Création d’un TCO avec itinéraires

Dessin de la partie du circuit concernée

La première chose à faire est le dessin de la zone du circuit concernée par le TCO.

Les cercles avec une croix correspondent aux perçages à réaliser pour la fixation des boutons poussoirs de commande.
Les dessins et les schémas ont été réalisés avec Word de Microsoft puis numérisés et enregistrés avec Paint. Vous pouvez utiliser tout autre logiciel pour le dessin du circuit.

Après impression, le dessin sera collé sur une plaque en aluminium de 1mm d’épaisseur et protégé pas un film transparent.

Commande des aiguillages

Pour la commande des aiguillages on utilise un courant alternatif de 15V correspondant à l’alimentation des accessoires. Il existe plusieurs systèmes utilisés pour le déplacement de la partie mobile de l’aiguillage. Un système qui utilise 2 électro-aimants et qui provoque déplacement rapide de la partie mobile (pas très réaliste) et un autre qui utilise un moteur électrique qui permet un déplacement lent de la partie mobile de l’aiguillage.

Principe de fonctionnement d’une commande avec électro-aimant
Le principe de fonctionnement est simple.

La commande de l’aiguillage est réalisée avec 2 électro-aimants qui déplacent la position de la partie mobile de l’aiguillage. Chaque électro-aimant est raccordé à un bouton poussoir. Un appui fugitif sur un bouton poussoir est suffisant pour modifier la position de l’aiguillage. Pour éviter la détérioration des électro-aimants la durée d’appui sur un bouton poussoir ne doit pas dépasser 2 secondes.
Le changement de direction est rapide et peu réaliste.

Principe de fonctionnement d’une commande à moteur lent
Le déplacement de la partie mobile de l’aiguillage est assuré par un moteur à courant continu associé à un engrenage et une vis sans fin. Cet ensemble permet un déplacement lent de la partie mobile de l’aiguillage.

Le principe de fonctionnement est donné par le moteur à courant continu dont le sens de rotation dépend de la polarité applique à ses bornes.
L’alimentation des accessoires est assurée en courant 15 V alternatif. (Voir schéma de principe ci dessus)
Une borne du moteur est raccordée au "Neutre" de l’alimentation, l’autre borne est raccordée à la commande constituée d’un inverseur avec 2 positions stables et 2 diodes (Voir schéma). Un interrupteur de fin de course est associé mécaniquement à la commande de la partie mobile de l’aiguillage et coupe l’alimentation du moteur quand la position de l’aiguille est atteinte.
Sur le schéma (ci-dessus) dans la position actuelle le moteur est à l’arrêt et la partie mobile est en position directe. En abaissant l’interrupteur de commande la diode laisse passer le courant du « Neutre » vers la « phase ». Le moteur tourne et déplace la partie mobile vers le sens dévié de l’aiguillage. En même temps l’interrupteur de fin de course bascule vers le haut et l’alimentation du moteur est coupée quand la partie mobile atteint la position déviée de l’aiguillage.
En remettant l’interrupteur de commande en position haute la diode alimente le moteur par un courant redressé qui va de la « Phase » vers le « Neutre » le moteur tournant dans l’autre sens la partie mobile de l’aiguillage revient en position directe et dans le même temps l’interrupteur de fin de course revient en position basse et coupe l’alimentation du moteur quand la position directe est atteinte.

Création des itinéraires

Principe de fonctionnement des itinéraires
Les électro-aimants permettant la commande des aiguillages fonctionnant avec du courant alternatif ou du courant continu. Cette caractéristique va nous permettre de commander les itinéraires avec une matrice à diode.

Dans le schéma ci dessus représentant le principe de fonctionnement, sur la gauche du schéma se trouvent les boutons de commande. Il y a un bouton par itinéraire. Dans le bas du schéma sont représentés les aiguillages avec pour chaque aiguillage 2 fils de commande, un pour sélectionner la direction tout droit (Dr) et un pour commuter vers la direction déviée (Dv).
Sur le schéma il y a 5 aiguillages et 6 boutons de commande qui permettent d’établir 6 itinéraires différents. Cette matrice peut être plus grande ou plus petite en fonction du besoin.
Entre un bouton de commande et un fil de commande de l’aiguillage il y a une diode qui permet de sélectionner la commande d’un aiguillage.
Par exemple le bouton 1 va mettre l’aiguillage 1 en direction tout droit, l’aiguillage 2 en position tout droit, les aiguillages 3 et 4 en position déviée.

Création de la matrice
Matériel nécessaire
–  Circuit imprimé perforé avec bandes conductrice sur une face,
Ou un circuit imprimé double face réalisé sur mesures,
–  Des diodes 1N4004 nombre suivant besoin
–  Boutons à impulsion (suivant nombre d’itinéraires à créer)
–  Un connecteur multipoints mâle
–  Un connecteur multipoints femelle compatible avec le connecteur mâle,
–  Du fil de câblage souple et fin
–  Une plaque d’aluminium de 1mm d’épaisseur pour le dessin du circuit commandé

Fabrication de la matrice avec circuit imprimé avec bandes conductrice perforées
Pour la création de la matrice on utilise un circuit imprimé perforé avec côté soudures des bandes conductrices.

Il faut choisir une bande de circuit imprimé qui permettra d’avoir 2 bandes perforées par aiguillage en réservant de la longueur pour un connecteur mâle.(Voir image ci dessous à gauche)

Une autre bande de circuit imprimé dont le nombre de bandes cuivrées sera au moins égal au nombre d’itinéraires à commander sera utilisée pour les poussoirs de commande. Il faut également prévoir des extensions pour pouvoir ajouter des itinéraires si nécessaire. Cette deuxième bande de circuit imprimé sera fixée sur la bande vers les commandes d’aiguillage en la tournant de 90° pour que les bandes conductrice soient perpendiculaires. Les deux bandes de circuit imprimé seront fixées coté isolant l’un contre l’autre. (Voir ci dessus à droite)

Câblage de la matrice
Les fils venant des boutons poussoirs sont soudés aux extrémités des bandes de contact un fil par bouton qui définit un itinéraire. (voir image ci dessus à droite)
Les bandes conductrice vers les commandes d’aiguillage sont raccordées sur le connecteur multipoints (voir image ci dessus à droite)
Pour les commandes des aiguillages la sélection de la commande est réalisée par une diode 1N4004.

L’image ci contre montre le principe d’un raccordement entre un bouton de commande et le fil qui part vers un aiguillage. Le coté en bas de la diode correspond au côté à connecter à un bouton de commande et la partie haute de la diode est raccordée au fil de commande vers un aiguillage. (voir principe de la matrice à diodes)



Fabrication de la matrice avec du circuit imprimé fait sur mesure.
La réalisation de ce type de circuit est relativement simple. Dans un premier temps il faut dessiner le circuit imprimé avec un logiciel spécialisé.

L’exemple est donné par l’image ci dessus pour une matrice de 5 boutons de commande et 5 aiguillages. Les conducteurs en rouge représentent le coté soudures du circuit et le tracé en vert le côté composants où sont placées les diodes. Un exemple de raccordement est représenté : la première diode en haut à gauche mettra l’aiguillage A1 en position tout droit et la diode de droite mettra l’aiguillage A2 en position déviée.
La dimension réelle du circuit imprimé sera de 55mm de largeur sur 45mm de hauteur.

Création du TCO

Dessin simplifié du circuit à commander

Affichage de la position des aiguillages
La position de l’aiguillage est affichée avec 2 LEDs bicolore vert / rouge placées sur chaque direction de l’aiguillage.

Matériel nécessaire par aiguillage
– 2 LEDs bicolore vert / rouge de 3mm référence L937EGW.
– 2 clips pour LED de 3mm
– 2 diodes 1N4148
– 1 résistance 560 Ω

Principe de fonctionnement de l’affichage
Le principe est donné par le fonctionnement des LEDs bicolore L937EGW. Ces LEDs n’ont que 2 fils de raccordement et la couleur de la LED dépend du sens du courant qui la traverse.
La patte la plus longue correspond au +, broche 1 sur le schéma de principe (ci-dessous) et la broche 2 correspond au -.

Quand le courant va de la broche 1 vers la broche 2 la LED s’allume en rouge et à l’inverse de la broche 2 vers la broche 1 la LED s’allume en vert.
L’ensemble est alimenté par du courant alternatif de 15V destiné à l’alimentation des accessoires. Les deux diodes 1N4148 permettent de déterminer le sens du courant traversant les 2 LEDs qui sont raccordées en série. Sur le schéma de principe l’interrupteur permet de définir le sens du courant qui traverse les LEDs, et la résistance de 560Ω permet de limiter le courant qui traverse les LEDs à 20mA.
Quand l’interrupteur est en position haute, la LED de gauche est allumée en rouge et celle de droite est allumée en vert et à l’inverse quand l’interrupteur est en position basse la LED de gauche est allumée en vert et celle de droite est allumée en rouge.

Principe de fonctionnement sans retour venant de l’aiguillage

Quand l’aiguillage n’a pas d’interrupteur de retour de la position de l’aiguille, pour afficher l’ordre envoyé aux aiguillages, il faut mettre dans le tableau de commande un relais bistable commandé par la commande de l’aiguillage.
Le relais bistable utilisé dans le montage décrit ci après est un HFD2/012. Le courant de commande du relais sera limité par une résistance en série de 270 Ω pour être alimenté par le 15V utilisé pour les accessoires. Le raccordement du relais bistable est donné ci contre à gauche.
Un relais bistable a 2 électroaimants de commande Set et Reset. Une impulsion électrique sur la commande Set fait passer le relais en position travail et une impulsion sur la commande Reset remet le relais en position repos. Voir schéma de principe ci dessous.

Le plan du circuit imprimé pour le câblage du relais bistable est donné ci-dessous.

Principe de fonctionnement avec retour venant de l’aiguillage
Quand le moteur de commande de l’aiguillage permet de renvoyer l’information de la position de l’aiguillage il faut faire le montage décrit par le schéma ci dessous.

Ce montage permet d’envoyer la position réelle de l’aiguillage pour être affichée sur le TCO.
Ce montage est réservé pour un moteur à électroaimant.

Principe de fonctionnement avec aiguillage à moteur lent et retour de position de l’aiguillage
Une commande d’aiguillage à moteur lent comme les moteurs LEMACO ou Fulgurex sont conçus pour fonctionner avec du courant alternatif de 15V (voir commande d’aiguillage avec moteur lent ) or après le passage dans la matrice à diodes de sélection de l’itinéraire le courant est redressé. Le sens de rotation du moteur est défini par deux diodes interne et l’arrêt est commandé par un contact de fin de couse.
Avec les commandes issues de la matrice à diodes pour un fonctionnement parfait du système avec moteur lent il est indispensable d’utiliser du courant alternatif pour commander le moteur. Pour passer d’une commande avec du courant continu et à impulsion, à une commande avec courant alternatif, il faut utiliser un relais bistable.
Le schéma de principe de raccordement de la commande est donné ci-dessous

Le circuit imprimé réalisé pour le raccordement d’un relais bistable peut être utilisé (voir ci dessous)

Sur le réseau de test le moteur d’aiguillage à moteur lent et le relais bistable ont été placés coté voie pour bien montrer le fonctionnement.
Les fils bleu et blanc raccordés sur la droite du relais proviennent de la matrice à diode du TCO. Les fils bleu et blanc raccordés côté gauche du relais commandent le moteur lent. Les rouge (Phase) et bleu (Neutre) sont les fils 15v alternatif d’alimentation des accessoires. Le fil vert est le fil qui renvoie l’état de l’aiguillage au TCO.

Pour la rétro-signalisation de la position de l’aiguille, il est possible d’utiliser le deuxième commutateur du relais bistable ou celui existant dans le moteur de commande de l’aiguillage.
Le principe de raccordement de la rétro-signalisation est donné ci-dessous :

Pour exemple ci-dessous l’itinéraire V 1 obtenu par appui sur le bouton V 1

Et l’itinéraire V 8 après appui sur le bouton V 8.