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.

Lenz LR101
(foto výrobce)  
LDT  RS-16 Opto

Typ Výrobce Vstupy Cena [Kč] Cena [Kč]  (1 úsek) Poznámka
LR101 Lenz 8 1164 145 nastavitelné zpoždění, ochrana při přerušení napájení dalším komponentem (LB050), nastavení i programováním CV
RS-16-O LDT 16 1427 90 zabudovaná ochrana při přerušení napájení, optické oddělení vstupů, široké možnosti připojení vstupních zařízení

    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.


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.

Lenz LB101
(foto výrobce)  
Marathon DO4   Digi-CZ 006-A 4-nás. detektor

    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).

Detektor Výrobce Kodér Úseky Napájení

Proud [mA] 4)

Odpor [kΩ] 4)

Cena [Kč]  (1 úsek) Cena [Kč]  vč.KZH  (1 úsek) Výhody Nevýhody
LB101 Lenz Lenz LR101 2 společné 0,5 33 204 349 vysoká citlivost, programovatelné zpoždění vysoká cena, společné napájení
DO4 Marathon LDT RS-16-O 4 oddělené 0,3 56 195 285 vysoká citlivost, oddělené napájení vyšší cena, zřejmě nedostupný
006-A 4-nás. detektor DIGI-CZ LDT RS-16-O 4 oddělené 1,5 (6) 12 (3) 60 (20) 1) 150 (110) 1) jednoduché, oddělené napájení, velmi nízká cena malá citlivost, zákmity (viz dále)
LokoPin 2)

LDT RS-16-O 4 oddělené 1,5 (2,2) 12 (8) 60 (20) 1) 150 (110) 1) jednoduché, oddělené napájení, velmi nízká cena malá citlivost, zákmity (viz dále)
LokoPin 2)

Lenz LR101 4 oddělené 0,2 82 60 (20) 1) 205 (165) 1) jednoduché, oddělené napájení, vysoká citlivost, programovatelné zpoždění, přijatelná cena (bez LB050) při použití LB050 vyšší cena
Napájení Detektory se připojují na jednu kolejnici. Buď J nebo K.
Pokud lze na jednom komponentu použít ; tato připojení, mluvíme o odděleném napájení.
V praxi to znamená, že při odděleném napájení je možno třeba jeden kanál připojit až za reverzní modul (pro smyčku)
nebo mohou být dva kanály pro kolejnici J, druhé dva pro kolejnici K.
Proud
Odpor
Určují citlivost komponent DO + KZH, tedy při jaké hodnotě začne být aktivní výstup KZH.
Jde o minimální velikost proudu kolejovým vozidlem, potřebného k aktivaci.
Citlivost je závislá na variantách kombinace DO + KZH.
Údaje jsou orientační a odpovídají digitálnímu signálu v kolejích o velikosti asi 17 V.
Velikost odporu vlastně odpovídá vnitřnímu odporu vozidla (
Rz), je to tedy třeba odpor dvojkolí, natřeného odporovým lakem. 3)

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.


Detektor DIGI-CZ, upravený podle návrhů autora.

    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 eshopu Jana Hlaváčka Honzíkovy vláčky nabízeny 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

Lenz LR101 + DIGI-CZ

    Schéma detektoru DIGI-CZ je na stránkách Jindry Fučíka. Jak jsem uvedl, je identické s úvodním schématem v části Detektory. Stačí doplnit typ můstku (B250C1500), odpor (0207 15) a optočlen (PC847). Rozhodně je však lepší použít optočlen střídavý (PC844). Schéma je výše.

    Tato kombinace je vhodná, pokud chceme odstranit zákmity detektoru DIGI-CZ. V softwaru to sice lze udělat celkem jednoduše, ale na sběrnici RS by opakované vysílání signálu mohlo dělat potíže. A vyzkoušet to je celkem problém. Chtělo by to takto připojit aspoň několik desítek detektorů a testovat, zda nebude sběrnice RS nějak pomalá, zahlcená. Takže asi nebude na škodu, mít tuto kombinaci jako nouzové řešení. Kodér Lenz LR101 má totiž programově řízené zpoždění, které zákmity odstraní a na sběrnici RS se pak objeví pouze jeden signál.


Kodér Lenz LR101 + detektor DIGI-CZ.

    Kanál kodéru LR101 se aktivuje spojením vstupu se svorkou ^, jak je naznačeno třeba tlačítkem. Na svorkách vstupů je přitom proti svorce ^ napětí +5Vss, což plně stačí pro napájení tranzistoru optočlenu detektoru DIGI-CZ. Překvapující je vysoká citlivost. Nejvyšší ze zkoušených kombinací.

    Tato varianta spojuje výhody jednoduchosti detektoru DIGI-CZ s velkou citlivostí a spínáním bez zákmitů. Kodér Lenz LR101 má totiž, jak už bylo řečeno, nastavitelné zpoždění, v rozsahu od 10ms do 2.55s, v krocích po 10ms.

Na začátek článku

LDT RS-16-O + DIGI-CZ


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

LDT RS-16-O + DIGI-CZ + DO4


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

RailCo

    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

Závěr

    Jak je vidět, za kvalitu se prostě musí zaplatit. Někdy se ovšem platí hlavně za značku a mnohá jednoduchá řešení se těm továrním mohou směle rovnat. Příkladem je právě detektor DIGI-CZ, který opravdu už jednodušší být nemůže, přesto ve vhodné kombinaci s dalšími hardwarovými i softwarovými produkty funguje naprosto bezchybně. Oblast nasazení sepnutí vyřeší buď vhodný kodér nebo software. Také větší úbytek na diodách, o kterém byla řeč jen okrajově, není zapotřebí při digitálním provozu nijak řešit. Lokodekodér se s ním vyrovná (BEMF) tak, že nějaké změny v jízdě lokomotivy jsou nepatrné, pokud jsou vůbec pozorovatelné. Další řešení jsou uvedena v článku Izolované úseky - detekce obsazení.

    Jednoduchý závěr, co je nejlepší, opět neexistuje. Myslím, že ve většině případů vyhoví kombinace LDT RS-16-O + DO DIGI-CZ. Pokud chceme zcela odstranit případné zákmity na sběrnici RS (je-li to vůbec nutné) a dosáhnout velké citlivosti, použije se kombinace Lenz LR101 + DO DIGI-CZ. Náhrada detektoru od Lenze (LB101) detektorem DIGI-CZ posune cenu na velmi přijatelnou hodnotu.

    Pro zkušenější elektroniky se otvírají další možnosti k experimentování.

  • Změna velikosti napájecího napětí optočlenů detektoru DIGI-CZ nevede k žádným významným výsledkům. Vyzkoušeno.

  • Změna velikosti odporů u LDT RS-16-O, které napájí vstupní optočleny kodéru. Jsou zde o hodnotě 10 kΩ. Předpoklad byl, že snížení až na hodnotu řádově desítek ohmů, by mohlo zvětšit citlivost. Vyzkoušeno, citlivost to prakticky nezměnilo.

  • Ještě připadá v úvahu vypuštění optočlenu v DO, pokud je detektor připojen na LDT RS-16-O. Tam je totiž na vstupu zcela stejný optočlen, jen napájecí odpory jsou o hodnotě 10 kΩ. Ty by šly pak snížit, čímž by možná došlo i ke zvýšení citlivosti. Znamenalo by to také ušetření další součástky nebo i dvou (pětikoruna), ale nebylo by možno jeden kodér používat pro úseky obou kolejnic. Vždy by byl celý kodér jen pro jednu z nich (buď K nebo J). Celý detektor by pak obnášel už jen jedinou součástku (můstek se čtyřmi diodami).

  •     Je vidět, že možností k experimentování je více. V případě zásahu do továrního výrobku je to ovšem ztráta záruky !!!

        Uvedené komponenty a jejich kombinace jsou ovšem jen částí výrobků na trhu. K dostání jsou třeba i kombinace DO+KZH v jednom, např. LDT RS-8. Výhodné, ovšem s vyšší cenou.

        Na závěr připojím některá schémata a manuály, příp. odkazy, které mám k tomuto tématu k dispozici, abyste je nemuseli pracně hledat (to asi stejně nehrozí). A jako vždy, můžete se na mne obrátit s doplňujícími dotazy.

    Část použitých materiálů (překlady manuálů) je od fy Marathon Model (Libor Schmidt).

    Na začátek článku
    Menu

    LokoPin      05.05.2013  
      15.02.2016 (poslední editace)
         
    Spolupracoval: Jindřich Fučík