Brevet FR2506965A1 — publié le 19821203

DISPOSITIF DE COMMANDE DE PONT TOURNANT PAR AUTOMATISME LOGIQUE A CIRCUITS INTEGRES APPLICABLE NOTAMMENT AU MODELISME FERROVIAIRE La présente invention concerne les plaques et ponts tournants destinés à équiper les dépôts des reseaux de modélisme ferroviaire en toutes échelles. Elle permet une automatisation du positionnement par simple affichage de la position demandée et par une technique simple de commande : l'automatisme logique par circuits intégrés. Dans un dépôt ferroviaire treel ou miniature) le pont tournant permet, à partir des voies d'entrée et de sortie, de positionner les locomotives sur leurs voies de garage respectives, sous la rotonde, ou de les faire pivoter de 1800 pour celles qui n'ont qu'une cabine de conduite. Dans les dispositifs connus de ce genre, la commande du pont tournant est obtenue par un simple inverseur électromécanique permettant au pont tournant de se déplacer dans un sens ou l'autre, jusqu'à atteindre la position désirée. Mais ces dispositifs présentent les trois inconvénients suivants 10) L'opérateur doit lui-même actionner et maintenir l'inverseur, dans un sens ou dans l'autre pour envoyer le pont tournant, dans le sens le plus court et pour parvenir à la voie désirée. 20) L'opérateur doit surveiller en permanence l'évolution du pont tournant pour l'arrêter à temps devant la voie demandée. 30) D'autre part les circuits électriques de certains automatismes existants sont constitues de logique à relais électromécaniques. Cette technique présente l'inconvénient de nécessiter un grand nombre de relais et un très grand nombre de contacts. Cet état de fait entraine un cablage très fasticieux et compliqué n'étant pas à la portée du modéliste non électricien et à un encombrement prohibitif de l'ensemble accompagné d'une consommation de courant électrique non negiipeaole. L'automatisme logique à circuits intégrés selon l'invention, permet d'éviter ces inconvénients. En effet, la commande du système s'obtint non pas, par un simple inverseur, mais par un calculateur comparateur recevant ses informations, d'une part par des roues codeuses indiquant numériquement, en clair, le numéro de la voie de destination, ou adresse, et d'autre part, par un codeur opto-électronique situé sous le pont tournant et solidaire de son axe, qui lit en permanence la position de celui-ci. Le calculateur comparateur donne l'ordre au moteur du pont tournant de se déplacer dans un sens ou dans l'autre pour aller par le chemin le plus court. Lorsque le pont est arrivé à la destination demandée le calculateur donne ordre au moteur de s'arrêter. il affiche, d'autre part, sur deux décades lumineuses numériques, l'indication, en clair, de la position du pont. L'opérateur n'a donc qu'à afficher la destination désirée et à appuyer sur le bouton poussoir de départ. C'est le calculateur logique à circuits intégrés qui fait tout le reste -- comparaison de la destination et de la position initiale -- choix du chemin le plus court, mise en marche, comparaison permanente pendant la marche des deux données et indication lumineuse de l'évolution du pont, détection de l'arrivée au point demandé, arrêt devant cette position. D'autre part, l'encombrement de l'ensemble est réduit à sa plus simple expression de par la miniaturisation des circuits intégrés. Le problème de cablage est résolu par l'utilisation de circuits imprimés, la consommation électrique est réduite à quelques watts. Le système se branche exactement à la place de la commande existante sans aucune modification. Les dessins annexés décrivent les différentes parties du système. Figure 1 : Disque codeur Figures 2-3-4 : Capteur opto-électronique de position du disque codeur Figure 5 : Disposition du disque codeur et du capteur sous le pont tournant Figure 6 : Schéma électronique du capteur opto-électronique C1 voie sur les 6 existantes et identiques) Figure 7 : Schéma électronique de la carte circuit interface t1 voie sur les 6 existantes et identiques) Figure 6 : Schéma électronique du calculateur comparateur Figure 9 : Schéma électronique de l'affichage opto-électronique de position Figure 10 : Schéma électronique des alimentations électriques Figure 11 : Schéma électrique du circuit de puissance Figure 12 : Schéma électrique d'origine Figure 13 : Disposition des cartes circuits électroniques, pupitre de commande et pont tournant. La figure -1- représente le disque codeur translucide qui sera solidaire de l'axe de rotation du pont tournant après fixation à celuici. il est codé en code GRAY afin d'éliminer les erreurs de lecture. Les figures -2- -3- -4- représentent le capteur opto-électronique de position lisant électroniquement la position du pont donné par le disque codeur passant à l'intérieur de ce codeur. Ce codeur est fixé sous la face intérieure de la plaque tournante suivant la vue générale en figure -5-. La figure -6- représente le schéma électrique du capteur optoélectronique. Les photodiodes sont situées dans la branche inférieure, les photo-transistors dans la branche supérieure, les résistances -5- et -6- sont situées respectivement de chaque coté du fût. La figure -6- représente le schéma d'une voie seulement du capteur, celui-ci comprenant 6 pistes. La figure -7- représente le schéma de la carte interface; là aussi, il n'est représenté que le schéma d'une piste, les cinq autres étant identiques. Le schéma du calculateur, coeur du système, est lui, représenté par la figure -8-. La figure -9- représente le schéma de l'affichage opto-électronique de la position du pont tournant. Quant aux alimentations et à la commande du moteur du pont tournant elles sont représentées, respectivement par les figures -10- et -11-. La figure -12- représente le schéma d'origine d'une commande manuelle de pont tournant de modélisme ferroviaire. Elle a été représentée pour bien montrer que la commande automatique électronique se branche directement en lieu et place de la commande manuelle d'origine et sans aucune modification de câblage. Le câblage du pont ne subissant pas de modification. Le modéliste non électronicien n'a ainsi aucune difficulté pour passer d'un système à l'autre. Tel qu'il est représenté le système comporte un disque codeur (1' solidaire en rotation de la plaque tournante, voir figures -1- et -5-. Ce disque en matière translucide (Plexiglass] est divisé en autant de secteurs que la plaque tournante comporte de directions, soit dans ce cas 48 directions. il peut être adapté à d'autres configurations. Le disque est codé en code binaire réfléchi appelé code GRAY. il comporte donc six pistes qui permettent d'obtenir le code des positions 1 à 48, soit les pistes 1 - 2 - 4 - 8 - 16 - 32 Les états 1 sont obtenus par la transparence, l'état zéro par l'occultation de la transparence par des masques. La lecture de la position se fait à l'aide d'un capteur optoélectronique (2) muni de 6 diodes t3) émettrices d'infra-rouge tune par piste) et de 8 phototransistors (4) sensibles aux infra-rouges Chaque photodiode est alimenté au travers d'une résistance de limitation d'intensité t5) t1G05L1/4 W1. Chaque phototransistor est alimenté par l'intermédiaire d'une résistance t6) (I0OOSL 1/4 W). Le capteur est fixé sous la plaque tournante à commander selon figure -5-de façon que chaque piste du disque codeur t1) soit en regard de chaque piste du capteur (2). Chaqus piste venant occulter ou non le rayonnement issu des diodes émettrices (3) vers les phototransistors t41. Le code GRAY donnant un état pour chaque position de la plaque tournante par l'intermédiaire du disque codeur t1) et du capteur (2), le système d'automatisme saura donc à tout instant le positionnement de la plaque tournante. Lorsque le phototransistor (4) est excité par le rayonnement infrarouge émis par la diode (3), il commute le + 5 volts vers sa sortie. Ce sera un état 1 pour le système d'automatisme. Lorsque le phototransistor (4) n'est pas excité par le rayonnement infra-rouge ds la diode !3) il ne commnute plus le + 5 volts et sa sortie est "en l'air", c'est à dire sans potentiel électrique défini. Le système d'automatisme ne lisant que les potentiels + 5 volts ou zéro volts, va traduire cet état comme un + 5 volts et il n'y aura pas de différence. Il faut donc remédier à ce défaut en interposant entre la sortie du phototransistor (4) et le système d'automatisme un circuit qui va donner un état 5 volts pour l'état 1 ou phototransistor (4) éclairé, et un état O volt pour le phototransistor non éclairé. Ce circuit,dit interface selon figure -7-, est composé d'un transistor 2 N 1711 -(7)- qui commande un relais (6). Lorsque le phototransistor (4) est éclairé il envoie le + 5 volts sur la lasse du transistor (7), celui-ci voit donc sa base polarisée et débloque le courant d'alimentation du relais (8) qui, excité, fait basculer son contact inverseur t9) sur la position + 5 volts. Un état 1, + 5 volts est bien envoyé au calculateur. Lorsque le phototransistor(4) n'est plus éclairé, il coupe l'alimentation de la base du transistor t7) qui bloque le courant d'alimentation du relais (8). Celui-ci, n'étant plus excité laisse retomber son contact inverseur sur la position 0 volt. On a bien, pour les états éclairés et non éclairés du phototransistor t43 respectivement les états + 5 volts et 0 volt pour le calculateur. il est bien entendu qu'il faudra autant de système "interface" qu'il y a de pistes et de phototransistors, soit 6, qui seront regroupés sur la même carte. Tout ce qui a été dit jus qu'à présent concerne la lecture de la position de la plaque tournante. L'adresse à laquelle on veut envoyer la plaque tournante sera donnée par deux roues codeuses, codées en BCD. Une roue codeuse pour les unités, une roue codeuse pour les dizaines. Le calculateur travaillant en binaire pur, il sera nécessaire de convertir le code donné par les roues codeuses qui donnent une information en code BCD. Le code BCD des roues codeuses sera transformé en code binaire par un convertisseur BCD/Binaire composé (voir figure 83 par les circuits intégrés 74184 - (10)et(11). Le code GRAY du système de lecture de la position de la plaque tournante sera transformé par un convertisseur GRAY/Binaire composé (voir figure -8-) par les circuits intégrés 7486 t123 et (13). Nous avons maintenant à l'entrée du calculateur proprement dit deux informations en binaire, l'une, la position de la plaque tournante, l'autre la position à atteindre ou adresse. Les deux informations arrivent sur les circuits intégrés 74181, et et (15) qui sont des circuits arithmétiques qui, à l'aide des cir- cuits 7404 (16) et t17] , 7411 (18), 7400 (19), 7432 (20), 7408 t21), va décoder l'intervalle -24 et +24 (pour 48 voies). La détermination de sens de marche se faisant en vérifiant l'adresse par rapport à la position initiale, en fonction de sa position et en fonction de la moitié de cercle de 48 voies, soit 24. L'on nomme A la position atteinta et 5 la position à atteindre. Le circuit 74181 fait l'opération A - B mais pas a - A. On se servira donc à la sortie des 74181 (14) et (15) du scnéma permettant de décoder l'intervalle -24 > A - B dS +24 , ce qui permettra de faire démarrer le pont par le chemin le plus court. Le calculateur donne les ordres "marche-avant" et "marche-arrière" (ceci étant arbitraire] à la sortie du circuit intégré (21). Ces ordres sont transmis au circuit électrique de puissance (figure -11-) par l'intermédiaire, pour chaque sens de marche, d'un transistor 2 N 1711 (22) ou (23) et un relais inverseur (24) ou (25). Il ne faudra pas oublier de détecter l'égalité, adresse-position, pour arrêter le pont devant l'adresse demandée. Cette fonction sera remplie par le circuit intégré comparateur ON 8160 (26) qui arrêtera le mouvement au circuit électrique de puissance par l'intermédiaire du relais (271. Un problème se pose au sujet de l'arrêt du pont bien en face de l'arrêt demandé. Il a été résolu en plaçant le contact d'arrêt du circuit électronique Z 2 sur figure -11- en parallèle sur celui, mécanique (29) existant sur le pont tournant. Ce contact Z 2 est donné par le relais (26), figure -11-, commandé lui-mAme par le relais d'égalité (27). En effet les secteurs de détection du disque codeur (1) ont une longueur telle que le circuit comparateur commence à détecter dès qu'il est dans la "zone" de la voie demandée, alors que le pont n'est pas rigoureusement dans l'axe de cette voie. Mais, comme indiqué plus haut, les contacts d'arrêt du circuit et du pont étant en parallèle, c'est le pont qui s'auto-alimentera, alors que l'électronique aura donné l'ordre d'arrêt, tant qu'il ne sera pas rigoureusement en face de la voie et, c'est son système mécanique d'arrêt qui commandera le système d'arrêt général de son moteur, lorsqu'il sera parfaitement dans l'axe de la voie demandée. CIRCUIT DE COMMANDE DU PONT : En examinant le schéma d'origine de la plaque figure -12- et celui du circuit électronique figure -8-, on s'aperçoit qu'il n'est pas possibla de les connecter directement étant donné que le circuit électronique ne donne, pour les deux sens de marche, qu'une impulsion. Il faudra donc un relais inverseur bistable, à deux bobines (29) de la figure -11- pour remplacer la commande manuelle pour inversion de sens de marche et un relais (28) avec un contact à ouverture Z 2 pour la commande de l'arrêt du pont. Tout ceci apparait sur la figure -11-. CIRCUIT D'AFFICHAGE Un indicateur de position du pont, figure -9-,est constitué par deux décades opto-électroniques numériques BCD. Celui-ci étant utile à l'opérateur situé à quelques distances de la plaque tournante. Il a été réalisé avec deux modules d'affichage 7 segments munis chacun d'un décodeur incorporé et entrée BCD. Il doit donc lire la position du pont, donnée par le codeur (1) par l'intermédiaire du capteur de position (2). Cette position est donnée en code GRAY par le capteur (2) et elle est convertie en binaire pour être traitée par le calculateur. On s'aperçoit, qu'aucune de ces deux sorties (GRAY et binaire) n'est compatible avec l'entrée du télé-afficheur (BCD). Il faudra donc convertir le code GRAY , pris en sortie de la carte interface, figure -7-, en code BCD. Cette conversion a été réalisée sur une carte complémentaire, figure -9-, en deux étages 10) Conversion GRAY/Binaire à l'aide des circuits 7486 (31) et (32) 20) Conversion Binaire/BCD à l'aide du circuit transcodeur : binai re vers BCD C'est un circuit 74185 (33). L'indicateur de position est formé de deux décades opto-électroniques (34) et (35) montées en BCD. L'une indique les unités, l'autre les dizaines. L'inverseur (363 sert comme bouton de test à vérifier à n'importe quel moment le bon état des segments. AVANTAGES APPORTES PAR CE DISPOSITIF On s'aperçoit à l'examen de ces schémas - que l'intervention de l'opérateur est simplifiée : simple affichage de la destination et commande du départ Cavec le dispositif d'origine il doit maintenir l'inverseur dans un sens ou dans l'autre et commander à temps l'arrêt du pont). - que le pont se déplace bien par le chemin le plus court - qu'il s'arrête bien devant la voie demandée - que la commande électronique se substitue exactement à la place du bouton de commande d'origine - que l'on ne modifie pas le câblage d'origine du pont. Le prototype a été réalisé suivant la figure -13- sur lequel on reconnait - repère 1 - le disque codeur - repère 2 - le capteur - repère 37 - le pont tournant - repère 38 - le pupitre de commande comprenant les roues codeuses 39 et 40, les décades d'affichage 34 et 35, le bouton double de mise en marche 41, le bouton de test des segments des dé cades 36 - repère 42 - le transformateur d'alimentation - repère 43 - la carte d'alimentation et de commande du pont (figure -10 et figure -11-) - repère 44 - la carte interface (figure -7-) - repère 45 - Ïe circuit calculateur (figure -6-) - repère 46 - la carte convertisseur GRAY/BCD pour l'indicateur de posi tion (figure -9-). Le dispositif, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas où des modélistes , possesseurs de ponts tournants, désirent les automatiser pour rendre leur fonctionnement conforme à la situation réelle. D'autre part ce dispositif est la portée de tous les amateurs, mme à ceux n'ayant aucune connaissance en électronique et en électricité, du fait que le dispositif se branche en lieu et place du système d'origine sans aucune modification. REVENDICATIONS I - Dispositif de commande de pont tournant par automatisme logique à circuits intégrés applicable notamment au modélisme ferroviairs caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit calculateur comparateur (45) associé à un lecteur de position (composé d'un disque codeur t1) et d'un capteur opto-électronique t2) et à un système de données de consiqnes (39) et (40) composé de deux roues codeuses. Il - Dispositif de commande de pont tournant suivant revendication (I) caractérisé par le fait que la détection de la position au pont tournant est obtenue par un ensemble digital opto-électronique com posé d'un disque codeur t1) et d'un capteur C2). III - Dispositif de commande de pont tournant suivant revendications tI) et (Il) caractérisé par le fait que l'adresse en clair de la desti nation du pont tournant est obtenue par un système à roues codeuses digitales t39) et (40). IV - Dispositif de commande de pont tournant suivant revendications f1) et CII) caractérisé par le fait que l'indication, en clair, de la position du pont tournant est obtenue par deux décades opto-électro niques (34) et (35) figure -9- commandées par les circuits intégrés (31), t32) et t33) de la figure -9-.