Scambi: SCMP
Gestione Scambi
La gestione scambi si presenta, apparentemente molto semplice, ma nella realtà nasconde delle insidie; a tal punto che se si osservano diversi plastici, si nota che ognuno l'ha risolto a modo suo.

In effetti, si notano scambi che con bobine tradizionali sono gestiti con circuiti più o meno complessi ( e spesso anche con risultati tipo qualche fumata nera ). Per ovviare a ciò molti sono passati ai motori "Tortoise" o ai "Servo" più semplicemente detti attuatori.
Questi due motori, comportano però qualche problema di montaggio meccanico con dei costi aggiuntivi. Inoltre nel caso dei SERVO è necessaria una scheda elettronica per la loro gestione.

L' idea proposta è invece quella di un semplice circuito con costi più contenuti, funzionale ai vari tipi di scambi in commercio, mantenendo l'uso delle tradizionali bobine.

Lo schema che vado a proporre è l'ultima versione da me progettata e può essere ulteriormente personalizzato in varie direzioni nel caso si debbano gestire piu' scambi. Una versione tipica puo' essere: composta di un'unità di controllo centralizzata, un'interfaccia verso il DCC, una gestione dell'instradamento e/o meglio ancora, separare la parte di gestione dalla parte di comando.
Storia
Prima di iniziare lo sviluppo di questo sistema, ho osservato i vari metodi proposti sulle varie riviste dai cosiddetti esperti.
Tutte le soluzioni proposte da un punto di vista puramente elettrico pero' non mi lasciavano soddisfatto … o forse la frase più appropriata poteva essere "nonostante gli errori funziona".
Da qui è nata l'idea di sviluppare qualcosa di mio. Si comincia con una prima scheda, forse troppo performante e costosa, si aggiusta il tiro, e realizzo la seconda scheda, questa è la versione installata sul mio plastico con un buon rapporto prestazioni/costi. L'unico difetto, rimasto per il tipo di scambi usati che sul mio plastico non si riscontra è quello legato alla non possibilità di eseguire delle regolazioni sui tempi di impulso per il movimento dell'ago dello scambio da una posizione all'altra.
Con la conoscenza del microcontrollore PIC ho rivisto pesantemente il sistema, ho mantenuto alcuni concetti base e ho demandato alcune cose al software, comprese le regolazioni sopra citate.
Mi spiego meglio, se osservate scambi di marca e tipo diversi mantenendo per ogni singolo scambio le bobine originali, noterete che i tempi tipici di commutazione delle bobine cambiano.
In altre parole la durata dell'impulso per muovere gli aghi cambia da costruttore a costruttore.
Concetti Tecnici
Per comodità ho utilizzato scambi della ditta PECO che forse, dal punto di vista elettrico, sono i più difficili da gestire.
Girovagando poi tra le varie applicazioni e frequentando alcuni gruppi ferro-modellistici ho scoperto, sigh mio malgrado, che questi scambi alcuni li comandano in Corrente Continua "CC", con la conseguenza di avere consumi mostruosi, altri utilizzando RELE' o altre diavolerie pseudo elettriche/elettroniche.
L' utilizzo della corrente continua per queste applicazioni e'un affronto all'elettrotecnica in quanto se la permanenza del comando rimane per un qualsiasi motivo per un tempo piu' lungo del previsto le famose fumate nere di cui si accennava in precedenza non saranno solo parole ma fatti concreti e poi nessun dispositivo elettromagnetico di quel tipo è nato per essere gestito in c.c !
Riguardo all'utilizzo di relè ausiliari per il comando, personalmente esprimo qualche dubbio.
Le bobine degli scambi alimentate in Alternata "CA" sono un carico induttivo e di conseguenza i contatti dei rele' sono sottoposti a stress elettrico e meccanico che, se si rispettano le specifiche costruttore hanno la durata dichiarata, ma utilizzando la c.c. lo stress è distruttivo con la logica conclusione che la loro durata potrà essere di poche commutazioni.
Al fine di evitare inconvenienti e danni di questo tipo ho deciso di alimentare i miei scambi in corrente alternata utilizzando TRIAC collegati in modalità carico induttivo, con controllo del passaggio per lo zero della sinusoide di comando e con alimentazioni separate.
La scheda proposta, a dire il vero può anche essere utilizzata per carichi a tensione di RETE (220Vca) ma deve essere opportunamente isolata per evitare contatti accidentali ed infortuni sgradevoli
Schema
Come già accennato la mia scheda utilizza per la gestione un microcontrollore PIC ed elettronica di facile reperibilità di contorno.

Cominciamo dallo schema applicativo dove troviamo in alto a destra un trasformatore 220/15 V 8 W di potenza per ogni scheda / Scambio.
Da qui si alimenta sia la scheda che il circuito "di potenza" (cioè gli scambi ) in modo separato; questo permette di alimentare e/o utilizzare la scheda anche con utenze a tensione diversa.
Sul lato sinistro si trovano i due pulsanti per il comando allo scambio e a destra della scheda si trova lo scambio.
Visto i collegamenti esterni ( ridotti all'essenziale ) passiamo alla scheda.
Cominciando in basso a sinistra troviamo lo stadio di alimentazione con il classico 7805 che fornisce i +5V di alimentazione al PIC.
Sempre in basso a sinistra si trovano i due ingressi collegati tramite diodi e resistenze di Pool-Up al PIC. I diodi sono ovviamente girati verso GND. vedasi logica interna PIC.
Come processore è stato scelto un 8 piedini con una programmazione atta a ridurre al minimo indispensabile la componentistica esterna di supporto. Permettendo di ottenere una scheda Compatta. Le 3 Uscite del microcontrollore PIC sono cosi utilizzate.
Una serve per gestire i due LED di indicazione dello stato dello scambio, mentre le altre due vanno a pilotare i 2 fotoaccopiatori a Zero Crossing che a loro volta pilotano i TRIAC che comandano le bobine degli scambi.
Si noti che lo schema di collegamento ed i valori dei componenti della catena TLP3041 -> TRIAC -> scambio sono stati presi direttamente dal DATA SCEET del TLP3041 marchiato Toshiba.
Tutta la componentistica è reperibile presso un qualsiasi negozio elettronica specializzato.

Il prototipo di quanto sopra descritto è realizzato su basetta mille fori.
SCMP 0002 – Schema di collegamento
SCMP 0001 – Disegno Scheda mP
Software
La gestione interna è di tipo a logica Bassa, a FLIP-FLOP con antirimbalzo sugli ingressi e verifiche su di essi. La durata dell'impulso di comando è memorizzata nella RAM del processore per permettere la sua correzione più facilmente. In formato esadecimale con contatore a 64 passi si hanno le seguenti corrispondenze.
1 sec = 64d = 40H
0,5 sec = 32d = 20H
0,06 sec = 3d = 03H ( questo è il valore attualmente impostato nel prototipo )
Risorse
DATASHEET – MICROCIP PIC12Fxxxx
DATASHEET - TOSHIBA
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