sábado, 28 de julho de 2018

SINALIZAÇÃO NA MAQUETE - PARTE 03 - DETETORES DE OCUPAÇÃO



Olá Amigos!

Terminamos o Blog anterior falando sobre os princípios de funcionamento dos blocos de ocupação nas ferrovias reais e vamos falar agora sobre como aplicarmos esses mesmos princípios de modo a  obtermos um sistema de detecção em nossas maquetes. 
O principal para que isso ocorra é projetarmos um dispositivo que nos indique que a linha se encontra ocupada e nos de a possibilidade de usarmos essa informação de modo a obtermos o nosso propósito.
Vamos agora ver como criar o nosso circuito ou, pelo menos quais os parâmetros que poderemos usar para criar nosso circuito.


DETETORES DE OCUPAÇÃO 

Como detectar a ocupação da linha?
O principal é definirmos um dispositivo que nos dê a informação de que alguma coisa está ocupando nossa linha. um dispositivo que sinta a presença física da locomotiva, carro ou vagão, colocado sobre a linha. Há vários meios de criarmos um detetor de ocupação para a nossa linha. 
Foto-Célula, Foto-Resistor, Foto-Diodo ou Foto-Transistor - Podemos usar uma foto-célula colocada ao lado ou sob a linha, por exemplo.
Uma foto-célula consiste de um componente dependente da luz, ou mais conhecidos como Foto-Resistor, Foto-Diodo ou Foto-Transistor. Em uma Foto-Célula, sua atuação varia de acordo com a luz que incide sobre ela e isso pode ser usado para detetar a presença de algum objeto à sua frente (figura ao lado).
Tomando o exemplo do foto-resistor, o trem ao passar por ela interrompe um feixe de luz, e um circuito eletrônico a ela associado nos permite gerar um sinal que nos diga que aquele bloco está ocupado.
Assim que o trem cobrir o foto-resistor o sinal é gerado, mas entre cada vagão haverá uma passagem de luz e novo sinal será enviado pelo foto-resistor. Nosso circuito eletrônico precisará compensar esse sinal pulsante enquanto ele estiver ocorrendo, mas ao final do trem, não haverá mais sinal do foto-resistor e aí teremos que compensar essa falta de sinal até que o trem deixe realmente e linha em uso ou o bloco.
Nessa linha de detecção por luz incidente, podemos citar também os foto-diodos e também os foto-transistores que funcionam de modo semelhante a um foto-resistor, mas são semicondutores (junções PN - como os diodos e transistores), só que também dependentes da luz que incidem sobre ele para seu funcionamento como tal.
Uma vantagem dos componentes semicondutores como os foto-diodos e foto-transistores é a possibilidade de usarmos componentes que são sensíveis a luzes invisíveis ao olho humano, como o infra vermelho (luz abaixo do range de luz visível pelo olho humano). Existem LEDs emissores de infra vermelho (como os controles remotos de nossas televisões) que emitem luz invisível e estes podem ser detectados por outros componentes do mesmo tipo.
Reed-Switch - Podemos usar também um dispositivo chamado Reed-Switch (figura ao lado/abaixo), que é uma espécie de chave magnética que pode ser colocada no leito da ferrovia e um imã colocado no fundo  de cada componente do trem, ao passar sobre ele, fecha magneticamente o contato detectando a passagem do trem. A cada tempo que o imã passar sobre o reed-switch ele fechará e detectará a presença do trem, mas do mesmo modo que na foto célula após a passagem do último carro, isso não mais ocorrerá e assim teremos que também compensar essa falta de sinal até que o trem deixe totalmente o bloco em questão.
Independente do sensor usado para detetar a passagem do trem, sempre será necessário a criação de um circuito eletrônico ou elétrico para trabalhar o sinal enviado pelo sensor de modo a servir aos nossos propósitos.
Nos dois casos, podemos criar, por exemplo, um contador de tempo que mantenha o sinal fechado por um determinado tempo, mas como mensurar esse tempo para que funcione com qualquer comprimento de trem?
Tudo isso deverá ser pensado quando formos projetar o nosso detetor, seja qual for o sistema usado para gerar o sinal de detecção.

UM MÉTODO MAIS REALISTA - Um outro método que também podemos usar é uma corrente elétrica e os rodeiros do trem para nos dar o sinal de detecção, como acontece nas ferrovias reais. 
Como já escrevi nesse Blog, nas ferrovias reais os trens são detetados quando a primeira roda entra em um bloco sinalizado.
Sim, logo que a primeira roda do trem entra no bloco, uma corrente elétrica nos dirá: Alguém entrou nesse bloco!!!
Entre os dois trilhos das linhas  da ferrovia, há um circuito composto dos dois trilhos, de uma bateria e um relé de modo que uma corrente percorre todo esse circuito mantendo o relé acionado indicando a linha livre (ou luz verde - ver figura 01, abaixo). 

No instante que um trem entra no bloco (figura 02, acima), os rodeiros da locomotiva ou dos vagões dão um curto circuito entre os trilhos da linha, fazendo com que o relé seja desligado e comutando a luz de sinalização para vermelha (linha ocupada). 
Como isso é projetado de modo que a corrente elétrica percorra os dois trilhos para ir de um polo ao outro da bateria, qualquer problema ao longo da linha, como um trilho partido ou algum objeto caído sobre os trilhos  pode também ser detectado por esse circuito.
Num acidente que aconteceu no sul dos EUA, um balsa de carga, devido ao mal tempo, bateu em uma ponte e a deslocou por alguma distância, porém os trilhos se deformaram mas não se romperam e um famoso trem de passageiros da Amtrak percorreu vários quilômetros com sinal verde, até se desgovernar e cair da ponte que havia sido deslocada pela balsa. 
Se os trilhos tivessem sido rompidos, uma sinalização seria dada ao trem e ele pararia antes da ponte.
Como todos os rodeiros do trem provocam o curto circuito entre os trilhos, até que todo o trem tenha saído do bloco, esse circuito estará mantido.
E o Nosso Caso? - No nosso caso, usaremos um método parecido e o próprio controlador (DC ou DCC) para alimentar a linha. Usaremos o motor de nosso modelo ferroviário para sinalizar a ocupação da linha (ver figura abaixo).


Acima, temos a representação de uma linha com o trilho positivo (vermelho) dividido em 5 blocos isolados entre si. O trilho negativo (preto) não precisa ser dividido pois funciona como um trilho comum a todos os blocos.
Um controlador DC (ou DCC - mais tarde veremos a diferença entre os dois) pode ser ligado ao circuito alimentando o barramento positivo e negativo. 
Representando a locomotiva, temos um rodeiro com um eixo isolante com um motor ligado a ele (captadores elétricos das locomotivas são ligados aos rodeiros, seja no sistema DC ou DCC indiscriminadamente, o que muda entre os dois sistemas é o tratamento a ser dado a tensão captada nos rodeiros).
Não pode ser um curto circuito, pois como já dissemos anteriormente, os nossos rodeiros são isolados entre as rodas e se dermos um curto circuito na linha, os trens vão parar imediatamente de rodar, no entanto há uma grande diferença no estado do sistema elétrico da linha quando há ou não uma locomotiva ligada aos trilhos. 
Quando o rodeiro não está em contato com o trilho, a corrente que sai do controlador e flui em cada bloco é ZERO ou alguma coisa muito próximo de zero (resistência interna do sistema muito alta), pois não há nenhuma carga ligada a nenhum deles e portanto não há consumo de corrente.
A partir do instante que o rodeiro faz contato com os trilhos, uma corrente, mesmo que muito pequena, sairá do controlador e irá fluir pelo conjunto rodeiro e motor, colocado entre os dois trilhos. 
No sistema DC, com o controlador zerado, não deveria haver corrente nenhuma, mas mesmo que haja alguma fuga do controlador, essa corrente deverá ser muito pequena para fazer o motor girar, mas lembre-se que em um modelo normalmente não tem apenas o motor dentro dela, temos as lâmpadas também e até mesmo a resistência interna dos componentes da locomotiva, poderá gerar uma corrente que nos dará o sinal que precisamos para detetar a ocupação da linha. 
Diferenciar essa corrente com o circuito aberto e o circuito com uma locomotiva sobre ele é ajustado pelo controle de sensibilidade e é o nosso sinal de detecção.
No sistema DCC é mais fácil, pois mesmo com a locomotiva parada e totalmente inativa (sem luzes ou sons ligados), há um consumo de corrente a ser considerado, devido ao fato de o decoder estar sendo alimentado pela tensão no trilho que é sempre presente e fixa (em torno de 14 a 20VAC (pulsante)) enquanto o controlador DCC estiver ligado.
O decoder, mesmo totalmente inativo, consome corrente pois tem componentes internos que estão ativos, como a fonte de alimentação interna, os sistemas de memória e o microprocessador. Então nosso detetor de ocupação para DCC deverá também ter um ajuste que nos dê essa calibragem do valor de corrente a ser sentida como consumo por um dispositivo sobre a linha e o valor de corrente (espúria) tida como não havendo dispositivo algum sobre a linha. 
Normalmente basta colocarmos um dedo entre os dois trilhos para que o detetor de ocupação interprete isso como algum dispositivo sobre o trilho e indique que a linha está ocupada. A impedância (resistência) da nossa pele (intacta - sem cortes e seca) é muito, muito alta e a corrente que passaria pelo nosso dedo seria baixíssima, mas suficiente para ser detectada.

Onde Colocar Nosso Detetor de Ocupação - Como vamos precisar medir a corrente que passa entre os dois trilhos, do mesmo modo que faríamos com um multímetro, temos que colocar nosso detetor de ocupação em SÉRIE com a fonte de alimentação do circuito.
Pela figura acima, podemos ver nossos detetores de ocupação colocados em série com a alimentação dos nossos blocos na maquete. A corrente de alimentação sai de um polo do controlador, passa pelo detetor, passa pelos trilhos e depois volta ao outro polo controlador.
A corrente fornecida pelo controlador DC ou DCC (I) se dividirá entre aqueles blocos que estejam ocupados por uma locomotiva ou trem (agora representada por um par de rodeiros alimentando um motor). 
Nos blocos desocupados, podemos ver que não haverá nenhum consumo de corrente (I=0) pois há um circuito aberto entre os dois trilhos, enquanto que nos blocos ocupados, o motor se encarregará de consumir a corrente necessária (I=X) para que o circuito detetor de ocupação nos indique a ocupação do trecho.
Mesmo que nossa locomotiva esteja parada, o simples fato de haver uma impedância diferente daquela observada quando o trilho está desocupado já será suficiente para que o circuito de detecção indique o fato. 
Todo detetor de ocupação tem um ajuste de sensibilidade para calibrarmos isso.
Resumindo, o nosso detetor de ocupação sente a presença de algum dispositivo sobre os trilhos e nos dá, na sua saída, um sinal indicando que a linha está ocupada. 
Essa indicação pode ser um sinal luminoso (LED ou Lâmpada) que colocaremos em um painel indicando a ocupação daquele trecho, como pode ser também um sinal eletrônico (analógico ou digital) que poderemos usar para essa ou outra finalidade.
No nosso caso, também usaremos esse sinal para comandarmos nosso sistema de sinalização.

Circuito de Controle de Sinais - Na figura acima, podemos ver o esquema de ligação dos nossos detetores de ocupação os circuitos que  usaremos para controle dos sinais. 
A ideia aqui é sempre que o circuito detetor de ocupação detectar a ocupação da linha (como podemos ver em DO3), o circuito de controle dos sinais, ligue a luz vermelha do sinal a ele designado. Ao mesmo tempo, o circuito de controle de sinais deve enviar um sinal ao circuito anterior, ordenando que este acenda uma luz amarela, indicando que o sinal a frente está vermelho. Os demais sinais devem permanecer com sua luz verde acesa, indicando linha livre. 
Agora, na figura acima, podemos ver o que acontece quando o trem ultrapassa um bloco (DO4), mas continua ocupando o bloco anterior (DO3). 
No caso, como dissemos no parágrafo anterior (DO4), agora também sinaliza a ocupação do bloco ligado a esse detetor acendendo a luz vermelha a ele associada, então, como a luz vermelha é mandatária, ela deverá ficar acesa e uma indicação de luz amarela deveria ser passada ao bloco anterior (DO3), mas o bloco anterior (DO3) continua ocupado e também sinalizando a luz vermelha que é mandatária. DO3, este sim é quem vai indicar o comando de luz amarela ao bloco anterior a ele (DO2), enquanto que os demais permanecerão com luz verde. 
O bloco ocupado sempre envia ao bloco seguinte um sinal para que este acenda a luz verde, mas esta somente acenderá se não houver algum sinal de que ele deverá acender a luz vermelha (mandatária) ou a luz amarela.

Como Funciona um Circuito Detetor de Ocupação - O Detetor de Ocupação mais realisticamente operacional, é um circuito eletrônico que monitora a corrente/tensão existente entre os trilhos da maquete. Ele vai usar essa informação para monitorar a presença o não de um ocupante da linha, seja uma locomotiva ou até mesmo um vagão ou carro de passageiros.
Quando existir ou não algum dispositivo sobre a linha ele dá um sinal de saída que será usado para sinalizar a presença  ou não desse objeto. Esse sinal pode ser uma tensão (voltagem alta ou baixa), a presença de um contato elétrico ou um sinal luminoso. 
O que fazer depois com esse sinal dependerá do tratamento que quisermos dar ao nosso sistema.
Isso funcionaria tanto em DC como DCC, mas o tipo de sensor para cada sistema é um pouco diferente.












Na figura acima vemos o diagrama em blocos do Circuito Detetor de Ocupação. 
A placa propriamente dita do circuito detetor de ocupação consiste de três blocos fundamentalmente. 
Circuito Detetor - O circuito detetor propriamente dito.
Circuito de Tratamento do Sinal de Detecção - É um circuito que adequa o sinal do circuito detector, fazendo a ligação com o circuito de saída.
Circuito de Saída - Esse circuito nos dá o sinal que usaremos para comandarmos o nosso circuito de sinalização propriamente dito.
Além desses blocos, não estão representados no desenho acima, um potenciômetro regulador da sensibilidade do circuito e um LED indicativo da atuação ou não do circuito.
Devido a diferença no tipo de tensão usado nos sistemas DC e DCC,  o circuito que faz a detecção da ocupação da linha é diferente para cada um deles. 

CIRCUITO DETETOR

Sistema DC - No sistema DC, usamos uma tensão contínua (DC), embora para efeito de mudança de direção da locomotiva ela possa variar de polaridade, ela sempre será contínua (DC positiva ou |DC negativa). A chave de inversão de direção da locomotiva simplesmente muda a direção da corrente em relação ao sentido de passagem pelo motor, mas não muda a característica da tensão.
Para o sentir a presença dessa corrente podemos usar um diodo, por exemplo. 
Um diodo só começa a funcionar quando entre seus terminas existir uma tensão de 0,6V. Antes da tensão entre seus terminais chegar a esse valor, ele funciona como um circuito aberto. 
No momento em que a tensão chegar a esse valor (0,6V), ele passará então a manter constante esse valor de tensão entre seus terminais, mesmo que a tensão da fonte que o alimenta, ultrapasse em muito a esse valor. A corrente por dentro do diodo, no entanto, tende ao infinito e é por isso que sempre que alimentamos um diodo, precisamos colocar em série com ele um resistor de proteção ou uma carga, para limitação da corrente que passa pelo diodo. 
No nosso caso, quem fará a limitação de corrente no diodo será o motor. A corrente solicitada pelo motor  assim que ele começar a girar, passará então pelo diodo e o diodo a ser usado deverá suportar a corrente máxima solicitada pelo motor (escolhe-se um diodo com capacidade muito superior ao máximo necessário por segurança).
Notemos porém, que quando invertemos a direção da locomotiva, a corrente que passará pelo diodo estará no sentido inverso de sua polarização e um diodo polarizado inversamente, também se comporta como um circuito aberto. A solução para isso consiste em colocarmos dois diodos contrapostos, ligados em paralelo, para que cada um funcione em um sentido da corrente.

Sistema DCC - No sistema DCC a tensão que alimenta  os trilhos é dita AC, mas na verdade ela é uma tensão de onda quadrada que varia entre um valor negativo e positivo. 
Ela precisa ser assim para transmitir os sinais de controle para o decoder da locomotiva. É através desse pulsar na tensão nos trilhos que os sinais são transmitidos para a nossa locomotiva ou outros dispositivos DCC na maquete. Ela nunca deixa de pulsar, mesmo quando não está transmitindo nenhum comando ela continua pulsando. 
O que nos interessa saber é que uma tensão variável, gera um campo elétrico/magnético variável e um campo elétrico/magnético variável pode transmitir energia de um ponto a outro através de um transformador de corrente. Então nosso sensor para o
sistema DCC é um transformador de corrente (ver figura ao lado). 
Os transformadores, de modo geral, trabalham com correntes elétricas e não com tensão. 
A corrente elétrica é quem gera o campo eletromagnético que nos permite transmitir energia elétrica de um lado a outro do transformador. 
Se num transformador houver uma espira aberta no seu enrolamento primário (uma volta do enrolamento partida) e com um voltímetro medirmos a tensão sobre os terminais do transformador, acharemos o valor da tensão que o alimenta, mas não haverá tensão no secundário, pois não haverá corrente passando no primário e portanto não haverá campo elétrico/magnético para ser transmitido ao secundário.
Os indutores reagem a variação de corrente e um transformador sendo um indutor, também reage a variação de corrente e não a variação de tensão.
Alguns poderão perguntar. Esse componente mostrado ao lado só tem dois terminais e no esquema aparecem quatro terminais. 

Eu explico! Pelo orifício que podemos ver no centro do componente, passará o fio que leva a corrente do controlador DCC até o trilho da maquete formando o enrolamento primário do transformador. Algumas voltas desse fio passando pelo orifício central do transformador é suficiente para transmitir a corrente aos terminais do sensor e em seguida ao circuito de tratamento desse sinal.
Circuito de Tratamento do Sinal - Depois que o circuito detetor recebe o sinal, este é enviado para um  segundo circuito que fará o tratamento dele. Esse circuito simplesmente interpretará o sinal do detetor e o transformará em um outro tipo de sinal que o circuito de saída possa interpretar. Não vale muito a pena nos estendermos nisso, basta apenas sabermos que ele trata a forma do sinal que sai do circuito detetor para adaptá-lo para atuar no circuito de saída do detetor.

Circuito de Saída - Falemos agora do sinal de saída do detetor. 
Mais acima, quando apresentei o circuito em blocos do detetor de ocupação, podemos ver que em sua saída há um transistor com um de seus terminais ligado a nada. 
Essa disposição é o que chamamos de Open Collector (Coletor Aberto). O que significa isso?
Significa que dentro de determinados limites (depende da potência do transistor e outras variáveis) e sob determinadas condições, podemos ligar a esse terminal qualquer coisa que quisermos.


O Que É Como Funciona um Transistor? - Um transistor é um componente eletrônico de estado sólido formado por duas junções de cristais semicondutores chamados tipo P e tipo N. 
Os transistores podem ser do tipo PNP ou NPN (a seta na representação do transistor sempre aponta para o cristal N então nosso transistor, representado ao lado, é do tipo NPN). 
O transistor tem três terminais os quais são denominados Coletor, Base e Emissor. 
Quando polarizamos corretamente um transistor ele funciona como um amplificador de corrente. Ao passamos uma corrente entre  a sua Base e o Emissor, uma corrente de maior valor aparecerá entre o Coletor e o Emissor. 
A relação entre o valor da corrente coletor/emissor (corrente de coletor (Ic)) e a corrente base/emissor (corrente de base (Ib)) é denominada Ganho do Transistor e é simbolizada pela letra grega Beta (Beta=Ic/Ib). 
O que acontece na verdade é que com uma pequena corrente de controle aplicada entre a junção base/emissor, podemos controlar uma corrente muito maior entre o seu coletor e emissor e essa característica nos possibilita controlar grandes cargas elétricas com uma pequena corrente injetada na base do transistor.

MAIS ALGUNS DADOS

Corrente de Saturação - Uma característica interessante do nosso amigo transistor é que dependendo do valor de corrente que injetarmos na sua base, ele pode entrar em um estado chamado de "Saturação". 
A corrente de Saturação de um transistor é aquela em que a variação da corrente entre Base e Emissor, não pode controlar a corrente de coletor, ou seja, a relação entre a corrente de coletor (Ic) e a corrente de base (Ib) não é igual ao ganho do transistor (Beta).
No estado de Saturação, não podemos controlar o valor da corrente de coletor com a corrente de base, pois ele se comporta como um curto circuito e a corrente de coletor só será controlada pela carga que estiver ligada ao seu coletor. Ele não entra realmente em curto circuito, mas apenas se comporta como como se fosse um. Isso significa que entre seu coletor e emissor a resistência é zero (ou praticamente zero), ou seja, se seu emissor estiver ligado a um ponto de Terra (neutro ou comum a um circuito), seu coletor também estará ligado a esse ponto e isso é primordial para a nossa aplicação.
Tensão de Ruptura - Entre as camadas de um transistor (junções PN) existem elétrons livre que estão prontos a serem dirigidos de um ponto a outro pela polarização aplicada ao transistor. O funcionamento do transistor se baseia na capacidade e controlarmos esses elétrons de uma maneira que satisfaça a nossos desejos, sem destruir a junção PN e, por conseguinte, o transistor. Para isso temos que polarizar o transistor adequadamente. Um pequeno deslize nessa polarização e destruímos o transistor. 
Um desses parâmetros é a Tensão de Ruptura. Quando polarizamos um transistor para funcionar como chave eletrônica (Open Colector) isso é muito importante, pois quando ele estiver funcionando como circuito aberto, toda tensão estará entre seus terminais e se esta for maior que sua Tensão de Ruptura do transistor, isso queimará irremediavelmente o transistor, então ao escolhermos o nosso transistor para a saída do nosso circuito, devemos estar atentos à tensão que nossa carga irá manejar para que, no momento em que estivemos trabalhando com o transistor em regime de corte (circuito aberto), a tensão entre coletor e emissor não seja maior que a tensão de ruptura do transistor.

O QUE PODEMOS CONTROLAR COM O NOSSO TRANSISTOR?
Na figura acima podemos ver diversos tipos de cargas que podemos controlar com nosso transistor open colector.
1 - Relé - Podemos, por exemplo, controlar um relé. Ligamos os terminais de sua bobina ao coletor e a uma fonte de alimentação, de tensão adequada ao funcionamento do relé e, através de seus contatos, podemos controlar outros dispositivos que nos sejam úteis. 
2 - Resistor - Podemos também, ligar um resistor (ou uma carga resistiva) e através da tensão que aparecer sobre esse resistor, usar essa informação para vários outros fins.
3 - LED ou Lâmpada - Podemos ligar ao nosso coletor um LED ou uma lâmpada de tensão adequada e através disso sinalizar um evento qualquer.
4 - Um Circuito Eletrônico - Observemos agora o quarto tipo de carga ligado ao nosso transistor. Um Circuito Eletrônico!
Sim, isso mesmo! Podemos ligar um circuito eletrônico ao coletor de um transistor e este fará a ligação desse circuito eletrônico a um outro ponto permitindo que ele funcione só e quando nós quisermos. 
Podemos, por exemplo ligar um circuito eletrônico, inicialmente, ligado ao terminal positivo da sua alimentação e só completarmos a ligação desse circuito ao terminal negativo da sua fonte de alimentação através do transistor em estado de saturação, desse modo o circuito só funcionará no momento que quisermos.
Observe também que através do transistor Open Colector podemos ligar sua carga a uma fonte de alimentação externa, diferente daquela que alimenta o circuito do detector propriamente dito, sem prejuízo para o circuito detetor.

CIRCUITO DE CONTROLE DOS SINAIS


O circuito eletrônico que ligaremos ao nosso transistor Open Colector é um circuito que atuará no funcionamento correto dos nossos sinais.


Na figura ao lado podemos observar o circuito lógico do controlador de sinais. 
O circuito possui três entradas (Detect, VDin e AMin) e duas saídas (VDout e AMout), além das saídas para ligação do sinal propriamente dito. 
Ao ligarmos cada uma das entradas (Detect, VDin e AMin) ao comum do circuito (Terra), a luz correspondente se acenderá, porém há uma hierarquia entre elas. 
A entrada Detect é preponderante sobre todas as outras, a seguir vem a entrada AMin e depois, a entrada VDin, ou seja, se VDin estiver ligada a terra (luz verde acesa) e ligarmos a entrada AMin a terra, a luz amarela acenderá, apagando a luz verde. No caso da entrada Detect, se esta for ligada a terra qualquer uma das demais que estiver acesa se apagará passando a luz vermelha a estar acesa.
A entrada Detect atua como um "Reset" do circuito e sempre que ela for acionada, um sinal também e enviado à saída AMout e VDout.
Na figura acima, podemos ver um conjunto de três blocos de linha com o segundo bloco (DO2) acionado, mandando um sinal de ocupação da linha.
Quando nosso transistor Open Colector é acionado por DO2, ele liga a entrada Detect do segundo bloco ao comum do circuito (Terra) e com isso a lâmpada vermelha, ligada a esse bloco, é acesa. Ao mesmo tempo envia um sinal para a saída AMout, que estando ligada diretamente a entrada AMin do circuito anterior (Bloco 1), faz com que a lâmpada amarela ligada a esse bloco seja acesa.  A saída VDout do bloco 2 também é acionada e como está ligada à entrada VDin do bloco 3, este aciona a lâmpada verde ligada a ele.
DO1 e DO3 não estão acionados por suas entradas Detect, então prevalece a hierarquia das lâmpadas amarelas para o bloco 1 e lâmpada verde para o bloco 3.
Podemos ligar nessa sequencia, vários circuitos detectores e quantos circuitos de controle de sinais quisermos, sempre mantendo o esquema de ligação entre as entradas e saídas VD e AM. 
Uma mesma saída Detect de qualquer detector de ocupação pode ser ligada a mais de um circuito de controle de sinais, mantendo sempre o esquema de ligação entre as saídas dos circuitos associados. 

Como Faríamos a Ligação dos Circuitos em uma Linha Singela com Trens Andando nos Dois Sentidos - Em uma linha singela, os blocos determinados nos trilhos valeriam para os dois sentidos da via, porém precisaremos que hajam sinais em cada um dos lados da via, funcionando de acordo com o sentido de trafego dos trens. Se depois da passagem do trem em um sentido dermos a ré em nosso trem, os sinais continuarão funcionando de acordo com o esquema anterior ou seja, os blocos ocupados continuarão sendo sinalizados mas a lógica da sinalização não valerá para o sentido de tráfego do trem nesse momento, pois a sinalização adiante do trem não estrará de acordo com o sentido de tráfego. 
Precisaremos de circuitos de controles de sinais independentes, para os dois sentidos da via, mas os circuitos detectores de ocupação podem e devem ser os mesmos que utilizarmos para ou outro sentido, sempre mantendo a lógica de tráfego para cada sentido de tráfego.

VAGÕES E CARROS DE PASSAGEIROS

Como vimos durante o texto, é necessário que haja consumo de corrente para que o circuito detector detecte a ocupação da linha, mas os carros de passageiros e vagões de carga, normalmente não consomem corrente pois todos os seus rodeiros são, a principio, isolados entre cada lado. Isto serve também para os demais métodos de detecção, seja com foto-resistor ou reed-switch. 
Enquanto a locomotiva estiver dentro do bloco, tudo funcionará perfeitamente, mas no momento que a locomotiva deixar o bloco, a detecção cessará e os sinais mudarão de aspecto, mesmo que todo o resto do trem ainda esteja dentro do bloco anterior, a não ser que tenhamos vagões de carga e carros de passageiros que também consumam corrente, ou de algum modo possam acionar os outros sensores que estivermos usando.
Nesse nosso sistema, com os carros de passageiros, o problema fica mais fácil, pois se um carro tiver iluminação interna, isso já bastaria para que ele seja detectado, desde haja captação de energia pelos rodeiros (se a alimentação for feita por baterias internas, isso não funcionará). Vagões de carga com decoders de som internos, caem no mesmo problema e solução, pois o decoder interno já permite a detecção. 
Nos vagões de carga e carros sem som ou iluminação interna seria necessário que os rodeiros conduzissem um pouco de corrente para serem detectados. 
Um jeito do conseguir isso é colocar resistores de valor adequado (10k parece ser o valor ideal) em pelo menos um dos eixos dos rodeiros do carro ou vagão (ver figura e vídeo abaixo).
Os resistores podem ser do tipo SMD, colados no eixo do rodeiro com super cola (ciano-acrilato) e ligados com uma tinta condutora a base de prata ou outro método de fazer a ligação elétrica entre os resistores e os rodeiros. Os resistores do tipo SMD são ideais para o nosso caso pois são muito pequenos e não acrescentam carga ao rodeiro, mas quem não tiver acesso a eles, pode usar resistores comuns desde consigam soldá-los corretamente aos eixos e rodeiros.

CONCLUSÃO

Há alguns anos atrás, relendo algumas revistas Model Railroader da minha coleção, descobri em três revistas (Maio/2000 e Março/Abril/2001) três artigos falando sobre o assunto aqui discutido. 
A primeira revista falava sobre o detetor de ocupação propriamente dito, com esquema elétrico, desenho da placa de circuito impresso e descrição do funcionamento. Quase todos os componentes utilizados são facilmente encontrados no nosso mercado, a não ser o transformador de pulso (sensor DCC) que, no entanto pode ser encontrado em lojas internacionais que vendem pela Internet.
Também dava a possibilidade de se comprar o circuito montado e testado, o que fiz entrando em contado diretamente com o autor do artigo (Bruce Chubb - https://www.jlcenterprises.net/).
As duas outras revistas falavam sobre o circuito de controle dos sinais sendo que no primeiro artigo descrevia um circuito para sinais de três luzes e no segundo, um circuito para sinais com apenas um LED bicolor. 
Em ambos os artigos, como na primeira revista vinha a descrição do circuito, lista de componentes, desenho da placa de circuito impresso e tudo mais para nós mesmos fabricarmos o circuito. 
Como no primeiro artigo, todos os componentes são de fácil aquisição em nosso mercado e eu construí cinco deles (com três luzes) para testes no meu sistema de sinalização. Os circuitos funcionaram perfeitamente e só não estão funcionando agora pois não tenho ainda uma maquete para instalá-los, no entanto tenho um vídeo deles funcionando em bancada (ver abaixo).

Como na época estava um pouco sem dinheiro, comprei apenas três detectores de ocupação mas no vídeo dá para ver que eles funcionam muito bem.

Por enquanto é só, Amigos.

Espero que tenham gostado e que o presente artigo lhes possa ser útil de alguma forma.
As ideias aqui apresentadas são apenas a minha concepção de  como deve ser um sistema de sinalização para a maquete. 
Havendo alguma outra ideia a respeito de algum tópico, ou até mesmo erros sobre como abordei algum assunto, por favor me escrevam diretamente (j.oscar03@terra.com.br) ou deixem seus comentários ao final do Blog

Saudações

J.Oscar

terça-feira, 1 de maio de 2018

SINALIZAÇÃO NA MAQUETE - PARTE 02 - LINHAS PRINCIPAIS

Olá Amigos!

Continuando o que vimos no artigo anterior sobre sinalização em maquetes, Vamos falar agora um pouco sobre sinalização em linha. 
Na nossa conversa anterior, usamos um sistema de sinalização em pátios que servia apenas para indicar ao operador que determinada linha estava energizada ou não. 
Se quisermos um pouco mais de realismo em nossas maquetes, esse tipo de sinalização não serve para ser utilizada em linhas principais. Vamos ter que desenvolver um sistema diferente para tal, então agora, ao falarmos da linha principal temos, que usar uma abordagem um pouco diferente pois, no nosso caso, a linha principal estará normalmente energizada e aquela abordagem não se sustenta mais.
O que queremos sinalizar na linha principal? 
1- Há um trem em nossa linha?
2- Há um outro trem em direção contrária?
3- Há algum outro obstáculo à nossa frente?
Creio que essas  três perguntas já são suficientes para termos um sistema de sinalização bem realístico, mesmo que simulado. Vamos tentar respondê-las.

HÁ UM TREM EM NOSSA LINHA PRINCIPAL? 
Como podemos responder isso?
Em uma maquete pequena, basta olharmos para a maquete que veremos nosso trem andando pela linha principal, mas em uma maquete maior, podem haver locais em que não podemos fazer isso e então, seria interessante termos um sistema que nos pudesse sinalizar onde está o nosso trem. Com isso um grande leque de possibilidades nos é aberto e assim podemos criar um sistema de sinalização bem realístico.
Para sabermos onde está o nosso trem em uma linha, devemos construir um Detetor de Ocupação
Isso pode ser apenas os nossos olhos, bem como pode ser uma série de chaves que vamos acionando a medida que o nosso trem avança pela maquete, como também pode ser um circuito eletrônico que faça isso por nós, mas também pode ser uma barra metálica.
STAFF - Nas ferrovias reais, a malha é sempre dividida em blocos e conforme os trens passam de um bloco para o outro isso é sinalizado para os controladores de tráfego, que sabem a cada momento onde estão os trens.
Com a linha dividida em blocos, por medida de segurança, somente um trem pode estar ocupando um determinado bloco, a cada tempo e isso era feito de estação em estação. 
Um trem não podia seguir adiante, depois de uma estação, sem que um sinalizador, trazido ou levado por outro trem, entrasse em uma máquina que existia na estação adiante. 
Todos, ou muitos de nós, já devemos ter ouvido falar do famoso Staff
A barra metálica que pode ser vista na foto ao lado é o Staff. O objeto em couro que o envolve é um arco usado para entregar o Staff com o trem em movimento. O chefe de tráfego se posiciona a beira da linha com o arco na mão e o condutor do trem o segura sem necessidade de uma parada do do trem que ele conduz.
Pois bem, o Staff era uma ferramenta que era entregue ao condutor de um trem em uma estação para que fosse levada até a estação seguinte, onde era recebida pelo chefe desta estação e então colocada em uma máquina (ao lado/abaixo), a Máquina de Staff. 
Essa máquina era interligada eletricamente à estação anterior e esta somente liberava um novo Staff se aquele recebido pela estação seguinte, fosse colocado na máquina daquela estação. Enquanto isso não acontecesse, a máquina na estação anterior não liberava um novo Staff. Somente assim os trens podiam seguir andando com segurança pelos trilhos. 
Um exemplo disso, já aconteceu comigo quando viajava de carro por uma estrada com um longo trecho em obras e em regime de mão única.
Um trabalhador, ocupado em controlar o tráfego no trecho em obras, libera o trecho para um certo número de carros e entregava, ao último carro liberado, um sinalizador que pode ser um objeto qualquer combinado de antemão (normalmente um toco de madeira) e este deve ser entregue ao controlador de tráfego ao final do trecho em obras. Quando este recebe o sinalizador, ele sabe que não há outro carro vindo a direção contrária e então libera os carros para que sigam pelo trecho até que o último a entrar no trecho recebe novamente o sinalizador, para ser entregue ao controlador do outro lado. Assim, com segurança os carros podem ocupar o trecho sabendo que não haverá acidentes. 
O Staff funciona de maneira semelhante. Sempre que houver um Staff em trânsito, nenhum outro pode ser liberado nas estações para ocupar o mesmo trecho. 
O trem na figura acima, ao passar pela estação (A), deixou o Staff que recebeu na estação anterior e recebeu um novo Staff que foi liberado pela estação (B). Com esse Staff, ele pode ocupar o trecho A-B até chegar a estação (B), quando deverá deixar o Staff, recebido em (A) e receber um novo Staff para poder ocupar o trecho B-C e assim por diante até chegar ao seu destino. 
Se ainda houver um trem ocupando o trecho B-C, ou seja, o trem no trecho B-C ainda não chegou a estação (C), o trem no trecho A-B não poderá ultrapassar a estação (B), pois a estação (C) não poderá liberar a máquina de Staff da estação (B) para liberar um novo Staff.
Como normalmente as estações têm pátios, assim que um trem chega a estação, outro trem em uma determinada direção pode ser liberado, mas nunca quando o trem estiver andando pelo trecho.
Podemos dizer que o Staff funciona como um Detetor de Ocupação, já que ele sinaliza quando um trecho está ocupado. 
Atualmente o Staff, a não ser em linhas muito pequenas, deve estar em desuso, pois normalmente as ferrovias são sinalizadas eletronicamente e com o advento do GPS, o centro de controle sabe exatamente onde seus trens se encontram durante o seu trajeto.
Vamos falar sobre Detetores de Ocupação mais tarde, quando terminarmos de definir como sinalizar algumas situações que podemos encontrar na operação da nossa maquete.

HÁ UM OUTRO TREM EM DIREÇÃO CONTRÁRIA?
Imaginemos que em nossa maquete queremos operar dois trens ao mesmo tempo, um em cada direção. 
Quando na era do sistema DC, isso era um pouco mais difícil de fazer, mas hoje com o sistema DCC, já plenamente difundido, é muito fácil que essa situação possa ocorrer, mas dois corpos não podem ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo (Lei da Impenetrabilidade), então como podemos fazer isso funcionar (ver figura abaixo).
Primeiramente vamos pensar em uma maquete simples, com uma linha singela e dois pátios de ultrapassagem, com apenas um controlador (DC ou DCC - funciona também), como na figura acima.
Para fazermos a sinalização, podemos usar as técnicas descritas no artigo anterior, com chaves DPDT, chaves rotativas ou até mesmo chaves simples comandando a sinalização dos pátios. 
Com apenas um controlador, só um trem poderá andar pela maquete a cada tempo, parando nos pátios de ultrapassagem para que o outro trem possa circular na sua vez. É muito simples e muito fácil de implementar.
Note que essa é a situação que descrevi no artigo anterior quando construí o pátio de ultrapassagem na Maquete da Fábrica, um pátio de ultrapassagem onde um trem espera o outro, aguardando sua vez de circular pela maquete. A diferença está no sistema de sinalização que, naquele caso foi mais elaborado e não está descrito nesse esquema.
Já em uma maquete maior, ou grande, com vários operadores, ainda no sistema DC isso também poderia acontecer bem facilmente. Imaginem a maquete do esquema acima, porém agora com dois trens circulando ao mesmo tempo com dois operadores diferentes, mas ainda no sistema DC (ver figura abaixo)



Isso é a chamada Operação por Cabine.
Nesse tipo de operação, a maquete era dividida em vários blocos e cada um desses blocos eram alimentados por controladores diferentes que podiam ser selecionados pelos operadores na condução de seus trens. 
Ao chegar ao final de um trecho, normalmente um pátio, o operador de um trem, de comum acordo entre os demais operadores, ligava o trecho seguinte a seu controlador e dali em diante ele seguia com seu trem até o próximo pátio, onde poderia ser feita a ultrapassagem entre os trens. 
Devemos observar os seguintes pontos:
1 - O número de controladores deve ser igual ao número de trens ou operadores a circular pela maquete ao mesmo tempo.
2 - Podemos ter mais trens que controladores, porém os excedentes ao número de controladores deverão ficar estacionados em pátios de estacionamento aguardando sua vez de circular.
3 - Do mesmo jeito, podemos ter mais pátios que o número de controladores. Nesse caso mais de um trem poderá circular pela maquete, ao mesmo tempo, até ser necessário fazer a ultrapassagem em um pátio.
4 - Os pátios podem ter o número de linhas que forem desejados, porém as chaves de seleção de cada pátio deverão ter o número de posições quantos forem o número de linhas.
5 - É conveniente que cada pátio tenha uma chave Liga/Desliga (não mostrada no desenho).
Eletricamente isso pode vir a ser uma maluquice, mas é muito possível de ser feito. 
Com chaves rotativas e chaves Liga/Desliga é possível implementarmos o circuito, bastando apenas desvendar a lógica do circuito e, com muita, muita paciência mesmo, construirmos o circuito. Também podem ser usados circuitos digitais em lugar da chaves. Cada um com o que mais lhe convier.

HÁ ALGUM OUTRO OBSTÁCULO À NOSSA FRENTE?
Sempre há, não? Estamos tranquilamente andando com o nosso trem em nossa maquete e na nossa frente surge um desvio, ligando a nossa linha a um pátio. 
Como sinalizar isso? Qual o procedimento a ser adotado?
Eu não me considero um expert em sinalização real, mas escutando uma coisa aqui, outra coisa ali, lendo algo na Internet, ou em alguma revista e raciocinando um pouco, consegui juntar uma quantidade de informação que me guia nessa minha proposta de sinalização em maquetes. 
Segundo a 1º Lei de Newton, ou Lei da Inércia, um objeto em movimento, continuará em movimento retilíneo e uniforme até que uma força atue sobre ele. Do mesmo modo um objeto em repouso, continuará em repouso, até que alguma força atue sobre ele, então, em uma linha reta, é fácil conduzir o trem, mas quando chega em uma curva a coisa muda um pouco. 
Numa curva não podemos ir com muita velocidade, pois há o risco de descarrilamento e quando encontramos um desvio, há sempre uma reta e uma curva e para fazermos essa curva, temos que tomar alguns cuidados e assim, quando encontramos um desvio pela frente, isso deve ser sinalizado.
É muito difícil encontrarmos literatura sobre isso na Internet (quem souber onde, pode me informar - eu agradeço), então eu vou usar um pouco do que já li e ouvi e criar uma sinalização que me satisfaça nessa situação. 
Já observei que antes de um desvio normalmente se colocam dois sinais (um sobre o outro), um sinalizando a linha reta (o de cima) e outro sinalizando a linha curva (o de baixo). Vamos falar agora sobre a linha curva. Sobre a linha reta vamos falar mais adiante.
Essa é uma situação em que devemos conjugar o sinal com a posição do desvio. Dependendo da posição do desvio, se virado para a linha curva, deveremos observar o sinal de baixo e este não deve ter a luz verde, pois a luz verde sinaliza uma linha sem restrição e não é o caso. Se  e o desvio estiver virado para a curva, ele deverá apresentar luz amarela, ou se estiver virado para a reta, luz vermelha, o que significa que nosso caminho é a linha reta (principal), então o sinal superior será o dominante e nosso procedimento deverá ser o mesmo que adotaríamos se estivéssemos na linha principal.
No artigo anterior, citando exemplo ainda na Maquete da Fábrica, falei sobre um desvio dentro de um túnel e ressaltei que a entrada C seria comentado mais tarde. 

A sinalização desse caso se enquadra no tópico que estamos falando agora, quando encontramos a entrada de um desvio a nossa frente. No caso, a máquina Tortoise e suas chaves internas controlam os sinais nas estrada A e B, mas na estrada C, vamos usar a chave que aciona o motor do Tortoise para mudar o sinal na entrada do desvio. Quando o Tortoise (S2) acionar o desvio para a linha reta, a chave S1 fará o sinal apresentar a luz vermelha para a entrada do desvio, mas quando o Tortoise (S2) acionar o desvio para a linha curva, S1 fará o sinal apresentar a luz amarela.
A parte de cima do sinal duplo, será abordada no tópico a seguir.

SINALIZAÇÃO NA LINHA PRINCIPAL - Trafegando pelas linhas de uma ferrovia real, há sempre regras a serem seguidas. Linha livre, linha ocupada, restrição de velocidade, locais onde o trem deve apitar, e por aí vai. Algumas dessas situações são sinalizadas por placas, mas a ocupação das linha é sinalizada por sinais luminosos. O que nos interessa é sinalizar se a linha está livre ou não e acrescentar sinalização com placas é mais um meio de incrementar o realismo de nossa maquete.
Como vamos poder saber se a linha está livre a nossa frente para podermos manter a nossa velocidade? 
Será que não há um trem parado a nossa frente? 
Há um trem vindo em direção contrária, ou mesmo indo na mesma direção mas com velocidade menor que a nossa? 
Como sinalizar isso?
Como já disse mais cedo, nas ferrovias reais, a linha é dividida em blocos e na entrada de cada um desses blocos há um sinal indicando o estado da linha, se livre, com restrição ou ocupada, então devemos projetar nosso sistema de sinalização para simular isso. 
Voltemos ainda à divisão por blocos nas ferrovias reais.
Como o Centro de Controle pode saber que há um trem ocupando um determinado bloco de uma ferrovia? 

Um dos métodos que são usados é pelos trilhos. Sim, pelos trilhos. Entre os dois trilhos da ferrovia há uma tensão (tensão elétrica) que é monitorada por painéis ao longo da via. Quando a linha está livre não há corrente circulando entre os trilhos (ou há uma corrente circulado, mas dentro de um valor considerado como sendo o sinal de linha desocupada. 
Os rodeiros dos trens, diferentemente dos rodeiros de nossos modelos, tem uma roda ligada eletricamente à outra pelo eixo, formando um circuito contínuo (um curto circuito - nos modelos em escala mais normais, uma roda é isolada da outra, a não ser nos modelos de 3 trilhos (Marklin e outros mais antigos) em que os rodeiros também não são isolados um do outro).
Quando um rodeiro liga um trilho ao outro, uma corrente passa fluir pelo sistema e isso é tomado como um sinal de que aquele trecho está ocupado e um painel de controle, automaticamente, indica a sinalização adequada para o momento. Assim que a primeira roda do trem entra em um bloco, isso é bastante para o sistema saber que aquele bloco está ocupado. Como todos os rodeiros são interligados lado a lado, até que o último rodeiro deixe aquele trecho, a sinalização de linha ocupada estará presente. No nosso caso, como os rodeiros de nossos modelos são isolados entre si, teremos que pensar em como resolver esse problema, do qual falaremos mais adiante.
Esse sistema de detecção, pode até já estar em desuso nos dias de hoje, devido aos avanços da Informática e os sistemas de navegação por satélite, mas em algum tempo da história a coisa funcionava desse jeito e pode ainda estar funcionando.
Por mais longo que seja um bloco e por mais curto que seja o trem, haverá um momento em que um trem estará ocupando dois blocos ao mesmo tempo, pois a locomotiva já terá passado o sinal, mas o resto do trem, os vagões ou carros, ainda estarão ocupando o bloco anterior, até que todo o trem tenha passado o sinal, quando então o bloco anterior poderá ser considerado como estando livre.
Do mesmo modo, os trens normalmente são máquinas longas e pesadas e, citando novamente a primeira Lei de Newton, "um corpo continuará em movimento uniforme até que uma força atue sobre ele", ao aplicarmos uma força para parar o nosso trem (frenagem), ele não o fará de imediato e dependendo da velocidade, precisará de algumas centenas de metros ou quilômetros, até que possamos pará-lo totalmente e ao nos depararmos com um sinal vermelho pela frente e iniciarmos a frenagem do nosso trem, é possível que o final do trem a nossa frente esteja nos esperando uma curva pouco depois do sinal. 
Por essa razão, sempre deve haver dois blocos vazios entre dois trens, sendo um ostentando o sinal verde (livre), no qual poderemos exercer a velocidade adequada para aquele trecho e um outro bloco, se for o caso, com restrição (luz amarela), no qual deveremos adotar um regime de frenagem e de velocidade restrita, pois a frente desse poderá haver um bloco ocupado (sinal vermelho - ver figura acima). Não havendo nenhum trem a nossa frente, todos os sinais deverão apresentar luz verde (livre).
Resumindo a estória. 
- Um trem poderá ocupar dois blocos ao mesmo tempo (sinal vermelho nos dois blocos). 
- Antes de um sinal vermelho sempre haverá um bloco vazio, mas com restrição de velocidade (luz amarela). 
- Por fim, antes da luz amarela, haverá um ou mais blocos vazios, livres (luz verde), onde poderemos exercer a velocidade adequada para aquele bloco.
Então, já temos todas as condições para projetarmos o nosso sistema de sinalização, mas o artigo está ficando longo demais, então vamos encerrar essa parte por aqui e continuarmos em um novo artigo quando falaremos especificamente de Detetores de Ocupação. 

Por enquanto é só, Amigos. 
Espero que tenham gostado e que o artigo acima possa lhes ser útil de alguma forma. 
As ideias aqui apresentadas são apenas a minha concepção de como deve ser um sistema de sinalização para a maquete. Havendo alguma outra ideia a respeito de algum tópico, ou até mesmo erros sobre como abordei algum assunto, por favor me escrevam diretamente (j.oscar03@terra.com.br) ou deixem seus comentários ao final do Blog.

Saudações


J.Oscar

sexta-feira, 20 de abril de 2018

SINALIZAÇÃO NA MAQUETE - PARTE 01 - PÁTIOS

Olá, Amigos!

Andei relendo minhas publicações mais antigas e em uma delas e prometi fazer um artigo sobre Sinalização em Maquetes Ferroviárias, mas por vários problemas não pude, até hoje, cumprir essa promessa. 
Vamos ver se agora eu pago essa promessa.
Apesar de não ser impossível, é muito difícil implantarmos um sistema de sinalização realístico em nossas maquetes. Com a informática e o sistema DCC e também para o sistema DC, é possível comprar programas de sinalização que simulam até mesmo sistemas existentes na ferrovias reais para colocar em uma maquete, mas para nós aqui no Brasil e no sistema DC, não creio que seja, ao menos, necessário, por um simples motivo.
Tudo que fazemos ao construir uma maquete ferroviária é simular uma realidade. Nossas casas são ocas por dentro, nossas figuras humanas e veículos que andam pelas ruas não se mexem, nosso cenário é composto de gesso, papelão, flocos de borracha e plástico, então por que não fazermos um sistema de sinalização que simule, o máximo possível, um sistema realista, mesmo não operando de maneira plena. 
Não há uma necessidade tão grande de um sistema de sinalização realista em uma maquete nas dimensões das que normalmente temos por aqui, a não ser que seja uma maquete muito grande, em um clube, com vários operadores e e que se proponha a sessões de operações realistas.  
Não é um assunto simples, nem minha proposta encerra o assunto, pois cada um tem sua visão sobre o mesmo e, além do mais, hoje em dia, temos o DCC e isso é mais um complicador e talvez seja por isso que muito poucos não colocam um sistema de sinalização real, ou até mesmo simulado, em suas maquetes.
Vamos pensar primeiramente em uma maquete DC e depois vamos ver o que podemos fazer no sistema DCC.

MINHA PROPOSTA DE SINALIZAÇÃO NO SISTEMA DC

Quando penso na sinalização para o sistema DC, eu gosto de usar a sinalização para indicar, ao operador, se uma linha está livre ou não, além de dar um efeito decorativo a maquete que ficará mais completa. Na verdade é para isso que servem os sinais, nas ferrovias reais, sinalizar as condições de tráfego em uma via.

PÁTIOS - Principalmente em pátios, eu uso os sinais para indicar se a linha está energizada (sinal verde) ou desligada (sinal vermelho). 
Uso uma fonte separada do controlador principal para isso, então, mesmo com o controlador desligado (zerado), o sinal continuará indicando se a linha está livre (energizada - sinal verde) ou não (desligada - sinal vermelho). 
A fonte separada para sinalização, desvios e também para luzes, é importante pois dependendo da quantidade de desvios, sinais e luzes, o consumo de corrente fica muito grande e principalmente quando acionamos os desvios há sempre uma queda na tensão das luzes e estas normalmente piscam, portanto ao construirmos nossas maquetes devemos providenciar fontes separadas para cada uma dessas finalidades. Nada muito rebuscado, um transformador com a potência adequada, um ou dois diodos e a fonte já está construída (Ver exemplos acima).
Para implementarmos esse circuito de seleção basta usarmos uma chave DPDT (Double Pole, Double Throw - dois polos, duas posições), sendo que em um polo faremos a energização ou não do pátio e no outro polo faremos a seleção entre o sinal vermelho e verde do sinal, como mostrado na figura abaixo.
Para sinalização dos pátios, usaremos um sinal anão com duas luzes (vermelho e verde), seja com LED's ou Lâmpadas Coloridas com uma ligação comum entre as duas luzes (3 fios) associado a uma chave DPDT. 
Uma sessão da chave DPDT comandará a alimentação do trilho ligando e desligando o fio positivo que alimenta a linha. O trilho negativo estará ligado diretamente ao polo negativo do barramento de alimentação. A outra sessão da chave DPDT fará a seleção entre a luz vermelha e verde do sinal anão. 
Quando o trilho for alimentado, a luz verde estará acesa, do contrário a luz vermelha estará acesa.
Para que esse sistema funcione a contento os sinais deverão ser construídos com três fios, sendo um para a luz verde, outro para a luz vermelha e um terceiro para a junção das duas lâmpadas  ou LED's (comum). Sinais com apenas dois fios, que usam LED's contrapostos não funcionam nesse sistema. 
Esse arranjo também funciona para pontes sinaleiras, que acionam sinais no alto, mas sempre deverá haver um fio comum a todas a Lâmpadas ou LED's de cada sinal.
Note que a estrutura ao lado, aparentemente tem apenas dois fios para cada sinal, muito comum em nosso mercado, então ela deverá ser modificada com uma ligação comum entre as duas luzes para poder ser usada no nosso esquema. O mesmo acontece com sinais anões, mas nesse caso á mais fácil encontrar sinais anões com o arranjo de ligação de três fios.

LINHA PRINCIPAL (Casos Especiais) - Isso funciona muito bem no que tange aos pátios, mas quando se trata de linhas principais, a abordagem tem que ser diferente pois nas linhas principais tem trens em várias direções de tráfego, velocidades diferentes, então mesmo com a linha desenergizada, um trem pode ainda estar esperando uma indicação do sinal para prosseguir ou não, então o sistema de sinalização a ser adotado para esse tipo de linha, tem que ser muito mais elaborado e/ou planejado.
Muitos modelistas gostam de associar o acionamento do desvio a um sinal junto a ele, ou seja, quando o desvio está virado para a linha curva o sinal está vermelho e quando está para a linha reta, ele fica verde. 
Pode parecer lógico e até mais fácil, mas eu não gosto desse sistema. Para mim, os sistema de sinalização e o sistema de acionamento dos desvios devem ser independentes um do outro. Eu prefiro em um tempo acionar o desvio e em um segundo tempo acionar o sinal, só então liberando a linha para o trem que está a espera. 
Mesmo não sendo partidário desse sistema, em determinadas situações ele pode ser útil.

CASO ESPECIAL 01 - Na construção da Maquete da Fábrica, usei esse mesmo esquema na sinalização de um desvio que ficava escondido dentro de um túnel. O desvio ligava dois ramais independentes a uma terceira linha, formando um "Y" e ficava dentro de um  túnel. 
Saber para que lado o desvio estava virado era difícil então coloquei dois sinais de pedestal nas entradas dos túneis de modo que pudessem ser vistos do painel de controle. O desvio era acionado por uma máquina Tortoise. 
Como sabemos os Tortoise são dispositivos com um motor interno que aciona os desvios de maneira lenta e têm em seu mecanismo interno um par de chaves reversíveis (DPDT - Ver figura ao lado e abaixo). 
Usando-se essas chaves pode-se fazer alguns circuitos interessantes para usarmos na maquete.
No meu caso, quando o desvio estava acionado para uma determinada entrada, esta mostrava um sinal de pedestal com a luz verde acesa, enquanto na outra entrada, o sinal mostrava a luz vermelha, sinalizando para o operador que o desvio não estava posicionado para aquela entrada. 
Ao acionarmos a máquina Tortoise, esta acionava o desvio e suas chaves internas faziam a comutação entre as luzes, indicando para qual entrada o desvio estava alinhado. 
Do painel de controle da maquete, é possível observar os dois sinais e saber a real posição do desvio e então fazer a parada do trem, adequadamente, antes da entrada do túnel que ostentasse a luz vermelha.
Alguns poderão perguntar: E quanto a Entrada C, como seria sinalizada?

Este caso se enquadra em um novo tópico que iremos abordar mais tarde, muito provavelmente em um novo artigo. Me cobrem se não acontecer.

CASO ESPECIAL 02 - Em outro local da Maquete da Fábrica, eu construí um pátio de ultrapassagem, onde queria manter um trem longo, parado, enquanto um outro trem, vindo em sentido contrário ou não, pudesse fazer a ultrapassagem deste. As linhas seriam alimentadas por apenas um controlador DC, e a linha principal deveria mostrar o sinal verde inicialmente. Em seguida, eu teria que desligar a linha onde o trem estivesse estacionado, enquanto alimentava a linha onde se daria a ultrapassagem, porém, também queria que a linha onde o primeiro trem fosse estacionar ficasse alimentada, mas com o sinal indicando luz vermelha, para que o operador parasse o trem quando chegasse ao sinal. Depois que o trem parasse, a linha de ultrapassagem, seria alimentada, mas também com o sinal vermelho, para que o segundo trem também parasse no sinal. Finalmente, seria dado luz verde para o trem que fosse seguir em frente, seja na linha principal, seja na linha de ultrapassagem.
Parece complicado, não? Sim, parece, mas nem tanto. Vamos dar uma analisada no problema mais sistematicamente. Então temos:
-Linha principal ligada, com luz verde e linha de ultrapassagem desligada, com luz vermelha.
-Linha principal ligada, com luz vermelha e linha de ultrapassagem desligada, com luz vermelha.
-Linha principal desligada, com luz vermelha e linha de ultrapassagem ligada com luz vermelha.
-Linha principal desligada, com luz vermelha e linha de ultrapassagem ligada com luz verde.
Essas são as quatro situações que eu desejava, então eu precisava de uma chave com quatro posições e pelo menos um polo para ligar, ou não, a alimentação das linhas principal e paralela, mas ainda precisava fazer a lógica dos sinais, então necessitei de, pelo menos, mais 3 conjuntos de chaves (outros 3 polos - total de 4 polos - 4 posições) para ligação dos sinais (Veja o esquema abaixo).
Pela chave S1 eu faço  alimentação das linhas principal e paralela, somente dependendo do controlador DC. Nas posições 1 e 2 da chave S1, a linha principal é alimentada (só a linha principal) e nas posições 3 e 4, eu alimento a linha de ultrapassagem (só a linha de ultrapassagem), então com o sinal verde ou com o sinal vermelho as duas linhas podem receber o trem e o operador deverá providenciar a parada no sinal. Note que enquanto a linha principal etá alimentada, a linha de ultrapassagem está desligada.
Ao mesmo tempo, a chave S2, na posição 1, liga a lâmpada verde do sinal da linha principal, as chaves S3 e S4 mantêm a lâmpada vermelha da linha de ultrapassagem acesa. Quando a chave S2 passa para a posição 2, ela desliga a lâmpada verde da linha principal e liga a lâmpada vermelha da linha de ultrapassagem. Enquanto isso a chave S1 mantém a alimentação na linha principal. 
Quando a chave S1 chega à posição 3, ela alimenta a linha de ultrapassagem e desliga a alimentação da linha principal. 
A  chave S2 , posição 3, por sua vez,  mantém a lâmpada vermelha do sinal da linha de ultrapassagem acesa, enquanto as chaves S3 mantém a lâmpada vermelha da linha principal acesa e S4 mantém a lâmpada vermelha do sinal da linha paralela também aceso.  
Na posição 4 a chave S2 acende a lâmpada verde da linha paralela, a chave S3 mantém a lâmpada vermelha da linha principal acesa e a chave S4 sai do circuito.
Observe que não falei na posição ou acionamento dos desvios de entrada e saída do pátio. Isso vai depender do operador das locomotivas envolvidas na manobra. 
O operador é quem vai optar por qual linha ele fará a ultrapassagem, que tanto pode ser pela linha principal como pela paralela e para isso, ele deverá fazer as manobras necessárias nos desvios e também nos sinais.
Outra coisa importante é que esse pátio pode ser utilizado nos dois sentidos, então deverá haver um outro conjunto de sinais no outro extremo do pátio. O circuito de controle pode ser um só e basta fazer a ligação em paralelo dos sinais nas duas pontas do pátio. Observe também que os sinais devem ser do tipo de 3 fios e não de dois como é bastante comum encontrarmos em nosso mercado.
Tem pelo menos dez anos que projetei este circuito para a Maquete da Fábrica e pode ser que lógica empregada naquela época esteja diferente, mas o circuito funciona e mantém sua função.
Chaves rotativas, com vários polos e muitas posições são difíceis de serem encontradas nos dias de hoje (na época já foi bem difícil encontrar esta), mas uma outra maneira de implementarmos esse circuito é empregando circuitos lógicos. Não me perguntem como, pois lá se vão mais de quarenta anos que estudei esses circuitos e para lembrar de tudo novamente, muitas e muitas horas de estudos serão necessárias.
Esse é um caso em que podemos implementar a sinalização na linha de pátios e, em certos casos como o descrito acima também na linha principal e de nossas maquetes. 
O que alguns de vocês podem estar esperando é que eu fale sistemas de sinalização de tráfego na maquete, mas vou dar uma parada nesse texto, por enquanto e prometo voltar em breve com esse assunto, inclusive falando sobre DCC.

Espero que tenham gostado e que este artigo lhes possa ser útil de alguma maneira. 

Até uma próxima vez.

J.Oscar