Palancas y botones

En la imagen de la cabecera, se pueden apreciar progresos en mi nuevo cuadro de mando. Concretamente a la derecha, ya se ve, además del interruptor principal, y de un amperímetro digital, el sistema de control de tracción que voy a empezar usando. Ya comenté (Conduciendo locomotoras) que en mi opinión una forma muy adecuada par manejar el control de locomotoras, sobre todo cuando contamos con un sistema de simulación de inercia, es un joystick, asi que he colocado un control por joystick en el cuadro, complementado con pulsadores para la marcha adelante, paro y marcha atrás. Se trata de un joystick "digital" que es la forma chula de decir que no es un mando proporcional, sino simplemente unos interruptores que se cierran según hacia donde se mueva la palanca. Además en este caso los movimientos laterales están anulados así que en definitiva este control no hace otra cosa que lo que hace un conmutador "(on)-off-(on)", (ver nota *) es decir cerrar un circuito cuando la palanca se mueve en un sentido y cerrar otro circuito cuando se mueve en sentido contrario, y cuando soltamos la palanca, ésta vuelve al centro y se quedan abiertos los dos circuitos. O sea exactamente como los más de ochenta conmutadores "(on)-off-(on)" que voy a ir montando en el cuadro. Éste es sólo más grande y más cómodo de manejo, pero eléctricamente es lo mismo.

Controlador PWM05 con simulación de inercia y mandos por joystick
y tres pulsadores para cambio de dirección

Pero quería hacer notar una cosa: Tanto el joystick, que al soltarlo vuelve al centro, como los pulsadores, que los presionamos y al soltarlos vuelven a levantarse tienen una característica común: no conservan indicación alguna del efecto que han causado, en el movimiento de los trenes.

Por ejemplo, si comparamos esto con mis famosos controladores PWM04, en éstos para regular la velocidad hay un mando giratorio. La posición de este mando, se corresponde con la velocidad del tren, así que si ponemos algún tipo de flecha o cursor en el mando tendremos la visualización de la velocidad del tren que estamos controlando. Por otra parte, el conmutador "on.off-on" que lleva el PWM04 queda en el centro cuando el tren está parado, pero si lo movemos hacia delante, se queda en esa posición y hace que el tren se mueva hacia delante, y viceversa. Es decir mirando la posición del botón giratorio en el PWM04 nos hacemos idea de la velocidad, y mirando el conmutador sabemos si el tren se mueve y en qué sentido. En definitiva tanto un mando como el otro conservan la posición del último movimiento que hemos hecho sobre ellos, y eso nos da información de cómo se mueve el tren. Si queremos decirlo en plan cursi, diríamos que ese tipo de mandos presentan un feedback de información hacia el usuario

Controlador PWM04 . Mando de velocidad giratorio y conmutador
 de tres posiciones para cambio de dirección

Sin embargo, un control como el del cuadro, que es una versión del PWM05, no conserva esas indicaciones, así que carecemos de esa información. Por supuesto podemos poner unos leds que se enciendan si el tren marcha hacia delante o hacia atrás, o está parado, y ya puestos un display que nos marque la velocidad, pero son elementos distintos a los mandos con que controlamos el tren. Así que los joisticks y los pulsadores no tienen feedback mientras que los mandos giratorios y los conmutadores de dos posiciones si lo tienen.

¿Qué es mejor? Aparentemente, después de lo dicho, parece que es mejor un sistema de mandos como el PWM04, ya que tenemos una información para el usuario que de la otra forma no tenemos. Esto es cierto, siempre y cuando la información que recibamos a partir de la posición de esos controles sea cierta, pero si esta información puede ser falsa o confusa, es mejor no tenerla, o recurrir a otros medios para tener la información correcta. Seguro que todos los lectores estarán de acuerdo ante esta última frase, aunque probablemente se pregunten como puede no ser cierta la información.

Consideremos un controlador análogo al PWM05, es decir con control de inercia y parada automática, al que en vez de un joystick le ponemos un mando giratorio. Supongamos que llevamos el mando hasta por ejemplo el 80% de su recorrido. En un mando sin inercia, como PWM04, el tren se pone al 80% de su velocidad máxima, de forma casi instantánea y permanece en esa velocidad. Inconscientemente asociamos la posición de giro de nuestros dedos sobre el mando a la velocidad del tren.

Pero en un mando con simulación de inercia, si llevásemos el mando al 80% de su recorrido el tren no marcharía al 80% de su velocidad máxima hasta bastante tiempo después. Así que durante ese tiempo de aceleración, que puede ser de por ejemplo 10 o 20 segundos el tren no marcha a la velocidad que indica la posición del mando.

Esto produce una confusión en el operador. Al ver que el tren va más despacio de los esperado, tiende a girar el mando más de lo necesario, haciendo que el tren se pase de la velocidad deseada, lo que obliga a corregir hacia, atrás, etc.  Ha dejado de haber correspondencia entre la posición del mando y por lo tanto de nuestros dedos con la velocidad del tren, lo que produce la incómoda sensación de que el tren no obedece correctamente al control.

Pero el caso es todavía más llamativo si, como es el caso del PWM05 el controlador cuenta con parada automática. Esto quiere decir que cuando el controlador recibe una señal (por ejemplo al pasar sobre un sensor de la vía que está a una cierta distancia antes de un semáforo cerrado) efectúa una parada automática sin intervención del usuario, haciendo que el tren se pare progresivamente. Cuando el tren queda parado, si tuviésemos un mando de tipo giratorio, como no ha habido intervención manual, el mando giratorio seguiría marcando el 80% pero el tren estaría parado. Lo peor es que si queremos hacerlo arrancar de forma manual, como el mando está en el 80% si lo giramos más vamos a llegar enseguida al tope de giro sin que el tren haya pasado de una velocidad baja, digamos el 20%.

Este es el motivo de que no sea oportuno poner mandos de tipo giratorio en controladores con simulación de inercia, porque se pierde la asociación del giro de nuestros dedos con la velocidad del tren  y resulta difícil conseguir la velocidad deseada. Por supuesto, si el controlador tiene además parada automática, entonces ya es que es imposible el manejo con un mando giratorio. (Se puede poner un mando giratorio "sin tope" con giro indefinido en ambos sentidos. Esto ya lo hice utilizando para ello un encoder en Mousecab pero allí mismo hay un vídeo en el que se aprecia lo dificil que resulta controlar el tren, y la cantidad de vueltas que hay que dar al mando mientras el tren va un poco a su aire)

Obsérvese que con el mando por joystick estas dificultades desaparecen. El tren acelera mientras se presiona la palanca hacia delante, con mayor o menor aceleración dependiendo del ajuste de inercia del controlador y no de la posición de la palanca del joystick. Si soltamos la palanca, el tren mantiene la velocidad, y si presionamos hacia atrás el tren decelera.

Parece que hemos perdido posibilidades de control, pero no es así. Lo que ocurre es que ahora el mando que tenemos sólo tiene tres órdenes (acelera, mantén velocidad y frena) que no son proporcionales sino de tipo si o no. En este sentido son órdenes digitales. Y ha aparecido un nuevo factor de control: el tiempo. Cuanto más tiempo mantenemos la palanca hacia delante o hacia atrás más deprisa o más despacio circulará el tren.  En cambio con un mando rotatorio tendríamos una orden proporcional (diríamos que es una órden analógica) que sería el ángulo de giro del mando pero que resulta confusa porque no se corresponde con lo que realmente necesitamos para controlar el movimiento del tren. No tiene sentido utilizar un dispositivo de tipo analógico para controlar un dispositivo cuyo comportamiento es digital.

Obsérvese que con este sistema, tenemos un control muy intuitivo de los trenes, porque mientras presionamos la palanca el tren acelera, pero en cuanto alcanza la velocidad deseada, soltamos la palanca y el tren mantiene esa velocidad, y frena cuando llevamos la palanca hacia atrás. Es muy parecido a manejar un automóvil con el acelerador y el freno (ya se que acelerador y freno son proporcionales) De hecho es muy parecido a como se manejan los trenes reales más modernos.

Mando de desvíos con conmutadores de dos posiciones

Algo muy parecido ocurre con los desvíos. En otros lugares he discutido las ventajas de utilizar conmutadores de palanca para manejar los desvíos, Me refiero a conmutadores de dos posiciones, de manera que moviendo el conmutador a una posición el desvío se pone en una posición y el conmutador permanece en esa posición. Moviendo la palanca al otro extremo, el desvío cambia de posición y la palanca del conmutador queda en la posición que corresponde al último movimiento del desvío. Esto es perfecto porque basta mirar la palanca del conmutador para saber cómo está el desvío. Tan bueno es, que a pesar de que conseguir que un desvío funcione así, es complicado (se necesita un control de desvíos por descarga de condensador) muchos aficionados lo intentan.

Mando de desvíos con conmutadores (on)-off-(on) y leds indicadores

Sin embargo, nos ocurre lo mismo que antes: Esto está muy bien siempre y cuando garanticemos que la posición de la palanca indique siempre la posición del desvío. Así que de nuevo nos preguntamos si hay algún caso en el que pueda ocurrir que no sea cierta esta correspondencia y la respuesta de nuevo es que si, en el momento en que tengamos automatismos (por ejemplo para hacer itinerarios, para automatizar estaciones ocultas, etc.) En esos casos una orden (manual o procedente de un sensor por el paso de un tren) acciona uno o más desvíos cambiando su posición para dirigir el tren automáticamente por una vía determinada. Naturalmente si éstos desvíos cambian de posición automáticamente no podemos pretender que las palancas de sus conmutadores se muevan solas, así que si el desvío se ha movido y la palanca no, la información que da la palanca es falsa.

Evidentemente, en este caso, el método de los conmutadores de dos posiciones no sirve, de modo que hay que ir al manejo mediante pulsadores o mediante conmutadores "(on)-off-(on)" que quedan siempre en posición central. Es decir lo mismo que antes, el dispositivo de mando no permanece en la posición a la que lo hemos movido, sino que retorna a la posición neutra. Así que si queremos tener una indicación de cómo está el desvío hay que añadir unos leds que nos indiquen la posición del desvío Naturalmente estos leds cambian la indicación tanto si movemos manualmente el desvío con su palanca, o si el desvío se mueve automáticamente por una orden de un automatismo. El problema es que como los aficionados saben el conseguir que unos leds indiquen la posición de un desvío es complicado de conseguir, salvo en el caso particular de que los desvíos tengan interruptores de final de carrera.

Mando de alimentación de apartaderos. Conmutadores de dos posiciones y leds 

¿Mas casos? Si, desde luego: En toda maqueta analógica tenemos una serie de sectores aislados donde podemos dejar locomotoras estacionadas, para lo cual aislamos eléctricamente el sector  y lo alimentamos a través de un conmutador (en este caso basta un interruptor) Si movemos el conmutador para abrir el circuito, el sector queda aislado, y si lo cerramos el sector queda alimentado, así que la palanca del conmutador nos indica si el sector tiene alimentación o no..... mientras no tengamos un automatismo que haga que por ejemplo cuando un tren se encamina a una vía determinada de una estación oculta, además de mover los desvíos, conectamos la alimentación de esa vía. En este caso volvemos a estar en las mismas: necesitamos un led que nos indique si el sector está o no alimentado, y un conmutador con cero central, otra vez de tipo "(on)-off-(on)",  para que quede en posición neutra.

Mando de una señal luminosa (F1) . Conmutador (on)-off-(on) y leds

Y nos queda el caso más claro, el de las señales luminosas (mal llamadas semáforos). Digo que es el caso más claro porque una señal luminosa necesita obligatoriamente un conmutador con dos posiciones estables si queremos manejarla manualmente. No se puede manejar con pulsadores o con conmutadores con cero central, porque necesita constantemente recibir corriente para encender una u otra luz. Sin embargo, si esta señal forma parte de un bloqueo automático, o de un automatismo cualquiera, deberá ir cambiando las luces según el cantón que protege quede libre u ocupado. Así que estamos en las mismas. Tanto es así que normalmente las señales de un sistema de acantonamiento cambian las luces por medio de relés y no hay posibilidad de accionarlas de forma manual. Si queremos poner un mando manual que nos permita abrir o cerrar la señal de un cantón es un problema, y no digamos si lo que queremos es que además el relé del cantón alimente o corte la alimentación de ese cantón, pero sin afectar a los contiguos.  Y desde luego habá que usar conmutadores "(on)-off-(on)" y poner además leds para conocer la situación de la señal luminosa.

Así que, después de todo esto, parece que queda claro que, en cuanto queremos complicar nuestro sistema con automatismos, nos vemos obligados a abandonar la idea de utilizar mandos que con su situación nos indiquen cual es la situación de cada uno de los elementos a controlar, desligar el elemento de control, ya sea conmutador, joystick, pulsador o lo que sea, del elemento de señalización, que normalmente serán uno o dos leds, y desde luego los elementos de control, tienen que ser del tipo que NO mantiene la posición después de usarlos, ya que no se puede garantizar que siempre su posición coincida con la posición del elemento controlado.

Todo este preámbulo sirve para explicar el motivo que me ha llevado a diseñar una serie de circuitos electrónicos a los que llamo drivers cuya misión es facilitar y estandarizar el manejo de dispositivos (desvios señales. incluso trenes) con elementos de control "no permanentes" como los pulsadores joysticks, conmutadores "(on)-off-(on)" y obtener por un lado el control de esos dispositivos  y por otro la señalización mediante leds de la posición de esos elementos.

Por eso me he metido a construir este nuevo cuadro de control, ya que a partir de ahora, mi maqueta se va a convertir en el banco de pruebas de todos estos sistemas y por eso mi cuadro de control va a llevar unos ochenta conmutadores, todos ellos iguales de tipo "(on)-off-(on)" y además más de cien leds que serán los indicadores de la posición de los distintos elementos.

Todas las ordenes, tanto a semáforos, desvios,etc como a los propios controles de tracción van a ser por tanto "digitales" (en el sentido de que no son proporcionales sino sólo "si" o "no") y consisten en impulsos de 5 Voltios. siempre iguales para cualquier tipo de aparato lo que permite por ejemplo con un único sensor que detecte el paso de un tren mover un desvío, cambiar un semáforo a rojo y provocar una parada progresiva de un tren.

Y no olvidemos que ese único tipo de señal, es también posible generarla con toda facilidad con dispositivos como los Arduinos, los PIC's y las Interfases con PC's

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* Tipos de conmutadores

Un conmutador de dos posiciones "on-on" tiene dos posiciones permanentes, es decir que la palanca se puede dejar permanentemente en una de sus dos posiciones y en cada una de ellas deja un circuito conectado 

Un conmutador de dos posiciones "on-off" tiene dos posiciones permanentes pero solo una cierra un circuito v en la otra no hay ningún circuito cerrado. Le llamamos también interruptor sobre todo si no tiene terminal para la posición que no cierra ningún circuito 

Un conmutador de tres posiciones "on-off-on" tiene tres posiciones permanentes de las cuales las dos extremas cierran cada una un circuito, y la central no cierra ningún circuito.

Un conmutador de tres posiciones "(on)-off-(on)" tiene tres posiciones, pero solo la central es permanente, de modo que al soltar la palanca siempre retorna a la posición central. En cada posición extrema cierra un circuito y en la posición central no queda ningún circuito cerrado. Los paréntesis indican las posiciones que no son permanentes.