Allgemeines
Zufahrt
Der Paternoster bildet funktional einen
"Bahnhof" mit Abstellgleisen.
Je nach Paternosterausführung sind die Abstellgleise
"Stumpfgleise" oder "Durchfahrgleise".
In der Mehrzahl wird es sich wohl um
"Stumpfgleise" handeln, deshalb beschränke ich die weiteren
Betrachtungen auf diese Variante.
Grundsätzlich sind die folgenden Ausführungen
auch für Lok / Zug - Lifte anwendbar.
Eine Paternostergondel hat 1 bis x Gleise.
Die Zu- / Ausfahrt erfolgt immer nur für eine Gondel zu einem
Zeitpunkt.
Daher benötigt die Anlagenzufahrt die gleiche Anzahl von
Gleisen, wie sie eine Gondel besitzt.
Positionierung
Um eine einwandfreie Einfahrt- / Ausfahrt
in / von einer Gondel zu gewährleisten werden sehr hohe
Anforderungen an die Positionsgenauigkeit der Gondel gestellt.
Modellbahn-Steuerungsprogramm
Der Nutzer muß in der Lage sein in seinem
Steuerungsprogramm die Funktion des "Paternoster - Bahnhofs"
abzubilden.
Im folgenden wird Bezug genommen auf das von mir eingesetzte
Steuerungsprogramm TrainController* (TC*) in der Version
9.xx.
Meine reale Zufahrt zum Paternoster - Bahnhofs
Bei mir ist die Zufahrt als eine eingleisige Strecke mit
Kehrschleife ausgebildet.
Auf der halben Länge der Kehrschleife befinden sich zwei Weichen
über welche die beiden Gondel - Gleise angefahren werden.
Je nach Betriebsplanung kann zuerst ein
Zug aus einem Gondelgleis ausfahren und danach, hier rückwärts,
ein neuer einfahren.
Meine Darstellung
des "Paternoster - Bahnhofs" in TC*
Grundsätzlich kann man in TC (Vers.9,xx)
mit zwei Varianten einen solchen Bahnhof abbilden ...
- mittels Weichstraßen
- mittels einer Schiebebühne
Die Version 10.xx bietet darüber hinaus
auch eine eigene "Betriebstelle" an, die hier nicht weiter
betrachtet wird.
Wegen des Umfangs der Darstellung wurde diese "ausgelagert"
in das Register (links) "TC
Stellwerk"
Paternoster-Gondel + Gondelpositionierung
Ein guter Gleisübergang zwischen dem Anlagenteil und den
beweglichen Gondeln ist absolut wichtig, will man Freude am
Fahrbetrieb haben.
Dies bedeutet, daß die Paternostersteuerung die jeweilige
Gondel recht genau in eine "Übergabehöhe" positionieren muß.
Die Realisierung wird stark geprägt von der antriebsseitigen
Lösung des Paternosters oder des Zuglifts.
Grundsätzlich kann man zur Positionsbestimmung ..
- mit "Lochscheiben"
sowie "Codescheiben" bzw. "Taktscheiben" (schwarz / weißer
Strichcode) arbeiten
- ODER man verwendet Sensoren zur Höhenbestimmung
- ODER man setzt lineare Codestreifen zur optischen oder
magnetischen Abtastung ein.
Als Sensoren stehen magnetische und optische Ausführungen am
Markt zur Verfügung.
Läßt sich eine "absolut" gleiche Gleishöhe zwischen Anlage und
Gondel nicht erreichen, dann kann man mit einer Gleisbrücke
Differenzen ausgleichen.
Antriebsseite
Bei meinem Paternoster habe ich einen
Gleichstrommotor mit Getriebe eingesetzt, um die Hohlbolzenketten über
Kettenräder antreiben zu können und die richtige
Umlaufgeschwindigkeit zu erhalten.
Anmerkung
Zuglifte sind konstruktiv für den Einsatz von Schrittmotoeren
besser geeignet.
Sensoren
Als Sensoren lassen sich ..
- magnetische Sensoren
wie Hall-Sensoren oder Reedkontakte
- optische Sensoren
wie Lichtschranken, diverser Bauarten
einsetzen.
Jede Sensor - Variante hat Vor- und Nachteile. Es gilt für
den Anlagenerbauer herauszufinden, was in seinem Einsatzfall die
beste Konfiguration sein wird.
Für die Ermittlung der Gondelnummer setze ich magnetische
Sensoren ein.
Die Höhen - Positionsbestimmnung erfolgt mit einer
Gabellichtschranke.
Die Erfassung der Gondelnummmer mittels
Barcode und Barcodeleser erchien mir in der Realisierung
technisch zu aufwendig.
Die Überwachung des Übergangs Anlage <>
Paternoster auf Belegung mit einem Fahrzeug realisiere ich mit
einer Lichtschranke, ebenso das Überfahren eines
Gondel-Gleisendes durch ein Fahrzeug.
Konzept der Positionierung der Gondel
Nach längerem Abwägen der Vor- und Nachteile der einzelnen
Sensor - Varianten für den Einsatz zur "Höhenbestimmung" des
Gondelgleises habe ich mich für die Gabellichtschranke
entschieden.
warum ??
Der Einsatz von magnetischen Sensoren (Reedkontakte)
erscheint mir für diese Anwendung durch die Streuung des
Magnetfeldes zu ungenau. Hallsensoren wären denkbar, müssen aber
1 bis max. 3 mm über dem Magneten angebracht sein. Was sich wohl
bei drehhendem Paternoster nur schwer erreichen läßt.
Normale Lichtschranken haben eine zu große Streuung im
Lichtstrahl (zu geringe Bündelung -- außer Laser) und sind
gegenüber Streulicht auch anfällig.
Gabellichtschranken mit einer Gabelweite von 1 - 2 cm sind
aufgrund ihrer Konstruktion besser gegen Streulicht geschützt.
Der Lichtstrahl ist recht scharf, es werden Objekte von unter 1
mm Durchmesser erkannt.
Das Objekt ("Fahne") , welches den Lichtstrahl unterbricht hat
bei einer Gondelbewegung genügend Freiraum.
Erkennen der "Endposition"
Dies kann z.B. dadurch erfolgen, wenn die "Fahne" den
Lichtstrahl unterbricht ODER nach einer Unterbrechung. Auf jeden
Fall bei einem Zustandswechsel im Sensor.
Wird die "Übergabehöhe" (Position) nur immer von einer seite
aus angefahren, so kann mit Abdeckung des Lichtstrahl gearbeitet
werden.
Wird aber die "Übergabehöhe" (Position) wahlweise von beiden
Seiten angefahren, wie bei mir (rechts, links - Lauf), dann muß
die "Fahne" sehr schmal sein, denn ansosnten würde bei einer
Richtung zu früh gestoppt.
Eine solch schmale "Fahne" läßt sich nicht realsieren, sie müßte
auch brieter als der Lichtstrahl - Erfasungspunkt sein.
In Summa käme man auf eine merkbare Höhendifferenz, je nach
Paternoster-Bewegungsrichtung (Anfahrt).
wie ich die Gondelposition erkenne
Ich arbeite mit dem Übergang "kein Lichtstrahl" >
"Lichtstrahl" erkennen.
Dazu werden zwei "Fahnen" pro Gondel verwendet, je eine pro
Drehrichtung.
Zwischen den beiden "Fahnen" liegt die "Übergabehöhe"
(Position).
Im Idealfall befindet sich zwischen den beiden "Fahnen" nur ein
sehr, sehr kleiner Abstand um den Lichtstrahl hindurch zu
lassen. Wenn beim Auftreffen des Lichtstrahls auf den Sensor die
Gondel sofort stoppen würde, dann hätten wir die Position
getroffen.
In Praxis muß aber mit einer Verzögerung gerechnet werden.
Diese Verzögerung setzt sich aus der elektr. Verzögerung des
Sensors (ca. 1 - 2 ms) und den Verzögerungen in dem
Steuerungsfluß bis zur Abschaltung des Motorstroms zusammen. In
dieser Zeit bewegt sich der Motor mit der aktuellen Drehzahl.
Je nach Höhe der Drehzahl kommt nach der Stromabschaltung ein
mechanisches Trägheitsmoment bis zum Stillstand hinzu.
In dieser "Verzögerungszeit" legt die Gondel einen Weg von y
mm zurück und damit "überfährt" die Gondel die anvisierte
"Übergabehöhe".
Daraus folgt, daß der Übergang durch die "Fahne" von dunkel >
hell um die Wegstrecke y mm verlegt werden muß, so daß die
Auslösung für den Halteprozeß zeitlich früher erfolgt.
Die zetliche Verzögerung und damit die Wegstrecke y mm muß
empirisch ermittelt werden.
Betrachtet man jetzt beide Bewegungsrichtungen, so liegt die
"Übergabehöhe" (Position) in der Mitte der sich ergebenden
Entfernung zwischen beiden "Fahnen".
Ablaufprinzip zur
Positionsbestimmung
Soll die Gondel X an der "Übergabestelle" positioniert
werden, dann konzentriere ich mich auf die Erkennung der
Gondelnummer X+1 bzw X-1, je nach Drehrichtung des Paternosters.
Die Erkennungssensoren müssen dazu in der Höhe der
"Übergabestelle" montiert sein.
Jede Erkennung löst in der Steuerung einen Interrupt aus, der
eine Vergleichsoperation auslöst.
Bei Gleichheit von aktueller Gondelnummer mit X+1 bzw X-1
erfolgt nach einer Zeit t (s) eine Freigabe des Interrupts für
den Sensor der Gabellichtschranke.
Diese Zeit t ist notwendig, damit sicher ist, daß sich die
"Fahnen" von Gondel X+1 bzw X-1 nicht mehr im Bereich der
Gabellichtschranke befinden.
Ferner wird die Motordrehzahl für eine genaue Positionierung auf
ein Minimum reduziert.
Erkennt der Sensor die Unterbrechung des Lichtstrahls, jetzt
durch Gondel X, so wird ein Interrupt in der Steuerung
ausgelöst.
Infolge wird dieser Sensor - Port von der Steuerung laufend
überwacht, so daß ein Wechsel "Lichtstrahlunterbrechung" >
"Lichtstrahleinfall" (dunkel, hell)sofort erkannt wird.
Stehen weitere Interrupts zur Verfügung,
dann sollte man hier einen weiteren Port plus Interrupt
einsetzen.
Mit Erkennen des Zustandwechsels wird der Motor
ausgeschaltet.
