BLOCK-Steuerung, konventionell, analog.

Beispiel Ausweichstelle

Vorbemerkungen

 Es gab auch einmal ein Zeitalter ohne Digitaltechnik. Zu der Zeit musste alles „analog“ mittels Relais (bei MÄRKLIN „Fernschalter“ genannt) geschaltet werden. Eigentlich ist der Begriff „Analog“ in Verbindung mit Relais irreführend und genau genommen sogar falsch! Denn ein Relais kann nur zwei Schaltzustände einnehmen: Schalter offen (aus) oder Schalter geschlossen (an). In der Digitaltechnik sagt man beispielsweise für „aus“ „Null“ (oder: L für Low; f für falsch), und für „an“ „Eins“ (oder: H für High, w für wahr). Wir könnten also treffender sagen, bei Schaltungen mittels Relais handelt es sich um „mechanische Digitaltechnik“. Ob ein Schalter nun per Hand betätigt wird (Lichtschalter, Treppenhauslicht), oder elektrisch mittels elektromagnetischer Spulen (=Relais) betätigt wird, oder ob ein Schalter durch eine Speicherstelle in einem Rechner nachgebildet wird und diese per Software geschaltet wird, ist prinzipiell vollkommen egal! Es kommt einzig auf die logische Stellung des Schalters an; alles andere ist lediglich durch wen oder was dieser Schalter betätigt wird. Mittels mehrer Schalter (Relais oder Speicherstellen eines Rechners) können dann nach einer vorgegebenen Logik bestimmte Steuerungen realisiert werden. Der Unterschied zwischen einer Steuerung mittels Relais und der Steuerung mittels eines Rechners besteht hauptsächlich darin, dass Steuerungen mittels Relais fest verdrahtet sind (Änderungen müssen hardwaremäßig, durch Umlöten von Drähten, durchgeführt werden), während Steuerungen mittels Rechner per Software realisiert sind (Änderungen können ohne mechanisches Werkzeug durchgeführt werden, was natürlich sehr viel schneller geht).

Vor langer Zeit, als es für die Modellbahn noch keine digitalen Steuerungen gab, baute ich „analoge“ Anlagen auf, welche vollständig und ausnahmslos mit MÄRKLIN Fernschaltern (das sind bistabile Relais) realisiert wurden. Damit waren möglich:

-                     Blocksicherung

-                     Weichenstraßen (schalten und sperren)

-                     Signalsteuerung (Halt / Fahrt / Langsamfahrt)

-                     Jede Lok „hing“ an ihrem eigenen analogen Fahrregler (Blockweiterschaltung)

-                     Automatikbetrieb (Züge steuern ihre Fahrstrecken selbsttätig)

-                     Umschaltung Automatik- / Handbetrieb mit Blocksicherung

Der Aufwand an Schaltgleisen, Fernschalter, Verkabelung, und allem voran an logischen Überlegungen war gewaltig (die Kosten auch!). Ebenso gewaltig klackerten die Relais und es war beeindruckend diesen bei ihrer „Arbeit“ zuzusehen. Aber wehe es kam zu Störungen, dann musste jeder Fernschalter an Hand seines kleinen Hebels auf seine Stellung hin überprüft werden. Diese Überprüfung setzte allerdings voraus, dass man die Logik der komplexen Schaltung „im Kopf“ hatte oder man musste Schritt für Schritt in seinen Unterlagen „wühlen“! Digitale Steuerungen mittels Software sind hier viel störungsunanfälliger, sowie leichter und schneller zu editieren (Ändern oder Fehler beseitigen), und dazu wesentlich kostengünstiger. Warum beschreibe ich dann im Folgenden eine kleine Blocksteuerung mittels „antiker Fernschalter“? Nun, bei der Beschäftigung mit dieser analogen Technik gewinnt man zwangsläufig ein Gefühl für Steuerungslogik (man hat Hardware in der Hand und sieht unmittelbar was sie tut! – oder auch nicht?).

 Genug der Vorrede! Wenden wir uns einem Beispiel „Blocksteuerung einer Ausweichstelle“ mittels MÄRKLIN-Fernschaltern der konventionellen analogen Art zu.

Abb.1 Blockstrecken_1 (mit WinTrack V10 erstellt)

Als erstes wenden wir uns einer Schaltung zu, die einen Zug vor einem Signal halten lässt. Konventionell erfolgt dies, indem der Halteabschnitt vor einem Signal mittels Relais stromlos geschaltet werden kann (die alten Flügelsignale von Märklin verfügten bereits über ein eingebautes Relais). Die Schaltung sieht dann wie die links dargestellte Abbildung aus.

Stellpult Stp1 der Teil von einem MÄRKLIN-Tastenpult (das mit den 4 roten und 4 grünen Tastern). Hier Taster Ta1 = Halt (rot), Ta2 = Fahrt (grün), Ta3 = Langsamfahrt (orange, Abzweig).

FS1 und FS2 sind zwei Fernschalter (oder einfach bistabile Relais). Bei einem einbegriffigen Signal (rot/grün) brauchen wir natürlich nur einen Fernschalter; bei einem zweibegriffigen Signal (hier S1, rot/grün/orange) hingegen sind zwei Fernschalter erforderlich. Grund: die Haltestrecke vor dem Signal muss bei Signalstellung „grün“ mit Fahrstrom versorgt werden, aber auch bei Signalstellung „orange“ (Langsamfahrt oder nachfolgende Weiche auf Abzweig). Für die Signalstellung benötigen wir zwei Taster (Ta2 und Ta3), bei nur einem Relais zur Fahrstromversorgung würden wir die beiden Taster zusammenschalten und die Signalstellung (grün / orange) würde nicht mehr funktionieren.

Wir gehen jetzt einen Schritt weiter und zeichnen uns vier Böcke auf. Block 1 trifft auf eine Abzweigung zu den Blöcken 2 und 3; die Blöcke 2 und 3 werden zusammengeführt und treffen auf Block 4. In den folgenden Darstellungen lassen wir der Übersichtlichkeit wegen die Relais für die Halteabschnitte vor den Signalen weg und deuten die Schaltung von Signalen und Weiche nur grob mit dem Stellpult an. Die Schaltung zu den jeweiligen Signalen geht aus Abb. 1 hervor.

Abb.2 Blockstrecken_2 (mit dem Programm WinTrack V10 erstellt)

Im nun nächsten entscheidenden Schritt wollen wir die zugehörige Blocksicherung entwickeln. So darf ein Zug den Block 1 nicht nach Block 2 verlassen, wenn sich auf Block 2 noch ein Zug befindet (also, wenn dieser noch als belegt gemeldet ist). Der Zug könnte aber Block 1 verlassen und nach Block 3 fahren, sofern dieser als nicht belegt gemeldet ist (andernfalls nicht!). Was die Ausfahrten aus den Blöcken 2 und 3 betrifft: weder aus dem einen noch aus dem anderen Block darf ein Zug ausfahren, wenn Block 4 noch nicht frei ist.

Soweit haben wir uns jetzt die Logik überlegt und können uns jetzt  der Schaltungsumsetzung widmen.

Eine konventionelle Schaltung mit Relais (Fernschaltern) könnte dann wie folgt aussehen:

 

Abb.3 Blockstrecken_3 (mit dem Programm WinTrack V10 erstellt)

Konventioneller Handbetrieb mit Blockbetrieb

 Steuerung mit klassischen Stellpulten, Signalen, und Fernschalter von MÄRKLIN.

 Ablauf Beispiel:

 -                     Block 1 besetzt.

-                     Zug hält vor Signal S1

-                     Über Stellpult Stp1 kann HP1 (= grün, Fahrt geradeaus) gegeben werden.

-                     Zug fährt über K1 und stellt S1 auf HP0 (= rot, Halt).

-                     Fahrt über Weiche W1 geradeaus in den Block 2.

-                     Bei K2 wird die Relais Rel.1 und Rel.3 auf „besetzt“ geschaltet, d. h. nach Ausgang c, wo nichts angeschlossen ist.

-                     Da Rel.1 auf „besetzt“, kann über Stp1 S1 und W1 nicht mehr auf grün gestellt werden (Block 2 ist gesichert).

-                     Erst bei K4 wird der Block 1 wieder frei gegeben (Einzelheiten nicht eingezeichnet)

-                     Zug hält vor S2.

-                     S2 wird auf grün gestellt (nicht im Detail eingezeichnet).

-                     Zug fährt über K6, damit wird Rel.3 freigeschaltet (grün)

-                     K8 dient dazu S2 (und S3) wieder auf rot zustellen.

-                     Zug erreicht (nachdem auch der letzte Wagen den Block 2 verlassen hat!!!) K9; um einen verlassenen Block frei zu geben. Welchen, das steuern die Relais Rel.3 und Rel.4!

-                     Da zuvor Block 2 verlassen wurde, wurde Rel.3 freigeschaltet, und der Kontaktstrom von K9 wird weitergeleitet zu Rel. 1, um dieses nun erst (nach dem wie gesagt auch der letzte Wagen den Block 2 verlassen hat) auf grün zu stellen; damit ist Block 2 wieder freigegeben und Stp1 für S1 auf grün nicht mehr blockiert

 Während der erste Zug im Block 2 vor S2 hielt, hätte das Signal S1 für einen nachfolgenden Zug auf HP2 (orange, Abzweig) zu Block 3 gestellt werden können.

 Die Verschaltung der Relais Rel.1 bis Rel.4 mit ihren Kontaktgleisen ist erforderlich aus folgenden Gründen:

-                     bei K9 muss klar sein, welcher Block (2 oder 3) verlassen wurde, damit klar ist welcher Abzweig für den hinteren Block 1 freigegeben werden kann.

-                     Ein hinterer Block kann erst dann freigegeben werden, wenn der letzte Wagen den Folgeblock verlassen hat; weswegen K9 mindestens einen Abstand vom vorigen Block haben muss wie der längste Zug der verkehren soll!

Empfehlung:

Alle Möglichkeiten „trocken“ am Gleisschaltplan Block-Strecken aus Abb.3 durchspielen, um die Schaltung vollständig zu verstehen.

 Anmerkung:

Schaltkontakte können auf vielfältigste Weise realisiert werden, wie beispielsweise:

-                     MÄRKLIN Kontaktgleise; hier wird mit der „Masse“ des Fahrstroms geschaltet. Nachteil beim Schalten von Relaisspulen: steht Rollmaterial längere Zeit auf einem Kontaktgleis, können die Spulen den Hitzetod erleiden!

-                     MÄRKLIN Schaltgleise; diese werden nur durch Mittelschleifer (Lok, Wagons mit Schleifer) ausgelöst. Vorteil: kaum wahrscheinlich, dass ein Schleifer direkt auf diesen Kontakt längere Zeit verweilt. Zudem sind diese Kontakte richtungsabhängig, d. h. sie können die Fahrtrichtung erkennen und es stehen einem so weitere Schaltmöglichkeiten zur Verfügung. Für Gleisbesetztmeldungen nur mittels Moment-Melder geeignet (zu diesem Zweck sind in den meisten Fällen Kontaktgleise besser geeignet).

-                     Reedkontakte: werden durch kleine Magnete ausgelöst, welche an der Lok (oder auch Wogens) angebracht wurden und stellen ebenfalls nur Momentkontakte dar.

 

Wie gesagt, die Steuerungslogik läuft prinzipiell bei digitaler Steuerung genauso ab, ist aber  preiswerter (je größer die Anlage ist), störunempfindlicher, flexibler (Änderungen per Software), bietet noch mehr Möglichkeiten, und ist im Grunde leichter erlern- und beherrschbar.

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BLOCK-Steuerung, digital, Simulation.

Beispiel Ausweichstelle

 Vorbemerkungen

In einem vorigen Beitrag „BLOCK-Steuerung, konventionell, analog“ beschrieb ich bereits das Prinzip einer solchen Steuerung am Beispiel einer Ausweichstelle (bitte lesen; ich wiederhole hier vieles nicht mehr). Hier nun stelle ich eine entsprechende Schaltungssimulation dafür vor.

Eine Blocksteuerung mit Blockbelegtmelder, Signal- und Weichensteuerung mit Verrigelung lässt sich im Prinzip leicht und preiswert mit Logik-Gattern realisieren (C-Mos-ICs); hierfür gibt es auch erschwingliche Schaltungssimulationsprogramme, welche den Vorteil bieten eine erdachte Schaltung erst am Rechner auszuprobieren, bevor man sie in Hardware erstellt. Darauf möchte ich an dieser Stelle jedoch nicht eingehen. Wie gesagt, mittels eines solchen Programms habe ich eine Block-Steuerung für eine Ausweichstelle realisiert und daraus eine kleine Programmdatei erstellt. Diese Programmdatei kann sich jeder runterladen, um dann selber spielerisch die Funktionen einer solchen Blocksteuerung auszuprobieren (Download weiter unten).

 Hier nun eine kurze Erklärung für die Bedienung:

Abb.1

Abbildung 1 zeigt das BLOCK-STELLWERK. Wir erkennen BLOCK 1 mit dem Einfahrtssignals 1 in einen Bahnhof. Der kleine Bahnhof besitzt zwei Gleise, BLOCK 2 mit Ausfahrtssignal 2 und BLOCK 3 mit Ausfahrtssignal 3. Beide Ausfahrtsgleise münden in die Strecke mit BLOCK4 und dem zugehörigen Block-Signal 4. BLOCK 5 ist nur noch angedeutet und wird bei der Simulationsbetätigung benötigt, um BLOCK 4 auch wieder frei geben zu können (bei einer realen Anlage würde der Fahrweg ja weiter führen).

Einzelheiten:

Abb.2

Abbildung 2 zeigt das Einfahrts-Signal 1. Den jeweiligen Schalter für den Besetztmelder eines Blocks muss der Anwender immer dann „anklicken“, wenn er einen Zug dort hin fahren lassen möchte. Signale werden vom Anwender durch Betätigen der Taster gestellt: Rot für Halt, Grün für Fahrt gerade, Gelb für Langsamfahrt Abzweig. Alles andere erledigt die Schaltung! Das heißt, bei Ausfahrt aus einem Block muss der Anwender natürlich auf den Schalter für den Besetztmelder des nächst folgenden Blocks klicken. Dadurch wird das zurückliegende Signal automatisch auf Rot (Halt) gestellt und der zugehörige Block wieder frei gegeben. Die beiden dreieckigen LEDs, jeweils bei den Signaltastern, zeigen an, ob ein Taster gesperrt ist. In der obigen Abbildung 2 ist beispielsweise grün gesperrt, wenn der „Geradeaus-Block 2“ belegt ist (versuchen Sie auf Grün zu schalten, es wird nicht gelingen!). Gelb ist nicht gesperrt, wenn der „Abzweig-Block 3 frei ist.

Abb.3

Abbildung 3 zeigt die beiden Blöcke mit ihren Ausfahrtssignalen im Bahnhof. Da beide Gleise in das selbe Gleis münden (Block 4), müssen sie bei Stellung Fahrt gegenseitig verriegelt werden, beachte gelbe Dreieck-LED.

Abb.4

Abbildung 4 zeigt die Blockstreck 4 mit Blocksignal 4. Der nachfolgende Block 5 ist nur noch „schaltungstechnisch“ zur Bedienung angefügt. Daher besitzt er neben dem bereits bekannten Schalter zur Besetztmeldung noch einen weiteren Schalter, welcher zur Freigabe des Blocks 5 zu betätigen ist.

Anmerkung:

Ist Block 2 oder Block 3 als belegt gemeldet und sollte dann das jeweils zugehörige Signal auf Fahrt und dann manuell auf Rot (Halt) gestellt werden, dann wird der Block automatisch auf „nicht belegt“ zurückgeschaltet und muss manuell wieder auf „belegt“ gesetzt werden; auf einer realen Anlage würde dies nicht erforderlich sein, da ein dort verbleibender Zug den Kontakt sofort wieder einschalten würde – in der Simulation müssen Sie dies übernehmen! (könnte man mit vermehrtem schaltungstechnischen Aufwand auch verbessern).

Erstellen Sie sich einen Ordner auf Ihrem Laufwerk (beispielsweise mit Namen „Blocksimulation“). Nun kann das Programm der Simulation herunter geladen werden, entpacken und dann in den Ordner („Blocksimulation“) navigieren, dort das Programm „block-steuerung abzweig taster.EXE“ starten (Doppelklick). Es wird sich das Fenster, wie in Abbildung 1 dargestellt, öffnen und kann mit der Maus bedient werden. Probieren Sie alle Fahrsituationen aus. Viel Spaß!

Download Blocksteuerung Abzeig.zip Größe: 2MB

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