Le pilotage des aiguillages

1. Un peu de vocabulaire

Avant d’aller plus loin, il est pertinent de rappeler la définition de certains termes techniques concernant les aiguillages.

Dans le jargon officiel, ce que l’on appelle aiguillage est en réalité un appareil de voie, mais on parle couramment d’aiguille, tout simplement.

En fait, l’aiguille est la partie mobile de l’aiguillage. Il y a deux aiguilles sur un aiguillage, une pour chaque rail.

Le cœur est l’endroit où les rails se croisent.

La pointe est le côté de l’aiguillage situé du côté de l’aiguille.

Le talon est le côté de l’aiguillage situé du côté du cœur.

Les contre-rails permettent d’éviter le déraillement du train au passage du cœur.

2. Les solénoïdes

La plus ancienne méthode de commande des aiguillages se base sur l’utilisation de solénoïdes. Un solénoïde, que l’on appelle aussi électro-aimant, bobine ou bobinage, est composé d’un fil électrique embobiné autour d’un axe creux, il suffit de faire parcourir un courant dans ce fil pour qu’un champ magnétique se forme et attire tout matériau paramagnétique, comme par exemple une tige de fer. Assez rustiques, les solénoïdes sont encore majoritairement utilisés car ils ont le mérite d’être particulièrement simples à mettre en œuvre : il suffit de les relier à la partie mobile de l’aiguille. Une brève impulsion électrique, générée au moyen d’un simple bouton poussoir, suffit pour faire passer l’aiguillage d’une voie vers l’autre.

Les solénoïdes peuvent être suffisamment petits pour être placés le long de l’aiguillage, même si ce n’est pas particulièrement esthétique. Certains fabricants, comme Peko, préfèrent les installer sous le plateau, ce qui a l’avantage de les rendre invisibles. C’est préférable, car les électro-aimants Peko sont particulièrement encombrants (et aussi particulièrement bruyants, mais ceci est un autre problème).

Avec le capot retiré, on voit bien les bobines des solénoïdes...

1. Les circuits imprimés

Le principal défaut des circuits TBD62083 et TBD62783 est qu’il est difficile de les trouver en boîtier DIP. Ce sont donc les versions en boîtier SO20 qui ont été choisies pour le dessin du circuit imprimé, le plus important étant de veiller à orienter le circuit dans le bon sens.

Et voici la liste des composants :

Le circuit imprimé de la version plus puissante est aussi plus imposant en raison de la présence des nombreux transistors en boîtier TO220.

Il y a quatre réseaux de résistances à installer, cela permet de gagner de la place sans pour autant devoir souder des composants CMS. Ce sont des réseaux à point commun. Leur disposition face à face permet d’installer au choix, soit un réseau de 8 plus un réseau de 4 résistances, soit deux réseaux de 6 résistances.

Les transistors sont installés très serrés et sans dissipateurs, mais étant donné le peu de temps que dure l’activation d’un solénoïde, ils n’auront pas le temps de chauffer.

2. Quelques tests

Ce premier programme va permettre de vérifier le bon fonctionnement du circuit. Il permet également de choisir la durée de l’impulsion qui sera envoyée aux aiguillages.

Téléchargement depuis la page Informations générales : at-test-soleno.ino.

Le programme commence par quelques définitions nécessaires. Tout d’abord la largeur des impulsions, en millisecondes. Cette valeur peut être augmentée si les aiguillages n’arrivent pas à se déplacer totalement. Elle peut aussi être réduite si nécessaire....

1. Les moteurs lents

Même si l’utilisation d’électro-aimants a l’avantage de la simplicité, elle ne satisfait pas vraiment les amateurs de réalisme, car les aiguilles basculent instantanément d’une position à l’autre alors que dans la réalité l’opération prend plusieurs secondes. C’est pour cela qu’ont été créés les moteurs lents. Dans ceux-ci, un petit moteur à courant continu entraîne une vis sans fin qui elle-même déplace le mécanisme. Des contacteurs de fin de course permettent de limiter la plage d’action du mécanisme, les diodes placées en série avec ceux-ci permettent de faire repartir le moteur dans l’autre sens. La tension appliquée aux bornes du circuit peut être finement réglée afin de contrôler la vitesse de basculement de l’aiguille et changer le sens du courant suffit à changer la position de l’aiguille.

Le pilotage d’un tel type de moteur nécessite l’inversion de la polarité appliquée au circuit. Généralement, on le fait en utilisant une source pouvant être positive ou négative selon le besoin. Une alimentation alternative fait donc parfaitement l’affaire. Le circuit de commande prend l’aspect suivant.

Un simple interrupteur à bascule suffit à manœuvrer l’aiguillage. Selon sa position, seules les alternances positives ou seules les alternances négatives sont envoyées au moteur. Les contacts de fin de course intégrés au moteur permettent de laisser l’interrupteur en position sans que cela pose problème.

Pour automatiser un tel circuit de commande, il faut remplacer l’interrupteur par un relais 2RT pilotable depuis un Arduino. Cette solution est parfaitement viable, mais c’est plus intéressant d’étudier une solution alternative basée sur des servomoteurs.

2. Les servomoteurs

On peut utiliser des servomoteurs pour effectuer la motorisation. Cela permet d’en simplifier la mise en œuvre. Toutefois, les servomoteurs se déplaçant assez vite, il faut programmer toute une série de positions successives pour simuler un déplacement lent....