Signal Tower Net (STN)
Station Net (SN)
Vladimír Soukup
24.7.2004

Slovo úvodem

DCC systémy ve vztahu k zabezpečení železničního provozu
Řadu z nás, kteří měli tu možnost, jistě okouzlil posun vpřed, který zapřičinilo DCC ve vztahu k řízení hnacích vozidel. Řada z nás však po jisté době narazila na omezení, které v sobě DCC skrývá ve vztahu k řízení příslušenství, kdy komunikace je možná jen jedním směrem. Pokud totiž odešleme nějaký příkaz např. výhybce, návěstidlu apod., musíme pouze věřit, že byl proveden a obdobně nejsme schopni zjistit obsazenost koleje či jinou událost.

Řada výrobců např. Lenz, Digitrax, ale i amatérů to řeší dodatečnou sběrnicí, která dokáže příslušnou informaci přenést. Problém je však v tom, že řízení příslušenství je chápáno jen jako nezbytný "přívažek" k řízení vozidel. Z toho plyne:

1. Nízká "inteligence" těchto zařízení (typicky Lenz)
2. Příliš malá šíře přenosového pásma sběrnice, protože ta je využita i pro řízení vozidel (typicky. Digitrax-Loconet).

K překlenutí prvního problému je nezbytné PC s příslušným sw jako např. TrainController a znalost jeho programovaní.
I v druhém případě je schopno s příslušným sw pomoci PC a to přenesením daného protokolu na komunikaci mezi PC.
I přesto nám zůstanou minimálně následující "problémy":

1. Ne každý je ochoten použít PC pro modelování provozu v epochách, které PC neznaly.
2.Ne každý je ochoten či schopen programovat v PC speciální aplikaci z komponent "nízké"inteligence"
3. Ne každý sw nástroj umí zvláštností té které železniční správy resp. ne každý uživatel je zná, i kdyby byl schopen či ochoten k bodu 2.

"Čekání na Godota"
Výše uvedené závěry jsou výsledkem mých několikaletých osobních zkušeností s DCC systémy a PC aplikacemi jak na deskových, tak i na modulových kolejištích. Byl jsem silným zastáncem využití stávajících systémů a sw na PC, protože jsem věřil, že přijde den, kdy někdo nabídne dostupný hw a sw, který skutećně modeluje zabezpečení železničního provozu a ne "pouťové automaty". Nakonec jsem pochopil, že si tu roli budu muset vyzkoušet osobně, pokud se chci dočkat :-)) Výsledkem stále ještě neuzavřeného snažení je níže uvedené.

Základní koncept STN/SN
Modelovat oděleně od řízení vozidel chování zabezpečovacích zařízení jako lokálních objektů vyšší úrovně, které znají:
1. Své vlastní chování při událostech, za které jsou zodpovědny.
2. Jiné objekty, od kterých mohou dostat či naopak, kterým zasílají relevantní zprávy.
3. Zobrazení svých stavů pro lidskou obsluhu.

Příklad:
Návěstidlo jako objekt zná svou předvěst a pokud od stavědla dostane příslušnou zprávu - signál, tak nejenže ho zobrazí, ale také pošle zprávu o svém stavu své předvěsti, ale i svým kontrolkám na kontrolním panelu. Zná izolované úseky jak před ním, tak za ním, a tak při zprávě o jejich obsazení či uvolnění a dle svého stavu a situace v jaké se nachází (např. je/není součástí autobloku) zareaguje. tak, jak se na řádné návěstidlo dané železniční zprávy sluší včetně zpráv pro svou předvěst a kontrolky.

Některé důsledky
Pro vlastní provoz není nutná přítomnost PC, ale současně není vyloučeno jeho použití.
Není to další "DCC" systém pro řízení vozidel, ale naopak v tomto směru předpokládá výhodnou koexistenci se stávajícími DCC systémy.
Návrh a aplikace zabezpečovacího zařízení se odehrává v obdobných krocích jako na "velké" železnici, protože operujeme se stejnými pojmy.
Umožňuje jak centrální řízení, tak i jeho lokální převzetí v případě dostatečného množství obsluhujícího personálu.
Objektům jednou provždy oznámíme jejich "spoluhráče" a závěrovou tabulku dopravny a ti se začnou chovat jako celek tak, jak mají.
Objektům je jedno na kterém mikrokontroleru či PC "běží" a zda jejich "kolegové" existují fyzicky (hw na DPS) či virtuálně (sw na PC)
Můžeme si dovolit některé věci, o kterých jsme si na úrovni modelů mohli dosud nechat jen zdát, jako je např. detekce skutečné polohy výměny.

Co je součástí STN/SN?

1. Jednotlivé typy desek plošných spojů (DPS) jako hw nosič objektů.
2. Síť z již postavených DPS na úrovni stanice (STN) či na mezistaniční úrovni (SN).
3. Výkonné a komunikační sw jádro pro mikrokontrolery PIC, jež je shodné pro všechny DPS.
4. Sw emulace chování jednotlivých typů objektů pro mikrokontrolery PIC, jež jsou součástí dané DPS včetně sw jádra.
5.STN Tower - sw pro PC jehož funkcí je monitorovat, nastavovat parametry DPS a objektů a případně řídit STN/SN.

Jak prakticky použít STN/SN?

1. Kolejový plán
Chceme-li stavět nějakou dopravnu, lze předpokládat, že budeme mít její kolejový plán včetně předpokládaného zabezpečovacího zařízení.
V tomto případě máme před sebou velmi jednoduchou dopravnu - výhybnu LHOTA.
Pro účely tohoto příkladu je rozpracován zejména směr k dopravně Lípa.
Barevné i černé matice vedle stavědla se nelekněme. Znázorňují nám kontrolní panel a ovládací pult.

2. Označení objektů
Abychom mohli s jednotlivými zabezpečovacím zařízeními dále pracovat, je třeba je označit.
V kolejovém plánu tak najdete ve směru od Lípy
1. předvěst PřL, vjezdové návěstidlo L, seřaďovací návěstidlo Se1 a cestová návěstidla L1,L2,S1 a S2
2. Izolované úseky LT2,LT1,LK,UV1,1,2 a Uv2. Uv1 a Uv2 jsou izolavané úseky výměn v1 a v2.
3. Výměny a jejich přestavníky v1 a v2.
4. Stavědlo St., kontrolní pult Ko a ovladací pult Tl.

3. Přiřazení objektů k jednotlivým DPS
Podle fyzického umístění objektů v dopravně umístíme v jejich blízkosti příslušné DPS a provedeme přiřazení vývodů DPS k jednotlivým objektům až do vyčerpání jejich kapcity. Na uvedeném příkladě je provedeno přiřazení jen některých objektů. Zprava můžeme vidět DPS:
1. STN-RS232 má za úkol řízení sběrnice STN a připadnou komunikaci s PC, pokud je připojeno např. se sw stnTower pro PC..
2. STN-Signal s Id=1, na které jsou aktivovány objekty návěstidel PřL a L a dále izolované úseky LT1 a LK.
Připojení různých typů zařízení je rozlišeno barvou "vodiče" a je u něj uvedeno i číslo vývodu daného typu.
3. STN-Tower má za úkol komunikaci s lidskou obsluhou prostřednictvím objektů kontrolního a ovládacího panelu,
včetně implementace závěrové tabulky objektem Stavědlo.
4. STN-Switch je specializována na řízení přestavníku výměn, zde aktivován objekt v1,
ale také na kontrolu izolovaných úseků. Zde jsou aktivovány objekty Uv1, 1 a 2.
5. STN-Signal s Id=3, která je identická s DPS s Id=1, ale jsou na ní aktivovány objekty návěstidel Se1,S1 a S2, ale žádný izolovaný úsek.
6.STN-SN je zodpovědná za komunikaci s jinými sítěmi STN prostřednictvím SN tak, aby byly zabezpečeny funkce traťového souhlasu, modelového času a pod.

4. Přířazení vazeb a vytvoření závěrové tabulky
stnTower resp. její komponentu stnCreator použijeme k uložení označení objektů, vytvoření vzájemných vazeb, ale i k vytvoření závěrové tabulky. Vnitřně StnCreator provede automatické přířazení objektů k jejich číselným identifikátorům.
Níže uvedené tabulky jsou ukázkou jaká data zadává obsluha (tučně vyplněné hodnoty) a jaké si již na základě vazeb doplní sám stnCreator.

Návěstidla a jejich vazby
Izolované úseky a jejich vazby
Výměny a jejich vazby
Závěrová tabulka

5. Naprogramování tabulek do mikrokontrolerů
stnCreator provede zápis shora uvedených tabulek do mikrokontrolerů bez nutnosti je vyndávat z DPS.
Případná chyba v tabulce či změna situace se provede změnou tabulek v příslušném mikrokontroleru stejným způsobem.
Uvedený obrázek pŕedstavuje skutečně použité hodnoty v reálném demonstrátoru STN.
Po naprogramování a odzkoušení správné funkce je možné PC odpojit, pokud kontrolní a ovládací panel nemáme vytvořen právě na něm.

Zbylé otázky a odpovědi

Co jiné železniční správy než ČSD ?
Díky oddělení funkčnosti objektů od hw souvislostí je implementace zabezpečovacích systémů jiných železničních správ relativně snadná i díky konec konců shodnému předmětu zabezpečení. Nezbytnou podmínkou je účast osoby znalé reálií konkrétní železniční správy.

Jaká je dostupnost?
K 24.7. jsou dostupné DPS dle jejich seznamu. Je připravena v.2 STN-D.
Ve verzi 1 je pro PIC odladěno výkonné a komunikaćní jádro, objekty Ďáblík, Systém, Úsek, Návěst a Výměna.
Je provedena analýza drtivé většiny ostatních objektů.
V rámci stnTower pro PC je funkční komponenta stnMonitor a základ stnSimulátor s objektem Kontrolky.


Na co to přijde?
Nepominutelnou snahou bylo udržet náklady na co nejnižší hladině při respektování technologických možností amatérů. Náklady na pořízení hw jsou i při velmi malých seriích (cca 20ks DPS od jednoho typu) na úrovni cca 50% s cenou hw komerčních systémů. Pokud však přičteme cenu pro komerční systémy nezbytného PC a sw, je poměr ještě příznivější a to při vyšší funkcionalitě STN.

Kdo se podílí na vývoji STN/SN

Související odkazy vhodné nejen pro STN/SN

Elektrické zapojení výměn
Jak zapojit modulové kolejiště pro DCC provoz s izolovanými úseky