Blokbeveiliging

Een beknopte introductie

Bij het beveiligen van de treinenloop, zowel in het echt als in het klein, wordt meestal gebruik gemaakt van een bloksysteem. Het principe hiervan is dat het traject wordt opgeknipt in logische stukken (blokken) waarbij de regel geldt dat in elk blok zich maximaal 1 trein mag bevinden. Op deze manier worden botsingen vermeden. Op de grens van 2 blokken staat een sein, dat de toegang tot het volgende blok beveiligt. Is het volgende blok bezet, dan toont het sein rood (stop). Als het traject slechts in één richting bereden wordt staan er ook maar in één richting seinen. Wordt het traject in beide richtingen bereden, dan staan er ook in beide richtingen seinen om de beveiliging te waarborgen. Het ene blok kan direct overlopen in het volgende blok, maar het kan ook zijn dat daar 1 of meerdere wissels tussen liggen. Op die manier kan een trein komend uit 1 blok “kiezen” uit meerdere bestemmingsblokken of omgekeerd. Een verzameling wissels tussen 2 blokken noemen we een “wisselstraat”. In principe is de wisselstraat zelf nooit onderdeel van een blok. Seinen die de uitgang van een blok naar een (verzameling) blok(ken) via een wisselstraat beveiligen zijn vaak iets ingewikkelder dan gewone blokseinen. Zo’n sein moet niet alleen kunnen aangeven of de wisselstraat en het volgende blok waar de wisselstraat naartoe leidt vrij zijn, maar ook of het traject leidt over afbuigende wissels die langzamer bereden dienen te worden. Qua plaatsing, uitvoering en exacte betekenis van seinen bestaan overigens tussen de verschillende landen zeer grote verschillen. Het doorgronden hiervan is een studie op zich die we hier niet zullen uitvoeren. Wisselstraten vind je vaak aan de in –en uitgangen van stations. De seinen die de trein toegang verlenen van de vrije baan naar het station noemen we inrijseinen. De seinen die de toegang van de trein vanuit het station naar de vrije baan regelen noemen we uitrijseinen. In onderstaande figuur vind je een voorbeeld hoe een aantal blokken via een wisselstraat kunnen zijn verbonden en hoe de toegang naar de diverse blokken met seinen in dat geval kan worden geregeld.

Besturen van treinen

De besturing van de treinen op de modelbaan met een bloksysteem is op verschillende manieren te realiseren. De “ouderwetse analoge” manier gaat er van uit dat een stuk rails voor het sein geïsoleerd wordt van de rest van het spoor en stroomloos gemaakt wordt indien het sein op rood staat. Komt de trein op het railstuk voor het sein en staat het sein op rood, dan krijgt de lok geen stroom meer en stopt hij. Langzaam afremmen en optrekken is er op die manier vaak niet bij. Een ander probleem ontstaat bij geduwde treinen. Als de lok achteraan rijdt is in bovengenoemd geval de kop van de trein al een heel eind voorbij het sein in het volgende blok gereden voordat de lok op het stroomloze stuk komt en stopt. Niet echt natuurgetrouw en in bepaalde gevallen (bv daar waar de kop van de trein dan op een wisselstraat uitkomt) een mogelijk oorzaak van botsingen. Het aansturen van de seinen en de geschakelde railstukken kan met de hand, relais, discrete logica of een computer.

Een andere manier om de treinen te besturen is via een digitaal systeem. Hierbij wordt elke lok voorzien van een decoder. De rails staat permanent onder spanning. Een centrale besturingseenheid stuurt via de rails digitale commando’s naar elke lok om deze individueel te kunnen besturen. Zo’n systeem wordt daarom ook wel lokgestuurd systeem genoemd. In principe is dit het meest flexibele systeem, want elke lok is volledig onafhankelijk van alle andere bestuurbaar. Bovendien hebben de betere decoders een aantal extra’s, zoals cruisecontrole (het rijden met een constante snelheid, onafhankelijk van de belasting), schakelen van verlichting en geluid, etc. Voorwaarde voor dit moois is wel dat elke lok moet zijn voorzien van een decoder en dat kost geld en ruimte waarvan dat laatste met name in N-materieel niet altijd ruimschoots voorhanden is. Daarnaast is er ook nog wat centrale apparatuur nodig om de decoders te kunnen aansturen: een voeding, digitale centrale en boosters. De boosters zijn bedoeld om de digitale signalen via de rails bij de locs te krijgen. Een puntje van aandacht hierbij is dat een booster geen onbeperkte capaciteit heeft: wordt de baan groter dan ben je vaak genoodzaakt deze op te delen elk deel van een aparte booster te voorzien. Ook vergt het bij 2-rail rijders ‘bekende’ keerlusprobleem nog steeds een speciale ingreep om opgelost te worden.

Een derde manier van besturing is met een blokgestuurd systeem. Hierbij worden alle blokken elektrisch van elkaar gescheiden en wordt elk blok apart aangestuurd. De idee achter een blokgestuurd systeem is dat zich volgens het beveiligingsprincipe in elk blok maximaal 1 trein mag bevinden. Als dat zo is zijn ook op deze manier alle treinen onafhankelijk van elkaar bestuurbaar zonder dat je in elke lok een decoder moet bouwen, terwijl je toch vrijwel dezelfde vrijheid van besturen houdt. Een bijkomend voordeel is dat het keerlusprobleem meteen wordt opgelost zonder bijzondere ingrepen. Een mogelijk nadeel is dat niet elke lok hetzelfde rijgedrag vertoont. Als je echter weet welke lok zich waar bevindt (hetgeen toch noodzakelijk is indien je de treinenloop enigszins wilt beveiligen) kun je de aansturing aanpassen aan de eigenschappen van de lok die in het betreffende blok rijdt. Het moeten opknippen van de baan in elektrisch gescheiden stukken vereist iets meer bedrading om deze aan te sluiten, maar ook bij een decodersysteem kom je niet weg met slechts 1 groot elektrisch aaneengesloten emplacement, vooral niet als je bezetmelders gebruikt als terugmelding (zie verder). Mits goed uitgevoerd kan een blokgestuurd systeem een lokgestuurd systeem qua rijgedrag en mogelijkheden dicht benaderen.

Langzaam optrekken en afremmen gebeurt bij een blokgestuurd systeem precies zoals bij een decodersysteem. Door bepaalde meetpunten in de baan aan te brengen (zie verder) wordt vastgesteld op welk moment een trein moet gaan remmen om op een bepaald punt tot stilstand te komen (in principe net voor een rood sein). Tiidens het remproces wordt het aan de trein (= het blok waarin de trein zich bevindt) toegevoerde vermogen langzaam verminderd, waardoor de trein langzaam afremt en uiteindelijk netjes stopt. Bij optrekken gebeurt het omgekeerde. Bij een blokgestuurd systeem kennen we dus (evenals bij een computergestuurd decodersysteem) geen stroomloze stopsecties om een trein tot stilstand te dwingen.

Positiebepaling

Welk systeem er ook gebruikt wordt, als je de treinenloop wilt besturen en beveiligen zul je moeten weten waar zich treinen bevinden en bij voorkeur zelfs welke trein zich waar bevindt. Je zult de baan dus moeten voorzien van meetpunten. De plaatsbepaling kan weer op diverse manieren. De meest gebruikte zijn die met behulp van reed-schakelaars en met behulp van bezetmelders, dus daartoe zullen we ons hier beperken. Over de voor en nadelen van beide methodes woedt een soms felle strijd, die veelal gevoerd wordt op basis van persoonlijke ervaringen en wellicht zelfs vooroordelen. Elders vind je een overzicht met voor en nadelen van beide oplossingen, hopelijk een beetje objectief.

Bij reed-schakelaars wordt onder elke lok een magneetje bevestigd en wordt naast, tussen of onder de rails een glasschakelaar gelegd die door het magneetje wordt geactiveerd.

Bij bezetmelders meet een elektronische schakeling of op een bepaald baanvak stroom wordt afgenomen. Dat afnemen van stroom gebeurt indien er een lok op staat of een rijtuig met verlichting. Als je ook wilt dat wagons zonder verlichting worden gedetecteerd kan dat door de wielstellen daarvan een beetje stroomgeleidend te maken, bijvoorbeeld met weerstandslak. Omdat de detectie plaatsgebonden moet zijn (anders weet je nog niet waar de trein zich bevindt) moet je de railstukken waarin afzonderlijke detectie dient plaats te vinden onderling isoleren. Zo’n railstuk noemen we een detectiesectie (of kortweg: sectie). Het bovengenoemde verhaal is overigens alleen van toepassing voor 2-rail systemen. Bij 3-rail systemen (die we hier verder niet beschouwen) is bezetmelding een stuk eenvoudiger en het gebruik van reed-contacten juist lastiger (vanwege de middenrail).

Uiteraard ben je er niet met schakelaars en/of detectoren alleen. De signalen die hier vandaan komen moeten ook nog worden verzameld, eventueel gebufferd en toegevoerd worden aan het besturings –of beveiligingssysteem. Dit vereist enige bedrading en elektronica. Een reed-schakelaar wordt door een passerende trein slechts heel kort bekrachtigd. Een computer die meerdere schakelaars moet inlezen zal dit meestal doen door de stand van de schakelaars sequentieel (een voor een achter elkaar) in te lezen. Indien dit niet snel genoeg gebeurt of indien dit inleesproces korte tijd (milliseconden) wordt onderbroken (hetgeen bij Windows meer gebruik dan uitzondering is) is de kans dat een schakelaar gemist wordt aanzienlijk. Bij bezetmelders bestaat het probleem dat slechte wielcontacten (denk maar eens aan het flikkeren van de verlichting van je rijtuigen) leiden tot “denderen” van de bezetmelding, hetgeen richting het besturingssysteem heel veel onnodige meldingen en belasting veroorzaakt. Zowel bij reed-schakelaars als bij bezetmelders hebben we daarom voorzieningen nodig die deze effecten tegengaan. Uiteraard voorziet DINAMO in deze voorzieningen.

Wissels en seinen

Bij lok -en blokgestuurde systemen hebben de seinen in de meeste gevallen geen actieve functie. De treinen worden immers rechtstreeks door de (centrale) besturingseenheid aangestuurd. Toch zul je in de meeste gevallen wel seinen op je baan willen hebben omwille van het nabootsen van een natuurlijke situatie en als je ze er hebt staan moeten ze ook het bij de situatie behorende seinbeeld tonen. Wissels hebben uiteraard wel een echte actieve functie.

Wissels en armseinen worden normaliter bediend met magneetspoelen of motoren die een relatief kortstondige aandrijving behoeven om het apparaat in een andere stabiele toestand te brengen. Het besturingssysteem moet daarom in staat zijn om per spoel (motor) een korte puls te geven. Het aansturen van deze apparaten kan gerust sequentieel (achter elkaar) geschieden. Het precieze moment waarom het omzetten van de wissel gebeurt is meestal niet zo heel belangrijk, daar mag best een seconde of wat vertraging in zitten. Het voordeel van sequentiele aansturing is dat de hoeveelheid elektronica kan worden beperkt en (met name) dat de hoeveelheid benodigd elektrisch vermogen aanzienlijk kleiner is. Het gelijkertijd omzetten van 5 wissels die elk 1A vragen vereist een stroom van 5A gedurende ca 200ms. Het sequentieel omzetten van diezelfde wissels vergt een stroom van 1A gedurende ca 1s. De hoeveelheid gebruikte energie blijft gelijk, maar het benodigde vermogen is in het laatste geval aanzienlijk gunstiger.

Daglichtseinen vereisen een permanente aansturing (de juiste lampjes moeten immers wel permanent licht blijven geven). Hiervoor is dus een ander type aansturing noodzakelijk dan voor magneetspoelen.

In principe kun je met de twee bovengenoemde typen aansturing (pulsaandrijving en permanente aansturing) alle (niet rijdende) elektrische artikelen op je modelspoorbaan bedienen.

(sluit dit venster om terug te gaan)