Itinerarios

Casi todos los veranos, al estar alejado de mi maqueta y mi taller ferroviario, aprovecho para comentar algún tema más general, muchas veces inspirado por algún comentario que leo en algún foro de modelismo. Esta vez, voy a tratar un tema que comentó un contertulio en uno de esos foros en los que participo, y que se refiere al tema de cómo hacer itinerarios en una maqueta analógica.

El tema de los itinerarios surge de lo siguiente: imaginemos que tenemos en una maqueta una playa de vías medianamente importante y queremos dirigir manualmente el tráfico de trenes. Lógicamente la forma de hacerlo es que cuando se aproxime un tren ajustemos la posición de los desvíos por los que el tren deberá pasar para llegar al punto (via, apartadero, etc) deseado. Pero si tenemos que mover varios desvíos, entre unos cuantos, puede ser complicado no equivocarse en alguno, sobre todo si actuamos con prisa porque el tren se aproxima. Cualquier error, dará lugar a que el tren acabe en un lugar no deseado, y si ese lugar está ya ocupado...... Si disponemos de un TCO con el esquema del trazado, se nos facilita el trabajo, pero nada impide tener que actuar sobre cada mando de cada desvío.

El concepto de itinerario, que viene del ferrocarril real, se refiere a que al poner todos los desvíos en la situación apropiada, hemos "hecho el itinerario" para el tren que llega, de manera que éste acabe situado en la vía deseada (o que circule por el itinerario marcado hasta salir de la estación). En el tren real hay formas de hacer estos itinerarios de forma rápida y segura, y lo que pretendemos es tener un sistema para hacerlo en una maqueta.

Vamos a considerar el esquema de vías representado en la imagen de la cabecera, que es muy sencillo pero que podemos usar para ver como se soluciona el problema: Lo que pretendemos es que si un tren que viene de la izquierda acabe en el punto "A", mediante el toque de un único mando se pongan todos los desvíos necesarios en la posición oportuna para que el tren llegue a ese punto. Lo mismo si queremos que el tren llegue al punto B, C o D: en todos los casos habrá un único "botón" que mueva los desvíos que haya que mover para llegar a esos puntos

Para resolver este problema, hay que actuar de forma muy sistemática, porque si se pretende resolver a base de tentativas o intuición es casi imposible lograrlo aunque sea para casos muy sencillos. Lo primero que hay que hacer asignar un número a cada desvío (aquí del 1 al 3) y una letra a cada punto de destino (Aquí de la A a la D).

Así que mi recomendación es hacer a continuación una tabla tal como la representada en la figura adjunta. La tabla tendrá tantas columnas como desvíos tengamos en el trazado, y marcaremos cada columna con el número del desvío y tantas filas como destinos.

A continuación recorremos el camino que lleva desde la entrada a cada destino y anotamos en qué posición debe estar cada desvío por el que se pasa para llegar a ese destino. 

Aquí he usado la letra "I" para indicar que el desvío debe estar orientado a la izquierda  y la letra "D" para indicar que debe estar orientado a la derecha. Por ejemplo para llegar al punto "B" se debe pasar por el desvío 1 orientado a la izquierda y por el desvío 2 orientado a la derecha, así que en la fila del la letra "B" ponemos una "I" en la columna del desvío 1 y ponemos una D en la columna del desvío 2. Como para llegar al punto B no se pasa por el desvío 3, esa casilla queda en blanco.

Ahora vamos a hacer un circuito eléctrico que funcione de acuerdo con la tabla creada.  La imagen de ese circuito es como sigue:

Esta imagen procede del programa de simulación con el que lo he probado, para garantizar que funciona. Los desvios son los recuadros de la derecha que contienen unas resistencias y unos leds. Las resistencias son de 15 Ohmios para simular unos desvíos normalitos ya que cada uno de ellos consumiría aproximadamente 0,8 Amperios. Como se ve, de cada uno de estos recuadros salen los tres cables que tienen los desvíos, el común sale por la derecha y se une al negativo de la fuente de alimentación y los otros dos, que salen por la izquierda, son los oros dos cables, que se han marcado con una I y una D para indicar qué cable pone el desvío en la posición izquierda y cuál en la derecha.

Con A, B C y D se han representado cuatro pulsadores, cada uno de los cuales establece el itinerario para llegar al respectivo destino.

Y luego tenemos el cableado que es un tanto lioso pero que se resuelve fácilmente siguiendo la tabla que hemos construido. 

Por ejemplo, la tabla nos dice que el pulsador A se une al cable izquierdo del desvío 1 y también al cable izquierdo del desvío 2. Pues en el esquema vemos que hay un cable desde ese pulsador a la entrada izquierda del desvío 1 y también a la entrada izquierda del desvío 2. 

El pulsador B la tabla indica que debe haber un cable desde este pulsador a la entrada izquierda del desvío 1. Como ya había una entrada a este punto desde el pulsador A, hay dos cables a la misma entrada. Lo que se hace entonces es poner un diodo (1N4007) antes de que se junten los cables en esa entrada común.  En realidad ponemos un diodo en cada entrada aunque no llegue más que un cable como ocurre en los desvíos 2 y 3

El circuito se conecta a una fuente de alimentación CONTINUA de 12 voltios, uniendo el positivo al punto marcado Vcc u el negativo al marcado como tierra (abajo a la derecha)

El amperímetro representado junto a la toma Vcc no hay que ponerlo. En el dibujo está para verificar el consumo.

Como decía estas imágenes son del programa de simulación, en el cual para ver qué parte de cada desvío se activa, he puesto unos leds amarillos que se encienden cuando el desvío se movería. La "foto" de la imagen anterior está hecha con el pulsador "A" apretado, y por eso están encendidos los leds correspondientes a la posición izquierda tanto en el desvío 1 como en el desvío 2

Esto funciona perfectamente y podemos hacer circuitos todo lo complejos que queramos. Mientras hayamos hecho bien la tabla y la sigamos cuidadosamente no hay problema. Este tipo de circuitos se suelen llamar de "matriz de diodos" por la presencia de todos esos diodos, que guían la señal hasta los puntos oportunos.

Sin embargo, desde mi punto de vista, tiene algunos problemas: El principal es que por los pulsadores circula la corriente íntegra que llega a los desvíos. Como dije los desvíos están simulados con unas resistencias de 15 Ohmios, así que por cada desvío que se activa, por el pulsador correspondiente circulan 0,8 Amperios. Si ese pulsador activa dos desvíos, serán 1,6 Amperios, si.  son tres, 2,4 Amperios, etc Y eso con desvíos normalitos. Si se están utilizando motores de desvíos PECO que consumen 1,5 Amperios cada uno.......

Realmente, este montaje sólo tiene sentido a partir de que por lo menos alguno de los itinerarios suponga la activación simultánea de varios desvíos, así que hay que temer que podemos tener intensidades muy fuertes, que circulan por los pulsadores. Si se trata de pulsadores manuales, hay que contar con que tienen que resistir esta potencia.

Y desde luego si queremos que esto funcione automáticamente activado por la marcha de los trenes, ningún sensor Reed o Hall va a resistir ni de lejos estas intensidades.  Esto se puede resolver mediante relés, haciendo que los pulsadores activen unos relés (no biestables) que entre sus contactos cierren este circuito, pero claro, si necesitamos un relé por cada pulsador, complicamos y encarecemos el circuito.

Hay otra solución más perfecta, pero contando con la temida electrónica. El siguiente circuito es la versión electrónica del anterior:

Aquí los ocho diodos anteriores se han sustituido por dos circuitos integrados (U2 y U3) que cada uno lleva cuatro puertas lógicas tipo NAND de dos entradas CD4011 (del segundo circuito solo se usan dos puertas).  Se han usado puertas de dos entradas porque ninguna columna de la tabla tiene más de dos "I" o más de dos"D", pero si se diera el caso hay puertas NAND de hasta 8 entradas.

Cada puerta recibe una o dos entradas desde los pulsadores y corresponde a una de las "acciones" posibles "desvio 1 izquierda",  "desvío 1 derecha", "desvío 1 izquierda" etc por lo que si conectásemos aquí los cables de entrada de los desvíos, ya funcionarían. Pero no lo harán porque las puertas no tienen potencia para mover un desvío. Sin embargo utilizando un chip ULN2804 (U1) amplificamos esas salidas y ya tenemos potencia suficiente.

También aquí se ha puesto un amperímetro, para ver cuanta corriente circula por los pulsadores y el resultado es de menos de 2 miliAmperios. ¡Casi quinientas veces menos que en el circuito anterior!

Si alguien se pregunta de dónde viene la corriente necesaria para mover varios desvíos a la vez, la respuesta es que entra en el circuito por la toma Vcc que está encima del circuito U1. Pero esta corriente solo llega a ese circuito y a los desvíos y no alcanza las puertas lógicas ni mucho menos a los pulsadores.

Lo que se ha hecho aquí es algo muy habitual en electrónica, que es separar la parte de "mando" de la parte de "potencia".

Hecho esto, los pulsadores pueden ser de cualquier tipo y pueden usarse sensores reed o incluso sensores Hall sin importar cuantos desvíos se van a mover cuando se activen.

Otra consideración importante es la siguiente: como hemos dicho, lo habitual será que en este tipo de situaciones se muevan varios desvíos al mismo tiempo. Esto requiere una alta intensidad de corriente, y si no queremos que los desvíos fallen habrá que poner los medios para garantizarla. Es sabido que en estas situaciones es aconsejable (prácticamente obligado) el uso de una CDU, que como sabemos proporciona pulsos de corriente de alta energía y corta duración, que garantizan el buen funcionamiento de los desvíos.

El segundo de los circuitos, como hemos dicho, separa la parte de mando de la parte de potencia, y eso permite conectar la CDU solamente a la parte de potencia, de manera que no hay peligro de sobrecargar los circuitos digitales con estos impulsos. Es tan sencillo como conectar la salida de la CDU a la toma Vcc que va sobre el circuito U1 y la salida de 12 voltios normal a la alimentación de los circuitos lógicos. Incluso esta segunda alimentación puede ser de otra tensión, por ejemplo 5 V

Otra ventaja del sistema electrónico es que si llevamos directamente las salidas de las puertas lógicas a entradas de un circuito latch como el 4043, éste activará las salidas que quedarán activadas indefinidamente, con lo cual unos leds conectados a estas salidas servirán como indicación de la posición de los desvíos en un cuadro de mandos. Debe ser espectacular ver que de golpe, unos cuantos desvíos cambian de posición, y sus luces indicadoras en el cuadro también cambian todas a la vez.

Yo no tengo intención de construir este circuito, así que me gustaría que si alguien se anima y lo construye, me informe de sus impresiones.