lunes, 27 de octubre de 2014

Lógico y simple


En el artículo anterior, expuse una idea que me había venido a la cabeza mientras trataba de hacer un circuito para bloqueo automático en el que me propuse utilizar una combinación de un circuito latch y un relé normal para hacer la función de un relé biestable.  Como la idea original era esa, y los latch tienen cuatro secciones, parecía oportuno hacer un diseño para cuatro cantones, con la complicación añadida de que tuviera la posibilidad de usarse solo con tres cantones, y también con más de cuatro, a base de acoplar más módulos iguales.

Sin embargo, cuando estaba con ese diseño, me vino la idea de que al fin y al cabo un sistema de bloqueo era un "autómata lógico" así que lo más apropiado para hacerlo era usar los elementos electrónicos usados para hacer circuitos lógicos. Sin más, me lancé a "logitizar" el esquema que me traía etre manos, es decir, para cuatro cantones. Pero ¿por qué para cuatro? Ya decía en ese artículo que no estaba muy clara la ventaja de usar el latch en lugar de los relés biestables.

Asi que dando otra vuelta de tuerca al asunto, si doy marcha atrás, en el tema de los latch, no hay porqué hacer un circuito para cuatro cantones. Pueden hacerse circuitos individuales, y utilizar uno para cada cantón, al estilo de los circuitos BLKS01 que hemos visto funcionar en este blog, y cuya descripción se hacia en "Detectando trenes (I)" Cada uno de estos circuitos, llevará un relé biestable de los viejos conocidos de la casa:  V23079E1203B301

Pero lo que si puedo hacer es incorporar dos puertas NAND en ese circuito lo cual me permite hacer con mucha más claridad y con mayores posibilidades toda la lógica  del bloqueo, en lugar del enredo de diodos que era habitual para esa función. Es curioso que no he visto nunca en ningún sitio que se utilicen circuitos lógicos para hacer esto, cuando en realidad se obtiene un diseño más claro y más potente. Si algún lector ha visto algo al respecto, le agradeceré que me lo comunique. La única referencia que yo tengo de utilización de circuitos lógicos en un automatismo para trenes analógicos es esta página:  Tapiola   pero están haciendo un sistema de mando de tracción, de tipo Cab Control, no un sistema de bloqueo.

Bueno, ¿y que ventajas tengo? La primera es claridad y sencillez del circuito, que es, como dice el título "lógico y simple". Basta ver la imagen de cabecera, en la que vemos que se ha empleado un único chip 74HC20 que tiene dos puertas NAND de cuatro entradas, y que por cierto vale menos de 30 céntimos. Para cada entrada hay una resistencia (R1 a R8)  de pull up de 10 K

Cada puerta se une a la base un transistor BC547 que cuando la puerta se activa alimenta una de las bobinas del relé biestable. (en la imagen se han representado dos relés monoestables porque el programa de simulación no admite relés biestables) Hay hasta un led que indica la activación de cada bobina.

Y como decía Porky: Eso es to - Eso es todo, amigos.

Lo esencial es que puedo activar cada una de las puertas con cuatro señales independientes (ésta palabra es la clave), lo que permite hacer con toda facilidad cualquier esquema de bloqueo.

Como son puertas NAND la señal de activación consiste simplemente en que una de las entradas se ponga a nivel bajo, en definitiva unirla a tierra. Para los que no conozcan esta nomenclatura, una puerta AND se activa cuando todas sus entradas están activadas. Como ésta es NO-AND es lo contrario, es decir se activa cuando NO todas sus entradas están a nivel alto, es decir cuando alguna de ellas está a nivel bajo.

Cuando se pone a tierra una cualquiera de las puertas S se activa una de las bobinas del relé (por centrar ideas la que significa que el cantón está ocupado) y cuando se activa una cualquiera de las puertas R se activa la segunda bobina.

Asi que por ejemplo si utilizo las puertas S1 y R1 para activar automáticamente el bloqueo, basta unir la puerta S1 al sensor del bloque y la puerta R1 al sensor del bloque anterior. Así cuando se detecta un tren por el sensor, se activa (se pone situación de ocupado) el relé del bloque y se desactiva (se pone en situación de libre) el el relé del bloque anterior. Con esto solo ya funciona el bloqueo automático. Pero tengo todavía tres entradas más en cada puerta.

Supongamos que quiero poner en un cuadro de mando un sistema para manejar manualmente la apertura y cierre de los cantones: Basta simplemente poner dos pulsadores (o un conmutador con cero central) que haga contacto a tierra con una de las entradas S2 y R2 del cantón que quiero manejar. Simplemente con esto, ya tengo control manual, tanto de apertura como de cierre en cada uno de los cantones en los que quiera hacerlo.

Supongamos que quiero poner un control en el cuadro que haga el cierre o apertura de todos los cantones simultáneamente. Simplemente pongo otro par de botones u otro conmutador y uno un contacto a todas las S3 y el otro contacto a todas las R4. Ya tengo el control total realizado.

Y todavía me quedan las S4 y R4. Hay una utilidad muy clara para esta última pareja: conseguir aperturas y cierres a voluntad por ejemplo con sensores colocados fuera del circuito normal de los trenes y que me permiten abrir o cerrar cantones por ejemplo porque un tren sale o entra en el circuito de bloqueo. Supongamos que en un cantón hay un desvío (por ejemplo en una vía de sobrepaso en una estación) y un tren se sale del cantón por ese desvío. Nos interesa que el semáforo que da entrada a ese cantón se ponga verde, porque como el tren lo ha abandonado ya no está ocupado, pero sin que eso signifique que el semáforo siguiente se ponga rojo, porque el cantón siguiente no se ha ocupado.

Así que si ponemos un sensor en la vía desviada, que actúe sobre el R4 del sensor del bloque correspondiente, cuando el tren sale por el desvío, libera el cantón. Algo parecido podemos hacer cuando un tren entra desde fuera a un cantón que estaba libre. Al entrar, puede activar un sensor que ocupe el cantón al que entra el tren. (Debería haber un tramo de parada que impida que el tren entre a un bloque que está ocupado.)

Creo que todo el que se ha enfrentado a estos problemas, y ha tratado de resolverlos a base de diodos, se habrá podido dar cuenta de la sencillez y claridad que representa esta forma de organizar el control de los trenes.

Como se ha mencionado, la activación de las puertas es simplemente la unión a tierra. O sea que se puede utilizar cualquier tipo de sensor que haga esta función, ya sean vías de contacto, sensores reed, sensores de efecto hall etc.

Una ventaja adicional es que la unión a tierra de cada puerta solo produce una corriente mínima, asì que por ejemplo un sensor hall, que cuando lo usamos conectado directamente a los relés puede tener el problema de que si queremos mover más de un relé puede quedarse corto, con este sistema permite activar unas cuantas puertas en paralelo sin problema alguno. De hecho todo lo que circula por los sensores es una corriente de miliamperios y 5 voltios de tensión, de modo que por ejemplo puede usarse un cableado de sección mínima.

Por la parte de las salidas del relé voy a dejarlo totalmente libre, con lo cual tendré dos conmutadores que basculan según la posición del relé.  Uno, evidentemente se usará para cortar la corriente de tracción en el tramo de parada, y el otro podrá usarse para manejar un semáforo. Pero lo dejo libre sin más conexión que unas bornas conectadas directamente a las salidas del relé. Asi se puede montar cualquier tipo de circuito (por ejemplo para una parada lenta por el sistema ABC) o para poder usar cualquier tipo de señal luminosa de cualquier tipo y corriente. Con poco más de trabajo se podría conseguir mover desvíos, señales de brazo, etc.

Voy a ver si hago unos cuantos de estos circuitos y los pruebo en vivo y en directo. Ya comunicaré los resultados

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