Blocco elettrico automatico

(a cura di Tiziano R.)

Il blocco elettrico automatico è uno dei principali tipi di "sistema di blocco automatico" utilizzato anche nelle ferrovie reali.
Consiste in un complesso di dispositivi che nei sistemi ferroviari hanno la funzione di rilevare la posizione dei treni in circolazione, contribuendo così a garantire un regime di circolazione sicuro producendo informazioni indispensabili alla regolazione del distanziamento tra treni, e della loro protezione rispetto ad ostacoli fissi.
Tutto ciò è naturalmente riproducibile nelle ferrovie in miniatura ed illustreremo,in questa guida, come funziona il blocco automatico applicato in un plastico analogico.
Occorre innanzi tutto suddividere idealmente la nostra linea in più sezioni (nel nostro esempio A, B, C e D) che dovranno necessariamente essere più lunghe del più lungo convoglio in circolazione.
Il sistema di blocco farà in modo che ognuna di esse venga occupata da un solo treno alla volta, cosicchè vi sia sempre una minima distanza di sicurezza tra un treno e quello che lo segue.
All'ingresso di ogni sezione sarà posto un segnale a luce rossa/verde (S0,S1,S2, S3).
Bisogna poi sezionare fisicamente l'ultimo tratto di ogni sezione appena prima del segnale, isolando elettricamente una delle due rotaie per una lunghezza pari a quella della nostra motrice più lunga (T1, T2, T3), in modo cioè che le loco si possano fermare a ridosso del segnale rosso senza oltrepassarlo.
Come mostrato in figura gli altri tratti di rotaia rimangono sempre connessi all'alimentazione fornita dal trasformatore.

Subito dopo ogni segnale, saranno invece inseriti in mezzo alle rotaie i contatti reed (R1, R2, R3), che rileveranno l'ingresso dei treni in ognuna delle sezioni.
Ora, quando un locomotore farà il suo ingresso in una sezione, liberando ad esempio la A e iniziando ad occupare la sezione B, esso passerà sopra il contatto reed R1 e questo farà sortire i seguenti effetti:
1. il segnale appena oltrepassato (S1) passa dalla luce verde a quella rossa;
2. verrà tolta l'alimentazione elettrica al tratto di rotaia T1, in modo che sia interdetto il passaggio di un eventuale secondo convoglio che segue, fintanto che la sezione B non sarà stata liberata dal primo treno;
3. il segnale a monte (S0) passa dal rosso al verde, e il corrispondente tratto sezionato viene alimentato per consentire il passaggio di un treno che segue fino al punto di arresto T1.
Osservate bene ora questo schema relativo ad una anello dove circolano due treni soltanto.

Lo schema non è completamente corretto, infatti, se il percorso è chiuso, il numero di sezioni deve sempre essere superiore al numero di treni circolanti cioè: 2 treni = almeno 3 sezioni; 3 treni = almeno 4 sezioni.
Immaginate infatti che un treno sia fermo al rosso sul punto di arresto T1 in attesa che la sezione B sia libera;.
Nella sezione B il secondo treno, una volta giunto su T2, si fermerà in attesa che la successiva sezione sia libera; ma la successiva sezione è ancora A (!), che occupata dal primo treno il quale è ancora lì che aspetta!
In sostanza i due treni rimarranno fermi all'infinito in attesa che l'altro faccia la prima mossa!
Nell'esempio basta quindi aggiungere almeno una terza sezione all'anello.
Ecco ora un'applicazione su un semplice ovale con la presenza di una stazione, nel quale sono presenti 2 treni (all'inizio entrambi fermi in stazione).
Pensiamo che il primo treno parta dal binario 1 della stazione e, poco dopo, il secondo treno parte dal binario 2.

Ecco la sequenza degli eventi che accadono durante il percorso del primo treno:
- R0 rileva che un treno sta entrando nella sezione A e quindi blocca sul punto T0 il treno che segue;
- R1 rileva che un treno ha appena liberato A e inizia ad occupare B, quindi sblocca T0 e blocca T1;
- R2 rileva che un treno ha appena liberato la sezione B e inizia ad occupare la C, quindi sblocca T1 e blocca T2;
- R3 rileva che un treno ha appena liberato C (che è l'ultima sezione sottoposta a controllo) quindi sblocca T2 e non fa nient'altro.
Descrizione del materiale necessario.
Il CONTATTO REED.
Il reed (che è contenuto in una minuta ampolla di vetro) si monta in mezzo alle due rotaie nel punto desiderato del tracciato e si attacca un magnetino sotto la pancia del locomotore, in modo che quando questo passa sopra il contatto reed, lo fa scattare fornendo un breve impulso di corrente al circuito di interesse.
Di seguito una foto dell'oggetto montato su un binario fleischmann profi scala N.

Come si può vedere, i due terminali del reed non toccano le rotaie ma saranno saldati a due cavetti che lo collegheranno al circuito di controllo.
L'ampollina ritratta nella foto è lunga 12 mm (lo scartamento per la scala N e di 9 mm) e va quindi necessariamente montata parallelamente alle rotaie.
Occorre far molta attenzione nel maneggiare questi oggetti perchè sono molto delicati: alla minima pressione l'ampollina può rompersi.
Quindi, per l'installazione sui binari, sarebbe meglio non usare le dita per piegare i due terminali ma aiutatevi con delle pinzette.
Con questo sistema è come se il treno ad un certo punto della sua corsa premesse un pulsante, o un "pedale".
I reed delle dimensioni adatte si possono trovare in qualsiasi rivenditore di componenti elettronici, costano pochissimo e fanno il loro egregio lavoro.
I MAGNETINI.

I magnetini si possono trovare dagli stessi rivenditori di elettronica (magari quelli un po' più forniti), sono infatti costruiti proprio come elemento per eccitare i reed.
Eventualmente ci sono sempre i grossisti di elettronica che vendono on line, ma in questo caso, salvo grossi ordinativi, le spese di spedizione sono superiori al valore del materiale.
Infine si trovano anche come prodotti delle case modellistiche (esempio fleischmann codice 9426), ma ovviamente i costi sono diversi.
Quello che vedete nell'immagine è di 4mm di diametro e 3mm di altezza, quindi sufficientemente piccolo da essere posizionato comodamente sotto la pancia delle loco (soprattuto in HO).
Se questo dovesse avere la scocca in metallo, non c'è neanche bisogno della colla.
Il RELÈ

Nel caso del blocco automatico, non volendo muovere un dito, abbiamo bisogno di un "operatore nascosto" che abbia "orecchie" per sentire l'impulso di corrente proveniente dai contatti reed posti sul tracciato e "mani" per spostare nelle opportune posizioni i nostri comandi.
Fortunatamente questo operatore esiste e si chiama relè.
Il relè è un componente elettromeccanico in grado di trasformare un debole impulso elettrico in un movimento meccanico che agisce su uno o più switch contemporaneamente.
Il principio di funzionamento del relè si basa in sostanza su quello dell'elettrocalamita: un filo conduttore avvolto intorno ad un nucleo di materiale ferromagnetico (bobina) che, quando viene percorso da corrente, attira o respinge un'ancoretta di metallo a cui sono connessi i terminali di uno o più interruttori o deviatori.
Non è il caso qui di dilungarci sugli aspetti tecnici dei vari tipi di relè, quindi ci limitiamo ad indicarne la tipologia utile ai nostri scopi: un relè bistabile DPDT a doppia bobina.
Nel disegno qui sotto potete vedere lo schema del relè.

I punti contrassegnati dai numeri corrispondono ai piedini metallici che si possono vedere materialmente raffigurati nella foto sopra (si notano i 5 piedini per lato).
I piedini del relè andranno poi saldati su una "basetta millefori" dalla quale partiranno i vari cavetti.
La BASETTA MILLEFORI.
Si tratta di un circuito stampato (chiamato appunto "millefori") che è un componente utilizzato in elettronica per realizzare prototipi di circuiti elettrici in modo da poter realizzare controlli e misure prima di procedere allo sviluppo del circuito stampato.
È caratterizzata da una griglia di fori regolari a distanza di 2,54 mm l'uno dall'altro.

Una basetta, oltre ad offrire un agevole montaggio e facilità di saldatura, può sopportare senza danni un numero (limitato ma sufficiente) di saldature e dissaldature.
I COSTI
Di seguito i costi indicativi par la realizzazione di un blocco automatico per acquisti fatti in zona di Milano (settembre 2010 con nessuna spesa di spedizione).
Per una tratta con 3 sezioni (2 treni) ci vogliono:
- 3 relè (dai 3 ai 7 euro ognuno - prodotto industriale non modellistico)
- 3 contatti reed (sui 70 centesimi al pezzo)
- 1 basetta millefori per il montaggio dei relè (sui 5 euro per una basetta formato cartolina)
- qualche goccia di stagno
- morsetti serracavo per circuito stampato (5 euro per tutto il set necessario)
- cavetti di connessione (costo dipendente dal metraggio necessario, coerentemente con le dimensioni del plastico)
- magnetini (1 per ogni treno a 1,70 l'uno).
A questi va aggiunto:
- alimentatore 12Vdc (15-20 euro - si può eventualmente recuperare da qualche altro apparecchio in disuso)
- volendo utilizzare l'uscita ac del trafo invece dell'alimentatore dc esterno, per i relè 4 diodi raddrizzatori per ogni relè (qualche centesimo di euro).
Quindi per 3 sezioni il costo indicativo è di circa 40 euro.
Per chi invece intendesse comprare direttamente i componenti di produzione feromodellistica pronti per l'istallazione sul proprio tracciato, citiamo per esempio i prezzi di listino dei cataloghi di roco e Fleischmann 2010 consultabili on line:
- binario con contatto reed: FL 16,40 € - Roco 7,90 €
- relè universale: FL 38,80 € - Roco 14,10 €
- magnetino: FL 2,80 € - Roco 1,80

In questo modo avremo coperto tutto il tracciato che risulterà completamente controllato, guadagnando in sicurezza della circolazione senza alcun rischio di tamponamento!
Passiamo ora a descrivere comandi elettrici e relativi cablaggi.

Per semplificare il disegno, non sono tracciati i cavi dall'alimentatore ausiliario 12Vcc, ma soltanto le etichette blu e rosa.
Per chiarire, occorre precisare che in ogni relè la bobina "set" fa chiudere il circuito che alimenta i binari sezionati (dando quindi il via libera), mentre la bobina "reset" stacca la corrente (arresta cioè il treno nel punto sezionato).
L'immagine sottostante integra invece lo schema nel caso in cui vengano collegati dei segnali luminosi.

IMPORTANTE: La rotaia esterna dell'anello non deve essere sezionata ma è sempre alimentata.
Nella foto che segue un confronto tra un relè universale Fleischmann 6955 e il suo analogo realizzato artigianalmente.

Per entrambi si notano sul fronte i morsetti a vite che portano alle bobine e sul retro quelli connessi agli switch comandati.
Nella foto qui sotto in fondo ipotesi di montaggio di una scheda a 3 relè per il sistema proposto nella guida.
I 9 morsetti di connessione corrispondono a: R0, R1, R2, T0, T1, T2, Vcc12+, Vcc12-, VccTrafo
Anche se nel nostro schema per semplicità non è stato previsto, sulla stessa scheda si potranno aggiungere altre 6 uscite per comandare anche i tre segnali luminosi rosso/verde.
I morsetti serracavo servono per poter collegare comodamente i vari cavetti senza doverli saldare permanentemente ai piedini del relè.

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