Standardisierte Ansteuerung von Signalen und Weichen mittels Arduino

Überblick

Aufgabe
Mit dem Einsatz von Signalen in Wattenscheider Signalträgern und passenden Schächten in den Modulen ist die Grundlage für einen freizügigen Einbau von Signalen geschaffen. Jedoch sind Signale derzeit i.d.R. fest an ihre jeweilige Ansteuerungseinheit gebunden, da keine einheitliche Beschaltung und Kabelbelegung vorliegt. Diese feste Bindung hat für Signale, die fest zu einer Betriebsstelle
gehören (z.B. Einfahrsignale von Bahnhöfen) durchaus ihre Berechtigung; andererseits besteht jedoch auch zunehmend der Wunsch, flexibel einsetzbare Signale verfügbar zu haben. So gibt es z.B. Betriebsstellen, die auf Grund ihrer Ausgestaltung keine eigenen Signale besitzen, in bestimmten Arrangements jedoch mit Signalen ausgerüstet werden sollen. Der Grundgedanke des vorliegenden Entwurfs ist es, eine definierte Beschaltung zu schaffen, so dass Signale von unterschiedlichen Eigentümern freizügig mit Ansteuerungseinheiten (z.B. bestehende Stellpulte einer Betriebsstelle oder aber einfach nur simple Schalterboxen) betrieben werden können. Werden solche Signale und Schalterboxen in einem gewissen Umfang verfügbar gehalten,
dann können damit beliebige Betriebsstellen ausgerüstet werden. Weiterhin soll eine von der konkreten Signalbauform unabhängige Belegung der Stecker einen Austausch unterschiedlicher Signale an einer Einsatzstelle ermöglichen (Hl, KS, Formsignale  usw.).
Dazu wird über die Steuerleitungen lediglich der Signalbegriff übertragen, die konkrete Übersetzungin das jeweilige Signalbild übernimmt die Elektronik im Signalträger.
Bei der Verwendung von Signalen nach diesem Beschaltungsvorschlag besteht dann auch die Möglichkeit, ausgefallene Signale schnell durch verfügbare Ersatzsignale auszutauschen und damit einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen.

Mechanische Verbindung

Für den mechanischen Anschluss der Signale wird die Verwendung von RJ45 Buchsen im Signalträger definiert. Diese bieten eine 8polige Verbindung, welche nach dem nachfolgenden Vorschlag für die Übertragung aller erforderlichen Informationen ausreichend ist. Weiterhin sind die Buchsen aufgrund ihrer Abmessungen leicht in den Wattenscheider Einsätzen unterzubringen.
Hinsichtlich der Abmessungen werden maximal 2 RJ45 Buchsen im Wattenscheider vorgesehen; eine Buchse zur Ansteuerung der Hauptsignalfunktion (bzw. Vorsignalfunktion, sofern es sich um ein ausschließliches Vorsignal handelt) sowie eine optionale zweite Buchse für die Ansteuerung der zusätzlichen Vorsignalfunktion, wenn es sich um ein Hauptsignal mit Vorsignal handelt.

Für die Verkabelung können dabei z.B. ausgediente Netzwerkkabel von PC Netzwerken verwendet werden, die in Netzwerken auf Grund veralteter Technik nicht mehr eingesetzt werden können. Da für die Ansteuerung der Signale keine hochfrequenten Schaltimpulse verwendet werden besteht hier auch keine Notwendigkeit, besonders geschirmte Kabel zu verwenden.
Grundsätzlich besteht bei RJ45 Buchsen die Gefahr der Verwechslung mit Loconet Kabeln und Buchsen. Während es mechanisch nicht möglich ist, ein entsprechend diesem Vorschlag vorgesehenes Kabel der Signalansteuerung in eine Buchse des LocoNet zu stecken ist die Verwechslung in der anderen Richtung theoretisch denkbar. Jedoch baue ich hier darauf, dass beim Aufbau mit gesundem Menschenverstand gearbeitet wird und dementsprechend Loconetkabel nicht in Signale oder in Steuerpulte von Bahnhöfen eingesteckt werden. Im Regelfall sollte also allein auf
Grund der Einbausituation eine Verwechslung ausgeschlossen werden können.
Die möglichen Auswirkungen bei Steckerverwechslung wären folgende:

Somit sind auch bei der theoretisch möglichen Steckerverwechslung die Auswirkungen begrenzt. Andere mögliche Steckverbindungen wären Sub-D (9polig), Wannenstecker oder verschiedene Industrieverbinder. Diese erscheinen jedoch alle als nachteilig gegenüber RJ 45.

Elektrische Verbindung

Die Verbindung von der Signalansteuerung zum Signal muss sowohl die Spannungsversorgung als auch die Signalübertragung ermöglichen. Dazu wird folgende Steckerbelegung vorgeschlagen:

PIN Belegung Buchse 1 (Hauptsignalbild)

PIN Belegung Buchse 2 (Vorsignalbild)

Schematische Darstellung der Verkabelung