jueves, 20 de marzo de 2014

Detectando trenes ( y II )


Terminaba el capítulo anterior, exponiendo los resultados del estudio realizado sobre el tema de la detección de trenes, y llegando a la conclusión de que debe haber al menos dos fuentes de alimentación, una para proporcionar la corriente normal que regulamos para ajustar la velocidad de los trenes, y otra cosa que genere una señal análoga a la que produce un regulador puesto al mínimo, de forma que las locomotoras que circulan se alimentan del primer controlador y las que están paradas pero son todavía detectables se alimentan del segundo.

Como ya decía este sistema basado en en la detección de consumo es mucho más perfecto, pero mucho más complicado de implementar. El esquema que puse en el artículo anterior para un control con relés biestables y detectores de paso no tiene ninguna exigencia respecto de la corriente con que alimentamos el trazado de vías. Ya decía que puede ser alterna , continua, PWM o digital, y tampoco hay ninguna exigencia respecto de si la alimentación es única para todo el circuito, o hay un controlador para cantón o es un sistema mixto en el que hay varios controladores pero no necesariamente uno por cantón. Es decir, libertad absoluta en cuanto al sistema de tracción.

Sin embargo aquí, con un sistema de detectores de consumo, no puede haber ninguna libertad en ese aspecto, porque como hemos visto, la detección o no de una locomotora, depende de cómo se comporte el controlador a velocidades muy bajas e incluso cuando la locomotora llega a pararse. En resumidas cuentas que no puede diseñarse, ni mucho menos, un sistema de control por consumo que valga para cualquier controlador, sino que más bien,  lo que hay que diseñar, es un controlador que tenga incorporado un sistema de control por consumo, y cuyas características, tanto en marcha normal como en marcha lenta y en situación de parada estén perfectamente controladas y estén diseñadas para este tipo de control. Asi que a partir de ahora, todo va a referirse exclusivamente  a sistemas analógicos y los controladores van a ser de tipo PWM.

En resumidas cuentas, mi propuesta es un sistema que se compondría de un número de dispositivos que son a la vez controladores y sistemas de bloqueo. En un circuito de vía en el que queramos incorporarlo, se pondría uno de estos elementos para cada cantón, (estarían todos ellos en un cuadro centralizado) y cada uno de ellos tendría un mando para regulación de la velocidad en un cantón y todo el sistema de bloqueo incorporado, en el cual, en principio, no habría que manejar nada, ya que sería completamente automático.

A mi siempre me ha parecido que manejar más de un tren en analógico con un mismo controlador, es un error, porque naturalmente no podemos evitar que las dos locomotoras funcionen al unísono. Desde mi punto de vista es siempre mucho mejor hacer un sistema en el que cada cantón tenga un controlador distinto, de manera que nunca haya dos trenes manejados por el mismo controlador, en definitiva lo que los americanos bautizaron como "Block Control" o control por bloques indicando que cada controlador maneja un bloque o cantón . Ya sabemos que lo perfecto es que cada controlador maneje siempre la misma locomotora, y vaya pasando a controlar el bloque según la locomotora avanza de uno a otro,(el famoso Cab Control) pero eso es mucho más complicado, porque se requiere inteligencia (léase microntroladores u ordenadores).

Naturalmente cuando hablo de un controlador para cada cantón me refiero exclusivamente al elemento de control de velocidad. La fuente de alimentación con la que alimentamos los controladores puede ser única.

Puede parecer un poco exagerado poner un controlador para cada bloque, pero hay que tener en cuenta que al hacer esto, garantizamos que nunca hay más de un tren alimentado por cada controlador, de manera que éste no necesita más potencia que la que requiere un único tren, y por lo tanto puede ser sencillo y barato. Además así aseguramos la total independencia del movimiento de cada tren, de manera que se evita el típico efecto que se da en los bloqueos automáticos que mueven varios trenes con el mismo controlador, que aparece cuando un tren se para ante un semáforo, y que hace que los demás aceleren la marcha al haberse reducido la carga del controlador.

Y por supuesto nos permite en cualquier momento intervenir sobre cualquiera de los trenes, sin más que actuar sobre el controlador del cantón en que está. Si suponemos por ejemplo que en uno de los cantones tenemos una estación, podemos hacer que cuando un tren esté entrando a ese bloque, tomemos el mando del mismo y le hagamos hacer, por ejemplo, una parada lenta, detenerlo por el tiempo que queramos y volver a arrancar suavemente, todo ello manejando manualmente ese tren y sin que los demás dejen de seguir su marcha por los demás cantones y sin que deje de funcionar el sistema de bloqueo, que por ejemplo impedirá que un segundo tren entre en el cantón de la estación hasta que quede liberado, bien porque hayamos hecho de nuevo una arrancada para seguir circulando, o incluso porque lo hayamos conducido a un apartadero y hayamos desconectado la vía del sistema de detección.

Con esta idea me he dedicado a diseñar un sistema basado en mi controlador PWM04, pero incorporando los elementos necesarios para el bloqueo. Si vemos el esquema que aparece en la imagen de cabecera, se puede apreciar que hay dos Temporizadores NE555, uno de los cuales genera la señal PWM cuando la locomotora circula, y el otro para cuando está parada. Realmente he usado he  usado un chip NE556 que es como dos NE555 juntos.

Arriba hacia la derecha se ve el controlador de motor L293D que junto con el NE555 son los componentes básicos del controlador

Mas a la derecha se ven dos motores. Debo aclarar que este esquema no es constructivo sino está hecho para simular el funcionamiento. Por eso aparecen en el esquema unos motores que representan los motores de las locomotoras, formando parte del esquema. Hay dos motores porque el sistema puede emular dos estados distintos: cuando la locomotora está situada en la parte general del cantón y cuando está situada en el tramo de parada. En ambos casos hay que detectar la locomotora, pero ésta solo debe detenerse en el tramo de parada, y no en el general, aunque el cantón siguiente esté ocupado. Debajo de los motores se ven también los optoacopladores y el resto del circuito, que ya comenté en el artículo anterior.También en este caso se usa un único chip que tiene dos optoacopladores.

Toda la parte central está ocupada por unos controladores de buffer 74HC125 y 74HC126 que me han funcionado muy bien en el circuito controlador de servos. La cuestión es que en los PWM04 el cambio de dirección de las locomotoras se hacía mecánicamente con un comnutador, pero aquí hay más cosas que hacer y que tienen que ser automáticas, como el cambio de uno a otro de los generadores de pulsos, la anulación del control cuando los trenes circulan al revés, etc. En consecuencia, en este diseño todo el control del L293D es digital y se hace en función de las peticiones que hace el usuario y de las detecciones de las locomotoras. La lógica de este control, está cableada en la zona central del esquema.

Abajo, en el centro tenemos tres botones con los que el usuario ordena las funciones de marcha adelante, marcha atrás y parada. El Latch 4043 mantiene la situación de las órdenes dadas por estos pulsadores.

Por último, abajo a la derecha, está la zona de señalización. Una serie de leds indican la situación del cantón siguiente (rojo / verde) la detección de una locomotora en el cantón actual con leds amarillos (según sea en la zona general o la de parada) y la activación de la parada (led rojo). Estos leds podrán repetirse en el cuadro de mandos

Y curiosamente, después de tanta tecnología, hay un relé: RL1. Lo he puesto sencillamente para tener la posibilidad de conectar un semáforo de luces y que éste pueda ser de cualquier tipo.

Y una cosa curiosa, que no había hecho nunca: necesitaba una puerta AND para sumar dos señales (El tren se para si está en el tramo de parada AND el semáforo está en rojo). Naturalmente hay chips con puertas AND pero lo mínimo que tienen son cuatro puertas. Me parecía poco elegante poner un chip de cuatro puertas para usar sólo una, así que he investigado cómo se puede hacer una puerta AND con transistores y en efecto puede hacerse, y son los dos transistores BC547 que se ven en el esquema. No se si tiene cuenta poner dos transistores y tres resistencias en lugar de un chip con cuatro puertas, aunque sólo se use una, pero no cabe duda de que la solución es más elegante.

Bien, pues según la simulación de Proteus este circuito funciona perfectamente, asi que ahora faltaría hacer un diseño constructivo, diseñar el PCB, encargar la fabricación de placas..... y que funcione realmente!

Si esto funciona como espero, será un sistema de bloqueo con detección por consumo, con las correspondientes ventajas que esto aporta, con controlador de velocidad independiente para cada cantón, con un número ilimitado de cantones,  con manejo incluído de un semáforo para cada cantón, con señalización en cuadro de control, y utilizando corriente PWM para la tracción de las locomotoras.


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