制御の基本と応用技法　その7

2019/07/04 06:00

さて厄介な中間駅10基の信号機制御の論理設計です、脳みそ液状化は収まりましたが、何しろ色灯式信号機に興味なし、信号機制御は初体験、我ながら良い度胸してます。

【夕焼けのキハ　その3】
前回、今回と中間駅制御の論理設計を行ってるのは以下の理由によります。
①湖南総合運転所Arduinoスケッチ設計要求仕様になる。（2台連携を除く）
②標準的レイアウト線形、複線折り返し線のある中間駅進路選択／信号機制御論理設計は、Arduino制御を目指す同好の方達にとって、スケッチ設計の有用情報になる。

５－５．信号機制御の論理設計
◆デフォルトは青!?
実際の鉄道はフェールセーフ設計で、エア圧でブレーキ解除し走行可能、信号機は壊れたら停止、閉塞完了／進路開通時のみ進行、つまり信号機のデフォルトは赤です。

一方模型鉄道レイアウト信号機制御は、基本青で進路非開通だから赤、列車通過検知したから赤にロックという具合に、デフォルト青で考えた方が論理設計が容易です。　ただしリセットされた場合はデフォルトが赤⇒黄⇒青に変化し、以降は青になります。

◆駅入口センサーの役割を考える
中間駅内周り／外周り本線駅出入口に磁気検出型通過検知センサーを設置します。

【フィーダー／ギャップを省略してます】
内周りを1、外周りを2、入口をa、出口をbと命名しS1a/S2a/S1b/S2bの4個です。　S1aを例とし、駅入口センサーの役割、つまり何をどう制御するか検証します。

部分拡大しました、記事作成時間の半分は図面作成です（涙）　3Pを下に倒して内周り本線2番線進路選択し待避列車到着を待ってます。　右下内周り本線場内信号機のデフォルトは共に青ですが、進路開通2番線青、ポイント非開通1番線赤を表示してます。

待避列車が駅に近付きS1aが通過検知しました、さあ何をする必要があるでしょうか？、2番線進行表示役割を終えた場内信号機を赤にロックする、が正解です。

待避列車が2番線到着後、後続列車の為に3Pを中点に戻し内周り本線1番線進路選択にしました、ポイントが切り替わり場内信号機は進路開通1番線が青に切り替わります。

後続列車が駅に近付きS1aが通過検知しました、今度は1番線進行表示役割を終えた場内信号機を赤にロックする必要があります。

後続列車が1番線に到着停車すると、内周り本線進路が塞がります。　進路選択に係らず場内信号機が赤でないと追突事故が発生します。　外周り本線駅入口センサーS2aは進路が3本になるだけで制御は同じです。　2/3/4番線に順次進路選択し3列車到着すれば進路が塞がり、進路選択に係らず場内信号機を赤にする必要があります。

場内信号機へ列車発車を伝えるのは駅出口センサーS1b/S2bです。　従って駅入口センサーS1a/S2aの役割は、通過検知時に青表示の場内信号機を赤にロックする事だけです。

◆駅出口センサーの役割を考える
駅入口センサーは単機能ですが、駅出口センサーには仕事が多くあります。
①場内信号機をリセット（ロック解除）し、赤⇒黄⇒青へ順次表示を切り替える。
②出発信号機をリセットし、赤⇒黄⇒青へ順次表示を切り替える。
③折り返し運転に対応可能な制御法を加える。
特に③が難物、また液状化しそうです。

先行列車発車後一定時間経過すれば出発信号機デフォルトは全て青です。　3番線に列車停車中で、3P中点、2P下で外周り本線3番線進路選択になってます、出発信号機は3番線青、本線にポイント非開通2/4番線は赤です、発車準備が整いました。

列車が駅出口に達しS2bが通過検知しました、さあどんな制御が必要でしょうか？、まず進行表示役割を終えた3番線出発信号機をリセットします、でもそれでは不十分です。

発車直後に進路選択を変更すると進路開通出発信号機が青表示してしまいます。　従って駅出口センサーS1b/S2bは通過検知時に各本線の全出発信号機をリセットし、順次赤⇒黄⇒青へとデフォルト表示切替制御が必要です。　では場内信号機リセットはどうする？

◆場内信号機リセット制御を考える
駅出口センサーS1b/S2b通過検知で、赤にロックされた場内信号機リセットしますが少々工夫が必要です。　例えば4番線貨物列車待避で3番線特急通過の場合、S2b特急通過検知で全場内信号機をリセットすると、特急通過後貨物列車発車時に4番線進路選択すると、貨物列車在線なのに場内信号機が黄や青になってしまい、これは拙いです。

そこで進路選択制御信号とANDを取り赤にロックした場内信号機は、その番線進路選択時に駅出口センサー通過検知した場合にリセットする論理設計で解決します。

◆折り返し列車の場内信号機リセット制御
さて難問の2番線折り返し運転、駅進入と出発方向が逆転するので場内信号機リセットを同一本線駅出口センサーでは行えません。

内周り本線から2番線に終着列車到着時には、内周り本線2番線場内信号機は赤にロックされてます。　図の様に2番線外周り進路選択して出発するとリセットできません。

逆本線駅出口センサー通過検知でリセットする方法も考えましたが、もっと良い方法がありました、2番線進路選択制御信号で非選択本線2番線場内信号機をリセットします。　赤にロックされてるか否かに係らずリセット、これでスマートに問題解決です。

駅出口センサー制御をまとめました。　仕事が多くあると書きましたが、駅入口センサーが信号機1本制御するのに対し、信号機3-4本制御ですから大した差はないですね。

◆リセット後の信号機表示制御
リセット後の信号機表示制御はArduinoによる自動制御です。

中間駅10基の信号機は6基が4灯式。4基が3灯式です、こんな順番で表示切替します。　切替サイクルはタイマーで決めるので、本線エンドレス周回時間が基準になります。

依頼主「がおう☆」さんは第１本線14mを長大なエンドレスと考えておられた様ですが、10両編成列車を走らすと全長10編成分、実は大して長くないのです。　場内信号機から駅出口センサーまで約2.5m、列車が秒速20cm（108km/h）で走行すれば、通過検知から1分弱で場内信号機到達です、秒速25cm（135km/h）の特急なら46秒です。