Cuesta arriba

Después de un par de semanas un tanto parado, he reanudado el trabajo con la construcción de mi maqueta.

Tocaba continuar poniendo vía, y en un largo tramo sin incidencia alguna (léanse desvíos etc) para pasar desde el nivel de la estación oculta hasta el nivel de la estación principal. Se trata por lo tanto de un trabajo bastante monótono, pero en fin, es necesario. De ahí viene el título de este artículo, porque se me ha hecho un poco cuesta arriba, hacerlo, y coincide con que se trata de realizar una verdadera cuesta arriba.

Como en ocasiones anteriores he grabado un vídeo que muestra cómo he hecho esta primera parte de la rampa, es decir la colocación de la base de la vía.

Este es el video:



Como se ve, comienza con unas imágenes de la operación de cortar las pistas de vías. Previamente había hecho la impresión a partir del programa, y el pegado de dichas hojas sobre tableros de contrachapado, pero no lo he repetido aquí porque ya quedó muy bien recogido en el  artículo Estación oculta I  y no era cuestión de repetirlo.

Sin embargo ya se vió en aquél video que la operación de cortar las pistas  mediante una sierra caladora de mano, resultaba difícil y hasta arriesgada. Como aún me quedaba (y me queda) mucha tela por cortar, me dediqué a buscar alguna herramienta, que sin ser cara ni aparatosa me permitiera cotar estas tiras de contrachapado con facilidad y seguridad. La verdad es que no sabía muy bien lo que buscaba, pero tuve la suerte de encontrar el Leroy Merlin el artefacto que aparece en el video. Se trata simplemente de una placa metálica en la que podemos fijar una sierra caladora de mano (¡cualquier sierra, no una marca determinada!) De manera que el motor queda bajo la placa y la hoja asoma hacia arriba por un taladro. Todo el dispositivo se puede fijar mediante gatos al borde de una mesa. Bueno en mi caso, lo fijé al borde de una tabla que a su vez se sujetaba con sargentos a la mesa. Al final se tiene una sierra de mesa, que aunque no sea de total precisión, ni seguramente valdrá para espesores de madera un poco gruesos, a mi, para esta labor me ha venido de perlas. Tiene también guías para hacer cortes rectos, aunque yo no las he usado. Es de la marca Wolfcraft

Luego viene la colocación de todas esas piezas en la maqueta, y la forma de ir haciendo la elevación progresiva, desde la cota cero que es la de la estación oculta a la estación principal. Por cierto, que aquí he hecho un cambio de proyecto importante: En el diseño inicial había hecho que esta rampa tuviese una pendiente de 15 milésimas, lo cual, siempre que me dejan digo que es lo máximo que deberíamos hacer en una maqueta, Con esa pendiente la estación principal quedaba en la cota 130. Sin embargo cuando empece a poner esta rampa, y vi lo que suponían esas 15 milésimas me pareció una pendiente excesiva. Sobre todo me dió miedo una cosa: Una de las virtudes de esta maqueta es que está diseñada para trenes bastante largos, de por ejemplo locomotora y seis vagones largos.Por eso pensé que quizá algún tren de esta longitud tuviera dificultad para superar esas 15 milésimas y que sería una lástima tener que limitar la longitud de algún tren por esa razón. Por otro lado el disminuir la pendiente no tiene ningún problema, porque dejando la estación principal a la cota 100 hay espacio más que de sobra para intervenir en la estación oculta, en caso de descarrilamiento.

Asi que aunque el programa me había impreso la cotas de un montón de puntos, al final esas cotas no me han valido, y he tenido que recalcular las alturas otra vez para llegar a la cota 100. Con esto la pendiente de este tramo ha quedado en unas doce milésimas (exactamente 12,2 º/ºº) . A mi siempre me llama la atención, cuando algún contertulio de algún foro dice que en su maqueta tiene pendientes del 3% y del 4%. o sea lo que serían, ferroviariamente dicho, de 30 o de 40 milésimas. Reconozco que para poder subir de un nivel a otro, si no se tiene espacio suficiente, no hay más remedio que hacer esas rampas excesivas, y que las escalas como la N o la H0 superan gracias a los aros de goma de las ruedas, pero bueno, por eso yo no cambio la escala Z por nada.

Como hongos

Aclaro que en España se usa la expresión "crecer como hongos" para aplicarla a algo que crece o se multiplica con gran rapidez, y quizá también con una cierta anarquía. Viene a cuento de que después de haber escrito aquí que renunciaba a seguir desarrollando más controladores, y como ya explicaba en el artículo anterior, me han surgido nuevas ideas que me pueden permitir hacer con facilidad, no solo lo que tenía previsto inicialmente, sino alguna cosa más avanzada e incluso rehacer de una forma más sencilla algo de lo que ya había dado por resuelto. Asi que en poco tiempo han surgido varios modelos más y todavía no ha terminado la cosecha.

El caso más flagrante es el del controlador PWM73 (a la izquierda en la imagen de la cabecera) que ya había dado por bueno, e incluso estaba a la venta en la tienda. Resulta que con el nuevo sistema que expliqué en el artículo anterior, puede construirse de una forma más simple, y por lo tanto más barata En el centro de la imagen tenemos el nuevo PWM73SI que tiene exactamente las mismas funciones, como se puede comprobar viendo que tiene exactamente los mismos cinco botones y un potenciómetro, aunque éste último, con un botón de mando mayor.

Claro es que este nuevo controlador no lleva indicador de velocidad, tal como lo tenía el anterior, pero es que ahora, el nuevo PWM73SI permite la conexión de un velocímetro que puede ajustarse para que indique aproximadamente la velocidad a escala de la locomotora que está manejando, y no sólamente un porcentaje de velocidad como el PWM73 antiguo. En la imagen de la izquierda se puede ver esta combinación del PWM73SI con el velocímetro.

Como decía, este controlador tiene todas las funciones que veíamos en el vídeo PWM70 es  decir todas las funciones externas de parada y arranque automático que permitían realizar los trenes lanzadera, las vías reversibles, los bucles de retorno, y por supuesto el manejo con Joystick y la conexión a un ordenador o un Arduino. Por cierto en este último punto hay una diferencia porque en el PWM73 el retorno de velocidad era digital, lo que requería ocho cables, mientras que en el PWM73SI  el retorno de velocidad es analógico, así que basta con un cable.

He comentado que el velocímetro analógico se puede ajustar para que la cifra mostrada corresponda a la velocidad en km/h del tren que estamos controlando. Desde luego debido al diferente comportamiento de unas locomotoras respecto de otras la velocidad indicada es solo aproximada, pero es una ayuda muy importante para evitar la tentación de hacer correr a nuestros trenes en el mundial de Fórmula 1

Como demostración de cómo se realiza este ajuste, y de los resultados que se obtienen se puede ver el siguiente video:



En el video se ve la forma de proceder para ajustar el velocímetro, que se basa simplemente en medir la velocidad a que se desplaza la locomotora, y ajustar el aparato para que muestre esa velocidad.

Para medir la velocidad de las locomotoras se cronometra un determinado recorrido que previamente se ha medido. En el vídeo se indican los cálculos a efectuar, y el procedimiento se basa en lo explicado en el artículo: ¿Cual corre más? de Agosto de 2016.

Por cierto que en este vídeo vemos por primera vez funcionando el PWM73SI  (La sigla SI indica Simulador de inercia) y se aprecia que funciona perfectamente aunque la instalación es muy provisional. Hay algún momento en que se ve alguna arrancada espectacularmente lenta, y en general el control es muy preciso y muy estable. Como se aprecia el montaje para la prueba consta de un PWM73SI junto con un joystick casero que se ha visto ya en artículos anteriores, y el velocímetro analógico, bautizado como VELAN.

Como comentaba antes, aunque aún no he realizado cálculos, seguramente la combinación del PWM73SI con el velocímetro VELAN saldrá más barata que el antiguo PWM73, a pesar de que éste puede marcar directamente velocidades en Km/h

No me ha resultado fácil seleccionar este voltímetro, que junto con un pequeño circuito que yo añado, se convierte en el velocímetro. Es un instrumento de panel fabricado por Velleman y resulta un poco grande y caro, pero no he podido encontrar otro aparato que cumpliera las necesidades y fuese más pequeño y barato.

Seguramente alguien está pensando que en internet se encuentran voltímetros y amperímetros digitales pequeños y baratos. No hay ningún problema en conectar uno de estos voltímetros chinos al PWM73SI, y de hecho sus conexiones están preparadas para ello. El problema es que esos aparatos tienen escala fija, normalmente de 0 a 12 o de 0 a 20 V mientras que el Velleman se puede ajustar a una escala de milivoltios, que es como realmente se emplea aquí. Así que si conectamos uno de esos pequeños voltímetros obtendremos una lectura entre 0 y 5 Voltios, siendo imposible que marque un valor de velocidad real. (salvo que hagamos un circuito complicado). En la imagen se ha conectado uno de estos voltímetros y está marcando 3.8 Voltios Con um poco de astucia se ha tapado el punto decimal con un rotulador, de manera que parece que se lee 38 km/h. pero con una tensión de 3.8 Voltios, que es lo que realmete marca,  cualquier locomotora va a circular a una velocidad mucho mayor, y la forma de conseguir que se muestre la cifra real es bastante complicada

PWM74

Este mes de Abril, entre la Semana Santa, y unos pequeños problemas de espalda, que me han tenido un poco tieso, no he avanzado mucho en la construcción de la maqueta, pero si ha sido productivo en otro sentido.

En la fotografía de la cabecera, se ve un prototipo de que seguramente acabará siendo el controlador PWM74.  En algún momento (Un poco de sal), he comentado que renunciaba a intentar construir un controlador más de la serie PWM71, PWM72 y  PWM73 ya que el tema se me había ido complicando demasiado. a pesar de que en mis planes iniciales había un cuarto controlador que debía permitir realizar de forma automática paradas y arrancadas progresivas.

Sin embargo, hace unas semanas me vino a la cabeza la idea de que en realidad había una forma relativamente simple de realizar un controlador con esas características, y que de hecho, el problema es que había tomado un camino equivocado. incluso con el propio PWM73.

El tema es el siguiente:

Como ya he comentado alguna vez, todos mis controladores que tienen simulación de inercia  se basan en utilizar un potenciómetro digital, concretamente el DS1804 en sustitución del potenciómetro manual que se utiliza en los controladores PWM71 y PWM72 para variar el ancho de pulso de la señal PWM, y consecuentemente la velocidad de los trenes. La forma de mover este potenciómetro es hacerle llegar pulsos que cada uno de los cuales hacen subir o bajar una centésima parte de su recorrido, de manera que estando en cero, si le vamos enviado pulsos, al llegar a cien, estará en el máximo. Para que estos pulsos hagan subir o bajar el potenciómetro, hay otra entrada que según esté alta o baja manda el sentido del movimiento.

Los pulsos se generan con una frecuencia determinada, de manera que si se generan 100 pulsos por minuto, el potenciómetro subirá de cero a su máximo en un minuto, y si se generan 200 por minuto, el tiempo para subir de cero al máximo será de medio minuto. Como la posición del potenciómetro controla la velocidad del tren, la velocidad de éste pasará de cero a su velocidad máxima en un tiempo más pequeño cuanto mayor sea la frecuencia de los pulsos. Es decir acelerará o frenará más o menos rápidamente según esa frecuencia. En mis controladores el mando que llamamos "inercia" controla en realidad esa frecuencia, de modo que cuanto más subimos la inercia lo que en realidad se hace es que la frecuencia disminuya, con lo cual la aceleración o la frenada es más lenta.

El DS1804 tiene la amabilidad de ignorar los pulsos que le lleguen por encima o por debajo de los que le hacen subir al máximo o bajar al mínimo, de manera que cuando hacemos llegar pulsos hasta hacerle llegar al máximo y seguimos enviando pulsos, estos no hacen nada, y en cuanto llega un pulso para hacerle descender empieza a hacerlo. Y lo mismo si está en el mínimo, se ignoran los pulsos que le harían bajar. Esto evita tener que "contar" los pulsos. Simplemente para acelerar se envían pulsos hacia arriba y para decelerar hacia abajo, sin preocuparnos si sobrepasamos el máximo o el mínimo, con lo cual el circuito para hacer esto es bastante sencillo.

Pero aquí es donde surge el problema: Si yo quiero hacer un controlador que gestione de forma automática la parada progresiva de un tren, por ejemplo ante una señal roja, debo ser capaz de que cuando la señal se abra, el tren haga una arrancada progresiva, pero no hasta su velocidad máxima, sino justamente hasta la que llevaba al empezar a frenar ante la señal. Esto implica que el sistema tiene que saber cuál era la velocidad inicial del tren cuando empezó frenar, para luego detener la aceleración en esea velocidad, y esto implica que hay que saber en que punto estaba la posición del DS1804 cuando empezó la frenada.

Y aquí estaba mi error: me empeñé en contar los impulsos para llevar la cuenta, subiendo o bajando un contador digital con los mismos pulsos que actuaban sobre el DS1804. En teoría esto es correctísimo, pero tiene dos problemas: El primero es que los controladores digitales son cíclicos, de manera que si están en su valor más alto, y reciben un pulso más pasan a cero y viceversa. Asi que ya no podía generar pulsos despreocupadamente, sino evitar pasar de 99 hacia arriba y de cero hacia abajo. Esto resulta complicado. El segundo es que para restaurar la velocidad inicial después de una parada había que guardar en una memoria la cuenta de pulsos en ese momento y luego mediante un circuito comparador ir comprobando en qué momento se alcanza esa cuenta durante la aceleración. Todo es perfectamente lógico y posible pero bastante complicado de llevar a cabo.

El controlador PWM73 es un primer paso en este sentido. Tiene el contador de impulsos con toda la circuitería para evitar que suba de 99 y baje de 00, pero no guarda el dato en memoria ni puede hacer la comparación durante la aceleración. Lo que si tiene, es, que como tiene el contador de pulsos, el estado de ese contador se muestra en un display, que por lo tanto sirve como "tacómetro" para indicar la velocidad del tren.

Y digo "tacómetro" y no "velocímetro" porque la cifra mostrada no es la velocidad del tren sino realmente la cuenta de impulsos en cada momento.Por eso varía de 00 a 99 y su significado sería el porcentaje de velocidad en cada momento respecto de la velocidad máxima de la locomotora.

Y aquí viene la idea que me ha hecho considerar que contar pulsos no es realmente un buen camino. La idea es la siguiente: El problema es que del DS1804 que controla la velocidad, no puede sacarse información alguna ya que forma parte de un circuito oscilante que genera los pulsos, pero si pongo OTRO DS1804, justo en paralelo, de manera que reciba los mismos pulsos y por supuesto el mismo control de subida y bajada, garantizo que ambos circuitos están siempre sincronizados en la misma posición, y si se generan pulsos en exceso por arriba o por debajo, ambos circuitos los van a ignorar a la vez. Pero ahora de este segundo potenciómetro digital, puedo sacar exactamente su posición simplemente metiéndole una tensión fija en los extremos y midiendo la tensión en el terminal que hace de cursor. Es decir si le meto 5 V en los extremos, cuando el cursor esté por ejemplo al 70%, la tensión del cursor será el 70% de 5, o sea 3,5 V.  De manera que si en ese punto mido 3,5 V tengo la seguridad de que este segundo DS1804 está en la posición del 70% y por lo tanto el primero también lo estará, y por lo tanto los pulsos de la corriente PWM serán del 70% de anchura con lo que el tren se estará moviendo al 70% de su velocidad máxima. Y así con cualquier otra posición.

Ventajas: Dos fundamentales: Hacer esto así es mucho más fácil que mediante conteo de impulsos, y en segundo lugar tengo un valor de tensión, por lo tanto analógico, que es proporcional a la velocidad. . Desde luego si pongo un simple voltímetro que lea ese valor, ya tengo la forma de mostrar la velocidad de una forma también mucho más sencilla.

Pero es que además, con esto puedo conseguir que la indicación del voltímetro sea realmente la velocidad en kilómetros por hora. Por ejemplo con ese valor de 3,5, y un simple divisor de tensión formado por un potenciómetro y una resistencia puedo convertir esos 3,5 voltios en el valor que me interese. Por ejemplo si mi locomotora tiene una velocidad máxima de 120 Km/h, cuando esté yendo al 70% irá a 84 Km/ de manera que si ajusto el divisor de tensión para que la relación de la entrada y la salida sea 1 a 0,24  los 3,5 voltios se convertirán en 3.5 x 0,24 = 0,84. Asi que un voltímetro que lea esa salida y está ajustado para milivoltios mostrará "84" y por lo tanto se leerá que la locomotora viaja a 84 Km/h.

El video que aparece a continuación es una primera prueba de un controlador basado en este principio, aunque con una salvedad importante: El control de cuando la velocidad deja de aumentar o disminuir, no se hace por comparación con la velocidad inicial cuando se inició la parada, sino por un tiempo que es ajustable. De esta forma se pueden conseguir aceleraciones  escalonadas y también deceleraciones que no tienen porqué acabar en parada. Seguramente este será el sistema que saque como PWM74, porque resulta más flexible incluso que lo que sería hacerlo por velocidad objetivo.



Y aquí hay una cuestión importante: El controlador PWM73, basado en contadores de impulsos,  queda superado por esta nueva forma de control, y por lo tanto no tiene sentido mantenerlo como está. Tengo la intención de hacer una nueva versión con sus mismas característricas, pèro con control de velocidad real, tal como se ve en el video. Seguramente puede hacerse con esta técnica más completo y más barato que la versión actual. Asi que de momento he retirado el PWM73 de la venta en la tienda.