Solución forzada

VELAN-2 Montado en un panel

Como los lectores de este blog saben, hace ya bastantes meses (Mayo de 2017) hice un desarrollo para conseguir un "velocímetro", que pudiera situarse en el panel de control y visualizase en todo momento la velocidad de una locomotora que estuviera siendo controlada por uno de los controladores con simulación de inercia. O sea, actualmente PWM73SI, PWM74VO y PWM75VO. No incluyo el reciente PWM76ASFA, porque éste ya lleva incorporado su propio velocímetro.

La solución que se dió en su momento, fue utilizar un "voltímetro de panel" de la marca Velleman y hacer un circuito que permitiera alimentar este dispositivo y hacer un divisor de tensión ajustable para conseguir que se pudiera conseguir que la lectura del voltímetro reflejara aproximadamente la velocidad en Km/h de la locomotora correspondiente. Desde entonces todos los controladores llevan prevista la conexión para este velocímetro que acabó recibiendo el nombre de VELAN. y que fué presentado aquí en este artículo: "Como hongos"

VELAN

Aunque nació casi como un gadget, a los aficionados les ha resultado muy atractivo, pues no había nada parecido en el mercado para sistemas analógicos. Desde luego, el que no hubiese nada parecido se debe a que para lograrlo es necesario un control de velocidad por PWM ya que la velocidad a la que se mueve una locomotora es aproximadamente proporcional a la potencia que recibe, y en los controladores PWM, esta potencia es linealmente proporcional a la anchura de pulso de la señal generada, y como esa anchura es justamente el factor que manejan los controladores PWM, es relativamente sencillo derivar de ahí una señal analógica que sea linealmente proporcional a la velocidad. En todos los controladores mencionados antes, se obtiene una señal analógica que varía entre 0 y 5 voltios y es linealmente proporcional a la velocidad. Está marcada como "W" en todos ellos.

Como decía, el montaje se basa en un voltímetro de panel de la Marca Velleman, al que se adiciona un circuito capaz de convertir esa tensión variable entre 0 y 5 voltios en una indicación de velocidad en Km/h. Aquí viene la dificultad, porque claro, si se mostrase directamente la tensión que genera el controlador, se mostrarían valores entre cero y cinco voltios, por ejemplo a mitad de la velocidad máxina se vería en el visor "2.50"  y eso no tiene nada que ver con la velocidad de la locomotora.

Se puede eliminar el punto decimal de la visualización de manera que entonces se vería 250 que se interpretaría como 250 Km/h pero que sigue sin reflejar la velocidad de la locomotora. Lo que se hace entonces es incluir en el circuito un divisor de tensión ajustable, de manera que moviendo ese ajuste se consigue reducir la tensión que llega al medidor en un factor fijo. Por ejemplo si hemos cronometrado la velocidad de una locomotora y hemos visto que a máxima velocidad circula a 170 Km/h a la mitad de velocidad máxima deberá circular a 85  Km/h,  ajustamos el reductor de tensión para que reduzca los 5 Voltios a 0,17 voltios (factor de reducción 0.034) Por lo tanto a media velocidad los 2,5 Voltios se reducirán a 0.085 V y en el visor se verá "85" que es exactamente la velocidad correspondiente a la mitad de la velocidad máxima.

Realmente no se hace ningún cálculo; simplemente se actúa con un destornillador sobre el potenciómetro de ajuste hasta conseguir que se visualice "85" o lo que corresponda.

Se puede pensar que se podría hacer un división con factor 0.34 pero es que estos voltímetros solo pueden llegar a medir hasta 2 Voltios, o sea que solo podrían indicar hasta 200 Km/h Y esto parece muy justo para las velocidades actuales de los trenes.

De manera que cuando vemos una indicación de por ejemplo 85 Km/h en realidad el voltímetro está leyendo sólo 85 milivoltios. Se necesita por lo tanto un voltímetro capaz de leer con suficiente precisión en un rango de milivoltios, y además que admita que le suprimamos la visualización de puntos decimales. La imagen anterior que muestra el VELAN indicando 165, en realidad corresponde a una tensión de 16,5 milivoltios.

Estas exigencias eliminan de un plumazo los cientos de voltímetros chinos que inundan Internet, No he visto nunca ninguno que tenga una sensibilidad de 200 milivoltios a fondo de escala. A veces me han dicho que porqué no buscaba un voltímetro más barato, pero la razón es esta. No he localizado ninguno más barato que cumpla lo requerido.

Y ahora, después de dos años, y cuando hay una demanda creciente de estos velocímetros, nos encontramos con un problema: ¡ El voltímetro de Velleman está agotado en todas partes! Aparece en las webs de casi todos los suministradores, pero siempre "sin existencias" lo cual indica que no se trata del fallo de una u otra tienda, sino del fabricante. Y esto es un problema porque no sabemos si va seguir la producción, y cuando, y ni siquiera si va seguir.

Asi que me he visto forzado a buscar una solución, (de ahí el título de este artículo) y el resultado ha sido sorprendentemente bueno: ¡La solución es hacer yo mismo el voltímetro!.  La verdad es que me ha costado bastante investigar cómo se podía hacer esto, y al final, como ya sabía, es algo bastante complicado para ser resuelto de forma artesanal, porque incluye un proceso que es convertir una tensión analógica (los famosos 1- 5 V) que varía de forma continua en un muestreo de valores digitales que se convierten a una expresión binaria en BCD que además requiere ser visualizada en displays de 7 segmentos.

Afortunadamente no soy el primero que se ha enfrentado con este problema, así que, el tema está resuelto por la industria electrónica. Resulta que hay varios fabricantes que hacen circuitos integrados que, en un solo circuito incluyen todo lo escrito en negrita en el párrafo anterior.

Claro que es un circuito integrado grande, nada menos que de 40 terminales, pero como digo resuelve el tema por completo.En la imagen de la izquierda, se puede ver como queda este circuito montado en mi nuevo desarrollo. No hace falta decir cuál es el circuito en cuestión, que ocupa media placa él solo. Por cierto, si alguien se anima, el circuito se llama TC7107.

Además del famoso chip, la placa incluye no solo los componentes auxiliares para alimentación y demás de ese chip, sino también los elementos que se incluían en el VELAN para hacer que las cifras muestren la velocidad directamente, para ajustar la velocidad, etc. Es decir he hecho directamente un VELAN no un voltímetro.

Evidentemente ahí no está el display que muestra las lecturas,pero es que para ahorrar espacio, este display va en la otra cara de la placa, tal como se ve en la imagen de la derecha.

Y ahora viene el problema: todo esto está muy bien, pero se necesita una carcasa parecida a la del voltímetro de Velleman para poder montar este elemento en un panel y eso ha supuesto otra búsqueda por Internet para encontrar algo que me pudiera valer.

La solución es algo que en el argot se denominan "mirillas" y aunque tampoco es fácil, al final he podido localizar una que me vale para este caso.

En la imagen siguiente vemos los elementos necesarios para el montaje de este VELAN-2 en un panel.

En el panel tenemos que hacer un agujero rectangular, dos taladros en los que ponemos dos tornillos de cabeza plana, y otros dos taladros más pequeños. Todo esto se hace fácilmente con una plantilla de papel que se adjuntará.

Luego, por delante del panel se coloca la mirilla con su cristal (plástico, más bien) y se sujeta por detrás con las dos grupillas que van con la mirilla. Ésta queda asi fijada en el panel, sin haber colocado aún la placa del circuito. Entonces, por la parte de atrás colocamos el circuito, sujetándolo con los tornillos y separadores, y el VELAN-2 queda montado.

El resultado final es el que se ven la imagen de portada. Queda un montaje muy limpio, muy plano y muy estético y ocupa menos que anterior VELAN

Supongo que en poco tiempo esta nueva versión del velocímetro se podrá adquirir en la tienda.

Pues si, otro controlador

PWM76ASFA

En el artículo anterior, anuncié que estaba trabajando en el proyecto de un nuevo controlador, parecido al PWM75VO pero con velocímetro incorporado y ajuste de la inercia de frenado. La imagen de aquél artículo lo muestra "en equeleto" y la de este artículo lo muestra montado en un panel con su correspondiente carátula.

Sin embargo en el citado artículo lo anunciaba como PWM75VO y ahora, tal como se ve en la propia imagen, se denomina PWM75ASFA, siguiendo la costumbre de la serie, de añadir unas siglas indicando las características más destacadas, como es el caso de PWM73SI (simulación de inercia) y PWM75VO (velocidad objetivo)

Las siglas ASFA significan exactamente "Anuncio de Señales y Frenado Automático" pero además aluden al sistema denominado ASFA que se utilizó en los ferrocarriles españoles durante muchos años. No estoy muy al día, pero por lo que yo sé aún hay muchas líneas en que se utiliza, aunque se va sustituyendo por el sistema europeo ERTMS.

ASFA

Básicamente, el sistema ASFA consiste en un panel de señalización, situado en la cabina del maquinista con unas luces y pulsadores, y que podemos ver en la imagen de la derecha.

El tren detecta la situación de las señales presentes en la vía, mediante unas balizas situadas en la vía que actúan sobre un captador situado en la parte baja de las locomotoras.

El funcionamiento se basa en que cuando el tren se aproxima a una señal situada en la vía (normalmente un "semáforo"), se enciende en el panel de la cabina uno de los pilotos con el color que corresponde a la señal, y el maquinista debe reconocer la señal presionando el correspondiente pulsador. Esa es la función de "Anuncio de Señales".

La segunda parte, o sea el "Frenado Automático" se activa si el maquinista no reconoce o no obedece la señal. El caso más claro es cuando se trata de una señal roja, y el maquinista no para. Entonces el sistema ASFA detiene el tren con un frenado de emergencia.

Seguramente este sistema ha salvado muchas vidas en nuestros ferrocarriles, aunque la mayoría de los españoles se enteraron de que existía cuando hace unos años (24 de julio de 2013) se produjo un grave accidente en las cercanías de Santiango de Compostela.

El hecho de haberle puesto el apellido ASFA a este nuevo controlador, es porque se puede hacer una imitación casi exacta del ASFA real, cuando manejamos un tren con él.

Efectivamente en la imagen de cabecera, vemos que en el panel hay tres botones, encerrados en un recuadro nombrado como ASFA, y el funcionamiento es que cuando el tren se acerca a una señal (Verde, Amarilla o Roja) se enciende el botón correspondiente, y, sin que el operador haga nada, se produce la acción que un maquinista llevaría a cabo al responder a cada una de esas señales, es decir, mantener su velocidad de crucero, o acelerar hasta alcanzarla con la señal verde, o disminuir progresivamente la velocidad con la señal amarilla, esperando una señal de parada próxima, O pararse inmediatamente ante una señal roja. Así que también hace la función de frenado automático. Nótese que la detección de las señales en la vía se hace mediante sensores Hall situados en la vía junto a las señales, es decir, de nuevo algo muy similar al sistema ASFA

En realidad esto no es nuevo, ya que funciona casi exactamente igual que el PWM75VO, pero no me había dado cuenta de que el resultado se parece tanto al funcionamiento del ASFA.

Las otras novedades, también las anuncié en el articulo anterior, pero hay algo que también es novedoso, y es la utilización exclusiva de botones luminosos en lugar de los pulsadores y los leds que usaba anteriormente. Un problema de usar a la vez, pulsadores con y sin luz, es que para que los dos tipos de botones queden igual de enrasados en el panel de montaje hay que recurrir a trucos complicados en el montaje. También ocurre que los potenciómetros requieren un espacio por detrás del panel.

Así que aquí me he esforzado en facilitar el montaje de forma que todos los elementos queden enrasados al mismo nivel, sin tener que hacer nada raro. En este caso lo que hay es una primera placa de circuito que se monta prácticamente pegada al panel, con lo que los botones luminosos quedan como deben. Y los potenciómetros van en una segunda placa atravesando la primera por taladros en la misma.

Al final queda un panel bastante atractivo, aunque todavía quedan demasiado juntos los tres potenciómetros, pero bueno, está bastante bien.

Otra novedad es que el clásico led azul que en todos mis montajes indica que el circuito está encendido, aquí está sustituído por un pulsador, luminoso, también azul. Por lo tanto también se puede pulsar, y la función que hace es "resetear" el controlador, es decir dejarlo en la misma situación que al encenderlo. No es algo estrictamente necesario, pero ante un "lío" con los botones, este pulsador los apaga todos.

Tengo la intención de hacer un vídeo en el que se pueda apreciar todo este funcionamiento, pero hacer eso es muy complicado, porque se requiere mucho tiempo, y además para que se puedan apreciar perfectamente las aceleraciones y frenadas automáticas se requiere un circuito de mucha longitud.

Lo que si he hecho es un vídeo, en el cual se ven unas pruebas del controlador, y en particular la nueva función que permite regular la inercia de frenada, con independencia de la inercia de la aceleración. La prueba se efectúa, no sobre un locomotora, sino sobre un motor acoplado a un disco de colores, con el cual se aprecia muy bien la velocidad de giro del motor.

También se ve muy bien en el vídeo, el funcionamiento del velocímetro incorporado. No hay mucho que decir, porque el funcionamiento es idéntico al VELAN. Por supuesto, si se desea que la velocidad mostrada corresponda a la reducción a escala de la velocidad de la locomotora que estamos manejando, hay que hacer previamente una calibración, de la forma que se explica en el vídeo VELAN  Aquí, al no haber realmente una locomotora, esta calibración no se ha hecho, y el velocimetro muestra lecturas entre cero y 100, lo que viene a significar el tanto por ciento de la velocidad en cada momento respecto de la velocidad màxima.

¿Otro controlador?

Pues en efecto, en la imagen de portada se puede ver un nuevo controlador que aumenta la familia de los PWM7x Este lo he bautizado como PWM76VO, pero realmente lo que se ve en la imagen es solo un prototipo y no es seguro que acabe en la tienda.

En realidad es un controlador que tiene prácticamente las mismas prestaciones que el PWM75VO, siendo las diferencias más significativas entre ambos las siguientes:

➧  Incorpora un velocímetro integrado con las mismas prestaciones que el VELAN pero con cifras más pequeñas.

➧  Incorpora un nuevo control que ajusta la frenada. Es decir cuando se activa la función de "PARADA" bien por haberse presionado el botón correspondiente o por activarse un sensor en la vía, este control determina cómo de rápida es la parada de la locomotora. Bien entendido que la parada es siempre muy rápida, puesto que esta función debe activarse cuando el tren se acerca a una señal roja, pero con este mando se puede ajustar para que sea casi instantánea, o que sea un poco más suave, lo cual es más realista.

➧  El panel de mandos puede quedar más estético. En efecto el panel de mandos del PWM75VO me quedó un poco antiestético ya que en él se mezclaban  pulsadores, leds, y los nuevos pulsadores con luz. Esto era porque la parte de control de marchas (adelante/paro/atrás) se aprovechaba de los modelos anteriores. Además el poco espacio restante tenía que recoger los botones de mando y los pulsadores luminosos que quedaban apretujados y asimétricos.

El tema de incorporar el velocímetro, surgió cuando hice el panel de mandos para mi propia maqueta, que ya vimos en "Cuadro.4". La idea era poner cuatro PWM75VO cada uno con su VELAN, pero me di cuenta de que los cuatro VELAN no cabían a lo ancho del panel. Asì que lo que hice fue hacer una versión más pequeña, con números de menor tamaño y menos circuiteria y poner una en la parte superior de cada controlador. Me pareció que quedaba muy bien, así que pensé que se podía hacer un versión del controlador que ya tuviese incorporado este velocímetro.

Al decir "menos circuitería" parece que quiero decir que el VELAN lleva demasiada quincalla para lo que es. En realidad parece que lo único que tenemos es un display de varias cifras, y poco más, pero en realidad se necesita un "conversor analógico digital" y eso es siempre un circuito complicado y por tanto caro. El elemento que yo puse en mi cuadro y que incorporo aquí al nuevo controlador es en realidad un único chip que incorpora todo lo necesario, es decir tanto el display para mostrar la lectura como el circuito conversor analógico-digital y por lo tanto es un componente bastante caro, de hecho más caro que un VELAN completo.

Asi que este controlador, repito, si llega a comercializarse, será más caro que el PWM75VO, y una de las dudas es precisamente si será vendible a un precio que cubra su coste de fabricación.

También se puede pensar en hacer este mismo controlador pero sin velocímetro, Lo malo es que entonces sería casi igual al PWM75VO y no se justificaría ofrecer dos productos casi iguales

La verdad es que además de lo expuesto, las diferencias de la parte electrónica de este nuevo desarrollo, son importantes respecto de los anteriores, lo que me ha hecho dedicar mucho más tiempo del inicialmente previsto al mismo.

Todavía tengo que retocar bién este diseño.