Scambi: SC4F
Introduzione al Sistema Scambi
Volevo realizzare una gestione di scambi per il mio plastico, ho visto vari sistemi, ed alla fine ho deciso di realizzarmelo tenendo conto d’alcuni elementi:
  • I posti di comando dovevano essere tre:
    • Automatismo - Attivo in Automatico
    • Comandi locali - Sempre attivi
    • Sinottico o Consolle - Attivi in Manuale Con alcune caratteristiche di segnalazione
  • La tensione d’alimentazione degli scambi a 15V alternata (Peco richiede 16V) con sistema di potenza isolato
  • La struttura delle schede a blocchi con un minimo di componibilità per espansioni future
  • Utilizzabile sia per scambi con finecorsa (es. ROCO) sia senza finecorsa (es. Peco).
Ho così realizzato il sistema, sviluppandolo su tre schede base:
  • INTERFACCIA AUTOMATISMO
  • FLIP_FLOP (GESTIONE INGRESSI e MEMORIA POSIZIONE)
  • USCITA DI POTENZA (A TRIAC con FOTOACCOPPIATORE)
Per motivi operativi, (prove e test) ho realizzato altre schede, che ovviamente non fanno propriamente parte del sistema ma comunque mi sono servite per provare (testare) il funzionamento dell’insieme:
  • ALIMENTAZIONE + 2 CLOCK+SINOTTICO
  • COMANDI LOCALE
E’ naturale che l’alimentazione, nella situazione finale sarà integrata con quella del plastico. La scheda LOCALE ha solo la funzione test, perché, simula interruttori vari posti sul plastico. La funzione SINOTTICO ed i due CLOCK faranno parte del sistema sinottico dell’intero plastico, completo anche di tutti i restanti comandi e segnalazioni.

Detto questo, vediamo com’è organizzato il tutto; dallo schema a blocchi sotto indicato, si può subito notare la semplicità del sistema.
I segnali in arrivo dall’AUTOMATISMO o dal sistema di comando (Microprocessore o Altro) vale a dire l’itinerario che il convoglio deve percorrere, entra in un INTERFACCIA, con una matrice di diodi in uscita, per creare il comando ai singoli scambi. Da qui, si procede su un sistema chiamato FLIP_FLOP, di memoria e d’integrazione dei segnali provenienti anche dagli altri due ingressi, SINOTTICO e LOCALE. Procedendo in fine su di un USCITA che considerando il tipo di carico da pilotare induttivo; (in altre parole le bobine degli scambi) è stata realizzata a TRIAC. In alternativa all’uscita a TRIAC si può usare una scheda a RELE, sia normali, che relè BISTABILI. La soluzione dei relè, essendo più costosa l’avrei preferita se gli scambi da me utilizzati, erano mossi con motore e non con bobine.
Ne consegue la possibilità di cambiare il tipo d’uscita in base al tipo di scambio o d’utenza che va alimentata.
Funzionamento
Prima di parlare dello schema d’ogni singola scheda, vediamo il suo funzionamento d'insieme.
Sono stati indirettamente predisposti due modi di funzionamento base: Manuale e Automatico. Con tre possibili posti di comando e/o segnalazione.
Come meglio indicato nella tabella seguente:
L’AUTOMATISMO ricevendo il segnale M/A si limita a non dare comandi su MANUALE, ed inviare i segnali d’ITINERARIO con il segnale AUTOMATICO attivo.

I comandi LOCALI, sono tutti quei comandi che noi siamo abituati a posizionare sul plastico nelle vicinanze degli organi controllati (scambi ecc.) sono sempre attivi, ed è possibile utilizzare sia dei deviatori (bistabili, i più comuni), sia dei comandi a zero centrale di riposo (I -> 0 <- I instabili).

Per quanto concerne il SINOTTICO la cosa è un poco più complessa; esso è attivo in MANUALE con ripetizione tramite dei LED dello stato degli scambi (a luce continua -> concordi e a luce lampeggiante -> discordi), di questo ne riparleremo. In condizione AUTOMATICO, disattivi i comandi mentre le segnalazioni sono sempre continue indicando la corretta posizione degli scambi.
Inoltre dal sinottico è possibile ottenere l’effetto instradamento, (solo in manuale) in pratica posizionare tutti i deviatori nella posizione in cui si dovranno posizionare gli scambi e con il classico pulsante dare la conferma a tutti quanti.
Il sinottico sarà trattato separatamente.
Interfaccia
Dall’automatismo, come abbiamo già accennato, arrivano i sei impulsi dei relativi itinerari. Siccome per motivi circuitali, per i binari di stazione, è stata fissata la direzione; in altre parole sono gestiti in modalità monodirezionale, in una stazione, si è pensato di poter disporre di un terzo binario gestibile in ambo le direzioni. Esso funziona come binario di parcheggio, composizione dei convogli ecc. ne consegue che a secondo della funzione di quest’ultimo binario (funzione scelta manualmente tramite commutatore), il sistema dovrà selezionare un tracciato diverso o combinazione diversa degli scambi (Si possono cosi generare 10 combinazioni diverse per l’intero plastico).
Per questo motivo i segnali in ingresso si moltiplicano con i segnali provenienti dal commutatore per la selezione del servizio desiderato in quella stazione. Quindi i sei segnali dopo essere passati tramite dei NOT (I segnali dell’automatismo sono di tipo negato) entrano in una sequenza di porte logiche END, OR che realizzano le possibili combinazioni. Da qui esce un segnale per ogni singola combinazione e/o itinerario. Tenendo conto che nella realtà ad ogni combinazione possono corrispondere diversi scambi e viceversa; come ultimo elemento è stato posto la classica matrice di diodi; per poter inviare il segnale di commutazione a tutti gli scambi interessati. I diodi si sarebbero in ogni modo dovuti mettere per adattare questo segnale, all’ingresso della scheda FLIPFLOP.
Naturalmente prima di sviluppare lo schema di questa scheda e soprattutto definire la matrice dei diodi è ho predisposto una mappatura degli scambi, numerandoli e inserendo in una tabella, tutte le combinazioni necessarie. E’ evidente che questa scheda, ha una propria personalizzazione sul plastico specifico; al contrario della scheda “FLIPFLOP” e la scheda “USCITA”, le quali non sono personalizzate, ma componibili.
Flip Flop
La scheda in questione somma i dati d’ingresso diretti (locale + automatismo) tramite diodi e li manda agli ingressi “S” e “R” dei flipflops “FF”, cui arrivano anche i segnali dal sinottico sugli ingressi “T” e “D”. Quest’ultimo è separato da fotoaccopiatori, per evitare incroci e ritorni di polarità, separando i circuiti. Inoltre il sinottico potrà essere alimentato separatamente a 5V.
I FF di tipo doppio “D” rappresentano, di fatto, la memoria della posizione degli scambi e ne inviano il comando agli stessi, solo nel caso sia necessaria una commutazione.
Le uscite dai FF prendono una doppia via: da un lato, tramite un 40106 ritornano ai fotoaccopiatori per tornare al sinottico, con l’indicazione della posizione dei FF (SCAMBI) e ai LED di segnalazione. L’altra via diventa il comando in uscita. Questo è temporizzato in modo da ottenere un impulso e quindi idoneo anche a scambi senza finecorsa.
Considerando che ognuna di queste schede gestisce N. 4 SCAMBI, dovendo pilotarne 12 ho realizzato per il mio plastico numero tre schede; ed in ognuna ho impostato tempi diversi (non erano necessari), per eseguire delle prove sul comportamento degli scambi (io ho utilizzato scambi con finecorsa e quindi con molti problemi in meno).

SK 1 = 0,08 S, - SK2 = 0,20 S, - SK3 = 0,47 S
La prima scheda, ha dato i seguenti Problemi: gli scambi Flescman non sempre commutano per mancanza d’energia risolta, aumentando la potenza del trasformatore d’alimentazione 30+30 VA collegato in parallelo.

Con la seconda gli scambi Peco sono rumorosi dimostrando che il tempo è lungo.

In fine per la terza; gli impulsi troppo lunghi per Lima e Peco (uno scambio lima bruciato) ma in compenso i Flescman che ho provato anno dato buoni risultati anche con il primo trasformatore d’alimentazione meno potente.

Ne consegue che se avete scambi con finecorsa è meglio un tempo più lungo, mentre se utilizzate scambi senza finecorsa tipo Peco o altro è preferibile accorciare il tempo ed eventualmente aumentare la potenza del trasformatore d’alimentazione; ho acquistato al caso, un TR da 220/15+15 30+30VA collegando in parallelo (UNIRE) i due secondari. ( dimenticavo operazione da fare con un tester, per verificare se tutto ok, si potrebbe, senza accorgerci, generare un cortocircuito).
Uscita
Questa scheda (scheda di potenza) lavora direttamente sul circuito a 15V in alternata che alimenta gli scambi.
Il segnale d’ingresso, passa tramite un baffer 40106 che serve a pilotare l’ingresso del fotoaccopiatore a zero crossing con uscita a triac, necessario per separare la corrente continua dei comandi, dalla corrente alternata che pilota gli scambi. Il fotoaccopiatore pilota il Triac da 8A che funziona da interruttore di comando dei magneti degli scambi. Il fotoaccopiatore è collegato al triac tenendo conto che il carico è di tipo induttivo. Ho ricavato lo schema di questa parte direttamente dai manuali del costruttore del fotoaccopiatore adottato.
Avendo realizzato l’ingresso tramite 40106, non va mai lasciato il connettore d’ingresso scollegato.
Locale
Questa scheda è stata realizzata solo come supporto per eseguire le prove e testare le schede FF sul banco di prova. Simulano in pratica i segnali dei comandi locali che sono in realtà situati sul plastico e i segnali a valle della scheda d’interfaccia.
Sinottico
Per poter ovviamente eseguire le prove, ho provveduto a realizzare un elemento che funzionasse come un vero e proprio sinottico, all’interno del quale è stato sistemato anche l’alimentazione e i due clock di cui necessita il sinottico stesso.
La gestione delle indicazioni sul sinottico è ottenuta come sotto indicato.

Per comodità negli schemi sono stati indicati i due LED come “VERDE” e “ROSSO”
Per ottenere il funzionamento dei LED degli scambi, sono stati adottati i Segnali e le Funzioni come di seguito:

M - Manipolatore o stato del deviatore sul sinottico
C - Campo o posizione reale dello scambio (restituita da FF )
CK - CLOK (1 Hz circa)

A - LED posizione dello scambio corretto tracciato
B - LED posizione dello scambio deviato

L’equazione per il controllo dei LED è:
Ottenendo in questo modo l’ effetto indicato : posizione concorde luce fissa, posizione discorde luce lampeggiante.
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