miércoles, 18 de abril de 2018

Y qué bien funciona!




En el artículo anterior explicaba ya los fundamentos de este nuevo controlador, sobre el que no oculto mi entusiasmo por su perfecto funcionamiento, y por haber cumplido una aspiración perseguida durante bastante tiempo.

Reproduzco a continuación la parte fundamental de su esquema:


La idea fundamental es que hay un chip NE556 que lleva dos osciladores: El primero representado arriba a la izquierda está configurado como un generador de pulsos PWM y genera la señal que se ha resaltado en amarillo como PWM El segundo, representado debajo, está configurado como generador de pulsos de frecuencia variable, y produce la señal resaltada en rojo como CLOCK. Esta última se utiliza como señal de control para los potenciómetros electrónicos U2 y U7, el primero de los cuales varía la anchura de pulsos de la señal PWM y el segundo genera la tensión de comparción W que se compara en el comparador analógico U3.A con la tensión VO generada por RV2 que es el mando de velocidad. La frecuencia de CLOCK se ajusta con el potenciómetro RV3 que es el mando de inercia.

En el corto video siguiente, vemos un montaje para las pruebas efectuadas, en el cual tenemos conectado al PWM05VO, el "simulador de locomotoras", con su motor que hace girar el disco de segmentos de color, y además el voltímetro digital que se utiliza como velocímetro y que muestra la señal W convertida a porcentaje ( 100% serían 5 voltios)  y el osciloscopio que visualiza en su pantalla la señal PWM en amarillo y la señal CLOCK en rojo.



Cuando empieza el vídeo vemos que la señal CLOCK está a su frecuencia mínima, ya que solo aparece un pulso en la pantalla, y la señal PWM está con anchura de pulso cero. Inicialmente se sube un poco el control de velocidad y la velocidad del motor sube hasta que el velocimetro marca 25. Luego se gira más el control y la velocidad va aumentando lentamente según la anchura de pulsos de la señal PWM aumenta.

Obsérvese que la indicación del velocímetro que sería el tanto por ciento de la velocidad actual sobre la máxima, corresponde casi exactamente con el valor de Duty que muestra el osciloscopio (si se llega a ver)

Luego se presiona el botón amarillo y esto inicia una parada progresiva hasta cerca de la parada. En ese momento presionando el botón rojo la frecuencia de la señal CLOCK se multiplica por diez, lo que hace caer la velocidad a cero casi instantáneamente.

Después se presiona el botón verde y actuando sobre el mando de inercia se pone ésta al mínimo con lo cual en la pantalla vemos como aumenta la frecuencia de CLOCK. Con esta frecuencia elevada comprobamos que la velocidad sube y baja muy rápidamente al presionar los botones verde y amarillo.

Ya se que toda esta introducción técnica puede haber dejado frío a mas de un lector, pero desde luego lo interesante viene en el próximo vídeo. He montado mi ya clásico circuito de pruebas para demostrar cómo se traduce esto en el manejo de los trenes, y en este caso, aunque el circuito está seccionado en varios tramos, todos ellos están unidos eléctricamente, como se puede comprobar viendo al principio del video como sólo hay dos cables que van del controlador a la vía, y con esto llega corriente a todo el trazado.

Lo primero que hay que decir, es que este circuito es muy poco apropiado para poder ver los efectos de un controlador que tiene simulación de inercia. Como se puede comprobar inicialmente, una parada o una arrancada progresivas con una inercia ajustada al máximo, necesita que el tren dé más de una vuelta al circuito, para que se complete. Por lo tanto si queremos que en una sola vuelta se pueda ver una parada y una posterior arrancada, hay que  hacerlo con un valor de inercia bastante bajo, y aún así, hacer algún truco para que el tren dé más de una vuelta entre parada y parada. Además debido a esto, algunas paradas resultan demasiado bruscas por el bajo valor de la inercia. Habría que tener un circuito con una longitud de por lo menos cuatro veces más longitud, aunque claro, eso haría muy difícil ver el tren. Así que aceptando estas limitaciones aquí va el vídeo:




Como se puede apreciar, el vídeo hace una presentación progresiva de las distintas posibilidades o modos de funcionamiento del PWM75VO,  Comienza utilizándolo de una forma clásica, es decir tal como se haría con cualquier controlador analógico de los de toda la vida.

Luego pasa a una forma que incluye la simulación de inercia. En este sentido el PWM75VO es análogo al PWM73SI, ya que permite ajustar, incluso con el tren en marcha, una simulación de inercia que puede llegar a ser tan grande que el tren necesite más de un minuto para alcanzar su velocidad máxima desde cero, y asimismo, el mismo tiempo para llegar a pararse desde  su velocidad máxima.

Después se empiezan a manejar los pulsadores luminosos. Como ya se explicó en el artículo anterior, este controlador incorpora tres pulsadores luminosos que activan respectivamente las funciones de aceleración, parada progresiva, y parada inmediata. En esta sección del video se ve como se actúa manualmente con estos botones.

Se hace a continuación un inciso, para colocar el velocímetro VELAN que es un accesorio opcional para los controladores PWM73SI y PWM75VO.  Tal como se explica en las instrucciones del mismo, para conseguir que el velocímetro marque aproximadamente la velocidad a escala a la que se mueven las locomotoras, hay que hacer una calibración del mismo, que depende de cosas como la tensión de alimentación, comportamiento de las locomotoras, etc. Esta calibración no se ha hecho aquí, de modo que la cifra que indica el velocímetro, que está entre 0 y 100 significa el tanto por ciento que la velocidad actual del tren representa respecto de su velocidad máxima.

El vídeo continúa mostrando los modos de funcionamiento más avanzados. En primer lugar se muestra la posibilidad de que los botones de control, se activen automáticamente cuando el tren pasa sobre unos sensores (en ese caso sensores Hall) colocados en la vía. Vemos como, sin tener que tocar estos botones, cuando el tren los activa, las luces de los botones se apagan o encienden y el tren realiza las funciones correspondientes.

Como comentaba antes, la escasa longitud del circuito imposibilita que se pueda apreciar el funcionamiento exacto de este sistema, ya que en una vuelta al circuito no hay espacio para que el tren alcance la velocidad de crucero necesaria para que se aprecie perfectamente una parada con la inercia ajustada al máximo valor, ni tampoco una aceleración con toda la inercia tiene espacio para producirse antes de alcanzar un sensor que le haga empezar a frenar, etc, por lo esta parte requiere un poco de intuición por parte del espectador. Lo que se ha hecho es poner un valor de inercia más bien bajo, y además aprovechar una función que tiene prevista el controlador para otros usos. Se trata de que en las bornas de control, donde conectamos los terminales de los sensores, hay una borna que si se conecta a masa inhibe la lectura de los sensores. Actuando manualmente con un interruptor se quita o se pone esta conexión, de manera que según la posición del interruptor el tren activa o no los botones al pasar sobre los sensores.

Esta posibilidad de inhibir la actuación de los sensores está pensada realmente para utilizar este sistema en combinación con otros automatismos que podamos tener en la instalación. Por ejemplo si tenemos un trazado donde se ha establecido un bloqueo automático, cada cantón llevará un controlador PWM75VO, y se podrá conseguir que los trenes se paren o arranquen de forma progresiva, cuando les corresponda parar frente a una señal principal del bloqueo automático que esté en rojo. Sin embargo, si la señal está en verde, el tren no debe hacer ninguna parada progresiva, ni por lo tanto ninguna arrancada progresiva, sino que pasará por las señales en verde sin modificar su velocidad. Asi que el PWM75VO deberá activar o no las funciones de parada y arrancada progresivas según si las señales están en rojo o en verde. Esto es justamente lo que se muestra en la última parte del vídeo. Aquí se ponen unas señales luminosas (Son poco realistas, pero lo que interesa es que sus leds se vean bien en el video) y como no hay posibilidad de un sistema de bloqueo porque no hay espacio para varios cantones (de hecho ni siquiera para uno) se manejan manualmente con unos pulsadores situados en una plaquita con un relé.  De esta forma se demuestra en el video que cuando las señales están en verde, el tren circula sin detenerse, pero cuando la señal principal se pone roja, y la avanzada en amarillo, el tren empieza una parada progresiva justamente al pasar por la señal avanzada, que le lleva a detenerse justamente ante la señal roja.

Esto se consigue conectando esa borna ("AUTO") de la que decíamos que inhibe la función de los sensores, al propio relé que maneja las señales. En la posición en que las señales están en verde, el relé une esa borna a tierra y por lo tanto los sensores no actúan, mientras que en la posición que la señal está en rojo, la borna está abierta y el tren se parará. Esto es lo que vemos funcionando en la última sección del vídeo.

Obsérvese que con este sistema montado, cuando el tren llega a una señal en verde, el pulsador verde del controlador de enciende y el tren acelera hasta alcanzar su velocidad de crucero. Cuando el tren  llega a una señal amarilla (y no cuando se enciende la señal amarilla) el pulsador amarillo se enciende,  y el tren empieza a decelerar automáticamente, y por último, si el tren llega a una señal roja, se enciende el pulsador rojo y el tren se para ante la señal. Posteriormente cuando esta señal cambie a verde el pulsador verde se enciende y el tren hace una arrancada progresiva.  Esto se parece muchísimo al funcionamiento del sistema ASFA que se ha usado durante muchos años en los ferrocarriles españoles.

Ahora si que voy a tener que ponerme a trabajar par terminar la maqueta. De hecho la maqueta está diseñada contando con un sistema que funcionase así. Por eso no tiene más que cuatro cantones muy largos (el más largo de 13 metros!) y además cada cantón, por delante del punto de parada donde estará la señal principal, tiene un tramo bastante largo pensado precisamente para que los trenes alcancen progresivamente la velocidad de crucero antes de pasar al cantón siguiente

Editado en 21/04/2018

Se incluye a continuación el esquema del cableado utilizado en la última parte del video:


El relé RL1 y los pulsadores P1 y P2 son los que vemos en el video montados en una plaquita de circuito perforada. SA y SP son respectivamente la señal avanzada formada con dos leds en ánodo común de colores amarillo y verde y la señal principal, con leds rojo y verde.  Se indican las identificaciones de los pines de los sensores Hall y de las bornas de la placa del PWM05VO.

Nótese que los semáforos se alimentan desde la fuente de alimentación que también alimenta el controlador (rojo y negro) cambiando de un color a otro según bascula el relé (verde oscuro / magenta)  con su conmutador 8 9 10

En cuanto a los sensores Hall se alimentan desde las salidas Vcc y GND del PWM05VO (amarillo y azul oscuro) y la señal que producen (verde claro y cyan) se lleva a las bornas  H y B del controlador (parada inmediata y parada progresiva)

Los dos sistemas descritos son totalmente independientes. Para evitar que cuando las señales están en verde, se paren los trenes, la conexión de la borna AUTO se conecta o no a la GND mediante el conmutador 3 4 5 del relé y con eso ya queda conseguido que los trenes paren o no según la posición de las señales.


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