Alternanza di senso di marcia per due treni

Questo schema nasce dalla necessità di rendere più dinamico il funzionamento dei treni sul tracciato delle Ferrovie del Sud Est, realizzato sul plastico pugliese presso il Museo Ferroviario della Puglia, a Lecce.
Questa linea è un semplice anello, per metà visibile correndo a mezza costa in una ambientazione ispirata alla Valle d’Itria, con la riproduzione della piccola fermata di Capece, e per l’altra metà nascosto sul retro del plastico, dove è presente un raddoppio per effettuare degli incroci.
In un primo momento la linea era percorsa da un solo treno, in unica direzione. Dopo la modifica vi sono due treni che si alternano nelle due direzioni, con fermata a tempo presso Capece, con buona corrispondenza, quindi, con la realtà.
Sarebbe stato molto semplice adottare un circuito di alternanza comandato da appositi pedali, ma vi è l’ulteriore difficoltà che tutto il plastico è alimentato attraverso dei sensori che si attivano solo in presenza di visitatori (per evitare di usurare i mezzi anche in assenza di spettatori), e ad ogni ripartenza deve riprendere a funzionare esattamente dallo stato in cui si era fermato. La soluzione più facile è perciò quella di ricorrere a dei relè bistabili per gestire l’inversione di polarità sui binari.
Come pedali si è voluto usare dei rilevatori ad infrarossi a riflessione (IR), acquistati via internet a costi irrisori. Essi hanno una regolazione della sensibilità e richiedono una alimentazione a 5V. Il segnale di uscita è normalmente a 5 V e va a massa in presenza di un ostacolo che riflette la luce. Essi vengono posizionati a lati del binario, in posizione tale che si attivino all’arrivo del primo elemento del convoglio.
I treni sono tutti composti da più rotabili (con elementi motori che possono trovarsi in trazione oppure in spinta) e quindi può accadere che durante il passaggio davanti al sensore avvengano diverse riflessioni, che potrebbero generare falsi comandi.
Anche la presenza costante di un treno fermo davanti al sensore può bloccare il relè bistabile ad esso asservito, impedendo una commutazione di stato.
Infine, per gestire correttamente la fermata in piena linea occorre posizionare due distinti pedali IR in prossimità delle due estremità del marciapiede, in modo che il primo rotabile si arresti alla fine del marciapiede nel suo senso di marcia. Questo si risolve facilmente collegando di volta in volta il pedale giusto secondo il senso di marcia.
Per la gestione della sosta si è fatto ricorso da un modulo Timer digitale, estremamente versatile, che oltre a consentire l’impostazione dei secondi di attesa permette di disabilitare la lettura per un tempo sufficiente a far uscire tutto il treno dalla zona di fermata, evitando altri fermi indesiderati.
Una ultima difficoltà da risolvere è data dal fatto che un treno che esce dal raddoppio nascosto non deve rieccitare, con le vetture successive alla prima, il pedale davanti al quale sfila, che quindi deve essere disabilitato finché il treno non abbia liberato tutto il binario.
Riassumendo occorre perciò:
- 1 relè R1 per memorizzare il verso di marcia, anche ad alimentazione esclusa, attivando l’opportuna commutazione dei poli di trazione e dei pedali di IR richiesti per attivare la fermata in linea.
- 1 relè R2 per memorizzare lo stato di abilitazione o disabilitazione dei pedali che comandano l’inversione di marcia
- 1 circuito che realizzi l’abilitazione/disabilitazione dei pedali di inversione del senso
- 1 circuito che reagisca solo al primo azionamento di un pedale IR di inversione del senso, e non blocchi il relè di inversione anche se il treno continua ad intercettare tale pedale.
Per comandare alternativamente la partenza dei treni presenti sul raddoppio nei due sensi di marcia è sufficiente alimentare il relativo sezionamento tramite un diodo disposto con polarità opportuna (morsetti S+ e S-), mentre per il corretto instradamento servono degli scambi tallonabili, che, se incontrati di punta, indirizzano il treno in un verso obbligato, ma se incontrati di calcio consentono il passaggio senza deragliamenti.
Esaminando lo schema, si nota che i due pedali IR “OR” (marcia in senso orario) e “AOR” (marcia in senso antiorario) – linee di segnale verde e celeste - azionano le bobine di R1 attraverso i condensatore C (2 da 100 nF in parallelo) e le resistenze R da 470kohm, che in presenza di una transizione del pedale da 5V a zero producono un impulso di circa 0,2 secondi verso massa, sufficiente a pilotare i due transistor Q1 e Q2 in configurazione darlington in grado di fornire la corrente sufficiente alla relativa bobina del relè. Anche se il pedale resta attivato, non si generano ulteriori impulsi inopportuni. I diodi 1N4148 servono a filtrare sovratensioni superiori a 5V che si generano nel momento in cui il pedale ritorna da massa a 5V. I diodi in parallelo alle bobine servono a filtrare sovratensioni negative che si generano al momento del diseccitamento delle stesse.
Il relè R1 “ricorda” il diverso stato OR o AOR e svolge due funzioni: a) alimenta un servo relè R3 che effettua l’inversione dei poli di trazione; b) smista il giusto pedale di fermata verso l’input del Timer.
Il relè R2 si occupa di “ricordare” lo stato di abilitazione (AB) o meno (DIS) dei pedali di inversione del senso. La disabilitazione avviene appena un treno giunge alla fine del binario di incrocio: lo stesso impulso che inverte i poli di trazione (e quindi ferma il treno appena arrivato e fa ripartire l’altro), tramite altri diodi 1N4148 aziona la bobina che porta R2 in posizione DIS. In questa posizione i contatti collegati fanno arrivare una tensione di 5V alle basi dei due transistor Q1, forzandone lo stato a interdizione anche in presenza di eventuali impulsi. Perciò il relè R1 resta bloccato come si trova. La successiva riabilitazione AB è comandata direttamente dal rilevamento dell’arrivo del treno alla fermata in linea, situazione che assicura che certamente tutto il treno abbia lasciato il binario di incrocio. Perciò quando il treno, completato il giro, rientra sul proprio binario di incrocio, trova il relativo pedale di nuovo abilitato a generare il segnale che inverte il senso di marcia.

Variante:
Se non si è interessati a gestire la fermata a tempo in piena linea, basta mettere un solo pedale lungo la linea, collegato direttamente alla bobina AB di R2 (filo rosa). In tal caso non è necessario il servo relè R3 perché i due contatti di R1 restano liberi per essere cablati per svolgere la funzione di inversione della polarità di trazione.