一种转辙机温湿度控制系统的制作方法

本发明涉及转辙机温湿度控制领域，尤其涉及一种转辙机温湿度控制系统。
背景技术：
：转辙机是指用以可靠地转换道岔位置，改变道岔开通方向，锁闭道岔尖轨，反映道岔位置的重要的信号基础设备，它可以很好地保证行车安全，提高运输效率，改善行车人员的劳动强度。通过转辙机反馈回来的信息来判断尖轨是否与基本轨紧密贴合，当转辙机出现故障时，会出现控制台已经接收到转辙机完成了对道岔位置的转换而尖轨未能紧贴基本轨的情况，导致误判，进而引发严重的损失。目前铁路上常用的电液式转辙机受天气条件影响，会导致其内部机构发生失灵的情况，例如温度较低时，会导致油缸、油管里的油液冻结，使得液压传动系统失灵，易造成严重的安全事故。此外转辙机处于封闭状态，内部长期处于湿度较高的环境下会使得内部零部件腐朽，尤其是传动机构一旦腐朽就会出现卡涩的现象，从而导致转辙机寿命下降，存在一定的安全隐患。现有技术中，对转辙机的故障状态的监测主要是对转辙机缺口的监测，进而判断转辙机是否正常工作，但是对转辙机内部的环境控制尚未有有效的解决方案。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种转辙机温湿度控制系统，分别采用温度传感器和湿度传感器配合采集转辙机内部的温湿度情况，再利用pid控制算法来控制转辙机内部的温湿度状态，使得转辙机工作在较为理想的环境下，提高转辙机的寿命，降低因转辙机故障导致的列车脱轨风险。为了实现上述目的，本发明提供的一种转辙机温湿度控制系统是这样实现的：一种转辙机温湿度控制系统，包括温度传感器、湿度传感器、温湿度调节装置、出风管、进风管，分别在转辙机内壁的四个面安装有温度传感器和湿度传感器，温度传感器用于检测转辙机内部的温度信息，湿度传感器用于检测转辙机内部的湿度信息，温湿度调节装置安装在转辙机外部，温度传感器、湿度传感器将采集到的信息发送给温湿度调节装置进行计算处理，转辙机的一侧安装有出风管和进风管，由温湿度调节装置通过进风管向转辙机内部输送热风或冷风来调节转辙机内部的温度，温湿度调节装置通过进风管向转辙机内部输送干燥空气来调节转辙机内部的湿度，并控制出风管的开闭来实现转辙机内部空气循环，辅助温湿度调节装置调节转辙机内部的温湿度。本发明的温湿度调节装置包括金属铝盒、热风机、空气干燥机、混风箱、通风管、冷风机、降压稳压模块、继电器组、控制电路板，降压稳压模块、热风机、空气干燥机、混风箱、通风管、冷风机、继电器组、控制电路板安装在金属铝盒中，在金属铝盒的侧面设置百叶窗，便于空气进入热风机、空气干燥机、冷风机中，热风机用于向转辙机中输送热风，空气干燥机用于向转辙机输送干燥的空气，热风机用于向转辙机中输送冷风，控制电路板用于接收转辙机内壁上安装的温度传感器和湿度传感器采集到的温度值和湿度值，并计算四个温度传感器的平均值作为转辙机内部的温度值，计算四个湿度传感器的平均值作为转辙机内部的湿度值，根据计算出的值控制继电器组的导通状态，进而控制热风机、空气干燥机、冷风机工作，热风机、空气干燥机、冷风机与混风箱之间采用通风管连接，再通过混风箱另一侧的进风管将混风箱中的风吹送到转辙机内部，降压稳压模块对转辙机电源降压后为热风机、空气干燥机、冷风机、继电器组、控制电路板供电。本发明的金属铝盒前侧设有百叶窗，便于向热风机、空气干燥机、冷风机提供空气，右侧设有通孔，便于进风管穿过金属铝盒与混风箱连接，达到输送风的目的。本发明的混风箱用于缓存热风机、空气干燥机、冷风机输送来的风，混风箱的左侧与通风管连接，右侧与进风管连接，进风管与混风箱之间连接有鼓风机，热风机、空气干燥机、冷风机将热风、干燥空气、冷风吹送到混风箱中后，由鼓风机将混风箱中的风吹送至进风管，由进风管进入到转辙机中。本发明的出风管上设有电磁阀，用于控制转辙机与外部空气的交换，电磁阀的电源来源于降压稳压模块，由控制电路板控制继电器组的通断来控制电磁阀的电源，进而控制电磁阀的开断。本发明的继电器组采用5路继电器组，1～5路继电器分别控制热风机、空气干燥机、冷风机、电磁阀、鼓风机的通断，控制电路板向继电器组输入00000，表示控制热风机、空气干燥机、冷风机、电磁阀、鼓风机关断，控制电路板向继电器组输入11111，表示控制热风机、空气干燥机、冷风机、电磁阀、鼓风机打开，即1代表高电平，表示继电器组相应的继电器打开，0表示低电平，表示继电器组相应的继电器关闭。本发明的转辙机温湿度控制方案为：先对系统进行初始化，再进行温度采集和湿度采集，将转辙机内壁上安装的温度传感器和湿度传感器采集到的温度值和湿度值传输到控制电路板中进行分析处理，计算四个温度传感器的平均值作为转辙机内部的温度值，计算四个湿度传感器的平均值作为转辙机内部的湿度值，再通过pid控制算法根据计算出的温度值和湿度值来控制热风机、空气干燥机、冷风机、电磁阀、鼓风机的工作状态，当温度超过预设值时，控制电路板控制冷风机、鼓风机工作，并控制电磁阀打开，冷风机向混风箱中输送冷风，并通过鼓风机将混风箱中的冷风吹入到转辙机内部，此时出风管处于畅通状态，输入转辙机中的冷风将转辙机中的热空气排出到转辙机外，达到降低转辙机内部的温度的目的，直到转辙机中温度值处于预设值范围内时，控制电路板才会控制冷风机、鼓风机停止工作；当温度低于预设值时，控制电路板控制热风机、鼓风机打开，控制电磁阀关闭，热风机向混风箱中输送热风，并通过鼓风机将混风箱中的热风吹入到转辙机内部，此时出风管处于关断状态，输入转辙机中的热风混入到转辙机的冷风中，使得转辙机中的温度能够快速增加，达到升温的目的，直到转辙机中温度值处于预设值范围内时，控制电路板才会控制热风机停止工作；当湿度超过预设值时，控制电路板控制空气干燥机、鼓风机打开、电磁阀打开工作，空气干燥机向混风箱中输送干燥空气，并通过鼓风机将混风箱中的干燥空气吹入到转辙机内部，此时出风管处于畅通状态，输入转辙机中的干燥空气将转辙机中的湿气从出风管中排出，降低转辙机中的湿度，直到转辙机中湿度值处于预设值范围内时，控制电路板才会控制空气干燥机、鼓风机停止工作；温度传感器和湿度传感器继续采集转辙机中温湿度，并反馈到控制电路板中，控制电路板再对温湿度进行判断，并根据反馈回来的温湿度值控制热风机、空气干燥机、冷风机、电磁阀、鼓风机工作，如此循环往复，使得转辙机内的温湿度值一直处于预设值范围内，为转辙机提供较为理想的运行环境。本发明的温湿度值预设值是根据中华人民共和国国家标准《铁路道岔转辙机第1部分：通用技术条件gb/t25338.1—2019》中对转辙机工作环境的要求设定的，其中温度的预设值为-40℃～+70℃，湿度的预设值为不大于90％。本发明的pid控制算法调整转辙机内部温湿度值的方案为：先在控制电路板中设置好预设温度值和湿度值，再将温度传感器、湿度传感器反馈回来的温度值和湿度值进行平均值计算，得到转辙机的温度值和湿度值，再用预设温度值、预设湿度值分别与实时反馈回来的温度值和湿度值做偏差计算，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，再由控制电路板根据这个控制量控制继电器组工作，进而控制热风机、空气干燥机、冷风机、电磁阀、鼓风机做出相应的响应。由于本发明分别采用温度传感器和湿度传感器配合采集转辙机内部的温湿度情况，再利用pid控制算法来控制热风机、空气干燥机、冷风机、电磁阀、鼓风机做出相应的响应，进而调整转辙机内部的温湿度状态的结构，从而可以得到以下有益效果：本发明采用的pid控制算法简单、鲁棒性好和可靠性高，能可靠的控制热风机、空气干燥机、冷风机、电磁阀、鼓风机工作以达到调节转辙机内部温湿度，使得转辙机工作在较为理想的环境下，提高转辙机的寿命，降低因转辙机故障导致的列车脱轨风险。附图说明图1为本发明一种转辙机温湿度控制系统的安装结构示意图；图2为本发明一种转辙机温湿度控制系统的温湿度调节装置的结构示意图；图3为本发明一种转辙机温湿度控制系统的金属铝盒的结构示意图；图4为本发明一种转辙机温湿度控制系统的混风箱的结构示意图；图5为本发明一种转辙机温湿度控制系统的出风管的结构示意图；图6为本发明一种转辙机温湿度控制系统的转辙机温湿度控制方案流程图；图7为本发明一种转辙机温湿度控制系统的pid控制算法调整转辙机内部温湿度值的方案流程图；图8为本发明一种转辙机温湿度控制系统的工作原理图；图9为本发明一种转辙机温湿度控制系统的温度传感器的电路原理图。主要元件符号说明。温度传感器11湿度传感器22温湿度调节装置33出风管44进风管55金属铝盒66热风机77空气干燥机88混风箱99通风管1010冷风机1111降压稳压模块1212继电器组1313控制电路板1414百叶窗1515通孔1616鼓风机1717电磁阀1818具体实施方式下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。请参阅图1至图8所示为本发明中的一种转辙机温湿度控制系统及方法，包括温度传感器1、湿度传感器2、温湿度调节装置3、出风管4、进风管5。如图1所示，所述的温湿度调节装置3安装在转辙机外部，贴近转辙机安装，分别在转辙机内壁的四个面安装有温度传感器1和湿度传感器2，温度传感器1用于检测转辙机内部的温度信息，湿度传感器2用于检测转辙机内部的湿度信息，温度传感器1、湿度传感器2将采集到的信息发送给温湿度调节装置3进行计算处理，其中以计算四个面上温度传感器1采集到的温度值的平均值作为转辙机内部的温度值、湿度传感器2采集的湿度值的平均值作为转辙机内部的湿度值，转辙机的一侧安装有出风管4和进风管5，由温湿度调节装置3通过进风管5向转辙机内部输送热风或冷风来调节转辙机内部的温度，温湿度调节装置3通过进风管5向转辙机内部输送干燥空气来调节转辙机内部的湿度，并控制出风管4的开闭来实现转辙机内部空气循环，辅助温湿度调节装置3调节转辙机内部的温湿度。如图2所示，所述的温湿度调节装置3包括金属铝盒6、热风机7、空气干燥机8、混风箱9、通风管10、冷风机11、降压稳压模块12、继电器组13、控制电路板14，降压稳压模块12、热风机7、空气干燥机8、混风箱9、通风管10、冷风机11、继电器组13、控制电路板14安装在金属铝盒6中，在金属铝盒6的侧面设置百叶窗15，便于空气进入热风机7、空气干燥机8、冷风机11中，热风机7用于向转辙机中输送热风，以增加转辙机内部的温度，空气干燥机8用于向转辙机输送干燥的空气，以降低转辙机内部的湿度，热风机7用于向转辙机中输送冷风，用于降低转辙机内部的温度，使得转辙机处于一个比较理想的温湿度条件下运行，提高转辙机的使用寿命，降低列车脱轨的风险，控制电路板14用于接收转辙机内壁上安装的温度传感器1和湿度传感器2采集到的温度值和湿度值，并计算四个温度传感器1的平均值作为转辙机内部的温度值，计算四个湿度传感器2的平均值作为转辙机内部的湿度值，根据计算出的值控制继电器组13的导通状态，进而控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11工作，热风机7、空气干燥机8、冷风机11与混风箱9之间采用通风管10连接，再通过混风箱9另一侧的进风管5将混风箱9中的风吹送到转辙机内部，降压稳压模块12对转辙机电源降压后为热风机7、空气干燥机8、冷风机11、继电器组13、控制电路板14供电，由控制电路板14控制继电器组13中不同继电器的通断来控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11的电源通断，进而控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11的工作。如图3所示，所述的金属铝盒6前侧设有百叶窗15，便于向热风机7、空气干燥机8、冷风机11提供空气，右侧设有通孔16，便于进风管5穿过金属铝盒6与混风箱9连接，达到输送风的目的。如图4所示，所述的混风箱9采用铁块焊接而成，用于缓存热风机7、空气干燥机8、冷风机11输送来的风，混风箱9的左侧与通风管10连接，右侧与进风管5连接，进风管5与混风箱9之间连接有鼓风机17，热风机7、空气干燥机8、冷风机11将热风、干燥空气、冷风吹送到混风箱9中后，由鼓风机17将混风箱9中的风吹送至进风管5，由进风管5进入到转辙机中。如图5所示，所述的出风管4上设有电磁阀18，用于控制转辙机与外部空气的交换，电磁阀18的电源来源于降压稳压模块12，由控制电路板14控制继电器组13的通断来控制电磁阀18的电源，进而控制电磁阀18的开断，当向转辙机中输送热风时，关闭电磁阀18，使得转辙机内部温度能够快速的升高，当向转辙机内部输送冷风时，电磁阀18打开，便于转辙机中冷风的混入将热气吹出，当向转辙机中输送干燥空气时，电磁阀18打开，便于进入转辙机中的干燥空气将转辙机中湿气吹出转辙机。所述的继电器组13采用5路继电器组13，1～5路继电器分别控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11、电磁阀18、鼓风机17的通断，控制电路板14向继电器组13输入00000，表示控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11、电磁阀18、鼓风机17关断，控制电路板14向继电器组13输入11111，表示控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11、电磁阀18、鼓风机17打开，即1代表高电平，表示继电器组13相应的继电器打开，0表示低电平，表示继电器组13相应的继电器关闭。如图6所示，所述的转辙机温湿度控制方案为：先对系统进行初始化，再进行温度采集和湿度采集，将转辙机内壁上安装的温度传感器1和湿度传感器2采集到的温度值和湿度值传输到控制电路板14中进行分析处理，计算四个温度传感器1的平均值作为转辙机内部的温度值，计算四个湿度传感器2的平均值作为转辙机内部的湿度值，再通过pid控制算法根据计算出的温度值和湿度值来控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11、电磁阀18、鼓风机17的工作状态，当温度超过预设值时，控制电路板14控制冷风机11、鼓风机17工作，并控制电磁阀18打开，冷风机11向混风箱9中输送冷风，并通过鼓风机17将混风箱9中的冷风吹入到转辙机内部，此时出风管4处于畅通状态，输入转辙机中的冷风将转辙机中的热空气排出到转辙机外，达到降低转辙机内部的温度的目的，直到转辙机中温度值处于预设值范围内时，控制电路板14才会控制冷风机11、鼓风机17停止工作；当温度低于预设值时，控制电路板14控制热风机7、鼓风机17打开，控制电磁阀18关闭，热风机7向混风箱9中输送热风，并通过鼓风机17将混风箱9中的热风吹入到转辙机内部，此时出风管4处于关断状态，输入转辙机中的热风混入到转辙机的冷风中，使得转辙机中的温度能够快速增加，达到升温的目的，直到转辙机中温度值处于预设值范围内时，控制电路板14才会控制热风机7停止工作；当湿度超过预设值时，控制电路板14控制空气干燥机8、鼓风机17打开、电磁阀18打开工作，空气干燥机8向混风箱9中输送干燥空气，并通过鼓风机17将混风箱9中的干燥空气吹入到转辙机内部，此时出风管4处于畅通状态，输入转辙机中的干燥空气将转辙机中的湿气从出风管4中排出，降低转辙机中的湿度，直到转辙机中湿度值处于预设值范围内时，控制电路板14才会控制空气干燥机8、鼓风机17停止工作；温度传感器1和湿度传感器2继续采集转辙机中温湿度，并反馈到控制电路板14中，控制电路板14再对温湿度进行判断，并根据反馈回来的温湿度值控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11、电磁阀18、鼓风机17工作，如此循环往复，使得转辙机内的温湿度值一直处于预设值范围内，为转辙机提供较为理想的运行环境。所述的温湿度值预设值是根据中华人民共和国国家标准《铁路道岔转辙机第1部分：通用技术条件gb/t25338.1—2019》中对转辙机工作环境的要求设定的，其中温度的预设值为-40℃～+70℃，湿度的预设值为不大于90％。如图7所示，所述的pid控制算法调整转辙机内部温湿度值的方案为：先在控制电路板14中设置好预设温度值和湿度值，再将温度传感器1、湿度传感器2反馈回来的温度值和湿度值进行平均值计算，得到转辙机的温度值和湿度值，再用预设温度值、预设湿度值分别与实时反馈回来的温度值和湿度值做偏差计算，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，再由控制电路板14根据这个控制量控制继电器组13工作，进而控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11、电磁阀18、鼓风机17做出相应的响应。所述的控制电路板14采用stm32f103zet6最小控制板。如图9所示，所述的温度传感器1由第1-4普通二极管：d1、d2、d3、d4，第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1、第二电容c2、发光二极管d5、电感l、热敏电阻组成，热敏电阻值随着转辙机内部的温度变化而变化，将第一普通二极管d1、第二普通二极管d2、第三普通二极管d3、第四普通二极管d4连接成二极管桥，这样电路能够永远保证有正确的极性，防止电源反接对电路造成损坏，第二普通二极管d2的负极与第一普通二极管d1的正极连接后与降压稳压模块12输出的5v电源正极vcc连接，第三普通二极管d3的负极和第四普通二极管d4的正极连接后接降压稳压模块12输出的5v电源负极gnd，即使该电路的正负极被接反也不会对后端电路造成损坏，第一普通二极管d1的负极与第四普通二极管d4的负极连接后作为后端电路的正极，第二普通二极管d2的正极与第三普通二极管d3的正极连接起来作为后端电路的负极，第一电阻r1与发光二极管d5串联在后端电路的正极与负极之间，发光二极管d5作为电路工作的指示灯，当电路正常工作时，发光二极管d5亮起，表示电路处于工作状态，当发光二极管d5不亮时，表示电路处于非工作状态，第二电阻r2与电感串联在后端电路的正极上，热敏电阻与第一电容c1并联在第二电阻r2和电感l连接处与后端电路负极之间，第二电容c2串联在电感l的另一端与后端电路负极之间，输出端为u0，输出端为u0与控制电路板14连接，热敏电阻的阻值随着转辙机内部温度的变化，使得热敏电阻两端电压在变化，经过第一电容c1、第二电容c2、电感l连接起来作为滤波电路进行滤波后，去除噪声，在输出端为u0得到一个较为稳定的电压值，该电压值输入到控制电路板14中进行处理，转换为对应的温度值。本发明的工作原理与工作过程如下：如图8所示，将转辙机内壁上安装的温度传感器1和湿度传感器2采集到的温度值和湿度值传输到控制电路板14中进行分析处理，计算四个温度传感器1的平均值作为转辙机内部的温度值，计算四个湿度传感器2的平均值作为转辙机内部的湿度值，再通过pid控制算法根据计算出的温度值和湿度值来控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11、电磁阀18、鼓风机17的工作状态，当温度超过预设值时，控制电路板14控制冷风机11、鼓风机17工作，并控制电磁阀18打开，冷风机11向混风箱9中输送冷风，并通过鼓风机17将混风箱9中的冷风吹入到转辙机内部，此时出风管4处于畅通状态，输入转辙机中的冷风将转辙机中的热空气排出到转辙机外，达到降低转辙机内部的温度的目的，直到转辙机中温度值处于预设值范围内时，控制电路板14才会控制冷风机11、鼓风机17停止工作；当温度低于预设值时，控制电路板14控制热风机7、鼓风机17打开，控制电磁阀18关闭，热风机7向混风箱9中输送热风，并通过鼓风机17将混风箱9中的热风吹入到转辙机内部，此时出风管4处于关断状态，输入转辙机中的热风混入到转辙机的冷风中，使得转辙机中的温度能够快速增加，达到升温的目的，直到转辙机中温度值处于预设值范围内时，控制电路板14才会控制热风机7停止工作；当湿度超过预设值时，控制电路板14控制空气干燥机8、鼓风机17打开、电磁阀18打开工作，空气干燥机8向混风箱9中输送干燥空气，并通过鼓风机17将混风箱9中的干燥空气吹入到转辙机内部，此时出风管4处于畅通状态，输入转辙机中的干燥空气将转辙机中的湿气从出风管4中排出，降低转辙机中的湿度，直到转辙机中湿度值处于预设值范围内时，控制电路板14才会控制空气干燥机8、鼓风机17停止工作；温度传感器1和湿度传感器2继续采集转辙机中温湿度，并反馈到控制电路板14中，控制电路板14再对温湿度进行判断，并根据反馈回来的温湿度值控制热风机7、空气干燥机8、冷风机11、电磁阀18、鼓风机17工作，如此循环往复，使得转辙机内的温湿度值一直处于预设值范围内，为转辙机提供较为理想的运行环境。当前第1页12