweichung xwmax und entsprechende Umschaltung auf ein höheres bzw. niedrigeres Leistungsverhältnis L bei Abweichungen unter Berücksichtigung von einer parametrierbaren Hysterese Regelabweichung XH.
Die Umschaltung auf ein höheres Leistungsverhältnis L soll entsprechend Figur 8 mit den Werten aus Figur 7 beispielhaft erläutert werden. Zu Beginn des Heizbetriebes beträgt die Schienen-Isttemperatur X1 der Weiche 12.1 z.B. - 4 °C und es ist eine projektspezifisch parametrierbare maximale Aufheizzeit von 15 Minuten parametriert. Bei Einschalten der Heizung zum Zeitpunkt t1 ist die Regelabweichung xw1 aus maximaler Regelabweichung xwmax mit 7,5 K abzüglich Schienen- Isttemperatur X1 - Xn zum Zeitpunkt t1 (7,5 K - - 4 K) 11 ,5 K. Aus Vergleich Regelabweichung xw1 mit maximaler Regelabweichung xwmax ergibt Regelabweichung xw1 ist größer als maximale Regelabweichung xwmax und das Leistungsverhältnis L wird zum Zeitpunkt t1 erhöht, z.B. auf 100 %. Nach Ablauf der Aufheizzeit taUf zum Zeitpunkt t2 beträgt die Regelabweichung xw„ gleich Null und die Heizung wird abgeschaltet und nach einem kurzen Überschwingen der Schienen-Isttemperatur X1 kühlt die Schiene ab. Bei Erreichen der unteren Hysterese Schienentemperatur XH erfolgt die Erfassung der Regelabweichung xwregei und Vergleich der Regelabweichung xwregei mit der maximaler Regelabweichung xwmax analog beim Aufheizen und in Abhängigkeit davon das Vermindern des Leistungsverhältnisses L, z.B. auf den parametrierten Wert von 66,6 % unter Berücksichtigung einer parametrierbaren Hysterese Regelabweichung xwH.
In Figur 9 sind die Betriebsmodi in Abhängigkeit von der Niederschlagsqualität und die dafür vorgesehenen Offsets für in Abhängigkeit von Niederschlagsmenge und Umgebungstemperatur und/oder Schienentemperatur X kalte Schiene dargestellt.
Bei Betriebsmodus „kein Niederschlag" erfolgt „Tieftemperaturheizen" bei Einschaltbedingung„Tieftemperaturheizen EIN" mit einer Schienen-Solltemperatur Xs von + 6 °C und einer Erhöhung der Schienen-Solltemperatur Xs um 1 K/°C ab einer parametrierbaren Umgebungs- oder Schienentemperatur X (kalte Schiene) und bei Einschaltbedingung„Tieftemperaturheizen EIN" mit einem Schienen-Solltemperatur Xs von - 99 °C, d.h. es erfolgt keine Einschaltung der Heizung.
Bei Betriebsmodus„Prognose Niederschlag" durch bspw. eine Wetterstation 2 erfolgt mit einer Schienen-Solltemperatur Xs von 0 °C und keiner Erhöhung der Schienen- Solltemperatur Xs in Abhängigkeit von Niederschlagsmenge und Umgebungstemperatur.
Bei Betriebsmodus„Flugschnee möglich" durch Auswerten der Wetterhistorie bspw. durch Erfassung des zeitlichen Verlaufs Lufttemperatur erfolgt mit einer Schienen- Solltemperatur Xs von 0 °C und keiner Erhöhung der Schienen-Solltemperatur Xs in Abhängigkeit von Niederschlagsmenge und Umgebungstemperatur.
Bei Betriebsmodus„Regen" bspw. durch eine Wetterstation 2 erfolgt mit Schienen- Solltemperatur Xs von +1 °C und keiner Erhöhung der Schienen-Solltemperatur Xs in Abhängigkeit von Niederschlagsmenge und einem Umgebungstemperaturoffset von 1 K auf die Schienen-Solltemperatur Xs ab einer Umgebungs- bzw. Schienentemperatur kalte Schiene pro - 1 °C. Bei Betriebsmodus „Schnee" bspw. durch eine Wetterstation 2 erfolgt mit einer Schienen-Solltemperatur Xs von + 3 °C und einer Erhöhung Schienen-Solltemperatur Xs um 1 K in Abhängigkeit von der über erfasste Schneemenge und daraus abgeleiteter Schneehöhe pro Zeiteinheit, z.B. Schneehöhe ab 2 cm pro Stunde und einem zusätzlichen Umgebungstemperaturoffset von 1 K auf die Schienen- Solltemperatur Xs ab einer Umgebungs- bzw. Schienentemperatur kalte Schiene pro - 1 °C. Bezugszeichen
1 Schaltverteilung
2 Wetterstation
3 Steuerungseinrichtung
5 Schaltgerät
6 Heizabgang
7 Heizelemente
8 Schienentemperatursensor
9 Stromnetz
10 Regler
12 Weiche
13 Schieberegister
14 Takter
B vorgebbarer Betriebsparameter
Hz Heizanforderung
L Leistungsverhältnis
Lf festes Leistungsverhältnis
Le mit extern erfassbarem Betriebsparameter (B) korrelierendes
Leistungsverhältnis
La aktives Leistungsverhältnis
Lpro projektspezifisches Leistungsverhältnis
■ max installierte Leistung
Pn Leistung Weiche
Tpar parametrierbarer Temperaturwert
St Stellsignal
tpar parametrierbare Zeit
tn Zeitpunkt
tmax max. Aufheizzeit
tauf parametrierbare Aufheizzeit
tauf-max projektspezifisch parametrierbare maximale Aufheizzeit tauf
tr Regelzeit tz Regelzyklus
X Schienentemperatur
Xn Schienen-Isttemperatur
Xs Schienen-Solltemperatur
Xe Endwert der Schienentemperatur
XWn Regelabweichung Weiche
XWsn Steigung Regelabweichung Weiche
XWmax maximal zulässige Regelabweichung
XWregel Regelabweichung Regeln
XWauf Regelabweichung Aufheizzeit taUf
XWsteig Steigung der Regelabweichung xwauf
Yn Stellsignal„Heizen Weiche EI "
Ymax Stellsignal„Leistungsverhältnis max" zt Taktzeit

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Energiemanagement einer elektrischen Weichenheizungsanlage, die zumindest zwei Weichen (12), an denen jeweils mindestens ein Heizelement
(7) angeordnet ist, zumindest eine Schaltverteilung (1) mit mindestens einem Heizabgang (6) und zumindest eine Steuerungseinrichtung (3) zum Steuern und Regeln der Schienentemperatur (X) aufweist, umfassend die Schritte:
a) während des Heizbetriebes der elektrischen Weichenheizungsanlage Bilden von zyklisch nacheinander folgenden Taktzeiten (Zt),
b) für jede Taktzeit (Zt) Bilden mindestens eines Leistungsverhältnisses (L) entsprechend der Anzahl eingeschalteter und ausgeschalteter Heizabgänge (6),
c) während jeder Taktzeit (Zt) zumindest eines festen Leistungsverhältnisses (Lf) oder eines mit zumindest einem extern erfassbaren Betriebsparameter (B) korrelierenden Leistungsverhältnisses (Le) Aktivieren der Heizabgänge (6) der Reihe nach beginnend mit den eingeschalteten oder ausgeschalteten Heizabgängen (6) entsprechend dem Leistungsverhältnis (L) und Deaktivieren der übrigen Heizabgänge (6) in umlaufender schrittweiser Betriebsweise, d) dadurch Ausführen zumindest eines aktiven Leistungsverhältnisses (La), wobei eine Anpassung des zumindest einen aktiven Leistungsverhältnisses (La) vorgenommen wird, die in Abhängigkeit einer tatsächlichen Regelabweichung erfolgt und ein Grenzwert „maximale Regelabweichung" ermittelt wird, indem beim Einschalten der elektrischen Weichenheizungsanlage mit projektspezifischem Leistungsverhältnis (Lpro) zwischen 60 % und 75 % innerhalb der Aufheizzeit (tauf) eine vorhandene Regelabweichung (xwaUf) zu Beginn der Aufheizzeit (taUf) erfasst wird, wodurch der Quotient aus vorhandener Regelabweichung (xwaUf) und einer Aufheizzeit (tauf) eine Steigung der Regelabweichung (xwsteig) ergibt, die gespeichert wird, so dass eine beim Heizen maximal zulässige Regelabweichung (xwmax) aus dem Produkt Steigung der Regelabweichung (xwsteig) und einer projektspezifisch parametrierbaren maximalen Aufheizzeit (tauf-max) ermittelt wird, wobei beim Überschreitung der maximalen Regelabweichung (xwmax) die Anpassung des zumindest einen aktiven Leistungsverhältnisses (La) auf 100 % erfolgt,
d1) Wiederholen des Schritt d) nach einer vorgebbaren Zeitspanne oder bei Unterschreiten oder Überschreiten der maximalen Regelabweichung
(XWmax),
e) bei witterungsbedingter Heizanforderung (Hz) für zumindest eine Weiche (12) Berechnen der theoretischen Aufheizzeit bis zum Erreichen der vorgebbaren
Schienensolltemperatur (Xs) der Weiche (12) und Vergleichen derselben mit einer parametrierbaren Aufheizzeit (tauf), e1 ) bei Überschreiten der parametrierbaren Aufheizzeit (tauf) Erhöhen des aktiven Leistungsverhältnisses (La) zumindest des betroffenen Heizabgangs (6), indem die Anzahl der pro Taktzeit (Zt) eingeschalteten Heizabgänge (6) um eins erhöht und die Anzahl der pro Taktzeit (Zt) ausgeschalteten Heizabgänge (6) um eins verringert oder das Leistungsverhältnis (La) auf 100 % erhöht wird,
wobei nach und/oder vor jeder Taktzeit (Zt) die jeweilige Schienentemperatur (X) zumindest einer an die elektrische Weichenheizungsanlage angeschlossenen Weichen (12) mit der vorgebbaren Schienen-Solltemperatur (Xs) verglichen wird, wobei in Auswertung dieses Vergleichs die Zuordnung der eingeschalteten und ausgeschalteten Heizabgänge (6) innerhalb der zuordenbaren Gruppen (G) verändert wird, indem Heizabgänge (6) mit Erwärmungsüberschuss zugunsten von Heizabgängen (6) mit Erwärmungsdefizit während der jeweiligen Taktzeit (Zt) ausgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in Abhängigkeit von dem zumindest einen extern erfassbaren Betriebsparameter (B) unterscheidbare Steuerungsarten mit entsprechend zugeordneten Schienen-Solltemperatur-Werten (Xs) gebildet werden, indem zu parametrierbaren Grundsollwerten jeweils Sollwertzuschläge addiert werden, wenn der zumindest eine extern erfassbare Betriebsparameter (B) überschritten oder/oder unterschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der extern erfassbare Betriebsparameter (B) ausgewählt ist aus Lufttemperatur, Luftfeuchte, Schienentemperatur (X), Schnee, Flugschnee und/oder Regen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei durch Erfassen des Betriebsparameters „Schnee" die Schneehöhe mit einem geeigneten Sensor ermittelt und dadurch bei dem vorgebbaren Betriebsparameter„Lufttemperatur" eine Steuerungsart„Tieftemperaturheizen" aktiviert oder deaktiviert wird, indem über die Erfassung und Auswertung des zeitlichen Verlaufs des Betriebsparameters „Lufttemperatur" ein parametrierbarer Temperaturwert (Tpar) über eine vorgebbare Zeit und/oder über die Erfassung des Betriebsparameters „Regen" über eine parametrierbare Zeit (tpar) erfasst worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt a) die zyklisch nacheinander folgenden Taktzeiten (Zt) gleicher Zeitdauer von 1 Sekunde bis 300 Sekunden, vorzugsweise 50 Sekunden bis 70 Sekunden, mit oder ohne Zeitpause gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das mindestens eine aktive Leistungsverhältnis (La) aus dem Quotienten aus Anzahl eingeschalteter Heizabgänge (6) oder ausgeschalteter Heizabgänge (6) und der gesamten Anzahl der Heizabgänge (6) der elektrischen Weichenheizungsanlage gebildet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schaltfolge der Heizabgänge (6) nach und/oder vor jeder Taktzeit (Zt) geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erfasste zeitliche Verlauf der Schienentemperatur (X) an mindestens einer Weiche (12) in der Steuerungseinrichtung (3) gespeichert und der Endwert der Schienentemperatur (Xe) mit einer vorgebbaren Schienensolltemperatur (Xs) verglichen wird, wobei die Anzahl der abgeschalteten Heizabgänge (6) während zumindest einer Taktzeit (Zt) durch die größte so ermittelte Temperaturdifferenz gebildet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei wenn die Schienentemperatur (X) an einer Weiche (12) mit einem nicht abgeschalteten Heizabgang (6) größer als die Schienen-Solltemperatur (Xs) ist, dieser Heizabgang (6) während der aktuellen Taktzeit (Zt) abgeschaltet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die tatsächliche Leistung während jeder Taktzeit (Zt) ermittelt und innerhalb einer vorgebbaren Zeitdauer die minimale tatsächliche Leistung, die mittlere tatsächliche Leistung und die maximale tatsächliche Leistung gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei während jeder Taktzeit (Zt) das aktive Leistungsverhältnis (La) überwacht wird, so dass wenn bei zumindest einmaligem Erhöhen des aktiven Leistungsverhältnisses (La) ein Leistungsverhältnis (La) von 100 % erreicht wird, in einem ersten Speicher, der mit der Steuerungseinrichtung (3) verbunden ist, die für diesen Moment aktuellen Betriebsparameter (B) gespeichert werden, wobei bei einer nachfolgenden Heizanforderung (Hz) diese gespeicherten Betriebsparameter (B) mit den dann aktuellen Betriebsparametern (B) verglichen werden, so dass wenn die dann aktuellen Betriebsparameter (B) gleich oder für die elektrische Weichenheizungsanlage schlechter sind als die gespeicherten Betriebsparameter (B), sofort ein Leistungsverhältnis (La) von 100 % eingestellt wird.
12. Einrichtung zum Energiemanagement einer elektrischen Weichenheizungsanlage, die zumindest zwei Weichen (12), an denen jeweils mindestens ein Heizelement (7) angeordnet ist, zumindest eine Schaltverteilung (1 ) mit mindestens einem Heizabgang (6) und zumindest eine Steuerungseinrichtung (3) zum Steuern und Regeln der Schienentemperatur (X) aufweist, umfassend zumindest einen Regler (10), der zwischen der Steuerungseinrichtung (3) in der Schaltverteilung (1) und einem Schaltgerät (5) des zumindest einen Heizabgangs (6) angeordnet ist, wobei der zumindest eine Regler (10) über eine binäre Verbindung und/oder eine Busverbindung mit der Steuerungseinrichtung (3) verbunden ist,
zumindest ein Schieberegister (13) mit Takter (14), das über eine binäre Verbindung und/oder eine Busverbindungmit dem zumindest einen Regler (10) verbunden ist,
zumindest einen Ausgang„Stellsignal Heizen Weiche EIN" (Yn) des Reglers (10), der über den Takter (14) des Schieberegisters (13) mit einem Steuereingang des Schaltgerätes (5) oder über ein Stellsignal max (Stmax) direkt mit dem Schaltgerät (5) verbunden ist,
wobei über eine Verbindung zwischen der Steuereinrichtung (3) und dem Schieberegister (13) während jeder Taktzeit (Zt) das aktive Leistungsverhältnis (La) zu dem Schieberegister (13) und die Schienen- Solltemperatur (Xs) von der Steuerungseinrichtung (3) zu dem zumindest einen Regler (10) übertragbar ist, und ein vom aktiven Leistungsverhältnis (La) abweichendes Leistungsverhältnis (L) über das Stellsignal max (S ) von dem zumindest einen Regler (10) auf das Schaltgerät (5) über eine direkte Leitung übertragbar ist, und
wobei in der Schaltverteilung (1) zumindest ein Speicher angeordnet ist, der über eine binäre Verbindung und/oder eine Busverbindung mit der Steuerungseinrichtung (3) verbunden ist, wobei über diese Verbindung zumindest ein Betriebsparameter (B) übertragbar und in dem zumindest einen Speicher speicherbar und von der Steuereinrichtung (3) aus diesem abrufbar ist.
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