martes, 10 de junio de 2014

PWM05I (y II)





Decíamos ayer.....   ¿que si funciona el controlador PWM05I ?.  Pues no hay nada como una prueba en vídeo como la que encabeza este artículo.

Quiero llamar la atención sobre algunos aspectos del vídeo: En la primera parte, se ve el funcionamiento normal del controlador y se puede apreciar bastante bien, como las arrancadas y frenadas son suaves y progresivas.

El manejo es sencillamente apretar una de las dos teclas azules. Mientras mantenemos pulsada la tecla superior el tren acelera hasta alcanzar la velocidad máxima. Mientras mantenemos pulsada la tecla inferior el tren disminuye velocidad hasta llegar a pararse. Si dejamos de apretar las teclas el tren mantiene indefinidamente la velocidad que llevara en ese momento. La verdad es que si estamos acostumbrados a un controlador clásico en el que asociamos la velocidad a una determinada posición del giro del botón, esta forma de actuar resulta un poco chocante al principio.

Sin embargo hay que tener en cuenta que en un controlador clásico no hay simulación de inercia, de manera que la aceleración la ordenamos nosotros con el movimiento más o menos rápido del botón. Aquí la aceleración la produce automáticamente el circuito, lo cual desconcierta inicialmente, pero una vez que le cogemos el tranquillo puedo asegurar que resulta muy eficaz y de alguna forma mucho más real. Tengamos en cuenta que un tren real tiene mucha inercia, de manera que por ejemplo si queremos detenerlo hay que empezar a frenar mucho antes. Aquí ocurre lo mismo: Hay que anticipar las frenadas y tener en cuenta la velocidad a la que vamos porque en función de la velocidad la frenada será más o menos efectiva.

Lo que si he podido detectar, con otros montajes es que un control a base de un mando giratorio resulta muy poco adecuado para un controlador con simulador de inercia. Tendemos a manejarlo como siempre, pero el tren reacciona con retraso, con lo que siempre hacemos un giro excesivo para la velocidad que queremos, y hay que acabar rectificando. Un compañero decía que era como si el mando se le hubiera reblandecido

Hace poco, comenté en "Conduciendo locomotoras" que la mejor forma de manejar un controlador con simulación de inercia sería un joystick. Y sigo estando en esa convicción, y como decía en ese artículo, resulta que los trenes reales más modernos se pilotan asi. Sin embargo para este montaje quería hacer un dispositivo lo más sencillo y barato posible, asi que como ya tenía que poner teclas para la marcha adelante y atrás, decidí poner teclas para todo. Las teclas tienen la ventaja de que prácticamente no ocupan espacio, de modo que en el interior de la caja no estorban al circuito, así que puede hacerse un mando de este tipo en una caja reducida. Por el contrario un joystick es un artefacto caro y grande, lo que requiere una caja mucho mayor. La verdad es que confieso que he llegado a realizar un prototipo de controlador (véase la imagen) utilizando un joystick pero de momento he aparcado esa linea. Aclaro que no se trata de este controlador PWM05I, sino de algo más complicado, del luego comentaré algo.

Volviendo a nuestro vídeo, vemos también manejar las teclas de avance y retroceso y la tecla de Stop. Esta tecla de Stop tiene en realidad dos funciones. La primera es como parada de emergencia. Es decir pulsando Stop, el tren se detiene inmediatamente sin inercia. Además si hemos parado así el tren, al volver a pulsar la tecla de avance comienza de nuevo a moverse a la misma velocidad que iba cuando presionamos el Stop. La segunda función es que si paramos una locomotora con la tecla de frenada, llegamos a detenerla por completo, pero sigue recibiendo corriente, lo que mantiene las luces encendidas y en muchos casos queda ronroneando. Al pulsar Stop se desconecta totalmente.

Otra cosa que vemos en el vídeo es cómo podemos modificar la aceleración, tanto de arrancada como de frenada. En el vídeo se actúa sobre la de frenada y vemos que poniéndola al mínimo la parada es prácticamente instantánea, mientras que poniéndola al máximo, vemos que el tren recorre casi medio circuito antes de pararse. Muchos compañeros de afición han jugado con estos ajustes con sus locomotoras digitales, pero seguramente piensan que sólo se puede hacer con trenes digitales. Habrá que enseñarles este vídeo. Aclaro que en ambas frenadas, aprieto la tecla de frenada en el mismo lugar (a la altura del semáforo que se ve junto a la vía)

Una frenada muy larga como esa, seguramente hace muy difícil manejar los trenes, aunque no cabe duda de que es totalmente realista. El circuito lo he hecho pensando en unos valores medios de inercia, como los que se ven en las tomas iniciales, pero sería muy fácil aumentar muchísimo estos valores si quisiera hacerlo.

Esto me lleva a una consideración: El uso lógico de un controlador de este tipo es para cuando uno tiene la oportunidad de usarlo, quiero decir, cuando puede hacer circular un tren por un circuito muy largo y quiere mantener continuamente el control del tren actuando como un maquinista, anticipando las frenadas y realizando aceleraciones suaves. No tiene ningún sentido para un trazado compartimentado en secciones eléctricas en que los trenes pasan de un controlador a otro continuamente. Para ese tipo de situación, (como la que veíamos en los vídeos dedicados al bloqueo automático Circuito de pruebas II en la que sobre este mismo trazado de vías había cuatro cantones con cuatro controladores PWM04) un controlador con inercia como éste no tiene ningún sentido.

Evidentemente tampoco tiene ningún sentido utilizar un controlador con inercia en una situación en la que el mismo controlador alimenta dos o más trenes. En mi opinión manejar varios trenes con un único controlador nunca es una buena idea, pero con este sistema es todavía peor.

En definitiva que PWM04 y PWM05I son dos elementos muy distintos, pensados para situaciones distintas.

Al final del vídeo se ven unas imágenes de osciloscopio que son muy ilustrativas. La traza amarilla es la señal que llega a la vía, es decir la típica señal PWM que ya conocemos del controlador PWM04. Se comprueba que el funcionamiento de la corriente generada es idéntico en ambos circuitos, pues en ambos se genera una señal de frecuencia fija (unos 40 Hz) pero de anchura de pulso variable entre prácticamente 0% y 100% Por eso vemos en el video en algún momento como el tren se mueve con velocidades superlentas, que ya conocemos de los controladores anteriores.

La traza roja, es la señal que maneja el potenciómetro digital (la que llamábamos INC en el artículo anterior) Al principio apenas se aprecia nada en esta traza roja, porque el osciloscopio está sincronizado con la traza amarilla. Sin embargo al final se cambia la sincronización y se baja la frecuencia de barrido con lo que vemos perfectamente los pulsos de ancho constante que constituyen la señal INC, y que son distintos según el tren acelera, y por tanto los pulsos de la señal amarilla se ensanchan y cuando decelera, en que los pulsos de la señal amarilla se estrechan.

Juntando todo lo dicho en el artículo anterior y en este, el esquema total del controlador es el siguiente:


Y no quisiera terminar este artículo sin insistir en que este controlador puede usarse como una interfase para controlar trenes analógicos desde un sistema electrónico, ya sea un sistema lógico, un sistema con microcontroladores como Arduino, o un sistema controlado por software desde una tablet o un PC.

Sin embargo debe quedar claro que este controlador es sencillo pero tiene ciertas limitaciones. Seguramente algún lector, al ver en el vídeo, como se detiene el tren con tanta suavidad, habrá pensado inmediatamente en utilizarlo para conseguir paradas progresivas ante los semáforos en un sistema de acantonamiento. Realmente si esa parada se consigue apretando una tecla, que en definitiva cierra un circuito, también podría conseguirse con un relé que cierra un circuito cuando el semáforo está en rojo. Eso es cierto, salvando la dificultad de que ese relé debe activarse cuando el tren está próximo al semáforo y no cuando todavía está lejos y se cierra el semáforo, pero esto podría resolverse.

La dificultad para este caso, esta en la arrancada cuando el tren esta detenido ante un semáforo rojo y pasa a verde. De acuerdo: el mismo u otro relé puede ahora emular la acción de la tecla de aceleración, pero, ¿cómo saber durante cuanto tiempo hay que mantener esa pulsación?  Si la mantenemos indefinidamente, el tren aceleraría siempre hasta la máxima velocidad, lo cual no es deseable. Lo lógico es que el tren acelere suavemente pero solo hasta que vuelva a alcanzar la misma velocidad que llevaba cuando inició la frenada. Y ésto es lo que es imposible lograr, porque no hay nada que conserve la referencia de cuál era esa velocidad.

De hecho el controlador no sabe a qué velocidad circula el tren en cada momento, de manera que no puede tomar ninguna acción en base a ese dato, ni tampoco enviar el dato hacia un sistema automático de control que lo esté pilotando. Sólo el usuario con sus ojos detecta la velocidad a la que el tren se mueve y puede actuar en consecuencia.

Por eso, este controlador es fundamentalmente manual, ya que solo el usuario es capaz de determinar cuándo el tren ha vuelto a alcanzar una velocidad apropiada después de una parada y un nuevo arranque.

La alternativa, naturalmente es hacer otro tipo de mando, en la cual el circuito no recibe la orden de "acelerar" o "frenar" durante un tiempo variable, sino que recibe la orden de "ponerse a la velocidad x". Pero claro esto es más complicado porque esa velocidad "objetivo" requiere siete u ocho bits para ser transmitida desde el sistema de control automático hasta el controlador, y además el sistema tiene que conocer en cada momento cual es la velocidad actual del tren y cual es la velocidad objetivo, compararlas y actuar en consecuencia.

Aquí hay dos alternativas: un mando manual con un elemento tal como un joystick o dos teclas o un conmutador de balancín, o un encoder, en definitiva, un mando manual con el que el usuario establece en cada momento una velocidad objetivo. El controlador entonces manejaría el tren acelerando o frenando para tender a alcanzar la velocidad objetivo, pero no instantáneamente, sino con las aceleraciones proporcionadas por el simulador de inercia. En este caso, si que puede hacerse una parada y un arranque suaves ante el semáforo de un sistema de acantonamiento, porque ante la la señal roja el tren frena hasta velocidad cero, pero al cambiar la señal a verde el tren acelera de nuevo hasta alcanzar la velocidad objetivo. ¿Adivinan? Si, ésta es la idea del controlador con joystick cuya fotografía he puesto antes.

Evidentemente con un controlador así, también podemos conectarlo a un control automático por electrónica o software, pero en este caso, este control debería enviar el dato de la velocidad objetivo cada vez que ésta cambie para que el controlador actúe.

La segunda alternativa es parecida, pero suprimimos por completo la simulación de inercia, es decir el controlador modifica instantáneamente la velocidad del tren cada vez que cambia la velocidad objetivo, a la que por tanto ya no llamaríamos velocidad objetivo sino velocidad actual, ya que el tren circula en cada instante exactamente a esa velocidad. El controlador queda bastante simplificado, pero toda la complicación se traspasa al sistema de control automático.

En este caso el el sistema de control automático por software (es difícil pensar en otra cosa) se haría cargo de la simulación de inercia, ya que en cada instante iría modificando esa velocidad para conseguir frenadas y arrancadas suaves, y todo lo que queramos, pero ya bajo el control del software. La ventaja de un sistema así es que puede actuar de forma distinta para cada locomotora adaptándose a las características de la misma en cuanto a capacidad de aceleración frenado, velocidad máxima, etc. Además la aceleración de frenado por ejemplo puede adaptarse a la velocidad inicial de la locomotora, de manera que consigamos, por ejemplo que el tren se detenga siempre en una determinada distancia, con independencia de su velocidad inicial. Es claramente otro concepto, que podríamos llamar simulación de inercia por software por contraposición al PWM05I que sería un control con simulación de inercia por hardware

El sistema de mi maqueta es un control con simulación de inercia por software, lo cual implica que los ocho controladores están recibiendo continuamente el valor de la velocidad que debe llevar cada tren. Bueno, continuamente no, porque si no varía no se transmite, pero por ejemplo en una frenada se transmiten varios valores de velocidad por segundo. Esto hace que las comunicaciones deban soportar un tráfico relativamente alto, desde luego mucho más alto que lo que necesita un sistema con simulación de inercia por hardware.

Bueno, pretendo seguir en esta línea a ver si consigo hacer funcionar el controlador con el sistema de velocidad objetivo, pero ese será ya un PWM06.......


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