Překombinovaný Smyčkový modul S88

Tento smyčkový modul sice funguje, ale je zbytečně složitý. Při nasazení se nepřekvapivě ukázalo, že nutná součást řízení je optické čidlo nad rozhraním smyčka - volná trať - a s tímto čidlem jde smyčkový modul integrovat do IR Detektor S88.

Zdrojové texty jsou k dispozici na https://github.com/svatoun/LoopControl, ale jinak je tento modul stručně řečeno ... nanic. Nechávám jej tu kvůli obrázkům ...

Hlavní myšlenka smyčkového modulu je - využít existující sběrnici zpětného hlášení S88 ke sběru dat. Na sběrnici proudí data o obsazených úsecích, ohlasech výhybek, případně dalších snímačích. Tyto údaje se typicky sbírají kvůli automatizaci provozu, nebo i pouhé signalizaci na ovládacím pultu nebo displayi. Případné další přídavné senzory, zavedené kvůli přepínání smyčky (kolejové kontakty, optické závory, ...) mohou být také pro signalizaci nebo PC řízení užitečné - na rozdíl od jiných modulů pro bezzkratové řízení modul S88 podporuje jejich začlenění do celkové koncepce řízení kolejiště.

Smyčkový modul může sledovat změny senzorů a vyhodnocovat jejich průběh a ze změn v navazujících úsecích odhadovat polohu a směr jedoucí soupravy. Případné další snímače - jazýčková relé, optické závory atd mohou dále zpřesnit informace o pozici a/nebo směru soupravy. Pro základní provoz stačí:

1. V případě, že jsou detekovaná všechna (nebo alespoň první a poslední) dvojkolí soupravy, stačí pouze proudové detektory
2. Pokud nemáme detekovaná dvojkolí vagonů, musíme mít alespoň 1 dodatečný senzor(viz níže)
3. Použití plastových kol raději vůbec neuvažuji jako alternativu

Základ smyčkového modulu tvoří moje oblíbené Arduino Nano, které má přímo vyvedený MicroUSB konektor. USB se používá ke konfiguraci a případnému monitorování činnosti. Příkazové rozhraní není nijak úžasné, vychází ze staršího kódu ReflexShield, je zde rozhodně co zlepšovat. Konfigurace se provádí textovými příkazy, a jde vypsat jako celek pro případné zálohování nebo archivaci - výpis tvoří sada příkazů, která - je-li vložena do "prázdného" modulu plně obnoví nastavení.

Obecnější povídání o způsobech řízení smyčky viz Smyčka

Tradiční bez-zkratové řízení

Tradiční způsob řízení vyžaduje zapojení senzorů, které zpracuje specializovaný modul. Ten řídí buďto jen polaritu, nebo i přestavník jako modul J.Fučíka . Tento modul vyžaduje aby na každé straně přepínaného úseku byl detekční úsek, kterým se smyčkový modul řídí.

To znamená, potřebujeme:

• úsek s výhybkou
• jeden úsek vjezd
• vlastní přepínaný úsek smyčky
• jeden úsek výjezd

Modul J.Fučíka pracuje jen se servy. Máte-li motorické nebo elektromagnetické přestavníky - smůla. Navíc si modul "uzurpuje" řízení výhybky: to samozřejmě moc nevadí - ale většinou jsou přestavníky zapojené do jiných dekodérů a tenhle jeden by byl "zvláštní" (jinak nastavovaný, jinak fungující). Dále pak jsou nutné 2 další úseky, v rámci "smyčkové" koleje - minimálně na délku lokomotivy, což prodlužuje přepínaný úsek. Zároveň se "nějak" musí zajistit snímání obsazenení v detekčních úsecích (odkazovaný modul to nereší), aby se vlak "neztratil z raradu" případného řídícího software, nebo na panelu.

Odhaduji, že autonomní přepínání výhybky a "mizení" vlaku může způsobit potíže u SW stavění vlakových cest, případně u automatického provozu, který podle obsazení sleduje polohy souprav.

Modul S88 se naproti tomu soustředí jen na přepínání polarity. Nechává řízení výhybky na nadřazeném systému či operátorovi, takže na typu přestavníku nebo jeho ovládání nijak nezáleží. Také nijak nepředepisuje způsob detekce, kromě toho, že jsou data senzorů k dispozici na S88 - provedení senzorů může být libovolné, dokonce mohou aktivaci signalizovat i hodnotou "0", modul S88 si umí hodnoty invertovat.

Dvojkolí, detekce, senzory

Pro předcházení zkratu je nutné, aby modul přepnul polaritu až po najetí celé soupravy. V tradičním pojetí se to řeší částmi přepínaného úseku se samostatnou detekcí - ty musejí být dlouhé alespoň tak, jako je nejdelší hnací vozidlo. V případě sunuté soupravy pak nejdelší poslední vagon (tak třeba u osvětleného TT "ypsilonu" je to cca 23cm). Různé aspekty detekce včetně detekce na přechodech mezi úseky rozebírá Lokopin

Druhý tradiční způsob spočívá v použití bodových senzorů v místě před opuštěním přepínaného úseku. Někteří používají dvě dvojice senzorů:

1. vstupní, který zajistí přepnutí těla smyčky pro vjezd soupravy,
2. výstupní, který přepne smyčku pro výjezd

Senzorem může být kolejový kontakt, nebo také například "optická závora", nebo čidlo, které snímá odraz od spodku vozidla (obykle umístěné v kolejovém svršku). Chytřejší řešení si vystačí pouze s výstupními senzory, jedním na každé straně smyčky. Další "dvojsenzorové" řešení je např. Automated Railway Reverse Loop.

Všimněte si, že řešení se 2 detektory je založené na tom, že záleží na poloze výhybky: řeší pouze jednosměrnou smyčku. zase spoléhá na soulad přestavení výhybky a přepnutí relé: ale co když je přepínaný úsek součástí složité tratě a žádnou výhybku která by volila směr nemá ?

Jediný vstupně / výstupní senzor

Nejprve se zbavíme "vstupních" senzorů: jsou totiž zbytečné. Ovšem bez toho, abychom jako nějak omezili průjezd. Vstupní senzor má za úkol jen zajistit, aby polarita odpovídala podmínkám pro vjezd. Vlak jej musí aktivovat před vlastním přepínaným úsekem. V případě použití optické závory můžeme závoru provést nikoliv kolmo ke kolejím, ale šikmo. Světelná závora tak nebude reagovat na přerušení paprsku v konkrétním místě, ale v Získáme tím zajímavé vlastnosti:

1. závoru vlak při jízdě vpravo aktivuje ještě (jen kousek) před vstupem do smyčky (přepínaného úseku)
2. také odjíždějící vlak (opačným směrem, vlevo) aktivuje ještě před opuštěním smyčky
3. světelná závora je přerušená i mezi vagony (s výhradou, že u plošinových vozů musí být v rovině ložné plochy)

Takže jediný senzor může plnit funkci jak vstupního, tak výstupního, oba mají stejnou funkci: nastavit správnou (a pro vstupní i výstupní na jedné straně) stejnou polaritu.

Použití detekce obsazených úseků

V případě, že (jediný) vjezd do smyčky řídí, a směr jízdy ve smyčce řídí jediná výhybka, může tato přímo určovat polaritu smyčky. Vlak jinudy do smyčky nevstoupí, takže namísto vstupní senzor není vůbec třeba. Ale co například v případě smyčkového objezdu nádraží ?

Při vjezdu z úseku 1 není problém: přestavník určuje polaritu smyčky. Ale když vlak najíždí z úseku 2 (pravého zhlaví): je-li výhybka stále přepnutá přímo, přímé řízení přestavníkem způsobí zkrat. Můžeme věc vyřešit "prozním předpisem": - vždy nechat výhybku do obočky, vyjma výjezdu levým zhlavím, a zároveň - nikdy nevyjíždět vlaky z obou zhlaví současně i v tomto případě ale potřebujeme automatizovat přepnutí výhybky zpět do odbočky po výjezdu z levého zhlaví.

Na jednoduchém "balónu" prostá detekce nestačí, protože přibližovací úsek je společný; musí se použít i poloha výhybky: oproti např. řešení Azatrax ale získáme výhodu - relé se sepne jen, pokud se skutečně bliží vlak. Po většinu provozu bude relé vypnuté, v klidu a nebude zbytečně žrát proud.

Využití sběrníce S88

Ostatní zmiňované detektory autonomní: nezávisí na zbytku kolejiště. Může to být výhoda, ale je to také nevýhoda - detektory nijak nemohou využít dalších zařízení (například detekce úseků).

Na rozdíl od nich nejsou čidla součástí Smyčkového modulu - hodnoty senzorů modul čte ze sběrnice zpětného hlášení.. Mohou se použít jakákoliv čidla, která majitel běžně na svém kolejišti používá, senzory dokonce mohou sloužit i dalším účelům: například fungovat jako "zarážka" při zastavení vlaku při čekání na výjezd ze smyčky. Hodnoty čidel může také indikovat například ovládací panel.

Pro tuto funkci se ale vyžaduje, aby byl modul v řetězu detektorů S88 mezi centrálou a všemi detektory úseků, nebo čidly, které sám čte.

Balónová smyčka

Tradiční nejjednodušší smyčka, navíc s úplně jednoduchým způsobem řízení. Potřebujeme jen ohlas nebo spínač polohy přestavnílku. Poloha výhybky přímo určuje polaritu v úseku.

Na to žádný složitý modul není třeba, stačí dorazový mikrospínač na přestavníku, který v jedné poloze sepne relé. Protože obsluha (nebo software) "ve správný čas" přehodí přestavník, a ten případně sepne (nebo odepne) relé a tím změní polaritu.

Potíž zůstává jen s tím, kdy je ten správný čas: výhybka musí být v okamžiku přehození už volná - a nemáme žádný indikátor, kdy se tak již stalo. Můžeme nanejvýš odpočítat čas podle rychlosti jízdy.

Balónová smyčka s S88

Když S88 modul zaznamená obsazení úseku 1 (přibližovací). Podle aktuální polohy výhybky přepne relé - v zobrazeném případě nechá relé v nečinnosti. Při vjezdu vlaku do úseku 1 je tak smyčka připravená k vjezdu. Zároveň se však také sledují změny polohy výhybky - při změně směru se rovněž přepne polariy podle výhybky. Je tedy možné:

• nastavit výhybku do požadovaného směru a pak vjet soupravou do úseku
• najet soupravou do úseku a až pak přehodit výhybku

Po nájezdu přes výhybku je stále detekovaná souprava jak v bloku 1 (přiblížení), tak v bloku 2 (smyčka). Polarita se měnit nebude, aby se nevznikl zkrat. Jestliže souprava změní směr a bude sunout vozy zpět, přejde modul postupně do stavu "přiblížení" (ale na polaritě se nic měnit nebude), případně "nečinný", když souprava opustí přibližovací úsek (1).

Poté co souprava úplně opustí úsek s výhybkou a přejde celá (detekovaná část) do přepínaného úseku, uvolní se úsek 1. Teď může "operátor", nebo řídící software přehodit výhýbku. Může stále nastat "podhození" výhybky - pokud není poslední vagon uzpůsobený pro detekci přítomnosti v úseku, není žádná indikace, že celá souprava opustila výhybku.

Než se výhybka přehodí, zůstane polarita nezměněná. Se soupravou se dá stále vrátit zpět, takže se dá úsek smyčky použít např. namísto výtažné koleje z nádraží - dokud se nepřehodí výhybka.

Přehozením výhybky je dán pokyn ke změně polarity. Pokud je ale v přibližovacím úseku jiná souprava, polarita se nezmění, k tomu dojde až po uvolnění přibližovacího úseku. Ve chvíli kdy budou splněné podmínky pro výjezd (volný úsek, výhybka ve správném směru), modul přepne polaritu ve smyčce.

Se soupravou je stále možné se vrátit zpět, musí se ovšem přepnout výhybka - to je ale stejně nutné pro vyjetí ze smyčky bez vykolejení.

Zvolenou polaritu modul drží do doby, než

• vlak opustí přibližovací úsek 1 směrem pryč od smyčky, nebo
• obsadí se čistě jen úsek smyčky (obsazení úseku 1 zmizí)

Když vlak zcela opustí hlídané úseky, modul přejde do klidového stavu a vypne relé.

Poslední schéma ukazuje uvolnění úseku se smyčkou. Ve smyčce může ale pořád být nedetekovaný vagon. Modul stále drží relé sepnuté, aby nedošlo ke zkratu koly vagonů.

Příklad konfigurace

Parametry pro modul tedy jsou:

• levý vstup: přiblžovací úsek: 1, výhybka: 3 přímo (0),
• pravý vstup: přiblžovací úsek: 1, výhybka: 3 do odbočky (1), sepnout relé
• tělo: úsek: 2
• relé: číslo 1

# Definice smycky 1
DEF:1
# Leva (rele vypnuto): Senzor obsazeni "A" = 1. Vyhybka = 3, invertovana (0 = plati).
EPT:L:A=1:T=!3
# Prava (rele zapnuto - *): Senzor obsazeni "A" = 1. Vyhybka = 3
EPT:*R:A=1:T=3
# Telo: Senzor obsazeni 2
COR:T=2
# Rele: 1
REL:a=1
# Potvrdit, zapsat
FIN

Balón s přídavným senzorem

Balón s přehozenou výhybkou, výstupní senzor neaktivní

Pokud vybavíme balonovou smyčku přídavným senzorem, jako např. optickou závorou, nebo kolejovým kontaktem, který reaguje na dvojkolí, můžeme se většině potíží elegantně vyhnout. Na rozdíl od tradičních řešení, které vyžadují dvě dvojice senzorů (vstupní a výstupní na každém konci smyčky) ovšem stačí senzor jediný. Umístí se jako výstupní senzor na tom konci smyčky, kde je nutné sepnout relé.

Proč zrovna zde:

• při výjezdu ze smyčky okamžitě způsobí sepnutí relé
• při vjezdu do smyčky tímto koncem se relé spíná na základě obsazení přibližovacího úseku a pozice výhybky.
• smyčka se považuje za opuštěnou, až senzor přestane snímat vozidlo plus ochranná lhůta (přednastaveno je 0,5 sec)

Při nájezdu dovnitř do smyčky se tedy relé nesepne ani po přepnutí výhybky. Soupravu je možné stále možné soupravu poslat zpět původním vjezdem.

Čelo soupravy aktivuje senzor

Reké sepne v okamžiku aktivace senzoru čelem vozidla (lokomotivy). Polarita se v té chvíli změní, a je možné smyčku opustit. Nastavená čekací doma kompenzuje případné zákmity senzoru mezi vozidly. Navíc ve chvíli sepnutí senzoru přejde modul do stavu "připraven", kdy očekává opuštění smyčky, uvolnění obsazeného úseku těla a deaktivaci senzoru.

Jestliže se v této situaci souprava obrátí, a zamíří zpět, senzor po čase přestane snímat vozidla, a po uplynutí nastavené ochranne lhůty modul přejde do stavu "pohybuje se zpět" a vypne relé.

Snimač registruje vozidlo, smyčka je již uvolněná.

Relé zůstává sepnuté dokud snímaný prostor neopustí poslední vozidlo soupravy. Pak ještě nějakou dobu. Ta se musí zvolit dostatečně dlouhá, aby vozidlo skutečně opustilo přepínaný úsek. Nastavená čekací doba pro deaktivaci senzoru také řeší mezeri mezi vagony, kdy senzor může nakrátko hlásit "volno". Senzor je možné namířit i šikmo přes koleje tak, aby snímal částečbě i samotné rozdělení, nebo i část přibližovacího úseku.

Příklad konfigurace

# Definice smycky 1
DEF:1

# Leva (rele vypnuto): Senzor obsazeni "A" = 1. Vyhybka = 3, invertovana (0 = plati).
EPT:L:A=1:T=!3

# Prava (rele zapnuto - *): Senzor obsazeni "A" = 1. Vyhybka = 3, vystupni senzor 10
EPT:*R:A=1:T=3:O=10

# Telo: Senzor obsazeni 2
COR:T=2

# Rele: 1
REL:a=1

# Potvrdit, zapsat
FIN

Využití senzoru při jízdě opačným směrem

Při jízdě "opačným směrem" v balonu, kdy vlak nejprve najede do odbočky je možné jediný senzor využít jako výstupní i pro druhý výjezd. Vlak nejprve najede do přibližovacího úseku. Pokud je polarita relé závislá na výhybce, modul relé sepne při obsazení přibližovacího úseku.

Jestliže má modul nařízený senzor i jako vstupní pro "pravý vjezd", relé se přepne až po aktivaci senzoru na hranici úseků. Pro takové použití musí být senzor šikmo, aby zabíral ještě před a za vlastním přerušením kolejnic. Vždy je ale zapotřebí snímat informaci o směru nájezdu: ať už z polohy výhybky nebo senzorem.

Senzor má ještě další užití, jak bylo vidět z obrázků o odjezdu ze smyčky: zatímco přes něj přejíždí souprava je senzor aktivní. Mezeru mezi vagony řeší "šikmé snímání" a drobná přerušení mezi vagony také smyčkový modul ignoruje. Polarita se stále drží tak, jak byla určená pro vjezd, aby mohla projet celá souprava.

Senzor se na delší dobu deaktivuje až po přejetí celé soupravy, tedy když je celá souprava v přepínaném úseku. Deaktivace senzoru tedy způsobí přepnutí (uvolnění) relé a automaticky umožní výjezd druhou stranou. Kdyby se v této chvíli vlak vracel zpět, opětovná aktivace senzoru se opět vyhodnotí jako požadavek na výjezd ze smyčky, a relé opět sepne.

Není třeba instalovat senzor na obě strany smyčky. Stačí jeden šikmý (snímá vstup i výstup) nebo kolmý + výhybka (pomáhá určit vjezd odbočkou).

Smyčka s nádražím

Tato situace je obdobná, jako u balónu, s několika komplikacemi. Přibližovací a výjezdový úsek jsou odlišné - vjezdový (řekněme) úsek tvoří pravé zhlaví nádraží. Výjezdový úsek pak levé zhlaví nádraží, případně volná trať (úsek 1).

Jednodušší případ je, pokud je detekovaný úsek "zeleného" zhlaví protažený tak, aby se na něj (a před přepínaný úsek smyčky) vešla nejdelší lokomotiva. Horší je, když je detekovaný úsek zeleného zhlaví směrem do smyčky jen ta výhybka samotná: většinou je krátká, a není zaručeno že proudový snímač ohlásí obsazení - v takovém případě je ale možnost sestavit přibližovací úsek ze 2 detekovaných úseků (volná trať 1, výhybka / zhlaví vlevo): obsazení v kterémkoliv z nich se bude brát jako obsazení přibližovacího úseku.

V této konfiguraci nebude fungovat v některých případech bez přídavného senzoru návrat stejnou trasou přes výhybku: po průjezdu výhybkou, (její poloha společně s obsazením přibližovacího úseku slouží k přepnutí relé) se relé ihned přepne, neboť jsou splněny podmínky pro výjezd. Návrat výhybkou pak ale není možný. Přídavný senzor je nutný v případě, že některá dvojkolí nejsou detekovaná.

Smyčka se dvěma přepínanými úseky

Někdy vyjde smyčka tak, že je trať "balonu" dlouhá tak, že se na ni vejdou 2 úseky v délce nejdelší provozované soupravy. V takovém případě přídavný senzor nepotřebujeme, ani nepotřebujeme 2 (krátké) detekční úseky na koncích. Stačí ty 2 bloky smyčky samotné - polarita se ale musí přepínat v obou z nich.

Při vjezdu (ani z jedné strany) se nepřepíná nic. Ale jakmile se obsadí 2. úsek těla smyčky - relé se přepne. Znamená to, že souprava projela celý první úsek těla smyčky, a pokud jsou úseky správně dlouhé (delší než vlak), celá délka soupravy se nachází uvnitř přepínaných úseků. Jízda zpět funguje jen když vlak celý přejede do 2. úseku těla smyčky.

Smyčka na volné trati

Někdy vyjde tvar kolejiště tak, že přepínaný úsek je součást volné trati bez jakýchkoliv výhybek a balonů. Typicky se to může stát při řešení kolejového křížení na falešné dvojkolejce - kdy se nepřepíná křížení samotné, ale naopak volná trať aby krátké kolejové křížení spojovalo tratě se stejnou polaritou.

Smyčka na trati s rozvětvením

Spíš speciální případ, který se vyskytuje na mém kolejišti. Nájez do smyčky (přepínaného úseku) je možný ze 2 různých směrů. Řídící modul vybírá přibližovací úsek podle postavení výhybky - výhybka samotná pak je už součást přepínaného úseku.