Cab Control

 

 

Últimamente he escrito en este blog, y en algunos foros, algunos mensajes en los que me he referido al sistema denominado "Cab Control", como forma de establecer los circuitos eléctricos de tracción de una maqueta analógica. Sin embargo siempre ha sido de una forma marginal mientras escribía sobre otro asunto, de manera que no he explicado muy bién en que consiste este sistema. Como me han hechos varias consultas sobre este tema, creo que merece la pena dedicar un artículo a comentarlo.

Insisto en que vamos a hablar de sistemas de maquetas analógicas, por lo que muchos considerarán que me estoy refiriendo a un tema obsoleto. Bueno, ya sabemos que el control digital ha superado todos estos sistemas, pero teniendo en cuenta las dificultades para digitalizar las locomotoras de la escala Z puede ser útil para personas que no deseen dar el paso a digital.  ¿Qué mejor sitio que uno dedicado a la escala Z como éste para hablar de sistemas analógicos, teniendo en cuenta que la escala Z es nativamente analógica?.

Sin embargo, lo que aquí vamos a tratar se aplica tanto a la escala Z como a cualquier otra, y tanto a sistemas de corriente continua como de corriente alterna.

Veamos pues:

Hace tiempo, lei un artículo titulado nada menos que "Dioses frente a heroes" que hablaba de la distinta forma de concebir el funcionamiento de una gran maqueta, entre los europeos y los americanos. Viene a decir que los europeos tienden a manejar las maquetas desde un plano elevado (como los dioses) controlando varios trenes simultáneamente y manejando complejos sistemas de control y señalización, mientras que los americanos tienenden a adoptar el papel de maquinista del tren, y se ocupan de manejarlos individualmente a nivel del terreno (como los héroes), incluso caminando al lado de la maqueta y acompañando el movimiento del tren.

No se si esto es tan cierto como cree el autor de ese artículo, pero parece que hay algunas diferencias entre la concepción del hobby a uno y otro lado del Atlántico, y que curiosamente tienen un cierto reflejo en la distinta organización de los circuitos de control.

Todo ello surge en cuanto sentimos la necesidad de que en una maqueta circulen simultáneamente varios trenes y deseamos tener control individual sobre cada uno de ellos. Estas palabras, hoy en dia encienden en nuestra mente la palabra DIGITAL pero el mundo existía  antes de Motorola y los aficionados habian conseguido esto muchos años antes.

Hasta la llegada del digital, lo usual en Europa era hacer, en las grandes maquetas, una serie de circuitos de tracción aislados unos de otros y alimentados cada uno de ellos por un controlador distinto. Estos circuitos aislados podían estar hechos de forma que un tren pueda circular idefinidamente por uno de ellos, mientras otros trenes lo hacían por otros circuitos también de forma indefinida. La imagen más típica que responde a este esquema es la clásica maqueta con varios óvalos concéntricos.  Estos circuitos no son completamente independientes sino que hay una serie de desvíos para pasar de uno a otro. Naturalmente estos desvíos tienen entre si uniones aisladas para que la alimentación de cada circuito sea independiente, lo cual quiere decir que cuando un tren pasa de un circuito a otro, pasa de ser manejado por un controlador a ser manejado por el otro controlador. Por lo tanto cuando se produce esta transición, hay que cuidar de que los dos controladores tengan en ese momento la misma polaridad (ésto para corriente continua) y aproximadamente el mismo ajuste de velocidad para que no se note un brusco cambio de movimento al pasar la locomotora.

El esquema más sencillo de esta situación es el que refleja la siguente imagen (que ya he utilizado anteriormente)

Figura 1

En esta imagen, y en todas las demás, represento los trazados de vía en la forma más esquemática posible. Por supuesto, esos dos óvalos no tienen que tener precisamente esa forma, sino que pueden ser trazados muy extensos y sinuosos. Lo esencial es que hay dos circuitos aislados por cada uno de los cuales puede circular indefinidamente un tren y cada circuitro es controlado por un controlador, que es siempre el mismo, es decir el controlador de la derecha siempre maneja el circuito rojo y el controlador de la izquierda siempre maneja el circuito verde.

Hay puntos de unión entre ambos circuitos que necesitan tener un aislamiento eléctrico, y que sólo se utiliza de forma exporádica cuando se desea pasar un tren de un circuito a otro. Esta situación requiere la atención del operador para manejar los desvíos y los controladores de forma que no se produzca un salto brusco al pasar el tren de uno a otro circuito.

Ya hemos visto también que en caso de ser los controladores de tipo PWM esta situación es poco deseable porque es inevitable el efecto "tirón" que se produce cuando la locomotra pasa de un PWM a otro.

Evidentemente podemos tener muchos más de dos circuitos, cada uno con su propio controlador, y podemos llegar a trazados muy complejos simplemente con esta topología. De hecho muchísimas maquetas, sobre todo las de nuestros padres y abuelos se hicieron con este sistema, y muchas de ellas siguen funcionando asi. Lo esencial es como digo que hay "n" sectores eléctricamente aislados y cada uno de estos sectores es controlado por un controlador determinado. Hay tantos controladores como sectores.

Sin embargo este tipo de circuitos tienden a resultar monótonos, ya que cada tren recorre solo una parte del circuito y solo en un sentido, de manera que pronto nos aprendemos ese movimiento. Una maqueta debe ser todo lo contrario, es decir debe siempre sorprender al espectador de manera que no se sepa por dónde van a aparecer los trenes, asi que buscando esta cualidad, muchos aficionados cambiaron la forma de diseñar sus maquetas, pasando del tipo"óvalo" al tipo "hueso de perro". Ya dediqué un artículo de este blog a los huesos de perro, exponiendo sus ventajas y sus inconvenientes, pero no hablé apenas de la alimentación eléctrica de esos trazados.

Figura 2

Refiriéndonos a la figura 2, vemos que hemos convertido el doble óvalo de la figura 1 en un hueso de perro. Como ya sabemos el hueso de perro es un único circuito, de manera que un tren que lo recorra acaba por pasar por todos los puntos del trazado, circulando unas veces en un sentido y otras en sentido contrario y haciendo un recorrido mucho más largo y variado que el que hace un tren circulando en uno de los óvalos de la figura 1.

Como es un único circuito lo podemos alimentar con un único controlador. pero hay que tener en cuenta que si hacemos esto, y sólamente en el caso de los sistemas de corriente continua, tenemos un cortocircuito en cada una de las dos parejas de desvíos, ya que se unen dos vias con sentido contrario de circulación. Asi que un circuito asi solo puede hacerse con la vía de tres carriles de Märklin. Asi que hemos ganado mucho en cuanto a vistosidad y longitud del recorrido de los trenes pero al tenner ahora un circuito único y un solo controlador, sólo puede circular un tren al mismo tiempo. Por otra parte hemos introducido un problema eléctrico al crear un cortocircuito en el caso de corriente continua.

Una solución para solventar esto, es dividir el circuito en sectores, de manera que como al principio, tengamos varios tramos aislados y varios controladores, alimentando cada controlador a un tramo.

Figura 3

En la figura 3 hemos mejorado esta situación en dos aspectos: Por un lado ahora volvemos a tener dos sectores, rojo y verde, manejados cada uno de ellos por un controlador distinto, asi que podríamos tener dos trenes circulando simultáneamente. Por otro lado hemos eliminado el cortocircuito en las parejas de desvíos intercalando una "via de intercambio" entre ambos circuitos. Como se puede ver, esta via está aislada electricamente de ambos sectores y se conecta mediante desvios a ambos sectores. Como está aislada de ambos, no recibe alimentación, asi que de momento no nos sirve para nada.

Sin embargo, hay una diferencia fundamental con el circuito de la figura 1. Allí un tren podía circular indefinidamente por el circuito rojo o por el circuito verde, y por lo tanto siempre estaba manejado por el mismo controlador. Aquí, en cambio, en el punto A el tren pasa de estar controlado por el controlador verde a estarlo por el rojo, y lo contrario ocurre en el punto B. Así que ahora cada tren cambia dos veces de controlador en cada vuelta al circuito. La operación de cambio de uno a otro controlador, que exigía el cuidado de que estuvieran en la misma polaridad y aproximadamente a la misma velocidad y que por lo tanto exigía la atención del operador, ahora se produce inevitablemente dos veces en cada vuelta de cada tren.

Lo esencial de este sistema de alimentación es que los trenes van pasando de un sector a otro, y por lo tanto de un controlador a otro a lo largo de su recorrido, a diferencia del caso anterior en que los trenes permanecen indefinidamente en un solo sector y bajo el mando de un único controlador. El que la topologia del circuito sea o no un hueso de perro es accidental, aunque lo he introducido asi, porque es la primera dificultad con la que se encuentra el modelista cuando decide usar esta forma de trazado.

Asi que, en su recorrido cada tren pasa continuamente de estar manejado por un controlador a estarlo por otro, de manera que hay que fijarse dónde está cada tren para saber sobre qué controlador hay que actuar para manejarlo, y tener cuidado de que no llegue al punto en que cambia de sector, porque entonces obedecerá al segundo controlador. Hay que mentalizarse de que los controladores manejan "zonas" y no "trenes". Como muchas veces las locomotoras responden de forma diferente a la misma tensión de la vía, nos podemos encontrar co que si ajustamos una zona para que una locomotora circule a una velocidad correcta, cuando otra locomotora llega a esa zona, circule demasiado despacio o demasiado deprisa. Si el operador pretende ajustar cada zona a cada locomotora en el momento que pase por ella puede fácilmente enloquecer

La única forma de que el operador no se vuelva loco, es que no toque los controladores y los deje permanentemente en la posición en que permiten el paso suave de un sector a otro, y más o menos ajustado a cualquier locomotora. Pero, si no debemos tocar los controles ¿para qué los queremos? ¿ no se trataba de controlar independientemente cada tren?

Y por último, ya que tenemos varios circuitos y varios controladores, querremos ver circular varios trenes simultáneamente, pero, ¿qué garantía tenemos de que uno de ellos no alcance al otro? ¿como podemos asegurar que en cada sector hay un solo tren, de modo que cada mando actúe en cada momento sobre un único tren?

Afortunadamente la respuesta a esas dos preguntas es la misma: lo que hay que hacer es establecer un sistema de bloqueo automático. Este sistema, que es el mismo empleado en el tren real, consiste en dividir un trazado de vía en sectores y garantizar que en cada sector sólo existe un tren. Estos sectores se llaman en español cantones y en inglés blocks, por lo que el sistema se llama acantonamiento, block system y también bloqueo automático.

Figura 4

En esencia de lo que se trata es de poner a la entrada de cada cantón una señal, que impide la entrada de un tren si el cantón está ocupado por otro tren. Cuando el tren que ocupaba el cantón sale del mismo, se abre el paso de la señal que impedía el acceso al siguiente tren. En principio este sistema no tiene relación con los sectores en los que dividimos el circuito para su alimentación, pero ya que en ambos casos se trata de dividir la vía en sectores, lo normal es que los cantones se correspondan con los sectores electricos.

En la figura 4 hemos representado el mismo trazado anterior, pero ahora dividido en cuatro sectores eléctricos que a su vez son cuatro cantones de un sistema de bloqueo automático. Los circuitos ahora son el verde, azul, rojo y fucsia. los puntos de unión de estos cuatro circuitos son los marcados con A, B, C y D. y hemos puesto cuatro controladores que alimentan respectivamente a cada circuito.

Junto a cada uno de esos puntos de transición hemos dibujado una señal que sería la señal que evita la entrada de trenes al cantón que tiene detrás. No voy a explicar aquí como automatizar el funcionamiento de esas señales en una maqueta de trenes, pero está explicado en otro artículo de este blog: Cantones

He dispuesto dos cantones (azul y fucsia) en correspondencia con las vias de estación, por lo que doy por supuesto que esta estación tiene las vías suficientementemente largas. Asimismo he hecho coincidir las señales, y por lo tanto los principios de cada cantón, con lo que serían las señales de entrada y salida de una estación. Todo esto es accesorio, lo importante es que tenemos cuantro cantones coincidentes con los cuatro sectores.
Bueno, pues este sistema resuelve todos los problemas. Por un lado se garantiza que los trenes no se alcanzan, se garantiza que en cada momento cada controlador maneja un único tren, y no hay problemas de cortocircuito, ya que la via de intercambio de color turquesa en el dibujo, aisla las vias de paso de direcciones distintas, dibujadas aquí en azul y fucsia. Obsérvese que esta vía de color turquesa recibe alimentación desde el controlador fucsia o desde el controlador azul, según cual sea la posición del conmutador representado. Este conmutador tiene una posición intermedia que deja la vía aislada, asi que puede dejarse un tren estacionado en esa vía mientras otros trenes pasan por las vías azul y fucsia.

Siguiendo esta sistemática podemos hacer la maqueta todo lo grande que queramos, añadiendo cantones y controladores y realizando un trazado todo lo complicado que queramos. Lo esencial es que cada controlador maneja un sector  de via, y que los trenes van pasando de un sector a otro cambiando por tanto de controlador.

Volviendo al artículo del principio, el operador "dispone" que los trenes circularán más rápido por aquella zona, más lento por aquella otra, y que por ejemplo cuando un tren entre en el sector azul que corresponde a la estación, puede tomar el control del mismo y detenerlo suavemente en la estación. Mientras tanto los trenes circulan solos, parándose y arrancándo automáticamente en las señales y obedeciendo los ajustes de velocidad preestablecidos en los diferentes controladores. Es en efecto una actitud "divina" por parte del operador.

Todo lo que hemos expuesto hasta aquí, se conoce en el argot de los modelistas americanos con el nombre de "Block Control", porque en efecto lo que estamos controlando es cada uno de los bloques del trazado empleando un controlador para cada bloque, y dejando que los trenes pasen de un bloque a otro.

Mmmm....¿un controlador por cada bloque? ¿y el bloque de color turquesa? Este bloque pasa alternativamente a ser manejado por el controlador fucsia o por el azul, pero no tiene controlador propio. Parece que va en contra de toda la filosofía de "un controlador y siempre el mismo para cada bloque" Esto es una pista para lo que veremos más adelante

Como comentábamos al principio, los modelistas americanos prefieren conducir su tren, manejando cuidadosamente la velocidad en cada momento, parando y arrancando en las señales, pero no de una forma automática, sino porque el operador lo ordena con su control. Para hacer esto, el sistema propuesto no vale, porque el operador tendría que estar continuamente cambiando de controlador, lo cual resultaría muy confuso e incómodo. El operador "heroe" quiere que su tren responda a un mando de forma continuada durante todo su trayecto.

Por supuesto, el sistema digital les ha venido a estos aficionados de maravilla, porque lo que ellos pretenden es justamente lo que se obtiene con el sistema digital. En cambio a los europeos les descoloca un poco, porque salvo que se recurra al mando por ordenador, el sistema de bloqueo que hace pararse a los trenes automáticamente delante de cada señal, dejándolos sin alimentación, no se lleva muy bien con el mando digital.

Pero, ¿y en una maqueta analógica, puede conseguirse que un único controlador maneje un tren durante todo el recorrido, permitiendo la circulación de varios trenes en el mismo trazado? La respuesta es afirmativa y la forma de conseguirla es lo que los americanos llaman "Cab Control", queriendo decir que cada controlador maneja una cabina de locomotora.

Para verlo más claro, vamos a dibujar en primer lugar, el trazado de la figura 4, pero representándolo de forma lineal y fijándonos solo en los cantones y en su alimentación. El dibujo será así:

Figura 5

Como vemos otra vez, cada uno de los cuatro bloques está alimentado por un controlador determinado, de manera que el circuito fucsia siempre está conectado al controlador 1, el verde al controlador 2, etc.

Pues bien: el sistema de "Cab Control" consiste en hacer esto:
 

Figura 6

Como vemos, por cada circuito, hemos introducido un conmutadorde tipo rotatorio que permite conectar el circuito electrico del cantón a cualquiera de los controladores. Además he dibujado una posición vacía en cada comnmutador, de modo que poniendo el conmutador en esa posición el cantón queda aislado, lo cual quiere decir que podrá haber un tren aparcado en ese cantón.

Veamos como funciona esto: Supongamos que un tren circula por el cantón de color fucsia y tenemos el conmutador de ese cantón en la posición 2. Entonces será el controlador 2 el que regule la marcha del tren.

Cuando el tren se aproxima al punto A, lo que hacemos es poner el conmutador del cantón verde en la posición 2 de manera que cuando el tren pasa sobre el punto A los dos cantones fucsia y verde están alimentados por el mismo controlador numero 2. Así que el paso de un cantón a otro será siempre imperceptile por la locomotora, puesto que recibe alimentación de un mismo controlador. Al pasar por el punto A la señal de entrada en el cantón verde se pone en rojo, impidiendo que otro tren entre en el cantón verde. Una vez que el tren ha entrado ya en el cantón verde, el cantón fucsia queda liberado.

Al acercarse al punto B, lo que hacemos es poner el conmutador del cantón azul en la posición 2. De nuevo cuando el tren entra en el cantón azul, el controlador 2 alimenta los dos cantones contiguos al punto B, y de nuevo la transición se produce sin posibilidad de ninguna perturbación. Cuando el tren ha entrado ya en el cantón azul, se pone a rojo la señal del punto B y se pone a verde la señal del punto A.

Obsérvese que si en este momento viene un segundo tren manejado por el controlador 1, por el cantón fucsia, al aproximarse al punto A lo que se hará es poner el conmutador del cantón verde al cotrolador 1, de manera que este segundo tren entre en el cantón verde manejado por el controlador 1

Exactamente lo mismo ocurre cuando el primer tren llega al punto C el segundo al punto B, etc. de manera que cada  tren se mueve indefinidamente, de cantón a cantón, controlado siempre por el mismo controlador.

Obsérvese que en todo este razonamiento no han entrado más que los controladores 1 y 2. En efecto, el número de controladores no depende del número de cantones que tenga el sistema, sino del número de trenes que queramos manejar simultáneamente.

En todos los sistemas de acantonamiento se tienen que cumplir dos condiciones: El número de cantones debe ser mayor que el maximo número de trenes que vayan a circular, y la longitud de cada cantón debe ser mayor que la longitud del mayor tren que vaya a circular. De manera que por ejemplo en una maqueta con ocho cantones el máximo número de trenes que pueden circular simultáneamente es de siete, así que con siete controladores es suficiente, pues en ningún caso van a circular ocho trenes. Pero podemos también poner un número menor, por ejemplo cuatro o cinco controladores, y manejar solo cuatro o cinco trenes simultáneamente. 

He descrito el sistema en la forma más general posible, es decir con "n" cantones y "m" controladores. En muchas (muchísimas) instalaciones el número de controladores es sólamente dos, lo cual quiere decir que pueden manejarse dos trenes simultáneamente en una maqueta de por lo menos tres cantones. Si se usan sólo dos controladores tenemos la ventaja de que los conmutadores de cada cantón pueden ser sencillos conmutadores de palanca de dos posiciones, o mejor aún con posición central desconectada para dejar el cantón aislado. En caso de ser más de dos, se necesitan conmutadores rotativos.

Algún lector se preguntará: Pero bueno, ¿quién pone cada conmutador en la posición adecuada cuando se aproxima el tren a cada punto? La respuesta a esto, puede ser variada. Ya hemos dicho que los americanos prefiieren manejar todo manualmente, asi que para ellos es un aliciente tener que ocuparse de ir ajustando los conmutadores de cada cantón según se aproxima el tren que conducen. De hecho, sobre todo en las grandes maquetas de los clubs, está previsto que cada operador acompañe a su tren andando junto a la maqueta, de modo que los conmutadores están junto a cada cambio de cantón.

Nos puede parecer un engorro tener que andar ajustando la posición de los conmutadores de bloque, pero consideremos que aunque aquí hemos hablado de que cuando "el tren se acerca al punto se pone el conmutador..." en realidad cada conmutador puede estar en la posición necesaria con antelación, es decir tendremos preparado un itinerario de cantones lo mismo que preparamos un itinerario de desvios antes de que llegue el tren. Si nadie se queja de que hay que mover a mano los desvios tampoco debería quejarse de que hjaya que mover a mano los cantones.

Habrá que estar mucho más pendiente de los conmutadores cuando estén circulando simultáneamente varios trenes, ya que el ajuste para cada tren será distinto, asi que accionarlos manualmente requiere la atención de un operador para cada tren, y que al mismo tiempo se ocupa controlar la velocidad, de vigilar las señales y pararse manualmente ante ellas etc. Todo un trabajo de maquinista, digno de un heroe.

Pero no tiene porqué ser así. Según lo he descrito, el sistema de conmutación de controladores (vamos a llamarlo así) funciona prácticamente sincronizado con el sistema de señales del bloqueo automático, y como sabemos, éstas señales se pueden manejar muy bien de forma automática mediante sensores situados en las vías. Como sensores podemos utilizar las vías de contacto, ampollas reed, infrarojos, y hasta detectores de efecto Hall (a ver si los pruebo, por cierto)

Yo creo que para un sistema de sólo dos controladores, es suficiente un sistema basado en reles biestables, aunque no tendrían la posición de desconexión.

Pasar de ese punto, es decir, pasar a manejar mas de dos controladores posiblemente requiere algo de inteligencia, pero seguramente un microcontrolador puede hacer esa labor tranquilamente. Un buen desafío para mis lectores que se han metido en ese mundo.

Evidentemente un PC con el programa correspondiente puede hacer perfectamente ese cometido con la interfase adecuada y un sencillo programa. La página de la que he tomado la imagen de cabecera  describe un sistema hecho asi con un ordenador muy sencillo. Por lo que se ve tienen un sistema con tres controladores ya que vemos los conmutadores rotativos con tres posiciones. (Recomiendo a los interesados en este sistema una visita a esa página, aunque evidentemente se le notan los años)

Queda muy claro que una de las ventajas de este sistema de control es perfectamente compatible con los controladores PWM ya que al mantener siempre el mismo controlador actuando sobre cada locomotora se evita radicalmente el problema del tirón descrito en un artículo anterior (PWM y III). Por eso en ese artículo mencioné el sistema "Cab Control" pero de una forma superficial toda vez que el objeto de ese artículo era otro. El autor del artículo "Gods versus heroes" antes mencionado, clama al final del artículo por un controlador para Märklin Mini-Club capaz de controlar las locomotoras con gran suavidad y lentitud. Estoy por regalarle un PWM09V.

Curiosamente, el sistema que yo tengo previsto para mi maqueta es prácticamente un "Cab Control" con la conmutación de cantones manejada por ordenador. Y digo curiosamente porque he llegado prácticamente a esta solución sin conocer previamente la filosofía del Cab Control. Cuando después de repensar y evolucionar mi sistema, (véase: "Acantonamiento electónico") he encontrado algunas referencias al Cab Control, he leído algunos artículos, y he reconocido que es casi exactamente lo que yo había pensado. ¡Qué bien: no estoy tan chiflado como pensaba!

Como resultado de todo esto, me estoy planteando un cambio de estrategia respecto de mi maqueta. Si me construyo unos cuantos controladores PWM como los descritos en artículos anteriores, puedo empezar a manejar mis trenes con un sistema cab control que puede ser inicialmente manual, y progresar hasta llegar a ser controlado por ordenador como estaba previsto inicicialmente.