高频加热道岔加热融雪装置的制作方法

本发明涉及铁路道岔加热融雪，具体为高频加热道岔加热融雪装置。

背景技术：

1、高频加热道岔加热融雪装置是一种应用于铁路交通系统的关键设备，旨在解决冬季道岔结冰、积雪导致的运行安全隐患和设备故障问题。随着铁路运输的发展和技术进步，特别是在寒冷气候地区，道岔结冰和积雪的问题对铁路运行造成了严重影响，甚至引发了一系列交通事故。因此，研发高频加热道岔加热融雪装置成为当前铁路交通系统发展的紧迫需求之一。

2、但现有技术中的高频加热道岔加热融雪装置不能实现对加热融雪过程的整体反馈控制调节功能、高频电能到热能的转换加热功能、对加热融雪的能源供应管理功能和对设备状态和加热过程的安全监测功能，导致加热不均匀、加热融雪效果差、安全性低、稳定性差和经济效益低下的问题。

3、因此，本技术提出高频加热道岔加热融雪装置来改进现有技术中存在的技术缺陷是十分必要的。

4、1、专利文件cn114718002b公开了一种铁路道岔融雪锁闭框架加热装置，上述专利实现了边行驶边进行融雪操作、融雪效率高，但上述专利不能实现对加热融雪过程的整体反馈控制调节功能。

5、2、专利文件cn113531919b公开了一种多源互补铁路道岔融雪化冰系统及方法，上述专利实现了大幅降低电力增容成本和耗电量，只需消耗少量的循环泵功即可实现道岔机构的融雪化冰，节省初始投资成本且更加节能，但上述专利不能实现高频电能到热能的转换加热功能。

6、3、专利文件cn116382379b公开了一种道岔融雪系统及其控制方法，上述专利实现了加热效率高、升温快、耗能低的优点，但上述专利不能实现对加热融雪的能源供应管理功能。

7、4、专利文件cn109790689b公开了一种用于电加热道岔融雪系统的能量管理的方法和装置，上述专利实现了根据预定的操作参数可变地调节功率以及通过最优的能量使用实现道岔加热系统的安全功能，但上述专利不能实现对设备状态和加热过程的安全监测功能。

8、综上所述，上述专利不能实现对加热融雪过程的整体反馈控制调节功能、不能实现高频电能到热能的转换加热功能、不能实现对加热融雪的能源供应管理功能和不能实现对设备状态和加热过程的安全监测功能，导致加热不均匀、加热融雪效果差、安全性低、稳定性差和经济效益低下的问题；

9、为此，本技术提出了一种能实现对加热融雪过程的整体反馈控制调节功能、能实现高频电能到热能的转换加热功能、能实现对加热融雪的能源供应管理功能和能实现对设备状态和加热过程的安全监测功能的高频加热道岔加热融雪装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供高频加热道岔加热融雪装置，以解决上述背景技术中提出的不能实现对加热融雪过程的整体反馈控制调节功能、不能实现高频电能到热能的转换加热功能、不能实现对加热融雪的能源供应管理功能和不能实现对设备状态和加热过程的安全监测功能，导致加热不均匀、加热融雪效果差、安全性低、稳定性差和经济效益低下技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高频加热道岔加热融雪装置，包括供电模块、控制模块和加热模块，所述供电模块通过电源线与加热模块连接，所述控制模块通过信号线与供电模块和加热模块连接，所述控制模块用于对加热融雪操作进行自动化控制调节；

3、所述控制模块包括：控制单元、传感器单元和数据处理单元，所述控制单元与传感器单元和数据处理单元通过数据信号线进行数据交换和信息传递；

4、所述控制单元采用具有实时时钟和高速计算能力的arm cortex-m微控制器搭配pid控制算法，接收输入的控制信号并进行逻辑判断和操作；

5、所述传感器单元集成数字温湿度传感器和红外线温度传感器，所述传感器单元用于对环境温湿度和道岔表面温度进行实时准确测量；

6、所述数据处理单元采用嵌入式实时操作系统，对传感器单元采集的数据进行处理和控制决策，根据预设温度和湿度阈值判断是否需要启动加热，并调节加热功率。

7、优选的，所述加热模块用于对铁路道岔进行加热融雪操作；

8、加热模块包括：高频发生器单元、加热器单元和温度监测单元，高频发生器单元接收控制单元发送的加热功率调节信号，加热器单元接收高频发生器单元供给的高频电能，根据控制信号调节加热功率，温度监测单元监测道岔表面温度，并将实时温度数据传输至控制单元；

9、高频发生器单元选择siemens的igbt高频发生器模块，确保高频电能的稳定输出；

10、加热器单元选择电磁感应加热器，通过辐射方式将高频电能转化为热能传输至道岔表面；

11、温度监测单元采用max31855数字温度传感器，通过spi接口与控制单元通信，对道岔表面温度实时监测和控制。

12、优选的，所述供电模块用于为融雪装置进行能源供应并对电能进行精确分配和控制；

13、供电模块包括：电源单元、电路保护单元和电能管理单元，电能管理单元接收控制单元的电能调节信号，对电源输出进行实时调节满足不同工作状态下的电能需求；

14、电源单元采用稳定的交流电源模块，输入电压范围20-60v，输出电流和电压可调，为高频发生器单元和加热器单元稳定供电；

15、电路保护单元设计过流保护电流、过压保护电路和短路保护电路，使用快速保险丝和tvs二极管元器件确保电路安全可靠；

16、电能管理单元采用pwm控制技术对电能进行调节和管理，通过电力监测传感器实时监测电流变化，对电能进行精确分配和控制。

17、优选的，所述控制单元通过信号线连接有安全监测模块，安全监测模块用于对加热融雪过程进行安全监测和故障自诊断；

18、安全监测模块包括：火灾监测单元、温度保护单元和故障诊断单元，火灾监测单元和温度保护单元与传感器单元通过数据信号线连接，故障诊断单元通过数据线与传感器单元和控制单元连接，接收设备运行状态数据；

19、火灾监测单元采用可燃气体传感器和烟雾传感器通过ad转换器与控制单元连接，对道岔周围环境进行实时监测和报警；

20、温度保护单元内设置道岔表面温度上下限报警，道岔表面温度超出范围时自动停止加热并发送警报信息；

21、故障诊断单元设计自动故障检测和报警功能，通过lcd显示屏显示故障信息，并采取相应措施进行处理。

22、优选的，所述加热融雪装置内还设计有结构支撑模块，结构支撑模块用于确保装置稳定运行；

23、结构支撑模块包括：设备支架单元、绝缘层单元和防水防尘单元；

24、设备支架单元作为加热融雪装置的支撑和固定部件，与其他模块无数据连接交换，用于对加热融雪装置进行稳定固定；

25、绝缘层单元作为电路的绝缘保护层，绝缘层单元与电源单元和加热器单元通过绝缘胶布连接固定，确保电能传输安全；

26、防水防尘单元保护设备免受水和灰尘侵蚀，确保设备稳定性和环境适应性。

27、优选的，所述控制模块内通过api接口连接有通信模块，通信模块用于进行数据交换和远程控制信号连接；

28、通信模块包括：通信接口单元、数据存储单元和远程控制单元；

29、通信接口单元通过rs485通信接口与上位机进行通信，接收外部指令和发送实时数据进行数据交换和远程控制，采用ip通信协议确保通信稳定；

30、数据存储单元搭载高速高容量的闪存芯片，数据存储单元接收通信接口单元传来的历史数据和系统参数进行存储，支持数据备份和恢复功能，方便后续分析和调节；

31、远程控制单元设计友好的远程控制界面，支持远程启停加热、参数调节和故障诊断，确保用户操作便捷和系统稳定运行。

32、优选的，所述控制单元内的pid控制算法公式如下：

33、

34、其中，u(t)是控制器输出，即需要施加的控制信号；

35、e(t)是当前时刻的误差，即设定值与实际值之差；

36、kp是比例系数，用于调节比例部分的作用大小；

37、ki是积分系数，用于调节积分部分的作用大小；

38、kd是微分系数，用于调节微分部分的作用大小。

39、优选的，所述电能管理单元内的pwm控制技术的算法公式如下：

40、d＝ton/t*100％，其中，d是空占比，即高电平时间与周期时间的比值，用百分比表示；ton是高电平时间，即脉冲宽度；t是周期时间，即一个完整脉冲的时间长度；

41、当d大时，高电平时间长，输出电压和电流大；

42、当d小时，高电平时间短，输出电压和电流小。

43、优选的，所述使用方法包括以下步骤：

44、s1、确保装置正确安装在道岔上，结构支撑模块内的设备支架单元稳固且与道岔表面紧密接触，接通电源，确保供电模块的电源单元正常供电；

45、s2、使用控制模块的控制单元设定需要加热融雪的目标温度和加热时间的参数；

46、s3、在确认参数设定正确后，启动加热模块的加热单元，高频发生器单元开始产生高频电能，供给加热器单元；

47、s4、加热器单元将高频电能转化为热能，辐射至道岔表面开始加热融雪过程。

48、优选的，所述使用方法还包括以下步骤：

49、s21、确认传感器单元开始监测环境温度和道岔表面温度；

50、s31、控制单元根据pid控制算法实时计算需要施加的加热功率，并通过电能管理单元内的pwm控制技术控制高频发生器单元的输出；

51、s41、控制单元实时监测道岔表面温度，并根据设定的目标温度进行调节，加热过程中安全监测模块不断监测环境情况和设备状态，确保加热过程安全稳定。

52、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

53、1.本发明通过安装有控制模块，实现了对加热融雪过程的整体反馈控制调节功能，解决了不能精确控制加热功率和监测调节道岔表面温度的问题，带来了高效、可靠的加热效果，提高了道岔加热融雪装置的性能和稳定性；

54、2.本发明通过安装有加热模块，实现了高频电能到热能的转换加热功能，解决了无法将高频电能转化为热能并均匀传输到道岔表面进行加热融雪的问题，提高了加热均匀度，提高了加热融雪的效率；

55、3.本发明通过安装有供电模块，实现了对加热融雪的能源供应管理功能，提供了稳定的电源和保障电路安全，提高了道岔加热装置的可靠性和安全性；

56、4.本发明通过安装有安全监测模块，实现了对设备状态和加热过程的安全监测功能，及时发现并处理潜在的安全风险和故障情况，提高了加热融雪装置的安全性，提高了加热融雪效率和稳定性。