ITTO960889A1 - Impianto semaforico. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Impianto semaforico"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce agli impianti semaforici.

In base ad una soluzione tradizionale, adottata nell'ampia maggioranza degli impianti semaforici stradali di corrente impiego, l'impianto semaforico è essenzialmente costituito un insieme di lampade, ciascuna delle quali viene selettivamente attivata per effetto del collegamento alla rete di distribuzione elettrica, dunque alla tensione di rete, attuato attraverso un dispositivo di controllo centralizzato dell'impianto.

‘ Per quanto diffusa questa soluzione tradizionale non va esente da inconvenienti di fondo: ad esempio si può citare la intrinseca complessità topologica dell'impianto, data dal fatto che in pratica ciascuna singola lampada dell'impianto dev'essere collegata con un rispettivo cavo di alimentazione al controllore dell'impianto. Inoltre, il fatto che le lampade vengano alimentate con la tensione di rete pone ulteriori limiti per quanto riguarda l'installazione dei cavi; limiti dettati in via primaria da esigenze di isolamento elettrico e di sicurezza, dovendosi comunque evitare l'accidentale contatto con i cavi in tensione, ad esempio durante lo svolgimento di interventi di manutenzione o di modifica sull'impianto.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di realizzare un impianto semaforico in cui i suddetti inconvenienti sono superati in modo radicale.

Secondo la presente invenzione, tale scopo viene raggiunto grazie ad un impianto semaforico avente le caratteristiche richiamate in modo specifico nelle rivendicazioni che seguono.

In sostanza, l'impianto semaforico secondo l'invenzione è alimentato a corrente continua mantenuta ad un livello di sicurezza (ad esempio nell'intorno di 50 volt c.c ., tipicamente 48 volt c.c.). L'impianto secondo l'invenzione può quindi essere alimentato a partire dalla rete di distribuzione elettrica (ad esempio a 220 volt c.a. secondo gli standard europei) attraverso un trasformatore di isolamento ed un convertitore che trasforma la tensione a 220 volt c.a.

in una tensione a 48 volt c.c., dunque ad un livello intrinsecamente sicuro. Chiunque può quindi toccare parti in tensione dell'impianto senza ricevere alcun danno al di là, al più, di una minima sensazione spiacevole al tatto. Ciò rende superflua ogni ulteriore misura di sicurezza per l'impianto: in particolare non è necessario un impianto di messa a terra, né risulta necessario usare, ad esempio, interruttori differenziali. Questi sono spesso fonte di disservizio: una volta scattati, non sono automaticamente ripristinabili, ma è richiesto l'intervento di un operatore.

Ricorrendo alla soluzione secondo l'invenzione, è possibile interrare i .cavi di collegamento delle lampade a pochi centimetri di profondità nel terreno (in pratica con una semplice fresatura del terreno) e senza protezioni particolari. Anche l'eventuale accesso ai cavi durante lavori superficiali di manutenzione non crea infatti situazioni di pericolo. In compenso, la posa in opera dei cavi risulta notevolmente semplificata, in quanto, ad esempio, per l'installazione non è più necessario fare scavi profondi, suscettibili di tradursi, fra l'altro, in interruzioni almeno parziali del traffico per tempi non brevi.

Oltre a ciò, l'impianto secondo l'invenzione viene realizzato secondo una tecnologia a bus. In pratica esiste un unico cavo per l'apporto di energia (anziché un cavo per ogni lampada) ed esiste altresì un cavo di segnale lungo il quale vengono trasportate le informazioni che consentono a controllori locali, disposti in corrispondenza delle lanterne, di capire ed attuare gli ordini emessi dal controllore centrale.

Di preferenza, il sistema a bus dell'impianto secondo l'invenzione è basato su microprocessori.

Particolarmente significativo, ai fini dell'invenzione, è la combinazione di un sistema di distribuzione in tensione continua di sicurezza (soluzione di per sé nota, basti pensare al fatto che su tutte le autovetture di corrente produzione la distribuzione elettrica viene fatta con corrente continua prelevata dalle batterie) con una struttura a -bus (anch'essa di per sé nota). La combinazione secondo l'invenzione si basa in particolare sull'abbinamento dei due concetti, il che permette di aggirare gli inconvenienti intrinseci di soluzioni in cui, nell'ambito di una struttura a bus, venisse comunque adottata una distribuzione a tensione di rete in corrente alternata, con la conseguente necessità di predisporre trasformatori riduttori di tensione in prossimità di ciascuna lampada o ciascun gruppo di lampade adiacenti.

In una forma di attuazione particolarmente preferita, l’impianto secondo 1'invenzione utilizza quali sorgenti luminose, lampade allo xeno. Questa scelta si dimostra preferenziale per diversi punti di vista ed in primo luogo per il contenimento dei consumi energetici. A parità di flusso luminoso utile, una lampada ad incandescenza tradizionale da 60 W può essere sostituita con una o più lampade allo xeno con assorbimento pari a 34 w (quattro lampade da 8,5 w). Le lampade allo xeno presentano inoltre una durata prevista dell'ordine di 10.000 ore (sono disponibili anche lampade da 20.000 ore), dunque ampiamente superiore alla durata prevista delle lampade tradizionali. Le lampade allo xeno presentano di solito una tensione di alimentazione nominale di 24 volt. Questo valore si combina in modo ideale al livello di tensione adottato per la distribuzione in continuo (48 volt c.c.) in quanto consente di realizzare "luci" con tale denominazione si intende qui indicare ciascun punto luminoso dell'impianto destinato a veicolare un rispettivo segnale: ad esempio rosso, giallo o verde) impiegando una pluralità (tipicamente due) di gruppi fotogeneratori in parallelo, con ciascun gruppo alimentato ai suoi capi con la tensione di 48 volt e comprendente due lampade allo xeno legate in serie fra loro, ciascuna avente una tensione nominale di 24 volt (48 volt = 24 volt 24 volt). Questa soluzione fa sì che la tensione di alimentazione generata nel punto di consegna (ossia dove viene disposto il trasformatore, virtualmente unico per tutto l'impianto, che converte la tensione di alimentazione di rete nel livello di bassa tensione utilizzato per la distribuzione) possa essere direttamente utilizzata per l'alimentazione delle lanterne semaforiche, senza bisogno di ulteriori conversioni.

La ridondanza intrinseca dello schema di collegamento serie/parallelo descritto in precedenza, in unione alla lunga durata della lampada allo xeno minimizza e di fatto annulla il rischio >che una luce dell'impianto risulti completamente inattiva.

L'impiego di una struttura a bus basata su microprocessore consente di associare, ad esempio a ciascun complesso di lampade cooperanti (ad esempio alle tre luci - per il significato attribuito al termine luce si rinvia alla nota terminologica fatta in precedenza - disposte all'interno di una rispettiva lanterna dell'impianto) una scheda elettronica che pilota il complesso di luci - ossia la lanterna - o eventualmente una pluralità di tali complessi di luci (ad esempio quattro lanterne). Questa soluzione consente un ulteriore abbattimento dei costi in quanto, consente di far richiedere in prossimità di ciascun gruppo di luci (tipicamente all'interno di ciascuna lanterna) un certo livello di intelligenza elaborativa, in grado di gestire il complesso di luci sulla base di ordini generali ricevuti da un organo di coordinamento centrale che pilota la rete di segnale. Questo organo può portare associata e/o essere di fatto costituito, ad esempio, da una scheda di tipo personal computer (PC). Quest'ultima consente di gestire le variabili di comando con uno strumento a basso costo, ricco di programmi addizionali anch'esso a basso costo. In particolare, la scheda PC può essere usata per funzioni accessorie quali l'invio di messaggi (audio -video), l'invio di richieste di interventi di manutenzione dell'impianto.

La scheda PC consente ad esempio di realizzare un collegamento ad un telefono cellulare al fine di consentire all'impianto semaforico di cambiare messaggi da e verso altri impianti o ad un organo di sorveglianza centralizzata senza che sia necessaria l'installazione di una linea telefonica via cavo.

La disponibilità della scheda PC consente anche dì attuare rilievi del traffico, secondo tecniche note (ad esempio attraverso spire rilevatrici) così da rilevare il transito dei veicoli per pilotare le lampade semaforiche in funzione del traffico, ad esempio in modo distinto per fasce orarie. Oltretutto, la stessa installazione consente comunque di condurre campagne di rilevazione e di archiviazione di dati sul traffico senza costi addizionali.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione che segue, fatta a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni annessi, nei quali:

- la figura 1 illustra, sotto forma di uno schema a blocchi, la generale struttura di un impianto semaforico secondo l'invenzione, e

- la figura 2 illustra in modo schematico l'organizzazione di una delle cosiddette lanterne comprese nell'impianto stesso.

Nella figura 1 è indicato nel complesso con 1 un impianto semaforico destinato ad essere installato, ad esempio, in corrispondenza di un incrocio stradale.

Secondo l'impostazione tradizionale, l'impianto 1 comprende una pluralità di cosiddette lanterne 2 ciascuna delle quali ospita di solito tre "luci", ciascuna corrispondente ad un rispettivo colore di segnalazione {rosso, giallo, verde). Naturalmente la soluzione secondo l'insieme si applica anche ad impianti semaforici di tipo diverso {ad esempio per usi diversi dall'impiego in ambito stradale: semafori installati in impianti industriali, semafori ferroviari, per zone portuali ed aeroportuali), suscettibili di comprendere luci organizzate nei modi più diversi, ad esempio in lanterne a luce singola.

Così come meglio si vedrà nel seguito, ciascuna delle luci 3 è in realtà costituita da una pluralità di sorgenti luminose elementari 4 costituite ad esempio da lampade allo xeno con una tensione nominale di alimentazione pari a 24 volt.

L'impianto 1 viene alimentato a partire dalla normale rete di distribuzione elettrica (220 V a.c.) attraverso un trasformatore 5 ed un gruppo raddrizzatore 6 che generano alla loro uscita una tensione di sicurezza (ad esempio circa 50 V c.c. e tipicamente circa 48 V c.c.), distribuita verso le sorgenti luminose 4 comprese nelle lanterne 2 attraverso una struttura di distribuzione sostanzialmente configurata sotto forma di un cosiddetto bus. La struttura a bus in questione comprende una linea di alimentazione 7a, di preferenza a filo unico, che distribuisce la tensione all'uscita del gruppo trasformatore/raddriz -zatore 5, 6 alle varie lanterne 2 ed una linea di segnale 7b, anch'essa di preferenza a filo unico, che consente di far circolare sulla rete a bus così formata segnali di comando e di controllo dell'impianto 1 secondo criteri che verranno meglio illustrati nel seguito.

Anche se la figura 1 fa riferimento, a titolo di esempio, ad una struttura a bus configurata ad anello la soluzione secondo l'invenzione si presta evidentemente ad essere attuata impiegando le più diverse topologie e geometrie ammesse per la realizzazione di una struttura a bus. Il tutto tenendo conto di fattori ulteriori quali, ad esempio, la ridondanza e la refrattarietà nei confronti di eventuali guasti o interruzioni, ecc. : i relativi criteri sono ampiamente noti nella tecnica e non richiedono di essere illustrati in questa sede anche perché di per sé non rilevanti ai fini della comprensione dell'invenzione.

Il riferimento numerico 8 indica un controllore centrale destinato a coordinare il funzionamento dell'impianto 1 attraverso la linea di segnale 7b . Il controllore 8 è di preferenza integrato su e/o porta associata una scheda e/o un'unità di elaborazione del tipo personal computer (PC) 9 portante a sua volta associata un'interfaccia 10 per la comunicazione all'esterno configurata ad esempio, sotto forma di un telefono cellulare. Con 11 sono infine indicati dispositivi rilevatori di traffico (ad esempio del tipo a spira) che consentono di rilevare il transito dei veicoli nell'ambito dell'impianto 1 ed inviare i relativi segnali verso l'unità 9 e/o il controllore 8. Tutto ciò consente, ad esempio di pilotare il funzionamento dell'impianto 1 in funzione del traffico e/o per rilevare dati sul traffico, eventualmente distinti per fasce orarie suscettibili di essere archiviati nel personal computer 9 e/o di essere eventualmente trasmessi a distanza attraverso l'interfaccia 10.

Lo stesso personal computer 9 può essere utilizzato per funzioni accessorie quali l'invio di messaggi audio e/o video (ad esempio messaggi audio destinati a consentire l'attraversamento da parte di non vedenti), ovvero l'invio all'esterno di messaggi (ad esempio fax) indicativi del fatto che è insorto, nell'ambito dell'impianto 1 uno stato tale da richiedere l'intervento di manutenzione.

Passando ad esaminare in maggior dettaglio lo schema elettrico di ciascuna lanterna 2 (illustrato nella figura 2) si può notare come, a livello periferico, l'impianto secondo l'invenzione comprenda mezzi elaborativi (scheda) 12 attestati sul bus, ed in particolare sulla linea di segnale 7b, realizzati di preferenza tramite microprocessore. Nella forma di attuazione al momento preferita, vengono utilizzati microprocessori del tipo Neuron-Chip prodotti dalla società Echelon (Stati Uniti d'America). Si tratta di microprocessori previsti in modo specifico per l'uso su strutture a bus e che consentono, ad esempio, di pilotare le luci 3 montate su una lanterna 2 attraverso una scheda disposta a bordo dell'involucro della lanterna 2 stessa, di solito all'interno del relativo involucro. Nella soluzione secondo l'invenzione quest'ultimo può essere realizzato con dimensioni particolarmente ridotte, soprattutto per quanto riguarda lo spessore, che è molto contenuto rispetto alle soluzioni tradizionali) . Naturalmente è anche possibile ricorrere a soluzioni diverse, ad esempio provvedendo un'unica scheda a microprocessore 12 che consente di pilotare più gruppi di lampade associate ad una pluralità di lanterne 2,.ad esempio quattro lanterne semaforiche. Questa soluzione consente un ulteriore abbattimento dei costi.

Di preferenza l’involucro della lanterna 2 è concepito come un guscio in policarbonato che si apre a libro, e che ospita nella pagina centrale parabole studiate in funzione delle lampadine allo xenon.

Un tale involucro risulta visivamente molto meno ingombrante rispetto ai vecchi semafori, in quanto il volume che porta le visiere è ridotto a pochi centimetri di profondità.

Gli schermi luminosi segnaletici, cioè i dischi rosso, giallo e verde sono di preferenza superfici non sferiche ma cilindriche, inglobate, per operazione di sovrastampaggio plastico ad iniezione, alla scocca esterna. Si ottiene in questo modo un volume ridotto, quasi piatto, che si distingue per la linea totalmente avvolgente.

Il sistema di apertura è facilmente accessibile ad operatori muniti di scala, e permette l'apertura del semaforo sia a sinistra sia a destra, a piacere del montatore che può decidere, in fase di installazione, il posizionamento ottimale della cer-niera.

In particolare è possibile realizzare lanterne bifacciali che utilizzano buona parte dei componenti della lanterna semplice, permettendo un risparmio economico sul prodotto. Il volume ridotto e non invasivo (esigenze di arredo urbano nei centri storici) ben si adatta a nuovi utilizzi in particolari situazioni di traffico in direzione opposta o alternata. Una parete interna ospita l'elettronica e serve entrambe le lanterne; si accede ad essa aprendo a piacere una delle due scocche.

Il palo tradizionale può essere arricchito di altre funzioni segnaletiche: da messaggi sonori per non vedenti, a telefono di emergenza in caso di incidente. Il palo, in questo caso, supera il concetto di semplice sostegno del semaforo per integrarsi con esso, in un più ampio ruolo di strumento di aiuto e comunicazione al servizio del cittadino.

Come già indicato in precedenza, per la realizzazione delle luci 3 viene preferita una struttura almeno marginalmente ridondante, nel senso che ciascuna luce 3 è di fatto costituita da una pluralità di sorgenti luminose 4. Il tutto in modo da minimizzare il rischio di una indisponibilità della luce nel suo complesso.

Questo schema di ridondanza viene attuato facendo in modo che ciascuna luce 3 sia in realtà costituita da almeno due gruppi o rami fotogeneratori collegati fra loro in parallelo nei confronti della tensione di alimentazione presente sulla linea 7a. E' dunque evidente che ciascuna luce risulta indisponibile se e soltanto se entrambi i gruppi fotogeneratori risultano simultaneamente danneggiati.

Nell'esempio di attuazione illustrato, ciascun gruppo fotogeneratore è a sua volta costituito da due lampade allo xeno 4 collegate elettricamente in serie fra loro. Questa scelta è dettata in via primaria dalla corrente disponibilità di lampade allo xeno con una tensione nominale di alimentazione pari circa a 24 V, valore che ben si sposa, attraverso il collegamento in serie di due di tali lampade, con il valore di 48 V c.c. utilizzato per la distribuzione dell'energia di attivazione sulla linea di distribuzione 7a della struttura a bus.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione. ·

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto semaforico comprendente una pluralità di luci (3) con associate rispettive sorgenti luminose (4) ed una rete di distribuzione elettrica (5, 6, 7a, 7b, 12) per l'attivazione selettiva di dette sorgenti luminose (4), caratterizzato dal fatto che: - detta rete di distribuzione elettrica presenta una generale struttura a bus (7a, 7b) con una linea di alimentazione (7a) per apportare l'energia di attivazione verso dette sorgenti luminose (4) ed una linea di segnale (7b) per il trasporto di informazioni relative alla attivazione delle sorgenti luminose (4) stesse, e - detta linea di alimentazione {7a) porta associati mezzi di alimentazione (5, 6) operanti in continua ed a bassa tensione. 2. impianto secondo la rivendicazione 1,-caratterizzato dal fatto che dette sorgenti luminose (4) sono costituite da lampade allo xeno. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di alimentazione operano (5, 6) ad una tensione continua dell'ordine di 50 V e sostanzialmente pari a 48 volt circa. 4. Impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che dette sorgenti luminose (4) sono organizzate in rispettivi complessi (2) con ciascun complesso portante associati mezzi elaboratori di segnali (12) suscettibili di cooperare con la linea di segnale (7b) di detta struttura a bus per il trasferimento almeno unidirezionale di dati verso e/o da il rispettivo complesso di sorgenti luminose. 5. Impianto secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elaboratori di segnale (12) sono suscettibili di cooperare con detta linea di segnale (7b) di detta struttura a bus tanto per il trasferimento di segnali di comando delle rispettive sorgenti luminose (4) associate a partire da detta linea di segnale (7b) della struttura a bus quanto per il trasferimento di dati di rilevazione a partire da dette sorgenti luminose associate verso detta linea di segnale (7b) della struttura a bus. 6. Impianto secondo la rivendicazione 4 o la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che dette sorgenti luminose sono organizzate in complessi corrispondenti ciascuno ad una rispettiva lanterna (2) dell'impianto semaforico e dal fatto che detti mezzi elaboratori di segnale (12) sono disposti a bordo di detta rispettiva lanterna (2). 7. Impianto secondo la rivendicazione 4 o la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che dette sorgenti luminose sono organizzate in complessi corrispondenti ciascuno ad una rispettiva pluralità di lanterne (2) dell'impianto semaforico e dal fatto che ciascuno di detti mezzi elaboratori di segnale (12) è operativamente associato alle sorgenti luminose (4) di detta rispettiva pluralità di lanterne (2). 8. Impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che almeno una di dette luci (3) è definita da una pluralità di sorgenti luminose (4). 9. impianto secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta pluralità di sorgenti luminose (4) è configurata come una pluralità di gruppi fotogeneratori collegati elettricamente in parallelo fra loro. 10. Impianto secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti gruppi generatori comprendono una pluralità e preferibilmente una coppia di sorgenti luminose (4) collegate elettricamente in serie fra loro. 11. Impianto secondo la rivendicazione 2 ed una qualsiasi fra le rivendicazioni 9 o 10, prese in combinazione fra loro. 12. impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che a detta linea di segnale (7b) sono associati un organo di controllo centralizzato (8, 9, 10) dell'impianto ed una pluralità di mezzi elaboratori di segnale periferici (12), associati ciascuno ad un rispettivo gruppo di sorgenti luminose (4), detto organo di controllo centralizzato (8, 9, 10) e detti mezzi elaboratori periferici (12) essendo configurati per il dialogo su detta linea di segnale (7b) durante il funzionamento dell 'impianto . 13. Impianto secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detta struttura a bus (7a, 7b) è configurata come struttura a microprocessori. 14. Impianto secondo la rivendicazione 12 o la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto ehe detto organo di controllo centralizzato (8, 9, 10) è configurato e/o porta associate una scheda tipo come personal computer. 15. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 12 a 14, caratterizzato dal fatto che detto organo di controllo centralizzato (8, 9, 10) porta associata almeno un'interfaccia (10) per la comunicazione con l'ambiente esterno. 16. Impianto secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che detta interfaccia (10) è configurata per l'invio di messaggi audio e/o video verso l'ambiente esterno. 17. Impianto secondo la rivendicazione 15 o la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che detto organo di controllo centralizzato (8, 9, 10) è configurato per la rilevazione di stati dell'impianto tali da richiedere interventi di manutenzione e per inviare all'esterno messaggi identificativi dell'insorgere di detto stato. 18. Impianto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 15 a 17, caratterizzato dal fatto che detta interfaccia (10) è configurata come telefono cellulare. 19. Impianto secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che porta associati mezzi sensori (11) per la rilevazione del traffico nell'ambito dell'impianto e dal fatto che detto organo di controllo centralizzato (8, 9, 10) è sensibile ai segnali di rilevazione prodotti da detti mezzi sensori di traffico (11). Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.