Utilizzo di PIC per riattivazione Banco di Comando Stazione

[GabryJ84]

Buongiorno,
sono uno dei collaboratori del reparto infrastruttura di un museo ferroviario italiano. Tra i nostri salvataggi, abbiamo qualche vecchio banco di comando di alcune Stazioni, disinstallati a suo tempo per passare a Computer.
Ci stiamo accingendo a progettare una riattivazione museale e io sono il responsabile dell'operazione.
Essendo abbastanza inesperto in elettronica ed essendo un ragazzo del 1984, che quando si è approcciato al mondo dell'elettronica ormai si faceva tutto o quasi tutto già via software, ho pensato di sviluppare un'elettronica minima, lasciando tutto il "cervellone" (che nella realtà corrispondeva alla sala relè) alla programmazione di un'applicativo da collocare su server e che si occuperebbe di qualsiasi cosa.

In estrema sintesi, ci sono due "componenti" da riattivare: il Quadro Luminoso e il Banco di Manovra. Per quanto riguarda il primo, l'unica cosa da fare è riattivare le indicazioni luminose banalmente spegnendone una e accendendone un'altra, mentre per quanto riguarda il secondo, vi è ovviamente anche l'interazione umana di cui tenere conto e quindi oltre alle spie presenti sui pulsanti e levette, anche la manipolazione dei medesimi.

Quadro Luminoso:
La mia idea è quella di creare una micro-scheda talmente modulare, da poter essere utilizzata per qualsiasi indicazione luminosa, sia che essa preveda tre differenti indicazioni, sia che ne preveda due, sia che ne preveda una.
L'idea è di programmare i PIC tutti sulla stessa linea (RS485) dotandoli ciascuno di un codice univoco. In questo modo il PC trasmetterà il messaggio a tutti i PIC contemporaneamente, ma solo quello il cui codice coincide con quello del messaggio agirà, gli altri ignoreranno il messaggio. In caso questo non sia possibile, può anche andare bene il fatto che ogni PIC sia su un indirizzo diverso, ma il medesimo deve essere già codificato nel PIC in fase di programmazione, in modo che in caso di guasto del PIC sia sufficiente sostituirlo e cambiare sul software di simulazione presente sul PC l'indirizzo dell'ente di cui è stato sostituito il PIC.
Per quanto riguarda la programmazione interna, vorrei mantenerla molto molto semplice, con pochissime istruzioni tra cui il comando di tre relè (o di transistor...devo capire se ci sono transistor che riescono a pilotare un array di 10 lampadine da 24 V 3W ciascuna senza fondere), sia in modalità on/off sia variando lo stato ogni secondo per simulare il lampeggiamento e una funzione di polling (utile per capire lo stato della micro-scheda in caso il PC vada in shutdown per qualche motivo).
Per quanto riguarda l'hardware, prevederei l'alimentazione per il PIC e il positivo dei 24 V, il PIC stesso, ie i transistor/relè per il pilotaggio.

Banco di Manovra:
In questo caso, essendo enti "manipolabili", oltre al controllo delle lampade eventualmente presenti nel pulsante/maniglia, è necessario prevedere che il pulsante/maniglia sia in grado di trasmettere al PC l'interazione con l'utente, in modo che lo stesso sappia cosa fare.
Gli stati della lampada restano uguali a quelli del Quadro Luminoso, mentre per quanto riguarda pulsanti e maniglie, ci sono pulsante premuto/pulsante neutro/pulsante estratto, maniglia neutra/maniglia ruotata destra/maniglia ruotata a sinistra/controllo spiombamento/maniglia aggiuntiva ruotata (non tutti hanno tutti gli stati).
Anche in questo caso l'idea è di realizzare un circuito unico per tutti, tanto i comandi sono vincolati fisicamente per cui se una maniglia non può essere ruotata a sinistra semplicemente non gira.
Per quanto riguarda l'hardware, potrebbe essere identico a quello del Quadro Luminoso, con l'aggiunta di un circuito a 3V (o comunque alla tensione di lavoro del PIC) che si inserisca sulle maniglie/pulsanti e che vada ad interrompere o collegare le porte I/O del PIC il quale agirà di conseguenza, inviando i messaggi all'elaboratore.

In questo modo dovrei riuscire a realizzare due soli circuiti da riutilizzare in modo praticamente infinito su tutti gli enti di ogni singolo banco/quadro di tutti gli impianti di cui abbiamo intenzione di attivare la simulazione.

Il blocco "logico" di funzionamento dovrebbe essere pressappoco così:

-APPARATO A RIPOSO
-UTENTE PREME PULSANTE PER COMANDARE ITINERARIO 1-I (da provenienza a binario I)
-IL PIC con codice (o su indirizzo) 0x1234 invia PU_PRESSED al PC.
-IL PC verifica che, nello stato attuale dell'impianto, quel comando abbia senso (in caso contrario non fa nulla), indi in sequenza:
- manda al PIC (con codice o su indirizzo) 0x1234 (pulsante) il comando LIG_01_FLASH (il PIC esegue e mette l'indicazione luminosa 01 in lampeggio)
- manda al PIC (con codice o su indirizzo) 0x2345 (passaggio a livello) il comando LIG_01_FLASH (il PIC esegue e mette l'indicazione luminosa 01 in lampeggio)
...
(vari altri comandi ai vari enti di QL e BM)
...
(termine predisposizione itinerario del treno)
...
(simulazione transito del treno con riporto a riposo degli enti)
...
-APPARATO NUOVAMENTE A RIPOSO

In questo modo, il PC è l'unico a ricevere e impartire i comandi, e l'elettronica di fatto è passiva in quanto è solamente un'interfaccia per trasmettere stati, ma non conosce l'intero sistema che è pilotato unicamente dal software.

So che la soluzione è decisamente più costosa (servono tante componenti per tutti gli enti), ma una volta progettata, va bene per qualsiasi altra simulazione ci serva e non serve soffermarsi più sull'elettronica.

Qualcuno con maggiore esperienza di me nota dei possibili problemi, cose che mi sono perso o altro?

Grazie a tutti!!!

[ridiculouslab]

Ciao. Diciamo che biosgna studiare bene il tutto ma credo sia fattibile. Certo ci va un bel po di tempo. Potresti usare un protocollo standardizzato quale ad esempio il modbus. Il problema è che sulla 485 tutti i dispositivi dovrebbero essere master e slave... Diciamo che sarebbe piu facile avere un master (PC) e tanti slave sempre in ascolto e interrogati di continuo (polling) per eseguire comandi o farsi leggere degli stati. Di certo se hai tanti dispositivi la comunicazione rs485 non è molto veloce. Aumentando i bps riduci le distanze.. Bisogna trovare un compromesso..

[boiler]

Qualcuno con maggiore esperienza di me nota dei possibili problemi, cose che mi sono perso o altro?

L'idea di principio mi sembra buona, ma non reinventerei la ruota.
Ci sono ottime soluzioni già pronte. Una che conosco personalmente e ho usato spesso è quella di Beckhoff:

Il sistema base consta di
- un "bus terminal"
- un numero (anche parecchio elevato) di moduli aggiuntivi (c'è di tutto, dall'uscita digitale a 24 V e 16 canali all'ingresso per sensore di temperatura)
- una terminazione di bus

Il terminale nel tuo caso potrebbe essere uno di questi:
https://www.beckhoff.com/it-it/products ... k7350.html
https://www.beckhoff.com/it-it/products ... k8000.html

La terminazione è sempre questa:
https://www.beckhoff.com/it-it/products ... l9010.html

Tra queste due puoi sbizzarrirti!
Per controllare le luci: https://www.beckhoff.com/it-it/products ... l2809.html
Per gestire ingressi digitali: https://www.beckhoff.com/it-it/products ... l1809.html

Ma ce ne sono veramente per tutti i gusti, con piú o con meno canali e con altre funzioni.

C'è anche la possibilità di spezzare la serie, in modo da non dover avere per forza tutti i contatti allo stesso posto (distanza massima 5 m, collegamento tramite cavo RJ-45).

Io ho usato quella con comunicazione Modbus ed è stata veramente semplice da controllare via computer.

Costano ovviamente carucce, si tratta di roba industriale, robusta e affidabile.
Se hai pazienza, su eBay si trovano spesso a prezzo stracciato.

In ogni caso seguo con interesse il progetto. Se ogni tanto hai voglia di postare qualche foto, non credo di essere l'unico ad apprezzare

Boiler

[GabryJ84]

Grazie per le risposte!

Certo ci va un bel po di tempo.

Per la questione tempo e, relativamente, per quella economica, non ci sono problemi.
Per come ho pianificato le fasi, non c'è nulla di talmente interdipendente da necessitare tappe forzate.

Fase I: Riattivazione di tutte le indicazioni di quadro, così come da apparato in stato di riposo. (Alimentazione a 24 V= di tutte le lampade/array di lampade mediante trasformatore+ponte a 24 V con alimentazione a cascata) con sole protezioni IRC/IRA (sono concettualmente come i differenziali, ma per uso ferroviario, per continua e alternata).
Fase II: Attivazione per sottofasi di tutte le indicazioni di quadro in modalità manovrabile (micro-scheda per ogni ente, abbozzo di software su PC per pilotare ogni ente).
Fase III: Attivazione parziale del Banco, per i soli comandi di itinerari, senza tasti di emergenza e/o altre tipologie di pulsanti/maniglie) e relativa modifica a livello software. In base al budget attivazione parziale o totale.
Fase IV: Attivazione totale del Banco con tutti i pulsanti maniglie rimanenti
Fase V: Versione definitiva software.

Ovviamente tra una fase e la successiva può passare tutto il tempo che serve dato che comunque quanto non attivato risulta comunque in uno stato che, ad un visitatore, non suggerisce provvisorietà (anche a livello di quadro posso avere una sottofase intermedia dove sono pilotabili le sole indicazioni che si riferiscono ai segnali, ma non quelle, ad esempio, quelle dei passaggi a livello, che comunque risultano alimentati in maniera "fissa", non potendo il visitatore distinguere quali funzionano realmente e quali invece sono in attesa di esserlo).

Potresti usare un protocollo standardizzato quale ad esempio il modbus.

Oggettivamente l'avevo tralasciato...hai fatto bene a ricordarmelo, a questo devo assolutamente pensare.

Il problema è che sulla 485 tutti i dispositivi dovrebbero essere master e slave... Diciamo che sarebbe piu facile avere un master (PC) e tanti slave sempre in ascolto e interrogati di continuo (polling) per eseguire comandi o farsi leggere degli stati. Di certo se hai tanti dispositivi la comunicazione rs485 non è molto veloce. Aumentando i bps riduci le distanze.. Bisogna trovare un compromesso..

Ecco...questo infatti va definito. Ho pensato a RS485 perché è praticamente onnipresente e ci sono tanti tutorial, ma chiaramente non sono fissato su una cosa, quindi se è opportuno cambiare non ho assolutamente problema.
Per quanto riguarda l'Apparato sul quale stiamo lavorando attualmente, ci sono circa una 40ina di enti quadro e una 30ina di enti banco, ente più ente meno.
Questo comunque è il banco più piccolo, perché ne abbiamo altri che hanno qualche decina di enti in più sia a livello di quadro che di banco (la prima è una stazione terminale e tronca con due binari, la seconda è una stazione di diramazione con quattro linee e cinque binari)
Inoltre una volta completati i banchi, l'idea è di centralizzare la gestione anche di ciò che attualmente è autonomo con un proprio PLC, sempre nello stesso sistema (quindi per esempio, un passaggio a livello reale che verrà pilotato da PC) e quindi gli enti totali alla fine potrebbero essere tra i 250 e i 300 eventualmente suddivisibili tra più linee e più PC in caso non fosse possibile farne uno solo.
L'estensione del camerone dove sarà alloggiato il tutto è di circa 40mx10m

L'idea di principio mi sembra buona, ma non reinventerei la ruota.
Ci sono ottime soluzioni già pronte. Una che conosco personalmente e ho usato spesso è quella di Beckhoff:
(omissis...)

Mhm...ok. Provo a darci un'occhiata. Volevo anche prenderlo come esercizio didattico per imparare un po' di elettronica, che non fa mai male, ma chiaramente se la cosa diventa semi-impossibile tocca passare a soluzioni già fatte.
Tieni conto che lo sto scrivendo non avendo ancora visto i tuoi link, poi magari capisco bene di cosa si tratta e rispondo meglio.

C'è anche la possibilità di spezzare la serie, in modo da non dover avere per forza tutti i contatti allo stesso posto (distanza massima 5 m, collegamento tramite cavo RJ-45).

Ouch...questo è un po' un problema. Il computer sarà ad un'estremità della stanza (40mx10m) e dovrà gestire gli apparati posti addossati a tutte e quattro le pareti, quindi 5 metri sono decisamente un limite.

Io ho usato quella con comunicazione Modbus ed è stata veramente semplice da controllare via computer.

Costano ovviamente carucce, si tratta di roba industriale, robusta e affidabile.
Se hai pazienza, su eBay si trovano spesso a prezzo stracciato.

Mhm...ok mi segno anche questo, vedo un po' i link che mi hai segnalato e ci torno sopra.

In ogni caso seguo con interesse il progetto. Se ogni tanto hai voglia di postare qualche foto, non credo di essere l'unico ad apprezzare

Boiler

Al momento siamo ancora in fase spostamento banchi, pulizia etc, ma con il mio collega stiamo iniziando a studiare la cosa anche perché non è una cosa che chiaramente fai dall'oggi al domani, per cui prima ci mettiamo e prima facciamo, contando di essere riusciti a terminare la parte progettuale + qualche prototipo casalingo per testing nel momento stesso in cui i banchi saranno in posizione definitiva, in modo da metterci subito a lavorare con le varie fasi e non trovarci coi banchi al loro posto e la progettazione ancora da fare.

[boiler]

Ouch...questo è un po' un problema. Il computer sarà ad un'estremità della stanza (40mx10m) e dovrà gestire gli apparati posti addossati a tutte e quattro le pareti, quindi 5 metri sono decisamente un limite.

Domani leggo con comodo anche il resto, ma qui serve una precisazione rapida: 5 metri è il limite per prolungare un sistema compreso tra il terminale di collegamento e il terminale finale.

Per ovviare a questa limitazione puoi installare piú sistemi sparsi per la stanza oppure fare come si faceva una volta: il sistema di controllo è in un posto e da lì partono decine e decine di metri di cavi che vanno ai vari apparecchi.

Boiler

[GabryJ84]

Dunque...mi è venuta in mente una cosa: in sede dovremmo anche avere dei vecchi teleindicatori di binario solari a palette. Quel tipo di installazione aveva una sala dove c'era tutto il backend elettromeccanico (nelle ultime versioni un armadio con schede elettroniche) e funzionava o in current loop con RS-232 o in RS-485 sincrono half duplex in daisy chain(le ultime versioni) e sui manuali era descritto che questo tipo di comunicazioni erano utilizzate perché potevano raggiungere le distanze considerevoli richieste da una stazione (6-700 metri di marciapiedi) senza perdere segnale o necessitare di amplificatori).

Non so molto altro (volendo dovrei avere qualche specifica non eccessivamente dettagliata delle schede) ma diciamo che come distanze saremmo decisamente oltre quello che a noi servirebbe, quindi pare che esistano sistemi concentrati in un punto che però possano comandare vari dispositivi senza dover essere replicati in giro.

E' chiaro che però avendomi voi detto che sono sistemi lenti, magari c'è un rapporto tra lentezza e distanza (una comunicazione più veloce ha bisogno di maggior ampiezza e questo riduce la portata del sistema?)

Diciamo quindi che tendenzialmente l'idea è quella di comandare tutto da un'unica postazione che sarà posta ad uno degli angoli dello stanzone (dovrebbe essere la reception del museo, che sarà dotata oltre che di un PC normale, di un PC di comando, a sua volta interfacciato con uno o più PC interfacciati con gli enti da controllare (in questo modo il dispositivo di comando è comunque sempre uno solo, poi ci penserebbe il software a definire qual è quello che comanda questo e quale quello che comanda quello).

Mi sto leggendo qualcosa sul sistema che avete proposto nei post precedenti, anche se mi è sembrato di capire che ogni pulsante/luce non abbia una scheda separata, ma sia necessario associarli e per quanto riguarda le luci, credo ci siano anche problemi di potenza. (Potrei avere una decina di array da una decina di lampadine a 3W - 24 V che quindi in totale fanno 1,25A che è quasi 3 volte quanto l'uscita può sopportare (il valore dovrebbe essere max. output current se ho capito bene) a meno di non mettere un relè esterno a 24 V che le comanda, nel qual caso potrebbe rientrare nel range.

Riuscite per caso a darmi un'idea di quanto lenta sia una connessione con RS485? Giusto per capire se bocciarla senza possibilità di ricorso. So che il protocollo seriale è utilizzato in varie linee anche nei sistemi SCADA industriali (che chiarmaente hanno protocolli e definizioni proprie) anche di applicazioni in sicurezza, per cui non dovrebbe essere così malvagio.

[MarcoD]

un'idea di quanto lenta sia una connessione con RS485?

solo un vecchio ricordo da confermare: 4800 bit/secondo per distanze di 100 metri.
Occorre cercare un data sheet di un driver fisico, e un esempio di progettazione della rete.

Ho trovato questo nel web, è molto più veloce di quanto ricordavo.
https://www.eltima.com/it/article/rs485 ... ion-guide/

L'idea è di programmare i PIC tutti sulla stessa linea (RS485) dotandoli ciascuno di un codice univoco. In questo modo il PC trasmetterà il messaggio a tutti i PIC contemporaneamente, ma solo quello il cui codice coincide con quello del messaggio agirà, gli altri ignoreranno il messaggio.

Una volta dotavano le cartelle di un set di interruttori o pin per ponticelli Berg con i quali si impostava l'indirizzo. Con 4 interruttori selezioni 16 indirizzi.

[stefanopc]

Rs232 o Rs485 dovrebbero coprire facilmente la distanza richiesta.
Per il tipo di applicazione probabilmente non è necessaria una velocità estrema nonostante i dispositivi da governare siano parecchi.
Esistono anche sistemi proprietari più recenti molto più veloci che gestiscono bus su singolo doppino con isolamento galvanico da utilizzare come remotizzazione di interfaccia Spi.
L'isolamento delle varie interfaccie garantisce immunità dai disturbi e sicurezza in caso di guasto.
Io ho utilizzato il LTC6820.
Il sistema Daisy Chain è dal mio punto di vista sconsigliabile molto meglio un bus con indirizzamento diretto.
Ciao