Cantonnement




CANTonnement du reseau lpt

1.     Avertissement

    Initialement le réseau LPT  devait être un « réseau modulaire » constitué de « modules linéaires » de même longueur définis par le document – Module linéaire_1 donnant les caractéristiques d’interface (longueur 80 cm, largeur 400 ou 600 mm, …). La créativité et la surface réduite de ces modules ont conduit un certain nombre d’adhérent à faire des « modules adhérents » composés de 2 à 4 modules linéaires insécables
   Le cantonnement consiste à découper le réseau en éléments de longueur variable dits « cantons ». La longueur d’un certain nombre de modules mis bout à bout doit toujours être supérieure à la longueur du plus grand train devant y circuler.
Le nombre de cantons doit être supérieur d’au moins une unité du nombre de trains circulant simultanément.

   Ces modules fort réussis imposent une nouvelle contrainte : les modules ne peuvent plus être placés n’ importe où à la suite d’un autre si l’on veut mettre en œuvre le cantonnement. Lors de la constitution du réseau, en particulier pour le « réseau en anneau » le nombre de modules linéaires des parties droites doit être le même.

Tous les emplacements ne sont pas permis les modules n’étant pas interchangeables!
Des configurations de réseau ont donc été définies. Les modules sont identifiés et classés en catégories afin d’entrer dans une des configurations réseau.
   Le cantonnement, nécessaire pour une circulation des trains exempte d’aléas doit s’adapter à cette situation et de ce fait le cantonnement ne sera pas modulaire et chaque cas (module adhérent de 2 à 6 modules linéaires) sera traité séparément avec toutes les contraintes qui en découleront pour la constitution d’un réseau et par là de la définition des cantons une fois le réseau constitué.
     Les spécifications de base pour la constitution d’un canton sont, pour chacune des voies principales V1 et V2 :
  •         la longueur totale doit être un multiple de la longueur du module linéaire (80 cm), sauf pour un module adhérent placé contre une courbe.
  •          le feu d’arrêt obligatoire doit être positionné au minimum à 40 cm de l’entrée du canton zone d’arrêt du « Cantonémul » où se trouve la coupure des rails (éclisses isolantes)
  •          le nombre de modules linéaires entre ce feu et la sortie du canton doit être égal ou supérieur au nombre minimum requis pour les plus grandes rames. Ce nombre minimum est valable pour tous les cantons.
D’une part un examen superficiel du réseau constitué le 9/02/2013 montre que: 
  • certain module adhérent possèdent des aiguillages en entrée de module. Comment définir la distance d’arrêt (zone nécessaire) entre la coupure physique des rails et la position du feu (distance de l’ordre de 40 cm d’après les informations des « Cantonemul »). Un module linéaire a une longueur standard de 80 cm.
  •         si la longueur minimale d’un canton est de 4 modules linéaires (train de longueur max inférieure à 2,8 m (4 x 0,8 + 0,4) la gare d’échange fera au minimum 6 cantons !
          D’autre part si certain adhérent utilise la voie 2 en plus de la voie 1, le problème de la coïncidence physique des cantons se pose.
    On utilisera par principe une gestion du type 3 feux (Rouge, Orange et Vert) déterminant les cantons d’« Arrêt au  feu Rouge »,  de « Ralentissement au feu Orange » et de « circulation  au feu Vert ».
     Les modules individuels peuvent constituer des circuits en anneau ou en L, ou en T ou en U. Les modules courbes (demi-tour, quart de tour ou de déport des voies) nécessaires au bouclage du réseau sont fournis par le club.            
Les « modules adhérents doivent être normalisés, au niveau de l’interface électrique,  pour être interchangeables au niveau du cantonnement et la concentration des liaisons filaires et la gestion du cantonnement (par voie) doit être gérée par le club. Il n’y aura pas d’ électronique au niveau des modules linéaires.
   La description de la gestion d’un réseau en cantonnement 3 feux, bien que non indispensable à la constitution d’un réseau cantonné est donnée pour information au paragraphe 4.



2.     Réseau non cantonné

         C’est l’état actuel (début 2013) avant la mise en place du cantonnement.
Détails:
  •   Le nombre de modules linéaires par adhérent est limité à 6 avec dérogation (longueur 4,8 m).Voir spécifications du module LPT.
  •         Le sens de circulation sur la voie 1 (circulation à gauche) s’effectue du bord droit du module vers la gauche de celui-ci, le module étant vu du côté du public.
  •           Les voies étant indépendantes on peut donc faire circuler en même temps une rame analogique dans un sens sur une voie et une rame numérique dans l’autre sens sur l’autre voie. On peut aussi éventuellement faire circuler les 2 rames dans le même sens.
La détermination des sens de circulation impose qu’avec une alimentation continue, les rails 2 et 3 soient alimentés sous polarité positive.
·         Sur chaque voie, un train peut ainsi y circuler indéfiniment sans entrave. La circulation de plusieurs trains pose problème car les plus rapides rattrapent les plus lents et créés des collisions. Il est donc impératif  d’établir un cantonnement. 

    Nota:
       Pour établir la continuité électrique des voies, on doit utiliser des éclisses métalliques tant aux extrémités des rails qu’au niveau des coupons de jonction.
La continuité électrique est confirmée au niveau des rails des 2 voies par un circuit de continuité équipé d’une fiche et d’une embase du type PTT qui relie le module au module amont.


3.     Cantonnement

3.1     Généralités

      Sauf dérogation, le nombre de modules linéaires est limité à 6 par membre du club.
Le nombre de cantons est impérativement limité à 6.
La longueur des cantons sera supérieure à 4, 5 ou 6 modules linéaires pour s’adapter
au nombre de modules présent lors de la constitution du réseau. 

   Au-delà d’un seul module linéaire, les rails du module adhérent doivent être continus et les éclisses d’entrée et de sortie du module doivent être du « modèle isolant » (4 éclisses par voie). La continuité électrique des rails entre les différents modules linéaires doit être confirmée par un câblage particulier.
       On notera que l’usage d’un bus de raccordement permet de disposer, par voie, des mêmes informations sur tous les connecteurs d’un câble plat d’un même canton (connecteur 9 points). A savoir : les 4 fils du feu tricolore d’entrée de canton et des 4 fils d’alimentation des rails (2 fils par rail) pour réduire les chutes ohmiques en ligne
Le connecteur de sortie du Bus Canton sera un connecteur 25 points pour réduire les chutes de tension des alimentations des rails. A savoir : les 4 fils du feu tricolore d’entrée de canton et les 20 fils d’alimentation des rails (10 fils par rail).

3.2     Configuration 1 module


     Le schéma ci-dessous donne les références mécaniques des modules linéaires pour le cantonnement.
Nota :
     Les feux sont facultatifs, seuls les interfaces électromécaniques sont mis en place.




Lorsque le réseau est constitué, on identifie par voie, les cantons (lettre à partir de A) et les modules de chaque canton (chiffre à partir de 1). Ces repères seront aussi ceux des câbles d’interconnexions.
·         Chaque module sera équipé de 2 supports « CI BUS » (fourni par le club) placés près du centre sur le flanc arrière de la face avant (côté public).
·         Un dispositif mécanique fourni par le club doit être placé à coté de chacune des voies à environ 40 cm de l’entrée de chaque module linéaire.
·         Si le module est le module d’entrée d’un canton, le dispositif recevra un feu tricolore et mis en place lors de la constitution du cantonnement après mise en place de tous les modules d’une session. Il n’y a qu’un seul feu par canton.
·         Si les cantons des voies utilisent les mêmes modules linéaires, les feux seront situés aux extrémités du canton pour chaque voie.
·         D’autre part chaque dispositif recevra, par voie, un câble plat d’interconnexion (fourni par le club). Les câbles des modules d’un même canton seront réunis sur un CI BUS version 1 (7 connecteurs 9 points fourni par le club). Ce CI sera placé (de façon amovible sur un support) en entrée ou en sortie de canton.
Voir le schéma ci-dessous par voie.




Pour minimiser les chutes en ligne internes au canton, on place le CI BUS au milieu ou au plus près du milieu du canton.
           
    La fiche 25 points (4 ° 2 x 10 fils), en rouge sur le schéma, du module central constituant le canton sera la fiche d’interface.

Pour un courant de canton < 1A, la chute en ligne pour un câble plat de 25 fils est < 0,9 V, entre tous les points du module et le concentrateur. 

Nota:
       Dans l‘absolu, rien n’oblige que le début de la 2e voie soit sur le module de fin du canton.

3.3     Configuration 2 modules

 Cet ensemble est soit constitué de deux modules similaires au module unique, soit d’un module unique et d’un module au câblage simplifié. Le 1e avec un câble 4 + 2 fils et le 2e avec un câble à 2 fils (les fils des rails, ces derniers pourraient être raccordés sur l’embase PTT).
La mise en place d’un CI BUS au milieu du 2e module permet le raccordement à un autre ensemble par une liaison en câble plat avec fiches 9 points X1.
     La fiche 25 points X2 (4 + 2 x 10 fils) du 2e module  ou du dernier module adhérent constituant le canton sera la fiche d’interface.

Nota:
    Le câblage interne du 2e module ne peut comporter sur l’embase 9 points que les 2 fils d’alimentation des rails – rail 1 ou 4 (broches 1 et 2 réunies) et rail 2 ou 4 (broches 4 et 5 réunies).
Voir le schéma ci-dessous par voie.



3.4     Configuration 3 modules

            Ce module se traite comme module individuel à 2 modules.

Voir le schéma ci-dessous par voie.



3.5     Configuration 4, 5 et 6 modules

       Ce type de module forme à lui tout seul un canton. On place le CI BUS au milieu ou au plus proche du milieu du module adhérent.
      Le câblage interne des modules autre que le premier ne comporte sur l’embase 9 points que les 2 fils d’alimentation des rails – rail 1 ou 4 (broches 1 et 2 réunies) et rail 2 ou 4 (broches 4 et 5 réunies).
        La fiche 25 points @2 (4 + 2 x 10 fils) du milieu ou proche du milieu du module  adhérent constituant le canton sera la fiche d’interface.

3.6     Modules club quart, demi cercle et déport

      Ces modules placés entre deux modules adhérents ne portent pas de coupure interne et ne comporte sur l’embase 9 points que les 2 fils d’alimentation des rails – rail 1 ou 4 (broches 1 et 2 réunies) et rail 2 ou 4 (broches 4 et 5 réunies).
        Si l’on fige la position des types de modules adhérents on peut sur la voie concernée établir une coupure pour créer la zone d’arrêt avant le feu placé à l’entrée du module aval. Le câblage interne sera celui du paragraphe précédent et le CI BUS du canton sera placé dans cette partie du module Club.



Un demi-tour de rayon moyen de 600 mm a une longueur d’environ 1,9 m, soit 2 modules linéaires.Un quart de tour a une longueur d’environ 0,9 m, soit un module linéaire. 
  Si l’on place une coupure sur une voie pour définir une distance d’arrêt avant le module suivant, ce module aura 2 embases 9 points pour le cantonnement.
  





 Le module déport ne comporte qu’une seule embase 9 points à 2 fils.









4.     Interconnexion

4.1     Chute en ligne

   Compte-tenu des dimensions du réseau LPT et de l’usage éventuel de câble en nappe, de jauge 28, il est nécessaire de mettre plusieurs conducteurs en parallèle pour les fils destinés à l’alimentation des locomotives.
    La jauge 28 se caractérise pour des fils en cuivre par :
·         un diamètre de 0,3211 mm soit une section de 0,08098 mm2
·         une résistance linéique de 217,6 Ω/km.
Une telle résistance donne une chute en ligne pour une longueur simple de fil de 0,2176 V/A/m.
Pour un circuit (aller et retour) on a :
·         0,4352 V/A/m pour un fil
·         0,2176 V./A/m pour 2 fois 2 fils en parallèle fiche 9 broches
·         0,0435 V./A/m pour 2 fois 10 fils en parallèle fiche 25 broches
Ce qui correspond à une chute de tension < 1,5 V pour 10 m et 3 A, chute des différents modules internes au canton inclus

Nota: Comme il n’y a qu’une seule locomotive par canton (voire 2 en mode traction multiple) le courant par canton est inférieur à 1 A ce qui conduit à une chute en ligne inférieure à 0,9 V.

4.2     CI BUS Canton



  Le schéma i-dessous donne les interconnexions de l’embase 25 points avec le BUS CANTON.
Ce bus relie entre elles les embases CANNON 9P regroupant les différents modules.
Il y a  6  embases  9  points et
une embase 25 points





Photographie d’un CI BUS CANTON.    



On remarquera les 7 embases 9 points de jonction des modules et l’embase 25 points de cantonnement.

Photographie de l’équipement de connexion complète d’un module.




5.     cantonnement 3 feux

    Le dispositif de gestion d’un cantonnement « 3 feux » se compose de 3 modules fonctionnellement indépendants isolés galvaniquement, implantés éventuellement sur un seul circuit imprimé.
      Les 3 fonctions sont : détection de la présence d’une rame dans le canton, exploitation de cette présence pour commander les feux et gérer l’alimentation électrique des autres cantons et de disposer d’organes de puissance pour la gestion ci-dessus.
    La description ci-dessous est compatible avec les modules « CANTONNEMUL » de C. PRUNET dont on utilisera les repères d’identification, avec les modules d’A. BOISSEAU et ceux d’A. JOUSSET. Les 2 premiers utilisent des organes de coupure à relais et le dernier des semi-conducteurs (ce système fonctionne en courant continu et ne dispose pas d’isolement galvanique)..
   Tous utilisent le principe de détection de présence de la rame par mesure du courant consommé. Le début de la rame est le moteur de la locomotive et la fin de celle-ci correspond à la présence d’un dernier wagon, consommateur de courant (bandages conducteurs et éclairage de fin de convoi). 
La partie détection est insérée entre l’alimentation du canton issu du module exploitation et le rail « coupé » délimitant le canton. L’autre rail est réuni au commun de l’alimentation réseau. La liaison entre la partie détection et la partie commande peut être interne ou externe au module.


Partie « détection »
DZ – borne 1 –alimentation du rail coupé à partir des alimentations traction (voir plus loin) et du dispositif de détection de consommation du canton.
Ce circuit fonctionne indifféremment en courant alternatif ou en courant continu.
Dans le CANTONNEMUL, la liaison exploitation – détection est interne au module.

Partie « commande »
Ce circuit est isolé galvaniquement de la partie détection par photo coupleur  (s).
RRAM – borne 2 -  sortie de commande pour l’alimentation de la bobine du relais du circuit d’exploitation «  relais ralenti amont » 
RAAM – borne 3 –sortie  de commande pour l’alimentation de la bobine du relais du circuit d’exploitation «  relais  arrêt amont »

Partie « exploitation »
Cet ensemble composé de 2 relais à 2 contacts RT permet la gestion de l’alimentation du canton via la partie détection et la commande des feux.
L’absence des signaux RRAV et RAAV alimente le canton par le bus traction (feu vert)
RRAV – borne 8 – entrée de commande du relais « ralenti aval » du canton
RAAV – borne 9 – entrée de commande du relais « arrêt aval » du canton
FV – borne 6 – feu « vert » fourniture d’un courant positif de 20 mA par rapport au 0 V
FJ – borne 7 – feu « jaune »
FR – borne 10 – feu « rouge »
BT – borne 4 – entrée du bus traction (tension nominale de traction analogique ou numérique)
BR – borne 5 – entrée du bus ralenti
BA – borne 11 – alimentation interne par une résistance de 1 kΩ à partir du bus traction. Permet une tension résiduelle pour le décodeur lors de l’arrêt


6. Mis en Œuvre

Cette partie donne toutes les informations nécessaires à la mise en place des connectiques liées au cantonnement.
Le câblage des modules individuels d’origine et les coupons de raccordement ne permettent pas le cantonnement. Chaque moule possède un câble de jonction vers le module amont et le module aval. Ce câble est équipé d’une fiche et d’une embase de type PTT ce qui permet le bouclage du réseau (en « anneau »,  en « L », en « T » ou en « U ». Il n’est pas possible d’isoler les modules, fonction nécessaire au cantonnement. D’autre part les coupons ne peuvent, sauf à utiliser des éclisses isolantes (difficile d’emploi), assurer l’isolement des modules.

REMARQUES TRÈS IMPORTANTES

   Dans un réseau modulaire comme le notre, chaque module standard (longueur 800 ou 1200 par dérogation – demi-tour excepté) doit pouvoir se mettre n’importe où. D’où la nécessité d’avoir des interfaces communs : espacement des voies,  coupure de voies en entrée et sortie de module, embase feu pour la mise en place d’un feu tricolore en sortie de canton pour chaque voie.
La nécessité de constitution de modules cohérents tant au niveau architecture que des décors fait qu’actuellement on trouve des groupes de modules de 1, 2, 3 ou 4 modules fonctionnellement insécables. Dans un premier temps on laissera en suspend le problème de feux – les câbles seront mis en réserve en attente de définition des emplacements des feux.
La photo ci-contre montre le matériel évoqué.
En haut, les embases des voies d‘un module individuel. 
Impérativement un par module physiquement insécable. 
Pour chaque voie on trouve 2 fils d’alimentation des rails et un câble plat pour la mise en place éventuelle d’un feu.
En bas, la connectique du BUS CANTON.

Les schémas électriques correspondant sont donnés ci-après.




 Le coupon de jonction des rails des modules sera établi à partir d’un circuit imprimé disponible auprès de la fédération possèdera des éclisses métalliques et une coupure des rails (les rails seront soudés sur le CI).

Les connectiques, les coupons, le concentrateur de cantonnement et les câbles d’interconnexion seront fournis par le club et mis en place une fois le réseau constitué (modules individuels exceptés).

  D’autre part le dernier wagon de chacune des rames possèdera obligatoirement un feu ou une résistance pour être détecté par le cantonnement.

6.1 MODULE INDIVIDUEL        
Un ensemble par voie.
Ci-dessous les planches qui résument la mise en œuvre et le test pour un module :

 

6.2 BUS CANTON



Le schéma ci-dessous donne les interconnexions de l’embase 25 points avec le BUS CANTON.
Ce bus relie entre elles les embases CANNON 9P regroupant les différents modules.
Il y a  6  embases  9  points et
une embase 25 points.
Les broches 1 et 14 sont réservées à l’alimentation des accessoires en 16 V alternatif.
Les broches 5 à 13 et 17 à 25 sont réservées à l’alimentation du canton (2 x 9 fils en parallèle)
6.3 CHUTE DE TENSION EN LIGNE.

    Compte-tenu des dimensions du réseau LPT et de l’usage éventuel de câble en nappe, de jauge 28, il est nécessaire de mettre plusieurs conducteurs en parallèle pour les fils destinés à l’alimentation des locomotives.
   La jauge 28 se caractérise pour des fils en cuivre par :
·         un diamètre de 0,3211 mm soit une section de 0,08098 mm2
·         une résistance linéique de 217,6 Ω/km.
Une telle résistance donne une chute en ligne pour une longueur simple de fil de 0,2176 V/A/m.
Pour un circuit (aller et retour) on a :
·         0,4352 V/A/m pour un fil
·         0,2176 V/A/m pour 2 fois 2 fils en parallèle
·         0,0484 V/A/m pour 2 fois 9 fils en parallèle fiche 25 broches
Ce qui correspond à une chute de tension < 1,5 V pour 10 m et 3 A, chute des différents modules internes au canton inclus.

Nota: Comme il n’y a qu’une seule locomotive par canton (voire 2 en mode traction multiple) le courant par canton est inférieur à 1 A ce qui conduit à une chute en ligne inférieure à 0,5 V.

6.4 Mise en place des connectiques

 6.4.1 Module individuel 

L’embase des voies doit être placée au milieu de la face interne du module, montant vertical coté « public »
le bas à 20 ou 30 mm du bas du montant.Percer 6 avants trous φ 2,5 mm, agrandir les 4 trouscentraux à 6 mm sur 6 mm environ.
Mettre le module en place par les 2 vis extrêmes CB 4 x 12.

6.4.2 Bus Canton



Compte-tenu que le réseau dépend du nombre d’adhérents présent, il est nécessaire de placer de part et d‘autre des connecteurs du module individuel, 2 fois 2 gonds à visser (pitons d’équerre) de Φ 2,5 mm et de longueur 25 mm à 105 mm l’un de l’autre et au moins à 80 mm du bas du module.
L’espacement d’un BUS CANTON avec le support des connecteurs doit être supérieur à 50 mm, la largeur du BUS CANON étant de 165 mm. 
  

6.4.3 Le réseau en anneau

Ce réseau comprend 4 cantons par voie, 2 fois 4 feux et 16 connectiques module individuel.

Le jeu de câbles en nappe LPT comprend :
Connecteurs SUB-D 9 points : 4 X 0,3 m, 8 x 1m, 8 x 2m et 4 x 3 m par voie,
Connecteurs SUB-D 25 points : 1 x 1 m, 1 x 2 m, 2 x 5 m, 1 x 7 m et 1 x 10 m par voie.
            


6.5 Photos de la réalisation

Voici des photos de la réalisation de ce cantonnement.

Etape 1: Perçage du circuit imprimé

 Etape 2:Mise en place des composant pour le premier canton

Etape 3: Préparation pour la mise en boîtier

Etape 4: Tests des cantons

Etape 5: Tests des cantons sur le réseau modulaire

Noter que la loco est sur le canton et les connexions avec le boitier de commande centralisé juste derrière.

Les LEDs des cantons 1 et 4 sont allumées. Cela signifie que deux locos sont sur le réseau et occupent ces deux cantons.

Deux petites vidéo pour illustrer la protection réalisée par le cantonnement.


 
video