道岔融雪系统的研究及应用

论文摘要

冬季冰雪使道岔无法正常转换,从而使铁路运输的安全运行受到严重影响。传统清除道岔积雪的方法浪费人力、物力,已经无法适应现代铁路高速发展的需求。道岔融雪系统能够自动对道岔进行加热实现融冰融雪,保障道岔的正常工作不受天气影响。由此,对高效、自动化道岔融雪系统的研究势在必行。本文通过使用感应加热方法结合PLC控制技术设计了一套新型节能的道岔融雪系统。首先介绍了道岔融雪系统的结构及组成,根据工作流程将整个系统分为信息采集子系统与监控子系统,并对其进行硬件与软件的设计与研究,完成信息采集子系统中信息数据的采集及有效性传输,实现监控子系统的组态设计以及上位机与下位机之间的通信。信息采集子系统采用RY-YX型雨雪传感器直接对雨雪信号进行采集。使用DS18B20智能温度传感器与单片机组成轨温信息采集模块,实现轨温的模拟量采集。单片机与PLC之间采用RS485串行通信完成信息采集子系统与监控子系统之间的信息传输。针对通信过程中由于信号干扰而可能产生的误码问题,采用循环冗余校验（CRC）的方法进行差错校验,并使用Matlab仿真信息传输过程中校验的过程与结果,同时分析研究了一种改进算法与纠错方法提高校验的处理效率。监控子系统实现对道岔自动化、智能化的加热管理。本文采用PLC作为下位机,进行了硬件和软件设计；使用Monitorand Control Generated System（简称MCGS）组态软件进行上位机组态设计,实现了参数设置、数据查询、控制模式选择等人机交互功能。通过使用多串口卡完成PC机与PLC之间1：N的通信。针对目前所使用的电阻式加热设备预热时间长、加热过程热量散失等问题,本系统加热模块采用新型的电磁感应加热方法实现对道岔的加热,这也是本文的创新所在。根据现场的实际需求,分析对比各种电路特点,设计了本系统加热模块的主电路、主要组成元器件参数等,并通过构建加热模块进行现场试验。通过现场试验,本系统加热模块基本满足道岔融雪的要求,与传统的电阻加热相比,感应加热提高了一定的速度并达到了一定的节能效果。另外本文对设备的安装进行了分析与设计,针对感应加热可能会产生的干扰问题提出了一系列的解决方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 道岔融雪系统研究的背景及意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究目的及意义
• 1.2 道岔融雪方式国内外的发展现状
• 1.2.1 国内外发展现状
• 1.2.2 新型道岔融雪方法
• 1.3 研究内容与方法
• 1.3.1 研究的内容与方案
• 1.3.2 拟解决的关键问题
• 2 道岔融雪系统整体概述
• 2.1 系统整体概述
• 2.1.1 系统总体结构
• 2.1.2 系统各部分组成
• 2.2 系统总体设计
• 2.2.1 系统工作原理分析
• 2.2.2 总体设计方案
• 2.3 道岔感应加热基本理论
• 2.3.1 感应加热基本原理
• 2.3.2 感应加热的特点分析
• 2.3.3 感应加热电源及基本结构
• 3 道岔融雪信息采集子系统的设计与分析
• 3.1 雨雪信号采集模块
• 3.2 轨温信息采集模块的设计
• 3.2.1 总体结构
• 3.2.2 轨温信息采集模块的硬件及软件设计
• 3.2.3 轨温信息采集模块与PLC之间的通信
• 3.3 轨温信息采集差错处理
• 3.3.1 差错校验
• 3.3.2 DS18B20串行通信的CRC校验及仿真
• 3.3.3 CRC校验算法改进及纠错
• 4 道岔融雪监控子系统的设计与研究
• 4.1 道岔融雪系统控制方案
• 4.1.1 监控子系统总体结构
• 4.1.2 控制模式
• 4.1.3 监控子系统总体控制方案
• 4.2 监控系统上位机的设计与分析
• 4.2.1 MCGS组态软件
• 4.2.2 设计流程
• 4.2.3 监控子系统的组态设计与实现
• 4.3 监控子系统下位机的设计与分析
• 4.3.1 可编程控制器
• 4.3.2 PLC的选型及配置方案
• 4.3.3 控制系统中的地址分配
• 4.3.4 下位机软件设计
• 4.4 MCGS组态上位机与下位机PLC之间的通信
• 4.5 感应加热模块的设计
• 4.5.1 感应加热模块的主要组成
• 4.5.2 主电路设计
• 4.5.3 逆变器开关元器件的选择及特性分析
• 4.5.4 主电路元件参数设计
• 4.5.5 感应加热器的设计
• 4.6 感应加热模块的实现及现场试验情况
• 4.7 感应加热装置的安装及现场干扰问题解决方案
• 4.7.1 感应加热装置的安装设计
• 4.7.2 干扰问题分析及解决方案
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果