viernes, 3 de junio de 2016

A la cuarta va la vencida



A veces puede dar la sensación de que todo esto de hacer circuitos electrónicos es muy fácil, al menos en el sentido de que si se tiene un programa de simulación como Proteus, una vez hecho el diseño electrónico y una vez que hemos comprobado que la simulación hace lo que debe, basta obtener del propio programa el diseño del circuito impreso y encargar que nos lo fabriquen, con la seguridad de que luego funcionará perfectamente.

Desafortunadamente, esto no es siempre así, y lo he vivido recientemente. Los que hayan seguido el blog habrán visto que he anunciado el diseño y lanzamiento en la tienda de una serie de nuevos controladores, de los cuales, los dos primeros, PWM71 y PWM72 deberían haber seguido un camino paralelo y deberían estar ya a disposición de los compradores.

Sin embargo, esto ha sido así en el caso del PWM71, mientras que el PWM72 cuyas pruebas de los prototipos fueron satisfactorias, ha sufrido un parón debido a un fallo "fantasma" que ha aparecido cuando ya estaba a punto de recibir el "O.K."

Realmente lo que ocurría era lo siguiente: Cuando el circuito arrancaba, esto es, al encender la alimentación, lo previsto es que el controlador estuviese en posición de parada. Aquí hay una diferencia clara de comportamiento entre PWM71 y PWM72. Como el primero lleva un conmutador mecánico de tres posiciones (atrás, paro,adelante) si lo apagamos y lo volvemos a encender lo lógico es que empiece a funcionar en la posición que indica el mando. Es decir si el tren está rodando hacia adelante a una velocidad determinada, y apagamos la alimentación, al volver a conectarla todo el mundo espera que el tren reanude la marcha adelante a la misma velocidad. Obsérvese que esto es porque hay un conmutador mecánico, cuya posición, incluso con el equipo desconectado marca una dirección de marcha o la parada.

Por el contrario el PWM72 lleva tres pulsadores que sirven igualmente para ordenar la marcha adelante, atrás o parada, y tres leds que indican cual de las tres opciones es la que está activada. Naturalmente al cortar la alimentación el tren se para y también se apagan todos los leds, de manera que cuando el sistema está apagado no hay ninguna indicación de si el tren se va a mover y en qué sentido lo hará cuando volvamos a conectar la alimentación. Por eso, todo el mundo espera, que cuando volvamos a conectar el sistema el tren esté parado y la luz que indica parada sea la encendida, independientemente de cómo estaba cuando se apagó.

Todo esto enlaza con lo comentado en el artículo "Palancas y botones" y es en efecto un caso claro, porque el PWM71 lleva una palanca para el cambio de marcha y el PWM72 lleva tres botones. Y como ya se comentó alli, la utilización de "palancas" (en el sentido de elementos de mando que conservan la posición) solo tiene sentido si ese mando es la única forma de actuar sobre el sistema, mientras que los "botones" (en el sentido de elementos de mando que NO conservan la posición, y que por lo tanto requieren además unos indicadores, como los leds de este caso, para indicar la situación del sistema) tienen sentido si hay formas alternativas, automatismos por ejemplo, que varían la posición del controlador sin que se pulse ningún botón.

Y es que esa es en efecto, la diferencia esencial entre PWM71 y PWM72. El primero tiene un sistema de cambio de marcha manual, mediante una palanca, y no hay ninguna otra forma de actuar sobre el sentido de la locomotora que controlamos. Por el contrario el PWM72 lleva un sistema de cambio de marcha electrónico, que puede ser manejado manualmente mediante los tres botones, pero además puede ser manejado automáticamente mediante sensores y otros sistemas. Como veremos pronto esto permite realizar de forma muy sencilla determinados automatismos que implican el cambio de sentido del tren como por ejemplo los trenes lanzadera, o resolver de una forma elemental un bucle de retorno en analógico aparte de paradas y arrancadas en estaciones o ante señales. Todo esto es lo que justifica el desarrollo del PWM72, ya que las características de potencia y control de velocidad son exactamente iguales que las del PWM71.

Estamos tan acostumbrados a manejar aparatos de todo tipo, que no somos conscientes de las diferencias de comportamiento entre unos sistemas y otros, y la frase que he subrayado antes "todo el mundo espera" indica que la forma intuitiva de manejar un sistema debe ser la que define la forma en que ese sistema debe comportarse. Si algo se comporta de forma inesperada es que hay algo que no está bien diseñado.

Bueno, pues eso es lo que pasaba con el PWM72, Que el sistema se comportaba de forma inesperada, de modo que a veces al encender el sistema se ponía en una posición de marcha y el tren arrancaba. Y ni siquiera ocurría que el tren arrancaba cuando al apagar estaba en marcha, Incluso si al apagar estaba parado, al encender se ponía en marcha solo.

Como ya he comentado, este circuito estaba probado en el simulador, donde efectivamente no se producía ese fallo. Esto, junto con el hecho de que el fallo ocurría solo a veces (y por eso no se detectó en las pruebas del prototipo) me indicó que se trataba de un clásico problema de inestabilidad, y ese tipo de problemas son muy difíciles de resolver. precisamente porque no se pueden simular.

Pensé que podría resolver el problema cambiando el chip (nunca mejor dicho) asi que sustituí el circuito que controla la situación de marcha (un doble flip-flop) de un circuito 74HC112  a un CD4027, lo que supone también cambiar el chip de puertas lógicas, ya que el mando pasa de lógica negativa a positiva. En resumen se cambió toda la parte lógica, pues el resto son meramente interruptores y leds. Pensé que esto era como hacer un circuito nuevo y distinto, asi que no tendría ese problema. Esto por supuesto obligó a cambiar el diseño del circuito impreso y por lo tanto supuso el encargo a China de la fabricación de nuevas placas.

Pues lo malo es que al recibir las nuevas placas, y probar la nueva versión del circuito, ¡seguía fallando!

Ahorro al lector la descripción de las múltiples pruebas e intentos de solucionar el tema, debido indudablemente a los transitorios que se producen durante el arranque, puesto que una vez arrancado el circuito funcionaba perfectamete. Lo malo es que se trabaja a ciegas puesto que el problema se produce en milésimas de segundo durante el arranque y ningún aparato (de los que yo tengo) puede detectar nada que sea una pista, así que hay que actuar por intuición. La intuición me decía que estos problemas se suelen resolver mediante condensadores, pero claro, hay que averiguar dónde ponerlos y de qué valores.

El probar esto es también complicado, puesto que una placa de circuito impreso tiene los componentes soldados, por lo que no podemos cambiarlos por otros fácilmente ni mucho menos añadir más componentes. El reproducir el circuito en una protoboard tampoco es solución porque precisamente uno de los problemas de las protoboards es que suelen presentarse muchos problemas de este tipo, que luego, al construir el circuito en una PCB con los componentes soldados, desaparecen por completo.

Bueno, al final me convencí de que colocando cuatro condensadores en determinados puntos se solucionaba el tema, asi que me arriesgué a pedir por cuarta vez la fabricación de placas de circuito impreso.

Ayer me llegaron, y ¡por fin! después de tres intentos fallidos, se ha resuelto el problema y el circuito funciona perfectamente

En la cabecera de este artículo se puede ver una imagen con las cuatro versiones de este circuito, desde el prototipo, arriba a la izquierda, a las dos fallidas, acabando por la versión final, abajo a la derecha. Lo malo es que las tres primeras van directamente a la basura sin posibilidad siquiera de recuperar los componente soldados en ellas. Es más, como no puedes pedir menos de 10 placas (bueno puedes pedir menos pero lo mínimo que te cobran son 10) también van a la basura un montón de placas

Creo que esto es lo que se llama "Investigación y desarrollo" o sea: "I+D" como dicen los modernos, y desde luego lo que queda claro es que requiere mucho trabajo y sale muy cara.

Por cierto, una cosa, me he estado refiriendo al controlador PWM72, pero como ya se ha comentado aquí, esta serie de controladores es modular, de forma que lo que estaba fallando es solo uno de los módulos, concretamente el PWM7K. Asi que aparte de todas las demás ventajas. la modularidad ha servido por un lado para aislar el problema, y para que los sucesivos intentos sólo afecten a este módulo y no a todo el controlador. Si no llega a ser por esto, me hubiera costado (en todos los sentidos)  mucho más, solucionar el asunto,

En fin, todo sea por la ciencia!. Bueno, pasado este punto muerto, ya tengo montado y cableado todo el cuadro de control de tracción:



Así que creo que lo siguiente va ser empezar a poner vías

Una nota: me han comentado que en fotos como ésta parece que la carátula del panel se está desprendiendo por los bordes. No es así. Lo que se ve es una tira de cinta adhesiva que he puesto por todo el borde para protegerlo del continuo toqueteo que supone el montaje y cableado del cuadro. Está ahí precisamente para evitar que se estropee el borde, que es lo que más sufre, y lo quitaré cuando lo dé por acabado.

No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada

Gracias por expresar tus opiniones.

Los comentarios aparecerán en el blog normalmente en unos pocos segundos