ESTE BLOG COMENZÓ A PUBLICARSE EN 2008, POR LO TANTO MUCHOS DE LOS TEMAS HAN QUEDADO DESACTUALIZADOS U OBSOLETOS. LOS LECTORES QUE DESEEN UTILIZAR ALGUNO DE LOS ELEMENTOS AQUI DESCRITOS DEBERÏAN ASEGURARSE DE BUSCAR LAS REFERENCIAS MAS MODERNAS DE LOS TEMAS DE SU INTERÉS. EL BUSCADOR INCLUIDO SERÄ UNA AYUDA PARA ESA BÚSQUEDA

jueves, 28 de junio de 2012

Ya funciona?


Hace unos días (Control de tracción) explicaba aquí, cómo había decidido resolver definitivanente el control de tracción de mi maqueta, basándome en dos módulos CABCON00 y CABCON01, de los cuales el primero es único, y del segundo hay que utilizar uno por cada cantón, así que en mi caso, habrá que hacer ocho.

Bueno, pues he dedicado los últimos días a construir el CABCON00 y un par de CABCON01 para probar su correcto funcionamiento.

La verdad es que cada vez perfecciono más mi técnica para construir circuitos impresos, de manera que éstos últimos han quedado con un aspecto muy profesional. En la imagen siguiente vemos el CABCON00:


y a continuación vemos una de las placas CABCON01:

Como ya comenté, dado que de este último circuito hay que poner ocho placas, he utilizado el sistema que emplea Arduino, consistente en unas tiras de pines muy largos que atraviesan cada placa y se enchufan en la tira de la placa inferior. En mi caso cada una de estas placas lleva tres de estas tiras situadas a lo largo de tres de sus bordes, de manera que al enchufar cada placa en la inferior, no sólamente se asegura la conexión eléctrica  entre placa y placa, sino que además se asegura la estabilidad mecánica del conjunto, sin necesidad de utilizar separadores metálicos.
El resultado, para el caso de una placa CABCON00 y dos CABCON01 lo podemos ver en la siguiente imagen:

Naturalmente el siguiente paso era comprobar el funcionamiento de estas placas, lo cual por cierto es bastante complicado

En la imagen de cabecera, vemos el montaje para la prueba. En el ordenador el programa de comunicaciones, que permite enviar manualmente a la salida digital de la placa Velleman cualquier combinación de bits.

Delante del ordenador está la placa Velleman utililizada para la prueba. Naturalmente está conectada al puerto USB del ordenador.  Por delante de la placa Velleman está la combinación de placas CABCON. La placa base se conecta a la salida digital de la placa Velleman mediante los cables de colores que vemos a la izquierda.

A al derecha vemos el tablero de vías de prueba, Como tengo sólo dos placas CABCON01 lo que he hecho es conectar dos de las vías de prueba a una de las placas y la tercera vía a la otra placa, En cada una de estas tres vías hay una locomotora, que está rodando, respondiendo a las instrucciones que emite el ordenador. Como la placa Velleman tiene dos salidas PWM se utilizan esas dos salidas  para manejar independientemente la velocidad de las locomotoras. De hecho, como las dos primeras vías están conectadas a la misma placa, estas dos locomotoras se mueven al unísono, y la tercera de forma independiente. El hecho de poner las dos primeras locomotoras en paralelo, es para comprobar si se calienta demasiado algún elemento.

También se ve en la imagen, en primer término, un amperímetro que está marcando el consumo total del sistema. Aunque los números no se ven muy bien debido a que durante la exposición de la fotografía han oscilado los valores, el consumo con estas tres locomotoras rodando a bastante velocidad es alrededor de 600 mA. (lo que no quiere decir que toda esta corriente llegue a las vías, pero es una buena indicación del punto de carga del sistema de tracción que está calculado para 2 Amperios).

Por cierto, después de pelearme con la forma de montar un amperímetro (Ver Electrónica de diseño) parece que ya he conseguido enterarme de la forma correcta de hacerlo, y no me extraña que me costase trabajo, porque se requieren unos elementos muy poco habituales. En un próximo artículo comentaré el tema para el que quiera poner un amperímetro en un controlador para trenes.

Respecto del resultado de la prueba, ha sido completamente satisfactorio. Tal como esperaba, el sistema permite dirigir, cada señal de control, a cada cantón, y también cambiar el sentido de movimiento de cada cantón. Realmente la prueba es bastante complicada, ya que todo se maneja dando manualmente valores a los bits de salida desde el programa de control.

Ahora queda otra labor: Hacer que el programa de control, genere esas salidas en respuesta a  los elementos de control que maneja el usuario. Hace ya tiempo que hice una programación para estas ventanas de control de locomotoras (Véase Nuevo Oficio) pero ahora me tengo que replantear toda esta parte de la programación, en parte porque algunas ideas que entonces tenía han cambiado, y en parte porque ahora es cuando ya tengo claro todo lo que el programa debe generar para manejar las placas CABCON. Lo malo de este tema es que las pruebas parciales no son demasiado significativas, ya que hasta que no esté todo el software desarrollado, y todo el sistema para los ocho cantones montado no se puede comprobar el funcionamiento real del sistema.

Habrá que tener todavía un poco de paciencia...........


jueves, 21 de junio de 2012

Me voy a negro


Últimamente se está oyendo con cierta frecuencia la expresión "irse a negro" que en realidad procede del argot de la producción de televisión, para referirse a una circunstancia en la que algo o alguien desaparece, se oculta o cesa en su actividad.

Pues desde luego no es esa mi intención ya que estoy metido en una actividad muy intensa con objeto de tener cuanto antes un prototipo funcional del sistema de tracción. Pero mientras llego a algo que pueda comentar aquí sobre mis avances en esa línea, saqué unas horas para hacer algo que me había inspirado la visita que realizamos a centro de Control de Tráfico Ferroviario (Véase Madrid 2012), y que ya comenté en el artículo referido a esa visita.

Me refiero al aspecto general de la pantalla de mi programa de control. Aunque había hecho una programación que permite escoger los colores y otras características de la visualización, yo siempre había pensado en pantallas de fondo claro, como son las que he visto siempre en los programas de ordenador comerciales para el control de maquetas de trenes.

Sin embargo, al ver las pantallas del sistema real, he comprobado que se utiliza una visualización con fondo negro y las vías representadas en colores brillantes. Los colores tienen un significado que ya confirmó en este blog un seguidor que insertó un comentario en el artículo referenciado.

Me decidí a probar  cómo quedaría mi programa con fondo negro, y me encontré que precisamente un fondo negro tenía el problema de que ya había utilizado el color negro para crear un borde alrededor del dibujo de las vías y como fondo de las señales y otros accesorios, de modo que si el fondo lo ponía negro, este borde dejaba de ser visible y el dibujo se quedaba muy estropeado. Véase por ejemplo en esta imagen la forma en que tanto las vías como los semáforos están perfilados en negro, de modo que sobre un fondo negro, l,a vía quedaba con un trazo demasiado fino y los semáforos prácticamente desaparecían



Así que no bastaba cambiar el fondo, sino que había que trabajar un poco más para eliminar esos perfilados.

Al final, tras una tarde de trabajo, conseguí dejar una imagen adecuada para ser dibujada sobre negro, tal como la podemos ver en la imagen de cabecera.

Adviértase que en realidad el dibujo con fondo negro es bastante menos elaborado que el que yo había hecho sobre fondo claro. En particular los semáforos son apenas una silueta que se ilumina de rojo o verde según la situación de la señal, pero es que como pude comprobar en la visita, ésa es la forma en la que representan los semáforos en el sistema real.

La verdad es que no sólo he conseguido tener una imagen más real en la pantalla del programa, sino que me he dado cuenta de que tengo algunas ventajas. Hay que tener en cuenta que el ordenador que uso para manejar el programa es un pequeño portátil con pantalla de 10 pulgadas, así que en muchos casos me resultaba difícil ver la imagen con el detalle suficiente. En particular la posición de los semáforos resultaba muy difícil de apreciar, sobre todo porque muchas veces se maneja estando de pié, y por lo tanto a una distancia superior a la normal. Ahora, con esta nueva representación, la imagen de los semáforos, y también de los desvíos, resulta más fácil de apreciar. También el cursor de ratón se ve mucho mejor sobre el fondo negro.

Así que vistas estas ventajas, y el hecho de que se obtiene una imagen más real, he decidido dejar como standard del programa esta forma de representación con fondo negro, aunque he dejado la posibilidad de volver a la imagen antigua a voluntad del usuario.

Así que es mi programa y no yo, quien se ha ido a negro.....

miércoles, 13 de junio de 2012

Control de tracción

Figura 1 - Control de tracción
En un artículo reciente (Un brindis) informé que había conseguido hacer funcionar un prototipo de lo que me propongo que sea el control de tracción en mi maqueta. El artículo acababa con la promesa de explicar el funcionamiento con detalle, y a eso voy a dedicar este artículo.

Como ya expliqué (Véase Cab Control), el sistema se basa en el denominado cab control, que es un sistema de controlar una maqueta de trenes analógica, dividida en cantones, mediante un conjunto de controladores de forma que cada uno de ellos controle un tren, y mantenga el control de ese tren aunque éste se mueva por todo el trazado y vaya pasando de cantón a cantón. Se obtiene por tanto una funcionalidad cercana a la obtenida con control digital, siendo la mayor diferencia con éste, el hecho de que sólo puede haber una locomotora moviéndose en cada cantón, por lo que el sistema debe estar asociado a un sistema de acantonamiento o block system, que se encarga de que se cumpla esta condición.

Aunque creo que van ya tres veces, repito aquí el esquema básico del Cab Control:
Figura 2 - Esquema del Cab Control
La figura2 representa un esquema con cuatro cantones (magenta, verde, azul y rojo) y cuatro controladores (1, 2, 3 y 4) y se muestra cómo, la alimentación de cada cantón, está unida a un conmutador, que permite asociar ese circuito de tracción a uno cualquiera de los controladores. En aquél artículo se comentaba que el número de controladores no tiene que ser igual al de cantones, siendo generalmente menor, y que los conmutadores pueden ser conmutadores mecánicos accionados manualmente, o puede automatizarse el sistema, y entonces serán relés u otros dispositivos electrónicos.

En la figura 2, los controladores están representados como unidades completas, y por lo tanto producen cada uno de ellos una corriente de tracción que se aplicaría directamente a las vías. En ese caso los conmutadores trabajan sobre la corriente de tracción. Pero podemos hacer otra cosa, y es que determinados elementos los situemos asociados a cada cantón, es decir entre el conmutador y la vía. Concretamente toda la parte de potencia y la conmutación de sentido de marcha puede hacerse de esta forma. Eso es lo que pensaba hacer cuando construí una unidad de potencia para ocho circuitos (Véase: La etapa de potencia II) Luego me he dado cuenta de que esta no era una buena idea, y he cambiado el diseño, haciendo que el sistema responda a un esquema como el representado en la Figura 1.

En esa figura se repite básicamente el mismo esquema, de la figura 2, pero ahora vemos que en vez de controladores completos, tenemos tres placas Velleman K8055. Cada una de estas placas puede producir dos salidas PWM, luego en definitiva es como si tuviésemos seis controladores, los cuales generan la señal de control que se distribuye por las seis vías del bus representado en la parte baja de la imagen.

Las placas marcadas como CABCON01 son las encargadas de seleccionar una de las seis señales, mediante un conmutador electrónico. Pero no sólo hacen eso, sino que incluyen toda la etapa de potencia e inversor de marcha, así como un estabilizador de tensión para cada placa. En definitiva todo lo que se necesita para generar la corriente de tracción para un cantón. Todas estas placas son idénticas y por lo tanto se llega a un diseño modular que permite utilizar el número de placas que sea necesario, y en caso de problemas sustituir una placa averiada por otra igual. La salida de estas placas es directamente la corriente de tracción para cada uno de los cantones, tal como vemos en el esquema, en el que estas salidas se han dibujado ya del color del cantón.

El programa de control genera las órdenes para que estas placas realicen tanto la  conmutación de entradas como la inversión de marcha. Como siempre la comunicación del programa con el hardware de control es a través de las placas Velleman. En este caso se utilizan las ocho salidas digitales de la placa número 2, ya que la placa 1 se utiliza para el control de aparatos de vía. El funcionamiento es completamente análogo al de la placa 1, ya que en ambos casos se produce una salida de muy corta duración por cada instrucción que envía el ordenador. Pero así como en el caso de la placa 1 la orden se ejecutaba sólo durante una fracción de segundo y se utilizaba para mover un relé biestable, o el motor de un semáforo o de un desvío, en el caso de las instrucciones de la placa 2 lo que se hace es actuar sobre circuitos latch que mantienen indefinidamente activa la orden recibida. Así que por ejemplo la orden de conectar el cantón 1 al la señal de control 3, se mantendrá indefinidamente hasta que otra orden cambie la conexión.

Al final he utilizado la siguiente técnica: Los ocho bits que constituyen la señal de salida de la placa Velleman numero 2, los considero divididos en dos cuartetos. Los cuatro bits superiores, se tratan con una técnica idéntica a lo que hacía con la placa 1 para el manejo de aparatos de vía: Estos cuatro bits se demultiplexan en 16 bits y cada uno de ellos activará una de las placas CABCON01. Realmente no voy a tener más que ocho placas, por lo que solo utilizo los tres primeros bits. El bit más alto queda en reserva por si se desease en algún momento pasar de 8 cantones.

Los cuatro bits inferiores llegan en paralelo a todas las placas pero sólo actuarán sobre la placa que esté activada, es decir, aquella cuyo pianillo tenga la dirección activa en ese momento. Estos cuatro bits no se demultiplexan sino que directamente los tres más bajos constituyen el dato de entrada para el conmutador electrónico y el cuarto es el que actúa sobre el inversor del sentido de la marcha.
Figura 3 . Esquema de CABCON00

La figura 3 muestra el esquema eléctrico de la placa CABCON00. Esta placa forma algo así como la placa madre del sistema ya que es la que recibe todas las conexiones externas, y ordena los datos que deben conectarse a cada bus. Lleva además la alimentación para las otras placas.

En la parte superior izquierda vemos la conexión a las salidas de la placa Velleman, que en este caso será la placa 2. Hay un array de resistencias de pullup y los datos se llevan al circuito U1 (74HC240) que es un buffer inversor. El poner el inversor me da la vuelta a los datos y ya no tengo que recurrir a aquello que contaba en "Al revés te lo digo..." . Como antes decía los cuatro bits bajos van directamente al buffer (D0, D1, D2, Inv) y de los cuatro altos, tres van al demultiplexor U2 (74HC238)  y el cuarto se conecta al enabled del demultiplexor (lo que proporciona un control adicional: si el bit más alto es 1 la señal no llega a ningún cantón) Este demultiplexor de 3 a 8 proporciona las ocho salidas L1...L8, que se llevan al bus.

En la zona inferior izquierda, vemos las entradas que corresponden a las salidas PWM de las placas Velleman. Cada placa tiene una conexión de tierra y dos salidas denominadas PWM1 y PWM2. También hay una matriz de resistencias de pullup y de nuevo curiosamente otro buffer inversor U3 (74HC240)

Lo primero que sorprende es que haya puesto cuatro entradas si solo voy a poner tres placas. Bueno, es una provisión por si en el futuro pongo una cuarta placa....o....¿porqué precisamente una placa Velleman? cualquier dispositivo que produzca una señal PWM podría conectarse aquí. por ejemplo uno de los controladores PWM manuales que ya estoy usando en mi maqueta.

Pero seguramente lo más sorprendente es que llevo estas señales PWM a un buffer inversor como si fueran señales digitales. Realmente una señal PWM es más bien analógica que digital, así que llevarla aquí no parece muy lógico. Sin embargo lo hago por dos razones: Por un lado también le doy la vuelta, de manera con el control en cero los trenes se paran y con el control en 255 los trenes van a toda velocidad (creo que ya he comentado que hasta ahora tenía el problema de que esto era al contrario, de modo que si no hacía nada para evitarlo, al encender el programa todos los trenes saldrían a toda velocidad). Además el buffer, en definitiva un flip-flop, me va a ajustar exactamente los valores de tensión alto y bajo de manera que cuando lleve esto al multiplexor la señal sea totalmente exacta.

Un comentario acerca de la parte de alimentación que vemos arriba: Voy a conectar este dispositivo a la fuente de alimentación que ya tengo, de 12 voltios. Hasta ahora esta fuente alimenta todas las bobinas de relés, todos los motores de desvíos, y todos los motores de semáforos mecánicos. Todo esto es un consumo mínimo porque nunca hay más de uno de estos elementos consumiendo al mismo tiempo, y además el consumo de cada uno de ellos se produce durante unas décimas de segundo, de manera que el consumo medio es insignificante. Hasta ahora los trenes se mueven alimentados desde otra fuente de 9 V.

Me propongo eliminar esta fuente de 9 V y que los trenes reciban alimentación desde esta fuente de 12 voltios, La potencia es de 2 Amperios, así que podría manejar 8 locomotoras consumiendo cada una 250 mA simultáneamente. ¡Nunca voy a llegar a eso!

Se observará que le he puesto un regulador de tensión de 12 V y 2 Amperios (78S12), y un bonito condensador de 2200 uF. No es que no fíe de la fuente de 12 voltios, pero es que realmente es regulable y la tengo regulada un poco alta, precisamente para que los motores de semáforos que son de 16 Voltios no me fallen. Así que admito que la tensión llegue más alta para no perder esa posibilidad, pero la estabilizo a 12 V al entrar en el control de tracción. A continuación pongo un segundo regulador de tensión de 5 V (LM7805) para todos los circuitos integrados de 5 V.

Y... adviértase que lo que saco son 12 voltios, y no 9 como correspondería a la corriente de tracción. Luego veremos porqué.

Sobre esta placa van a ir las ocho placas CABCON01, una para cada cantón. Voy a tratar de hacer un montaje con conectores apilables similar al que utiliza el sistema Arduino, Me parece que este tipo de montaje es muy práctico ya que resuelve simultáneamente la conexión mecánica y la conexión eléctrica y permite pasar datos de placa  a placa de una forma muy simple. Espero conseguirlo.

La siguiente imagen recoge el esquema eléctrico de la placa CABCON01:

Figura 4 - Esquema de CABCON01
En la parte superior izquierda tenemos las ocho entradas L1 a L8 que genera la placa base. Hay un pianillo de interruptores, de modo que la placa que tenga su interruptor cerrado correspondiente al dato activo será la que se activará. En este caso la activación se traduce en que la señal llega a los pines de ennabled del circuito U1 que es un 74HC75, el cual se activará y recogerá el dato que llega por el bus de datos (D0, D1, D2, Inv). Este circuito es un latch de cuatro bits, así que como está activado, estos datos aparecen en los pines de salida. Una vez que la señal emitida por la placa Velleman cambia a ceros, el latch se enclava y permanece con los datos recogidos en los pines de salida.

He puesto cuatro leds en las salidas para visualizar el estado de cada latch. Cuando esto quede montado en su posición definitiva los leds no serán muy visibles, pero ante cualquier problema existe la posibilidad de visualizar sus valores. Este latch tiene también las salidas inversas, que no voy a usar.

Abajo a la izquierda tenemos el famoso circuito U2 (74HC405) que hemos venido llamando conmutador electrónico o multiplexor. Como se puede ver, sus ocho entradas se conectan a las ocho señales PWM que vienen de la placa base. Sólo una de ellas será la que aparezca en el pin de salida, y ello será en función del valor de los tres datos A, B, C que vienen de los tres pines correspondientes a D0, D1 y D3 del latch.

La parte de potencia incluye un estabilizador de tensión de 9 V  (LM7809) y un diodo en serie. La misión del diodo aquí es bajar un poco la tensión para ayudar a que no se caliente demasiado el regulador, ya que lo quiero montar sin radiador. No quiero radiador para que el montaje sea muy plano y las placas se puedan apilar suficientemente juntas. Según las pruebas que he hecho, si el circuito se alimenta con 12 voltios, aguanta perfectamente con dos locomotoras funcionando (300 - 400 mA según la velocidad) aunque se calienta bastante. Realmente no debería haber nunca dos locomotoras salvo algún caso muy puntual en que se haga una doble tracción o algo así.

Al haber un regulador que baja la tensión de 12 a 9 V en cada placa CABCON01 pretendo conseguir que la corriente de tracción de cada cantón no se vea en absoluto afectada por la marcha de los trenes en otros cantones. Es un efecto desastroso (que ya he sufrido) el que por ejemplo al parar un tren en una señal, si hay un segundo tren rodando, éste se acelere al pararse el primero debido a que la tensión sube por haber disminuído la carga.

Para crear la corriente de tracción llevamos la señal PWM seleccionada por el multiplexor a la base de un transistor Darlington TIP 110. Este montaje es el mismo que utilizo en los reguladores PWM manuales que he construído, con resultados excelentes. El transistor va bastante sobrado así que tampoco necesita radiador.

Por último tenemos el circuito de inversor de marcha. El cuarto pin del latch mantiene la señal de inversión así que la llevo a un transistor BC547 para amplificarla antes de alimentar el relé TQ2.12. Este relé se alimenta a 12 voltios desde la entrada de 12 voltios de la placa y tiene sus contactos configurados como un inversor para actuar sobre la corriente de tracción. La salida de este inversor, es la que se lleva a las vías del cantón.

Los que hayan visto otros circuitos diseñados por mi, verán que este relé no es habitual en mis montajes. Lo he seleccionado porque tiene un perfil muy bajo, para mantener la mínima altura de cada placa.

Quiero advertir que los esquemas publicados en esta página son provisionales. Si algún lector tiene intención de construirlos le ruego que tenga la paciencia de esperar a que publique la versión definitiva en la página de Descargas.

lunes, 11 de junio de 2012

Madrid 2012


El pasado fin de semana, tuvo lugar la reunión anual del grupo LCTM, y que este año celebraba el XI aniversario de la fundación del gupo.

Esta vez la reunión ha tenido lugar en Madid, y han asistido un concurrido grupo de amigos, algunos venidos incluso de otros paises.

La jornada del sábado transcurrió en los salones contratados en un hotel de Madrid, donde se llevaron a cabo una serie de charlas y demostraciones en vivo de técnicas de decoraciín de maquetas, incluyendo la construcción de relieves montañosos, y la forma de decorarlos, asi como técnicas de envejecido de edificios.

Prácticas de creación y decoracion de paisaje

Charla sobre envejecimiento de edificios
La jornada del domingo fue muy interesante, ya que realizamos una visita a la estación de Atocha, donde gracias a los buenos oficios de algún miembro del grupo que trabaja para RENFE pudimos visitar varios de los trenes que se están utilizando actualmente para los trayectos de alta velocidad.

En la imagen siguiente se me puede ver a mi, sentado en el puesto de conducción del AVE S103 que es el tren de Alta Velocidad  que realiza el trayecto Madrid Barcelona alcanzando velocidades por encima de los 300 Km/hora. Este tren es de fabricación alemana, por la empresa Siemens.

Me llamó mucho la atención la simplicidad de los mandos: Una palanca para el freno, otra para regular la velocidad, y un tercera que se puede utilizar para marcar una velocidad objetivo. Así de simple. Lo demás son sistemas para el reconocimiento de la señalización , para comunicaciones, etc.


Todas las indicaciones son por pantallas de visualización, lo que da a la cabina un aspecto casi de video-juego. A la vista de esta cabina, pensaba yo en la enorme diferencia entre esta cabina y la de una máquina de vapor, aunque lugo se da uno cuenta de que en este modernísimo tren, el mando de freno está a  la derecha y el regulador de velocidad a la izquierda, porque así estaba en las locomotoras de vapor.
También pudimos ver los S102 y S112 apodados "patos" por su característico morro. Estos trenes, fabricados en España por Talgo se están usando con gran éxito en líneas de alta velocidad, por ejemplo en los enlaces Madrid-Malaga y Madrid-Valencia. y no tienen nada que envidiar a los alemanes. De hecho pueden llegar a alcanzar velocidades mayores y su consumo energético es más moderado, supongo que debido en parte a la ligereza del tren que arrastra, que en definitiva es un Talgo, con sus caracteristico sistema de ruedas guiadas y suspensiones pendulares. Nuestro compañero de grupo nos aseguró haber conducido uno de estos patos en periodo de pruebas a 359 km/hora.

Interiormente la cabina de estos patos es similar a la del S103, aunque el diseño es menos espectacular y conserva algunos indicadores mecánicos. por ejemplo para indicar la presión del sistema de frenos

La visita incluyó tambien los ya venerables S100 fabricados por Alston que fueron los trenes que inauguraron el servicio de alta velocidad en España con el enlace Madrid-Sevilla, hace ya veinte años, y que siguen dando servicio en la misma línea. Estos trenes son franceses, fabricados por Alston, que fue la compañia que diseñó los trenes TGV franceses que dieron el pistoletazo de salida para esta nueva era del transporte de viajeros por ferrocarril que conocemos como "Alta Velocidad".

Curiosamente, la cabina de estos trenes es todavía muy parecida a las locomotoras eléctricas de generaciones anteriores, de manera que conservan el típico mando del regulador en forma de volante que fué ampliamente utilizado en muchos tipos de locomotoras


Me resultó tambien interesante la posibilidad de ven en el cento de control los monitores de los equipos utilizados para el control del tráfico ferroviario. Como ya comenté en una ocasión he tratado de hacer que mi programa de control produzca una imagen similar a la de los equipos de control de tráfico auténticos, y en esta visita pude verlos con todo detalle. Como ya sabía en los equipos reales se utiliza una representación de líneas de color sobre fondo negro, en lugar del fondo casi blanco que yo utilizo en mi programa. Realmente en mi programa se puede ajustar el color de fondo a petición del usuario, pero la representación de las líneas es siempre con unos colores determinados que realmente están pensados para un fondo claro. Tengo que hacer algunas pruebas, porque quizá con algunos cambios muy leves pueda hacer una representación sobre fondo negro que daría a mi programa un aspecto totalmente profesional.


Y naturalmente esto no fue todo. El capitulo gastronómico también tuvo su importancia, incluyendo una espectacular cena en un restaurante con un ambiente muy especial


En definitiva, un fin de semana absolutamente dedicado a mi afición, compartido con un grupo de amigos que cada vez lo son más, y para los que este encuentro anual se está convirtiendo en un acontecimiento irrenunciable.

Y el año que viene.......¿Paris?.... ¿Hamburgo?............



viernes, 8 de junio de 2012

Un brindis


Hoy es uno de esos días en los que hay que brindar con los amigos, y yo lo hago también con los muchos amigos que siguen este blog. Así que.. ¡servíos una cervecita y brindemos por otro hito cumplido en el proyecto de mi maqueta!.

Como saben los seguidores de este blog, recientemente he puesto en funcionamiento el sistema de detección de trenes, y he quedado muy satisfecho del resultado obtenido, en particular del buen funcionamiento de los sensores de efecto Hall, sin embargo, al ir colocando los sensores en la vía he tropezado con una dificultad: En muchos casos el paso de un tren sobre un sensor, implica que el tren debe detenerse, por ejemplo cuando delante del sensor hay una señal en rojo o cuando el sensor está en la vía de una estación visible u oculta, y se desea que el tren se detenga en la estación. En el caso de señales o estaciones visibles, he colocado un sensor previo que inicia una parada progresiva del tren. Ya veré cómo consigo ajustar la curva de frenado para que los trenes se detengan con precisión en el lugar oportuno.

Pero en otros casos, por ejemplo en las estaciones ocultas o en cambios de cantón que no están a la vista he decidido poner un solo sensor, que ordene la parada inmediata del tren. La idea es que la parada sea rápida y precisa para aprovechar al máximo la vía de estacionamiento, y de paso simplificar el software y no poner tantos sensores. Pero claro, ¿qué es una parada inmediata? En las maquetas analógicas dejábamos un tramo sin alimentación y aún así la locomotora penetra unos cuantos centímetros en el tramo aislado debido la inercia. En mi caso, mientras no tenga resuelto el tema del control de tracción, la única manera de parar un tren es que al pasar sobre la baliza, actúe sobre el relé que alimenta el tramo desconectándolo. Eso es lo que he estado haciendo y desde luego funciona, pero he notado que las locomotoras se paran bastantes centímetros después de las balizas Lo inmediato es pensar que tengo que poner antes los sensores, para que la locomotora se pare donde debe.

Pero claro, si hago esto, tengo un peligro: Cuando funcione el sistema electrónico de tracción los trenes no se van a parar por este mecanismo, es decir, porque se queden en un sector sin alimentación, sino porque el control de tracción ordenará una parada inmediata o en su caso diferida. Esto es un mecanismo totalmente distinto, por lo que me puede ocurrir que ahora deje cuidadosamente situados los sensores contando con la parada por apertura de relé, y luego cuando la parada sea por bajar la velocidad a cero, las distancias de parada sean muy distintas.

Puede parecer que la parada por corte de alimentación con un relé sea la más rápida de todas, pero no es exactamente así. A lo mejor algún lector recuerda que hace tiempo expliqué (Véase: ¡Qué complicado!) que para proteger los relés del peligro que podía suponer para ellos la chispa que introducen los limpiavías Gaugemaster, cuando detectan una interrupción en el circuito, tenía un sistema que obligaba a que antes de cortar la alimentación de la tracción se cortaba la alimentación de los limpiavías Gaugemaster. Así que esta operación tiene un cierto retaso derivado de esta acción previa de desconectar los limpiavías. Esto no es necesario cuando el regulador lleva la velocidad a cero, porque en realidad no hay ningún corte en el circuito. Al final, la forma correcta de actuar será que el tren se pare por el control de tracción, ya sea de forma inmediata o progresiva, y si luego el sector donde está el tren debe quedar sin corriente para dejar el tren estacionado, se abrirá el relé, pero ya con el tren parado.

La consecuencia de todo este preámbulo es que no puedo situar correctamente los sensores para las estaciones ocultas mientras no tenga el sistema  de tracción manejado por ordenador.

A lo largo del tiempo que llevo ya con este blog, he hecho muchas alusiones al sistema de control de tracción, y de hecho el año pasado avancé mucho por ese camino, llegando incluso a diseñar y construir una etapa de potencia que sería la encargada de alimentar con corriente de tracción los ocho cantones, pero había un problema previo sin resolver, y que era la forma en que el sistema de control debía ocuparse de asignar a cada cantón el controlador oportuno. Me refiero a la misteriosa caja denominada Conmutador en este esquema, que pertenece al artículo La etapa de potencia

Quizá cuando hice ese dibujo no tenía todavía muy claras la ideas sobre cómo debería funcionar ese dispositivo, pero mis ideas quedaron completamente nítidas cuando descubrí que lo que realmente estaba queriendo hacer era lo que los americanos habían hecho toda la vida con sus maquetas analógicas mediante el sistema denominado Cab Control. En el artículo que se llamó precisamente Cab Control (y que por cierto, ha sido de los más leídos de este blog) estaba la siguiente imagen donde ya se dibuja un esquema para conectar varios controladores a varios cantones, sin que la asociación de cada control a cada cantón sea rígida, sino de forma que se permita que un único controlador acompañe al tren según va cambiando de cantón.
La clave de todo, son esos conmutadores que se ven en el dibujo, que permiten que cada cantón se conecte a cualquiera de los controladores existentes. Claro que lo habitual era que esos conmutadores fuesen manuales, lo cual introduce una complicación importante en el manejo de la maqueta, y en la práctica exige que haya una persona controlando cada tren. Como se decía en ese artículo, eso casa muy bien con el estilo americano de entender el manejo de una maqueta de trenes, pero no se ajusta demasiado a los deseos de los aficionados europeos.

Desde luego, en mi caso esos conmutadores no pueden manejarse de forma manual, sino que debe ser el programa de control el que se encargue de esta labor. La idea, como ya he explicado muchas veces, es que el usuario debe tener la impresión de que está manejando un tren con cada controlador, y manejará siempre el mismo tren, esté donde esté el tren dentro del trazado, (es decir lo mismo que con un sistema digital) así que el sistema debe ir conmutando cantones y controladores de forma automática y transparente para el usuario (que es una frase muy informática). Desde luego esto requiere un sistema de sensores por toda la maqueta que detecte el paso de los trenes y sea capaz de saber donde está cada tren en cada momento. Como ya se ha visto, en algún vídeo (Pionero) esto está ya prácticamente conseguido.

Así que esos conmutadores no pueden ser manuales. Por lo que yo sé, los que han hecho antes que yo sistemas de CabControl automátizados han empleado circuitos lógicos que acaban manejando relés. Los relés parecen imprescindibles en este caso puesto que la corriente de tracción de los trenes es de una intensidad relativamente alta, y además los motores producen muchos parásitos que se llevan mal con la electrónica. Además, para cambiar el sentido de movimiento del tren hay que invertir la polaridad de la tensión de la salida, otra cosa complicada de hacer con la electrónica, y no digamos ya si como es mi caso, la corriente de tracción lleva superpuesta la tensión alta y de alta frecuencia de los limpiavías de Gaugemaster. Todas estas consideraciones son justamente las que me han llevado a utilizar relés en la alimentación de los sectores aislados

Sólo había un inconveniente: para manejar seis controladores y ocho cantones necesitaría como mínimo 48 relés. No es que me asuste, porque mi maqueta tiene ya más de cuarenta relés biestables que manejan los sectores aislados, pero, dejando la solución de los relés en la reserva me`pregunté si no habría una solución mas elegante. (y todo hay que decirlo: más barata).

Y si; existe una solución:  Se llama Multiplexor Analógico. Bueno exactamente: " 8-chanel analog multiplexer / demultiplexer"  74HC4051  . ¿Su precio?: ¡  32 centimos !, Pues este chip tiene internamente un conmutador de ocho posiciones, es decir uno de sus pines puede quedar conectado a uno cualquiera de otros ocho pines, como si fuera un conmutador rotatorio de ocho posiciones. Dicho de otro modo sustituye a ocho relés

La forma de decirle qué posición debe adoptar el conmutador es una entrada digital de tres dígitos, que por lo tanto puede recibir un dato binario entre 0 y 7 que ordena la posición que adopta el conmutador en cada momento. Naturalmente lo de posición es una forma de hablar. Se trata de un dispositivo de "estado sólido" en el cual no se mueve nada. La expresión análogico de su nombre hace referencia a que la señal que atraviesa el conmutador puede ser positiva o negativa, fija o variable, y circular del polo único a uno de los ocho o en sentido contrario. Hago la salvedad de que para manejar señales con parte positiva y negativa como puede ser una señal de audio, hay que alimentarlo de una forma especial. Se utilizan precisamente en mesas de mezcla de audio y video para manejar señales analógicas.

Naturalmente, con todo lo que antes comentaba, no se puede soñar con emplear directamente este conmutador con la corriente de tracción. La conmutación tiene que hacerse antes de la etapa de potencia y antes del dispositivo de inversión. Por eso todos estos elementos quedan asociados al cantón, y por lo tato hay ocho de cada, tantos como cantones. Justamente ese era el diseño previsto para la etapa de potencia que construí el año pasado.

Pero surge un problema adicional. He dicho que el multiplexor debe recibir en tres entradas digitales un código binario que indica la puerta que está conectada en cada momento. Pero eso significa que esta señal digital debe mantenerse en la entrada durante todo el tiempo que deseemos que la puerta indicada esté conectada, es decir durante un tiempo indefinido. Este tema introduce una diferencia fundamental con todos los elementos digitales que he diseñado y construido hasta ahora. Todo lo anterior se basa en "impulsos", es decir en la salida de los dispositivos aparece una determinada señal en función de lo que en ese momento envía el ordenador, y dura solo el tiempo que lo mantiene el ordenador. Este es el caso de los desvíos, semáforos, etc. Cuando este impulso debía dejar una situación permanente (hasta nueva orden) se utilizada en todos los casos un relé biestable, que con un impulso pasaba a una posición y con otro impulso pasaba a la situación contraria.

No se puede pensar que el ordenador "reserve" tres salidas para mantener indefinidamente los datos para cada multiplexor. Como voy a tener ocho multiplexores, mecesitaría 24 bits de salida permanentemente condenados para esta función. (o sea tres placas Velleman sólo para ésto). Ya me enfrenté con este problema cuando probé la placa de la etapa de potencia. Utilizaba las ocho salidas de una placa sólo para controlar los relés de inversión de sentido de marcha.

La solución, claro, pasa por los circuitos llamados enclavamientos o latch Un circuito latch recibe un dato durante un tiempo mínimo (un impulso) y lo mantiene en sus pins de salida indefinidamente hasta tanto no reciba la orden de olvidarlo En realidad son la forma más simple de un circuito de memoria. Hablé hace poco de los latch (ver Software de detección) como una posible forma de mantener la dirección de un sensor hasta que el programa la leyera, pero parece que la solución que adopté ha resultado satisfactoria. Ahora sin embargo no había otra alternativa así que he tenido que chaparme el tema de los latches. Necesito un latch de tres vías para cada multiplexor, de forma que el latch reciba el dato como un impulso, y lo mantenga indefinidamente. Por cierto: ya que tengo un latch y que los que se fabrican son de cuatro o de ocho vías, puedo utilizar la vía sobrante de uno de cuatro, para manejar el relé para inversión de sentido.

El problema de todo esto es que todo ello está asociado al multiplexor, de modo que necesito un latch por cada multiplexor y por cada relé de inversión, Al final no queda nada que no se repita ocho veces, salvo la alimentación y la generación de los impulsos PWM. Pero estos impulsos los generan las placas Velleman, y respecto de la alimentación, se me ha ocurrido que no sería ninguna mala idea poner un circuito de estabilización por cantón, para garantizar que el consumo de los trenes en un cantón no influya sobre los trenes que circulan por otro cantón.

La conclusión de todo esto es que no fue una buena idea hacer la etapa de potencia octal que construí el año pasado, por dos razones: Por un lado faltan elementos que deberían ir incorporados en ella porque también son octales como los multiplexores o los latches. Por otro lado hacer placas para ocho cantones precisamente, es un caso muy particular para mi maqueta actual. Es mucho mejor hacer una placa para cada cantón con todo lo necesario para el control del mismo. Así habrá tantas placas como se necesiten y serán cada una de ellas más simple. De esta forma el diseño es mucho más flexible y puede servir en el futuro para otras maquetas.

¿Y todo esto nos lleva a algo? Pues efectivamente: Nos lleva a esto:


Ya se que no es precisamente una belleza, pero lo asombroso de todo este asunto, es que ese monstruo de cables, chips y leds, adosado a la placa Velleman hace exactamente lo que se pretende: Permite conmutar entre seis entradas PWM generadas por las placas Velleman (cada placa tiene dos salidas PWM, así que finalmente voy a usar tres placas Velleman) y ocho salidas para ocho cantones generando para cantón una onda pulsada de 9 V de tensión de pico y ancho variable entre 0 y 100% con una salida admisible de 500 mA por canal, y conmutación entre las señales PWM y las de salida y con inversión de polaridad en las salidas. Todo ello comandado digitalmente desde el programa de control.

Naturalmente he estado dos o tres días montando todo ese circuito paso a paso con gran cuidado, estudiando las hojas de datos de los componentes, y controlando el funcionamiento con el programa, hasta que finalmente he llegado a verlo funcionar satisfactoriamente.

Por eso, cuando lo he conseguido, me he servido esa cerveza que aparece en la foto de portada, ¡Creo que me la he ganado!

En próximos artículos concretaré más el diseño y funcionamiento de este sistema.

domingo, 3 de junio de 2012

Pionero


Hay una frase que se suele decir cuando alguien intenta un camino que no se había utilizado antes. La frase es A los pioneros los mataban los indios. Desde luego esta frase no alienta mucho la innovación, así que no debemos hacer mucho caso, aunque si es cierto que cuando se explora un nuevo sistema conviene asegurarse bien antes de que no haya marcha atrás.

La verdad es que me he arriesgado un tanto al lanzarme a utilizar los famosos sensores de efecto Hall para detectar el paso de los trenes, pero cada vez estoy más convencido de que ha sido un acierto, y no tengo ya ninguna duda en recomendarlos, especialmente para la escala Z. No tengo constancia de que nadie los haya usado, al menos en España, y la única referencia es la que hice en su momento de una universidad norteamericana, que por cierto ha quitado la página de la red.

Como se veía en el artículo anterior, los sensores quedan perfectos colocados entre las vías y por encima de las traviesas. No llegan a sobresalir por encima del carril así que no tropiezan con los fondos de las locomotoras. En esa posición quedan bastante altos, y por lo tanto muy cerca de los imanes de las locomotoras, así que la detección se produce con toda seguridad.

Dada la sensibilidad de estos sensores, he podido poner en las locomotoras unos imanes especialmente pequeños. Concretamente de 2,5 mm de diámetro por solamente 0,5 mm de espesor. Hay una empresa (HKCM) que fabrica y vende por Internet una enorme variedad de imanes de todos los tamaños y formas, incluidos algunos tan pequeños como los indicados. Este tamaño ha resultado especialmente adecuado para este uso, ya que 2,5 mm de diámetro es algo menor que el diámetro de la cabeza de los tornillos que llevan las locomotoras cerrando el cárter inferior. Asimismo el espesor de tan solo 0,5 mm es tan fino que en la mayoría de los casos, al situarlo en la cabeza de uno de estos tornillos queda dentro del reborde que aloja la cabeza.  Así que en definitiva sobresale menos que la tapa del cárter de engranajes, y por lo tanto no tropieza con nada. Además como queda tan ajustado al tamaño del tornillo y el taladro, queda perfectamente encajado y sujeto solamente con su fuerza magnética sin necesidad de ningún adhesivo. Queda tan bien que es difícil quitarlo, y la forma de hacerlo es recurrir a otro imán.

Como digo, quedan como empotrados en los taladros de la tapa de engranajes, así que calculo que pasan a una distancia de entre 1 y 1,5 mm de los sensores. Como ya comprobé que el sensor se activa aún a distancias del orden de 8 mm hay un alto margen de seguridad. El sistema funciona perfectamente y las locomotoras son detectadas sin fallos y con seguridad, incluso circulando a toda velocidad. No se necesita una precisión extraordinaria ni en la colocación de los sensores ni en la colocación de los imanes.

En en la primera parte del vídeo que encabeza este artículo vemos la operación de colocar estos imanes en una locomotora. Utilizo un imán que tiene los polos marcados y que está  montado en un palillo para identificar los polos del imán que voy a colocar. Cuando el imán a colocar se sitúa sobre el que tiene el palillo quedan alineados los polos, así que entonces marco la cara que tiene el polo sur con un rotulador rojo. Una vez identificado el polo sur, sitúo el imán sobre un tornillo de la tapa de engranajes de la locomotora (el que quede más hundido) y la operación queda terminada. Apenas se tarda unos segundos, y a continuación hago rodar la locomotora sobre una sección de vía que tiene ya montada unas cuantas balizas. No se ha producido todavía ni un sólo fallo.

En la segunda parte del vídeo vemos una locomotora circulando por la maqueta y se alternan tomas de la pantalla del ordenador que está ejecutando el programa de control. Se puede apreciar como según va avanzando la locomotora, en la pantalla del ordenador se va mostrando la correspondiente indicación de cantón libre o cantón ocupado (linea continua o linea de trazos) y también las etiquetas que se encienden al paso de la locomotora por cada una de las balizas. El que en la etiqueta aparezca precisamente el código de la locomotora es todavía simulado, hasta que funcione el sistema de control de tracción. Todo el resto de indicaciones y actuaciones que vemos en el vídeo son reales, incluyendo una parada de unos segundos que efectúa la locomotora y que se debe a una orden diferida en la ruta.

Realmente esa parada demuestra que aunque el mando de los trenes es todavía analógico y manual, el programa de control va tomando poco a poco posiciones. Con lo que ya hay se puede ordenar la parada o el arranque de un tren, siempre que esa orden se refiera a un tren que está sobre un sector aislado. Naturalmente el programa actúa en este caso sobre el relé que controla la alimentación del sector, por lo que la parada y el arranque son bruscos y con no demasiada precisión.

Así que a pesar de que no cabe duda de que este sistema es pionero dentro de la afición al modelismo ferroviario, parece que en esta ocasión, los indios han salido derrotados.

Solo tengo una pega respecto de los sensores de efecto Hall: Son muy delicados frente al calor de la soldadura, así que hay que ser rápido soldando, y puede ser una buena idea utilizar flux. He comprobado que si al soldar alguno de ellos me entretengo un`poco, es sensor se estropea. Y no digamos nada si me he equivocado y pretendo dessoldarlo. Se estropeará con toda seguridad. Por eso ha sido una buena idea, montar los sensores en un pequeño trocito de circuito impreso en el que sitúo además un conector tipo Molex para tres conductores y un condensador. Así puedo preparar las plaquitas de circuito impreso y probarlas fuera de la maqueta para ver si funcionan. Una vez comprobadas las coloco en la maqueta, y ya sin necesidad de soldar, conecto los hilos del cableado mediante el conector.

 

El sensor se introduce desde debajo de la base de la vía, a través de un orificio de 2,5 mm de diámetro realizado entre dos traviesas. Forzando lateralmente la broca al taladrar, el agujero se hace rasgado en el sentido de la traviesa, de manera que la cabeza del sensor se pueda pasar desde abajo y asomar entre las traviesas. Luego se dobla la cabeza hacia atrás y se pega a la traviesa con una gota de cianoacrilato. Una vez todo comprobado y funcionando, le pongo un pegote de cola termofusible para sujetar el circuito impreso y el conector a la parte inferior de la base de la vía.

Las patillas del Sensor son suficientemente largas para la vía montada sobre contrachapado de 5 mm teniendo en cuenta que además de la madera lleva 1 mm de goma EVA , el recubrimiento de balasto y la altura de la traviesa. Para los casos en que la vía va montada sobre el tablero base que es más grueso, pongo unos hilos de prolongación en cada patilla del sensor. En los casos en los que queda en zona de vías ocultas, puedo poner todo en la parte superior, introduciendo lateralmente en la vía, la cabeza del sensor.

Como hay muchos tipos de sensores Hall, indico para los que quieran probarlos que el que yo he usado es el que tiene referencia A1120EUA-T fabricado por Allegro Microsystems  y que puede comprarse e RS   No dudo que otros puedan valer, pero yo sólo he probado éste.