Detekce obsazení

1. Úvod
2. Kodéry zpětného hlášení
3. Detektory
4. Propojení
1. LR101 + LB101
2. LR101 + DIGI-CZ
3. RS-16-O + DIGI-CZ
4. RS-16-O + DIGI-CZ + DO4
5. RailCo
6. Závěr

Úvod

Důrazně upozorňuji, že popisuji systém Lenz, a že jiné systémy mohou mít stejné nebo podobné jen dílčí části !!!  V článku Komponenty jsou detailnější informace o některých použitých prvcích. Tomuto tématu se také částečně věnuje článek Izolované úseky - detekce obsazení, který rozhodně doporučuji přečíst napřed. Nemá smysl zde uvádět některé informace duplikovaně.

    Detekce (zjišťování) kolejového vozidla v určitém úseku kolejiště je věc velmi důležitá, při ovládání nějakým softwarem,  je prakticky nezbytná. Zkušenosti s detektory obsazení (DO) a s dalšími digitálními komponenty, přes které se DO připojují k centrále (nebo k PC), tedy s kodéry zpětného hlášení (KZH), zatím moc popsány nebyly. Těchto zařízení je na trhu mnoho, včetně malovýrobců a různých "samodomo" návodů a schémat. Chybí především způsoby propojení jednotlivých komponent a další detailní poznatky.

    Jednoduše řečeno, kolejové vozidlo s odběrem proudu je identifikováno pomocí DO a přes KZH je tato informace předána dále (k přímému vyhodnocení, do centrály, do PC, do ovládacího softwaru).

Základní schéma vypadá takto:

Uspořádání pro systém Lenz se sběrnicí RS.

    Dlužno podotknout, že vyhodnocovací obvody za DO (směrem vlevo) mohou být i jiné (LED, relé ... třeba pro analog), stejně tak lze číst stav obsazení v některých případech jen přes centrálu, prostě variant mnoho. Další možností je např. sběrnice S88, připojená přímo do PC atd. Systémy a varianty, které nepoužívám, zde nehledejte. Můj systém je Lenz se sběrnicí RS, vyhodnocení (zpracování) softwarem RailCo. Informace však mohou být inspirativní a využitelné i pro jiné možnosti.

Na začátek článku

Kodéry

    Používáme-li k signalizaci obsazeného úseku centrálu, PC, software, potřebujeme kodér zpětného hlášení (KZH). U fy Lenz je to sběrnice zpětného hlášení, označovaná RS. Kodérů je opět celá řada, v současné době mám k dispozici dva typy.

    Vyšší cena u Lenze (při použití LB050 ještě dalších 375 Kč) je vyvážena možností nastavitelného zpoždění u jednotlivých vstupů (tovární nastavení je 0,5 s). Tím lze totiž snadno eliminovat zákmity, které může DO produkovat v oblasti změny stavu.

    KZH od LDT (Littfinski DatenTechnik) sice nelze (krom adresy) nijak nastavovat,  je zde však už zabudovaná ochrana při přerušení napájení (viz níže nebo v manuálech) a především je možno připojit celou řadu vstupních zařízení, právě díky optočlenům na vstupu kodéru. Např. takový kolejový kontakt, vytvořeným centimetrovým úsekem, lze připojit přímo na kodér a použít ho pro velmi přesné zastavení na konci bloku. Podmínkou jsou pouze kovová kola aktivujícího vozidla.

    Ochrana při přerušení napájení může být někdy velmi užitečná funkce. Pokud totiž nastane výpadek napájení na sledovaném úseku kolejiště, došlo by k nežádoucímu hlášení, že úsek není obsazen. V tomto okamžiku však tato ochrana "zmrazí" poslední informaci o obsazení, takže pokud úsek skutečně obsazen byl, toto hlášení je zachováno. Kodéry LR101 však v současnosti provozuji bez této ochrany k naprosté spokojenosti.

Na začátek článku

Detektory

Princip detekce proudu.

    Na předchozím obrázku je schéma proudové detekce.

• V levé části je zobrazen běžný stav napájení kolejí. Napájení (J-K) je přivedeno do kolejí. Pokud tam stojí vozidlo V, které má nějaký odpor R_z  (dekodér, světla, nápravy s vodivým lakem...), teče přes něj proud I.
• V pravé straně je už do obvodu proudu vložen snímací prvek, tady dvě, antiparalelně (protisměrně) zapojené diody. Proud I na nich vytváří úbytek napětí v propustném směru U_d. (Dvě antiparalelně zapojené diody jsou tam proto, že napětí J-K je střídavé, takže vždy na jedné diodě se vytvoří úbytek, druhá je "zavřená", nepropustná.) Bez vozidla, tedy bez proudu, je U_d = 0. Teče-li nějaký proud, je U_d > 0, řádově kolem 1 V. Stačí tedy toto napětí zjišťovat, vyhodnotit.

Základní schéma detektoru obsazení.

    Proud, tekoucí z centrály do izolovaného úseku (pokud je tam vozidlo s odběrem), vytvoří na diodách úbytek napětí v propustném směru, který "rozsvítí" LEDku v optočlenu. "Můstek" jsou vlastně jen vždy dvě diody v sérii (aby úbytek na nich byl větší), a pak teprve spojené antiparalelně. Výstupní tranzistor pak sepne vstup KZH. Pokud není na vstupech kodéru k dispozici napájecí napětí, musí tam být přivedeno z vnějšku (čárkovaně).

    Následující odstavec, s trochou teoretických úvah, mohou ti méně zdatní elektronici klidně přeskočit. Princip detekce je tedy jednoduchý, najde se však několik aspektů, které jdou, tak říkajíc, poněkud proti sobě. Aby bylo dosaženo velké citlivosti, musí být také určité napětí na prvcích, kde je tento proud zjišťován, v tomto případě jsou to protisměrně zapojené diody. Současně je však větší úbytek napětí nežádoucí, neboť napětí ve sledovaném úseku by příliš pokleslo. Také zakmitávání v oblasti nasazení aktivace by mohlo být na závadu, takže před optočlen by bylo vhodné zařadit zesilovací prvek s klopným obvodem. To by ovšem zase zvětšilo složitost obvodu, který (při větším počtu kanálů) požadujeme co nejjednodušší. Jak dále uvidíme, leccos lze vyřešit pomocí digitálního hardwaru i vhodného softwaru.

    Detektory obsazení vlastním momentálně tři typy (viz Komponenty). Lze říct, napříč spektrem.

    Hodnotit detektory samostatně nelze. Teprve po testování některých kombinací DO + KZH se objevily některé nečekané výsledky. Za pozornost jistě stojí především kombinace detektoru DIGI-CZ s kodérem Lenz LR101 (poslední v tabulce).

¹⁾ Bez DPS.

³⁾ Hodnota odporu dvojkolí vagonů (chceme-li je detekovat) je kompromis mezi zajištěným spínáním DO a nízkým odběrem. Čím je tento odpor menší, tím je jistější sepnutí detektoru, ale tím se také zvyšuje odběr celé soupravy. Obecně se u detekovaného dvojkolí používá hodnota odporu cca 5 - 20 kΩ. U mašin si s jistotou sepnutí  hlavu dělat nemusíme, neboť odběr je řádově v desítkách až stovkách mA.

⁴⁾ V závorce hodnoty, při kterých k zákmitům nedochází.

    Schéma jednotlivých detektorů se od sebe dost liší. K prvním dvěma není co dodat. Funkce je bezchybná, citlivost značná. Nepříjemná je jen vysoká cena a DO4 se zřejmě nevyrábí, takže je jen možnost vlastní výroby.

    Naopak DO od DIGI-CZ je tak jednoduchý, že rozhodně stojí za vyzkoušení. Schéma je totiž naprosto identické se základním schématem v úvodu odstavce. "Stavbu", propojení tří součástek, zvládne opravdu každý. Dokonce není nezbytné ani použití DPS (deska plošného spoje) a cena se pak ještě výrazně sníží. Daní za tyto výhody je v některých případech menší citlivost a především zákmity při změně stavu, které použití trochu omezují. RailCo si se zákmity ovšem poradí bez problémů (zál. Memory), v ostatních případech by bylo vhodné přidat ještě nějaký klopný obvod.

    K zásadním kladům tohoto DO patří také možnost rozděleného napájení, rozdělení vstupů, indikace, s ohledem na indikované úseky, tedy zda jde o kolejnici J, či K nebo o výstup z reverzního modulu. To vše lze jednoduše provést prostým přerušením DPS na dvou místech. Rozdělit lze 2+2 i 1+3. Prakticky jde rozdělit třeba i 1+1+2, tedy jeden vstup na J, druhý na K a třetí a čvrtý na reverz. Chybí jen další svorka (prkotina). Ten reverz jsem vyzkoušel při propojení LR101 + DIGI-CZ. Bez problémů.

²⁾ Detektor LokoPin je jen trochu vylepšený DIGI-CZ. Po konzultaci s autorem jsem provedl dvě malé úpravy, které by měly funkci detektoru vylepšit, a to s nepatrnými náklady.

• Za prvé byl použit střídavý optočlen typu 844 (PC844, LTV844...). Ze základního schématu je jasné, že k rozsvícení LED optočlenu se využívá pouze jedna půlvlna signálu, který je střídavý, obdélníkového průběhu. Optočlen 844 má však LED diody dvě, zapojené paralelně proti sobě, takže reaguje na obě půlvlny. Zapojení, patice, vše je stejné, takže lze snadno zaměnit.

Detektor DIGI-CZ, upravený podle návrhů autora.

• Druhým "vylepšením" je přidání kondenzátoru C  k výstupnímu obvodu. Hodnota 100 - 1000 nF (M1 - 1M), keramika. Oblast zakmitávání se tím dále významně sníží. Domnívám se však, že použití střídavého optočlenu PC844 je plně dostačující. V praxi jsem aspoň žádné problémy nezaznamenal. Ten "kondík" si ponechávám, tak říkajíc, "v záloze".

    Zde je vhodné se ještě zmínit o délce propojovacích vodičů a umístění komponentů DO a KZH. Na stránkách DIGI-CZ je uvedeno, že propojení mezi detektorem a kodérem má být krátké. Takto tedy bylo při zkouškách postupováno. Jednotlivé DO byly umístěny hned u KZH, propojeny krátkým (cca 10 cm) páskovým vodičem. Větší vzdálenost testována nebyla, možná, že by nebyla na závadu a třeba zrovna tady by se také uplatnil přidaný kondenzátor, s ohledem na možné rušení. Páskový vodič by ale zřejmě moc vhodný nebyl.
    Vedení od izolovaného úseku k DO naopak mělo délku i více, než 1 m. Bez problémů.

 Poznámka: Pod značkou DIGI-CZ jsou na stejnojmenném eshopu výrobky, jejichž autorem je Jindřich Fučík. K dispozici jsou schémata, DPS, seznam součástek, popis činnosti.

    Tak, to by byly jednotlivé komponenty, teď jak je propojíme.

Na začátek článku

Propojení

    Všechna schémata jsou kreslena pro úseky na kolejnici K. Snadno je však lze prohodit za J, u detektorů DO4 a DIGI-CZ i kombinovaně.

Lenz LR101 + LB101

    Schéma LB101 k dispozici není. Propojení komponentů Lenz je v příslušných manuálech, tady jen pro úplnost.

Kodér Lenz LR101 + LB101.

    Kodér LR101 nemá na vstupech optočleny, za to je tam přítomno napájecí napětí +5Vss, které se spíná proti svorce ^ . Aktivace vstupu LR101 se provede spojením vstupu se svorkou ^ . Rozhodně to nesmí být prvek, spojený s nějakým dalším napětím, s kolejemi a pod.!!! Lenz uvádí, že je možno připojit buď LB101 nebo samostatný spínací kontakt, např. jazýčkové relé. Neviděl jsem důvod, proč by nešla použít i kombinace LR101 + DIGI-CZ. Jediný kodér LR101 mám pokryt čtyřmi LB101, a tak jsem nebyl nucen kombinaci LR101 + DIGI-CZ zkoušet. Zvědavost však přesto zvítězila.

Na začátek článku

Kodér LDT RS-16-O + detektor DIGI-CZ.

    Stejnosměrné napětí 14 .. 18 Vss (já použil 12Vss) slouží k napájení výstupních tranzistorů optočlenu detektorů. Výhoda kodéru RS-16-O je právě v tom, že na vstupech má opět oddělovací optočleny, takže lze na něj připojit mnoho různých prvků (viz manuál). Detektory lze také různě kombinovat.

Na začátek článku

Kodér LDT RS-16-O + detektor DIGI-CZ + detektor DO4.
Propojky DO4 jsou pouze uprostřed nahoře (^) a dvě jsou vpravo dole (+ –).

    Fa Marathon vyráběla detektory DO4 + kodér M16RS. Protože kodér vykazoval určité chyby, bylo nutno nahradit ho kodérem LDT RS-16-O. Jak to zapojit dohromady, včetně kombinace s detektory DIGI-CZ, to je vidět na předchozím obrázku. "Vzal" jsem to pěkně "drát po drátu", tak pokud se vám to zdá příliš složité, všimněte si, že od centrály tam jde pouze 6 vodičů, J-K, R-S a střídavé napájení.

    Kombinace LDT RS-16-O + DO DIGI-CZ mi přijde poměrně výhodná. Detektory jsou za babku a ani kodér LDT není příliš drahý. Tyto kodéry se dokonce prodávají i bez krabičky nebo jako stavebnice. Stačí sletovat. Cena ještě o třetinu klesne, záruka je ovšem v čudu. A kdo chce ještě cenu snížit, musí se vydat cestou sběrnice S88 a postavit si Fučíkův Modul S88 a použít nějaký modul HSI pro připojení k PC. Více než desetinásobně nižší cena je dobrou motivací.

Na začátek článku

    Jak už bylo řečeno, kodéry LDT RS-16-O nemají (krom adresy) žádné nastavitelné parametry (např. zpoždění). Ve spojení s DO DIGI-CZ je ale i citlivost zcela vyhovující (jedna náprava vagonu s odporem 10 kΩ jej spolehlivě sepne), a v TrainControlleru RailCo lze pak u indikátoru nastavit zpoždění na záložce Memory (1 - 2 s), což je stejně obvykle používaná hodnota. Funkce je pak zcela bez problémů.

Na začátek článku
Menu