倉元駅制御はこう動かす

2020/01/12 06:00

前回で倉元駅運転制御のマン・マシンインターフェースが決まりましたので、それを実現する回路設計に進みます。

【ヤード塔手摺もシルエットなら結構見られるかな？】

８．制御回路の設計
個別回路設計に入る前に全体に関する内容を解説します。
８－１．コンデンサ切替の2モード
ポイントサーボ駆動採用を中止し、信号機と共にコンデンサ切替採用を決定しました。　コンデンサ切替は放電切替と充電切替の電気的には2モードあります。

放電切替はコンデンサが仕事し電源は仕事しません、従って何個連動切替しても問題はありません。　一方充電切替は電源のコンデンサ充電電流で切り替えるので、連動させる場合には各ポイント必要電流の連動個数倍電流容量が必要です。

Peco採用湖南総合運転所にコンデンサ切替連動ポイントがあると『がおう☆』さんから伺ったので、17-18V/7A電源が必要とお伝えし準備していただきました。　倉元駅のP1/P3、P6/P7を連動させるには、同等の電源が必要になります。

８－２．配線法注意事項
自動制御では手動コンデンサ切替制御トグルスイッチの替わりにリレーを使います、配線法に関し重要な注意事項があります。

仮に全て上記と逆に配線したら何が起こるでしょうか？
①レイアウト電源OFF時リレーON⇒OFF、コンデンサ放電切替で全ポイント反位、全信号機進行表示、全従属接続フィーダー非デフォルト接続が電源OFF状態になります。
②次にレイアウト電源ON時はデフォルト設定で全リレーが一斉ONし、倉元駅はポイント8、信号機8、従属フィーダー2なので5V電源消費電流2A、デフォルト時は常に2A流れます。　湖南総合運転所は5V/10Aで不足するかもしれません。　上記注意事項に従えばデフォルト時消費電流ゼロ、非デフォルト制御リレーだけの消費電流です。
③リレー切替できたとしても、それにより全ポイントが反位から定位に充電切替モードになります、時間的には数十分の1秒ですが必要電流は約27Aです。　湖南総合運転所はその5-6倍、いずれも正常切替不能、最悪配線が火を噴き焼損します。
デフォルトでコンデンサ放電、リレーOFFを絶対守ってください。

８－３．リレー用法
レイアウト制御でリレーが頻繁に登場しますが、これまで詳細な説明を端折ってました、倉元駅制御では湖南総合運転所制御と異なった選択をしてますので、その背景説明を含め用法や注意点を解説をします。

リレーには通電時ONのＡ接点、逆に通電時OFFのＢ接点、3端子切替のＣ接点の3種類があります。　レイアウト制御でトグルスイッチに置き換えて使うのはＣ接点です。　Ｃ接点は接続法でＡ／Ｂ接点として使えるので一番標準的なリレーです。

リレーやモーターの様な負荷（専門的には誘導性負荷と言います）は電源OFF時に逆起電力を発生します。　この逆起電力がリレー電源トランジスタ等を破損する可能性があり、その防止の為に逆起電力保護ダイオードを設置します。

逆起電力保護ダイオードは汎用品で良く、秋月調達ならコレで十分です。　取付時は極性にご注意ください、逆接すると瞬時昇天します。（最悪燃えます）

湖南総合運転所制御開発では入手容易で安価な秋月調達可能品から5V2回路C接点リレーを多用してます。　トグルスイッチ切替で進路選択し、切替結果をArduino IN信号としてポイントサーボ切替、同時に従属接続フィーダー（プラス・マイナス2回路必要）切替を行うので、単一電源で制御可能な5Vリレーを選択しました。

上記5Vリレーの12Vバージョンは電源電圧が高いので消費電流は半分以下です。　倉元駅進路選択ボタン電源は5Vですが、従属接続フィーダー切替をPL-13で行いリレー電圧を揃える必要がなく、低消費電流メリットを取り12Vリレーを採用します。

使用ポイントがTOMIXかKATOなら、この2A仕様リレーでポイント／信号機／従属接続フィーダー切替全て可能、2回路をポイント連動にも使えますがPecoは使えません。　Pecoポイント切替電流は3.3-3.5Aと高く、接点が損耗してしまうからです。

5Aクラスリレーを探しましたが、サイズ・価格に納得できる物がありません、結局秋月の自動車電装リレーを使う事にしました。　筆者はテープLEDを除きほぼ秋月調達、自作電子工作者の強い味方です。　これはステルスマーケティングではありません（爆）

８－４．ポイント切替回路
コンデンサ切替、Peco採用なので下記推奨回路をベースにし、トグルスイッチをリレーに置き換え自動化します。

【『コンデンサポイント切替電気講座総集編②』より転載】
コンデンサ切替はPeco推奨DC16V切替よりパワー不足になるので19V＋整流ダイオードの18V電源を使います。　また『がおう☆』さん実験で16V/2200μFでPL-10切替可能（余裕微少）、PL-10にPL-13マウント時は2200μF2個並列が必要と解ってます。

倉元駅ポイントは7/8個PL-13マウントなので、コンデンサは推奨回路2倍強の4700μFを使います。（PL-13なしP3のみ2200μF）　12Vリレーは上の自動車電装リレーです。　なおポイント定位時コンデンサ放電切替なので、図リレー非通電時に中央端子が導通する端子にPL-10を配線します。（定位時コンデンサ±端子間0Vです）

リレードライバーとして12V/100mA（最大150mA）電源を設計しました。　これで全12Vリレーを切り替えます。

PL-13のフログ補助給電は以上の様に接続します。

従属接続フィーダー切替のP4/P6は12V/2A2回路リレーを使い上図の様に配線します。　ここもリレー非通電がデフォルト接続になる原則を守り配線します。

８－５．信号機切替回路
TOMIX腕木式信号機コンデンサ切替は、下記TOMIXポイント推奨回路をベースにして、トグルスイッチをリレーに置き換え自動化します。

【『コンデンサポイント切替電気講座総集編①』より転載】
TOMIXポイント純正DC12V切替はパワー不足なので、15V＋整流ダイオードの14V電源を推奨してます。　ソレノイドでポイントと同時に完全選択式スイッチ切替の構造設計欠陥が原因で、腕木式信号機はかなり小さなパワーで切替可能と考えらます。

信号機切替は電源電圧12Vで十分、12V/2A2回路リレーを使います。　別途切替性能評価を行い、コンデンサ容量を470μF/1000μF/2200μFいずれかから選択します。

信号機もリレー非通電がデフォルト停止表示になので、図リレー非通電時に中央端子が導通する端子にコンデンサマイナスを配線します。　そして信号機切替端子を入れ替え動作試験し、リレー非通電時に停止表示になる様に配線します。（面倒ですがこの順番）

信号機は1基毎制御なので12V/2A2回路リレーの1回路しか使いません、ただし引上線場内出発信号機SHbは残り1回路を使い中継信号機THbを連動させます。　図はデフォルトSHb停止表示時で、中継信号機横１列点灯停止表示です。　SHb進行にリレーが切り替わると図黒赤の通電部が逆転し、左斜め点灯で注意進行表示に変わり連動します。

以上倉元駅制御回路設計のハード部分です。　設計作業・図面作成・記事作成で中2日では間尺が合わない作業量になりヘトヘトです。

◆どんど焼き
昨夜1月11日、恒例のどんど焼きが行われました、久し振りにお目にかかった方と酒を酌み交わし楽しい時間を過ごしました。