viernes, 12 de diciembre de 2014

Lógica negativa


Hace unos meses, en un  foro de trenes, comenté que un determinado circuito funcionaba con lógica negativa. Esta expresión le debió resultar curiosa a un contertulio que hizo un chiste basado en la célebre frase de aquél entrenador de Barcelona, cuando dijo aquello de "tu siemprrre negatiffvvo".

Bromas aparte, se llama en electrónica, lógica negativa, a utilizar el valor de tensión 0 como valor activo o significativo, mientras que el valor alto de tensión normalmente 5 Voltios es la situación de reposo o inactividad. También se usa, refiriéndonos ya a una señal concreta la expresión "Active Low" para indicar que cuando esta señal se activa su valor cae a cero. Esto, al principio, resulta un poco chocante, pero tiene su explicación. Sin entrar en detalles, el nivel de tensión cero es la masa común de cualquier montaje, de manera que si conectamos un dispositivo con otro, las masas estarán conectadas. Entonces si un dispositivo tiene que emitir una señal hacia otro, con lógica positiva, tendría que saber qué tensión espera recibir el receptor y enviar ese nivel de tensión. Por el contrario si funcionamos con lógica negativa, el receptor mantiene su entrada a la tensión que quiera, sin que el emisor tenga ni que conocerla. Entonces cuando el emisor quiere enviar la señal, "cortocircuita" la línea de comunicación a masa con lo cual su tensión cae a cero y el receptor se entera de que le han mandado una señal. Es decir, el mismo emisor sirve para distintos receptores que trabajen incluso a tensiones distintas, y un receptor no necesita que el emisor le mande una determinada tensión, ya que él es que fija la tensión de la línea cuando está inactiva.

Obsérvese que si la función del emisor es cortocircuitar a masa una linea, puede ser un elemento tan simple como un pulsador o un interruptor, y no necesita siquiera una alimentación de energía, puesto que no envía tensión alguna por la linea.

Hace unos meses, publiqué unos artículos sobre un controlador que había diseñado, con simulación de inercia (PWM5I (I)  ,   PWM5I (II)  y  Split  ) que para mi, son de los más interesantes que he publicado sobre estos temas controladores electrónicos. En el último, se veía que había tomado la decisión de hacer este tipo de controlador en dos partes, por un lado un teclado, y por otro la placa de circuito, destinada a situarse debajo del tablero o del cuadro. Ambos elementos van unidos por un cable, y por tanto se trata de dos elementos que se comunican mediante señales eléctricas, que van del teclado al circuito. Como no pensaba que pudiera haber otra comunicación del circuito distinta de la del teclado utilicé, más que nada por no pensarlo bien, la lógica positiva, es decir que cuando pulsamos una tecla en el teclado, mandamos 5 voltios por uno de los hilos del cable.

Sin embargo ahora, con el tema de las puertas lógicas, he utilizado naturalmente la lógica negativa, En primer lugar por facilidad de intercomunicación de unos elementos con otros, y también porque los elementos más sencillos, que actúan como emisores, es decir un pulsador, un interruptor reed, o un interruptor Hall en realidad lo que hacen es cerrar un circuito que si lo hacemos que sea un cierre a masa genera una señal de tipo "Active Low" En particular los sensores Hall no pueden funcionar de otra forma.

Pero me di cuenta de que el controlador con simulación de inercia, era un elemento ideal para incorporarlo a este sistema, ya que todo lo que recibe son señales procedentes de pulsadores (las teclas del teclado) Me faltaba modificar el controlador para hacerlo actuar con lógica negativa. Pero claro, si lo incorporo al standard del funcionamiento mediante puertas, lo lógico es incorporarle varias puertas, lo mismo que los demás elementos.

Así que con un par de vueltas de tuerca más, ha surgido el controlador PWM05.3G  El "3G" indica que tiene tres puertas, pero claro, aquí no hay solo dos señales como con los desvíos, sino seis, una por cada tecla del teclado. Por eso, en la imagen de la cabecera, vemos que este circuito tiene tres conectores, cada uno de ellos con ocho vías (las seis señales mas la masa y la alimentación)

Lo demás es prácticamente idéntico al anterior PWM05I con algunos perfeccionamientos que ya comentaré.

Desde luego, un teclado unido por un cable, se enchufa a cualquiera de los conectores y ya tenemos el controlador funcionando, y naturalmente funciona como ya se vio en los artículos referenciados.

Sin embargo, si algún curioso lector hace la comparación, comprobará que el nuevo teclado tiene una tecla más, amarilla y rotulada como "PARADA" que el anterior no tenía. El efecto de esta tecla es que presionándola un momento, el tren empieza a decelerar hasta que se para, es decir es lo mismo que mantener presionada la tecla "FRENA" hasta la parada total. Para el manejo manual con el teclado, la verdad es que no aporta mucho, y seguramente por eso ni me plantee esta función en el equipo anterior.

Pero imaginemos que ponemos un sensor (por ejemplo un Hall) en la vía, a cierta distancia de un semáforo o de una estación. Se puede activar este Hall según se desee que el tren se pare ante el semáforo (de una forma tan simple como poner su terminal de alimentación conectado al mismo punto donde colocamos el led de señalización que se enciende cuando el semáforo está cerrado) De esta forma cuando el tren pasa sobre este sensor Hall, y si el sensor está activado, es decir si la luz está roja, el sensor Hall pondrá su salida a tierra, es decir dará una señal para el controlador, simplemente uniendo el terminal OUT del sensor Hall con una de las entradas libres de este controlador, y concretamente con el terminal B de una de estas entradas. Con esto, el tren iniciará una parada progresiva y acabará por detenerse en una distancia más o menos grande que podemos ajustar con los ajustes de aceleración y frenada del controlador.

Y quien dice una parada progresiva, dice también una parada total, si en vez del terminal "B" (de Brakes) lo hacemos con el terminal "S" (de Stop) . Por ejemplo podemos hacer un control de bloqueo en que no haya que cortar carriles para establecer los tramos de parada, sino que los trenes se detienen porque pasan sobre un sensor que emite la señal de "Stop" hacia el controlador. Y claro vuelven a arrancar cuando el sensor del siguiente cantón emite la señal de "Adelante"

En definitiva, que se abren un montón de posibilidades de automatismos, ya que estamos utilizando las mismas señales tanto para mover desvíos o señales como veíamos en el capítulo anterior, como para actuar sobre la marcha de los trenes. Hasta ahora eran dos sistemas muy independientes. ahora es posible una interacción mucho mayor, y desde luego más sencilla. Obsérvese por ejemplo que un sistema de acantonamiento como el descrito, no necesitaría los famosos relés biestables.


miércoles, 10 de diciembre de 2014

Jornada de puertas...abiertas




Ya he comentado en artículos anteriores, el fundamento teórico del sistema de controladores (o drivers) para dispositivos, basados en la utilización de puertas lógicas para manejar las señales que los activan.

Pero claro, hasta ahora, no se han visto más que dibujos y alguna que otra simulación por ordenador, La verdad es que el sistema es tan simple que no tenía ninguna duda de que podía funcionar perfectamente, pero siempre queda la duda hasta que no lo tenemos funcionando encima de la mesa del taller.

Asi que ayer, recibí una segunda partida de placas de PCB, y monté rápidamente los dos circuitos que había incluido en el pedido. Se trata del controlador para señales luminosas y el controlador para desvíos y señales de brazo.

Aquí seguramente algún lector que haya seguido atentamente este tema, puede encontrar´una contradicción: Inicialmente hablé de un controlador para desvíos y otro, distinto, para señales de brazo. En principio tanto los desvíos como las señales de brazo funcionan igual, es decir mediante un motor de bobinas, de manera que no se justifica hacer esta distinción. Sin embargo yo la había hecho pensando en los desvíos muy potentes, como los famosos PECO PL-10 que ya han dado que hablar en este blog (véase, David  contra Titán) por lo que había previsto un controlador para desvíos pesados como estos PL-10, basado en el método de descarga de condensador, y otro distinto para desvíos más pequeños, como los de la escala Z, y que además fuera adecuado para los semáforos de brazo.

Pero antes de hacer el controlador "heavy" decidí hacer el "light" y probar hasta dónde era capaz de llegar el modelo pequeño. Enseguida comento los resultados.

En el vídeo que encabeza este artículo se puede ver, primero la prueba del controlador de señales luminosas, que lleva la indicación SIGNAL.2G y después la prueba del controlador para desvíos, cuya denominación es DESV.2G Como se ve los nombres no son muy originales, pero aclaro que "2G" significa que lleva dos puertas lógicas por cada señal o cada desvío. Las placas de circuito impreso están hechas para dos señales o dos desvíos para optimizar la utilización de los circuitos integrados disponibles.

En el video se hace la prueba sencilla, es decir se manejan con pulsadores. Para resaltar que solamente se requieren pulsadores para accionar estos elementos, he utilizado una vetusta botonera de Märklin. Por cierto que esta botonera funciona bastante mal, y como se ve en el vídeo hay que apretar a veces con toda el alma para conseguir que funcione. Naturalmente podía haber utilizado conmutadores (on)-off-(on) o pulsadores tact-switch pero he preferido utilizar este elemento clásico para demostrar que no hay ningún truco.

Circuito SIGNAL.2G

De la prueba del SIGNAL.2G no hay mucho que decir: Se puede ver que, en efecto, mediante los pulsadores accionamos el circuito, y éste cambia las luces de las señales y además enciende y apaga unos leds, situados junto al circuito, pero que estarían en un cuadro de control.  Naturalmente, la señal permanece encendida después de pulsar el botón, y permanece indefinidamente, incluso aunque cortemos la corriente y la volvamos a conectar. El circuito lleva una batería para mantener el chip de memoria activado y que no se pierda la posición al cortar la corriente. En teoría esta batería debería durar años, pero es algo que tengo que verificar, por ejemplo analizando si la tensión de la batería va bajando.

Este circuito, como todos los demás de esta serie requiere alimentación que se tomará de lo que normalmente llamamos corriente de accesorios. Para que no haya incompatibilidades el circuito admite corriente alterna o continua (sin importar la polaridad) y con tensiones entre 9 y 16 voltios. O sea: casi cualquier cosa vale.

Como se puede ver es un circuito completamente electrónico, sin ningún relé. En las bornas de salida se puede conectar cualquier señal luminosa que conectaríamos a la corriente de accesorios con la que alimentamos el circuito.  Por supuesto hay que respetar las resistencias, y diodos que normalmente traen las señales en sus cables de conexión. Se supone que las señales construidas con leds tienen ánodo común. Si existe alguna con cátodo común, no valdría.

La imagen del vídeo resulta tan obvia que parece poco significativa, Sin embargo hay que considerar que estamos manejando una señal luminosa con pulsadores, y ésto, en general no es posible, ya que se necesita un conmutador de contacto permanente para este tipo de señales. En los foros de modelismo, se hacen muchas preguntas acerca de cuál sería la forma de conseguir que una señal cambie sus luces al mover un desvío. Con independencia de que yo no veo una situación que justifique que una señal cambie su indicación sincronizadamente con un desvío, ésta es una solución.

Circuito DESV.2G
A continuación empiezan las pruebas con DESV.2G. Vemos en el video, a a derecha, una tabla con varios desvíos de escala Z, de los cuales están conectados los dos centrales, cada uno a una de las dos zonas del controlador. En efecto, pulsando uno y y otro botón de la botonera de Marklin los desvíos cambian de posición y simultáneamente vemos como cambian y permanecen cambiados los leds que señalizan la situación de los desvíos.

¡Eureka!, tanto tiempo dando vueltas a cómo tener una forma de señalizar en un cuadro de control la posición de un desvío mediante leds (sin necesidad de que el desvío tenga finales de carrera y sin usar relés) y aquí está la solución. Y lo mismo que antes, una batería se encarga de mantener la memoria de la posición del desvío incluso con la alimentación desconectada. Naturalmente al tener dos puertas lógicas cada desvío se pueden  utilizar dos sistemas de órdenes distintos para manejar el desvío, por ejemplo uno manual desde un cuadro de control, y otro automático, por ejemplo mediante detectores de trenes. Como ya comenté hacer esto simplemente para obtener la señalización, me ha parecido siempre excesivo, paro ahora, al añadir la posibilidad de control mediante puertas lógicas ya se justifica plenamente el tema.

Entonces quise hacer la prueba de qué es lo que pasaba cuando conectamos a este circuito una pareja de desvíos con motores PL-10, que tienen fama de ser los más glotones en Amperios. La verdad es que no me hubiese sorprendido la clásica nubecilla de humo saliendo de uno de los integrados, pero no, no fue  así. El circuito funcionó perfectamente con los dos motores PL-10 conectados a corriente continua de 16 Voltios, sin dar la más mínima muestra de calentamiento. Incluso se ve en el vídeo como la fuente de alimentación indica que mientras se pulsa el botón, la corriente sube por encima de los dos Amperios, pero el circuito lo aguanta perfectamente. La verdad es que no lo esperaba.

Puestos a intentar romperlo, conecté los dos motores PL-10 en paralelo, y volví a hacer la prueba. La teoría dice que la intensidad debería ser el doble, es decir más de 4 Amperios. pero aquí ocurrió algo distinto: la fuente de alimentación de laboratorio que estaba utilizando es de 3 Amperios, así que, como se ve perfectamente en el vídeo, se enciende la luz de sobrecarga, y la corriente no pasa de unos 3,2 Amperios. Bueno, pues aún así, los desvíos funcionaban, y el circuito se mantuvo imperturbable sin dar la menor señal de calentamiento.

Al decir que los desvíos están conectados en paralelo, debo aclarar que están conectadas en paralelo las entradas de las dos secciones del circuito, de manera que el pulsador actúa sobre las dos entradas, pero luego cada desvío se conecta por separado a su sección correspondiente. O sea que es como si en el caso anterior pulsase dos pulsadores simultáneamente, pero cada desvío está conectado a una sección distinta. Bueno, es que eso precisamente es lo bueno: si quiero mover varios desvíos en paralelo, lo que debo hacer con este sistema es conectarle un controlador a cada desvío , y conectar en paralelo las entradas. De esta forma todo el sistema va individualizado por desvío y sólo la parte de alimentación desde la fuente es común.

Si recordamos que la señal que circula por los pulsadores de control es de sólo unos miliamperios, vemos que se llega a la bonita conclusión de que por ejemplo un único sensor de efecto Hall cuya intensidad no puede pasar de 25 mA es capaz de controlar varios desvíos con motores PECO PL-10.

Bueno, estaba dispuesto a llegar hasta el final. así que desconecté la fuente de laboratorio y alimenté el circuito desde una fuente de alimentación para desvíos que lleva una CDU (Unidad de descarga de condensador) de 33000 microfaradios. Este chisme es capaz de soltar ocho o diez amperios (eso si, durante décimas de segundo) si el conjunto de desvíos que conectamos a él lo demanda.  Pues ni así: En el vídeo vemos que todo sigue funcionando perfectamente, y lo único que se aprecia es una leve caída de luminosidad de los leds, después de cada movimiento, que se recupera apenas en un segundo. Esto se debe a que el condensador se descarga parcialmente y tarda un pequeño tiempo en recuperar la carga.

Así que si en vez de dos PL-10 tuviéramos más, no habría ningún problema, porque como el circuito está hecho para dos desvíos, si ponemos más desvíos hay que poner más controladores, uno para cada dos desvíos, así que ninguno se va sobrecargar más que lo que se ha sobrecargado en esta prueba. Naturalmente la alimentación, en este caso la CDU tiene que ser todo lo potente que sea necesario, pero los drivers DESV.2G aguantan sin problemas.

Como consecuencia de todo esto hay una conclusión muy clara: No necesito para nada un driver para desvíos potentes basado en el método de descarga de condensador.

Y también se ha demostrado que el sistema de control basado en puertas lógicas es perfectamente factible y tiene las ventajas que esperaba. Las puertas han quedado abiertas.

sábado, 6 de diciembre de 2014

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.




domingo, 30 de noviembre de 2014

From computer to my hands in ten days


Los lectores de este blog, habrán visto que en ocasiones, he comentado que una de las dificultades con que se encuentra el aficionado que quiere fabricar sus propios circuitos electrónicos, es que hacer en plan doméstico las placas de circuito impreso (PCB) tiene unos límites bastante pobres (por ejemplo yo no he sido capaz de encontrar un método práctico de hacer placas de doble cara) de modo que la alternativa es encargar la fabricación los PCB's a empresas que ofrecen este servicio en Internet.

Sin embargo, después de mucho buscar por Internet, y de preguntar a quién pudiera informarme, me encontraba con la dificultad de que el precio a que sale esta fabricación es caro. Buscando entre muchas posibilidades, no solo en España, al final encontré una "empresa familiar" en Barcelona que podía suministrarme placas de PCB a un precio algo menor que otros fabricantes, pero con algunas restricciones en cuanto a que tenía que ajustarme a unas especificaciones precisas, a un pedido mínimo y sobre todo que el plazo de suministro era aproximadamente de un mes.

Todo esto es bastante malo, porque si hago un diseño de una placa, y tengo que pedir una cierta cantidad, y la recibo al cabo de un mes, cuando ya casi me he olvidado de cómo la hice, y resulta que encuentro que hay algún error, o simplemente mi doy cuenta que algo se podía hacer mejor, resulta que tengo que tirar a la basura unas cuantas placas, que me han costado caras, y esperar otro mes para volver a tener otro lote de placas corregidas.

Una solución era agrupar placas de varios proyectos en un solo pedido, de manera que pudiera tener menos placas de cada tipo, pero tampoco es buena idea porque cuando se trabaja en un proyecto, hay un punto en el que se llega al diseño de la placa. Para agrupar varios proyectos hay que dejar que todos lleguen a ese punto, lo cual implica más retrasos.

Sin embargo hace poco, descubrí (mejor dicho me descubrieron ellos a mi) una empresa china (de Hong Kong) que fabrica placas de PCB en unas condiciones mucho más favorables.

En primer lugar, como todo el mundo espera de un producto chino, son bastante más baratas que las fabricadas en España. Pero claro, en seguida piensa uno que el trasporte, lo va a encarecer y va a hacer que los plazos sean todavía mayores, que la calidad puede ser floja, etc

Así que decidí encargar una partida de placas para ver cómo resultaba el negocio.

El resultado ha sido sorprendentemente bueno en varios aspectos,:

En primer lugar no hay que someterse a unas condiciones específicas. Por ejemplo yo las pedí con máscara azul. Mis lectores habrán visto que las PCB artesanales que yo fabrico son azules, pero con la empresa española no tenía esa opción. Asi que se puede escoger no sólo el color de la máscara, sino el espesor de la placa, el tipo de acabado superficial , el número de capas etc. etc.

No hay pedido mínimo, asi que se puede pedir una sola placa. aunque es cierto que en placas pequeñas sale al mismo precio pedir una placa que pedir cinco o incluso diez. Pero esto va por cada placa, de modo que no tengo que agrupar proyectos para obtener mejores precios.

Cuando las he recibido y examinado he visto que la calidad es bastante mejor que las que me ofrecía la empresa española.

Pero lo más sorprendente es que el plazo de fabricación normal es de cinco días (también se pueden pedir urgentes en un día o en tres a mayor precio)

Naturalmente luego está el tema del transporte desde China. Las envían por DHL y el envío viene a tardar unos cinco días de modo que puedo tener las placas en mi mano diez días después de pedirlas. El porte encarece el precio, naturalmente, y aquí si que puede ser interesante agrupar pedidos, pero por lo que he visto el precio del transporte es bastante ajustado al peso del envío así que un envío pequeño es más barato que uno de más placas.

Y luego hay otro tema que también hay que tener en cuenta: Al ser un producto proveniente de China hay que pagar la importación. De esto se encarga también DHL, de manera que al final te lo traen a casa y en la entrega te cobran los derechos de aduana.

Bueno, pues después de todo eso, las placas de PCB salen todavía notablemente más baratas que las fabricadas en España, y como además la calidad es mejor, y el plazo de entrega mucho más corto, no tengo ninguna duda de cuál va a ser a partir de ahora mi suministrador de placas PCB.

En la imagen siguiente se puede comparar, a la izquierda, una placa de la empresa española, y a la derecha de la empresa china. Naturalmente en la fotografía lo que más se aprecia es la terminación de la impresión de la máscara y la serigrafía de componentes y no hay duda de que la china es mejor y más clara, mientras que en la española la máscara verde es casi transparente, con lo cual se transparentan las pistas y la impresión de la serigrafía resulta menos visible, sobre todo en determinadas condiciones de luz.


Seguramente, una de las cosas que hace que las placas españolas sean más caras, es que la terminación del circuito sea en oro, mientras que la del chino sea en estaño. Pero como decía, es que el español no me da otra opción, y el chino si me da la posibilidad de escoger entre la terminación de estaño y la terminación de oro, que naturalmente es más cara, pero que yo no necesito para nada.

De modo que, sin que sea hacer publicidad, porque no recibo ninguna contrapartida, recomiendo a mis lectores que deseen hacer pedidos de placas de PCB, que se dirijan a la empresa PCBWay (www.pcbway.com)

La verdad es que está claro que el tema de la economía y el comercio a escala mundial, ha experimentado un avance extraordinario en los últimos años. Hasta hace poco era impensable para un particular, y casi para una empresa, encargar desde España la fabricación "a medida" de un producto en China, y si lo conseguía, los trámites de transporte, aduanas, etc, harían seguramente que el coste fuese muy grande y el plazo de entrega larguísimo. Hoy, sin embargo, sin moverme de mi casa, yo puedo entrar en contacto con una empresa de Hong Kong (gracias a Internet), encargarle que fabriquen un producto que está diseñado por mí, pagarles inmediatamente en dólares sin problema ninguno (gracias a PayPal), que me envíen el producto fabricado hasta la puerta de mi casa, con los trámites aduaneros resueltos (gracias a DHL) y todo ello en mucho menos tiempo, y a un coste menor, que haciendo el pedido a Barcelona. Así que, sintiéndolo mucho, empresas como ésta de Barcelona, o espabilan o ya saben lo que les espera.

Y para terminar, una explicación de porqué el título de este artículo está en inglés: Esta empresa de Hong Kong tiene el detalle con sus clientes, de obsequiarles con un bono para un próximo pedido, si a la recepción de su encargo, les envían una (o más) imágenes del producto recibido y su impresión sobre el mismo. Como ya he comentado que mi primer pedido me causó muy buena impresión, les envié la imagen de la cabecera de este artículo que he titulado con la frase que envié como comentario. También han tenido el detalle de al menos intentar hacer una versión española de su Web en  www.pcbway.es lo cual es de agradecer


domingo, 23 de noviembre de 2014

Chapa y pintura



Pues como ya anunciaba en el comentario anterior, la siguiente etapa ha sido de "chapa y pintura". Básicamente ha consistido en pintar el cajón que construí en madera, después de un concienzudo lijado e imprimado. Al final ha quedado bastante aceptable, aunque reconozco que el tema de la pintura no se me da demasiado bien.  Además es una labor sucia y lenta porque hay que esperar que seque una mano para dar otra, y demás incordios,

La parte de "chapa" podríamos considerar que ha sido la construcción del tablero del TCO., aunque no es de chapa, al menos no es de chapa metálica sino de Multicel,  (También llamado PVC Espumado) de 3 mm.

Realmente la parte más complicada de todo el trabajo, ha sido la creación de la imagen del esquema de vías que se representa en el TCO.

El dibujo está hecho en el ordenador con el programa PaintShop Pro y es una gran imagen de unos 9000 x 3000 pixels, que me llevó un día entero de trabajo con el programa de dibujo. El resultado, como imagen de ordenador, lo vemos aquí:


Hay que decir que el dibujo tiene una resolución muy alta, como se puede apreciar en este detalle ampliado:


Sobre la imagen representada, como ya he comentado en otras ocasiones, no se trata de reproducir un plano de las vías de la maqueta, y ni siquiera un dibujo esquemático del trazado. Aquí como puede verse sólo hay líneas rectas y horizontales con enlaces inclinados que unen unas líneas con otras, y lo que se representa es la interconexión de todas las vías, lo que permite visualizar rápidamente cómo se pasa de una posición a otra y qué desvíos hay que mover para conseguirlo. Es un bonito ejercicio de abstracción, pero el resultado final compensa el esfuerzo, tanto por el aspecto como por la facilidad de operación que implica. Los ferroviarios profesionales lo tienen muy claro y no hay más que ver cómo son los TCO reales.

Eso si, me he permitido la "frivolidad" de representar cada cantón de un color distinto. Esto tiene la misión de facilitar el manejo de los sistemas de tracción, Si por ejemplo uso ocho controladores PWM04 puedo poner las tapas de sus mandos del color correspondiente al cantón que manejan.

Una vez hecho este dibujo en el ordenador, pasé a imprimirlo sobre papel fotográfico en cuatro hojas DIN A4, que a continuación pegué sobre cuatro rectángulos de Multicel.

Por último lo cubrí con dos capas de barniz acrílico en aerosol de acabado satinado.

Como podrán comprobar mis lectores, estoy siguiendo casi exactamente lo descrito en el capítulo "Paneles de Control" de mi Web

Es curiosa la imagen de la cabecera, en donde vemos un tren bastante largo (locomotora y ocho vagones tolva) situado en paralelo con el tablero de control, y podemos comprobar que el tablero es más largo que el tren, ¡Son las cosas de la escala Z!.  Los tableros de control los hacemos a "escala humana" y teniendo en cuenta el tamaño de los elementos que hay que situar en él. Como ya comenté, aquí habrá más de ochenta conmutadores y más de 120 leds.

El hacer el panel en cuatro piezas no solamente es por tener la posibilidad de imprimir los dibujos en mi impresora. De hecho podía haber imprimido cuatro hojas y luego pegarlas sobre una única pieza de Multicel. Sin embago he preferido tener cuatro piezas separadas, por estas razones:

En primer lugar es mucho más cómodo trabajar con paneles de tamaño manejable en lugar de con un único panel de casi 80 cm de longitud. Hay que tener en cuenta que ahora hay que hacer multitud de taladros, colocar conmutadores y leds, y hacer todo el cableado.

Pero además es que el tener cuatro piezas permite, llegado el momento sustituir una sola de estas piezas sin tener que desmontar las otras tres. Esto es especialmente importante con el panel derecho, que como se ve en las imágenes ahora está completamente vacío. Este panel está destinado a tener los sistemas de control de tracción, que todavía no tengo decidido como van a ser. Asi que cuando llegue el momento podré imprimir sólamente la imagen del panel derecho con lo que requiera el control de tracción y colocar esta pieza en su sitio. De hecho, si hago primero un sistema de tracción, y luego decido cambiar por otro sistema, podría tener incluso distintas versiones del panel derecho y poder poner en cada caso la que me interese.







miércoles, 19 de noviembre de 2014

De nuevo en la brecha


¡Dicho y hecho! He desmontado toda la parte que manejaba la maqueta mediante software, y ya he comenzado la construcción de un nuevo cuadro de mandos. En la imagen vemos la caja del nuevo cuadro en plena construcción.

El tablero en si, va a tener unas dimensiones aproximadas de 29 x 82 cm. Estas dimensiones no son caprichosas sino que corresponden a cuatro hojas de tamaño DIN A4 puestas en vertical y una junto a otra. De esta forma, podré imprimir todo el dibujo del tablero en mi impresora.

La verdad es que todavía no he he hecho el diseño del tablero, pero espero poder poner todo lo que necesito en ese tamaño. Dentro queda un generoso espacio para situar fuentes de alimentación y otros equipos electrónicos.

Como se ve en la imagen de la cabecera, la caja está montada sobre guías de cajón telescópicas, de manera que puede guardarse bajo la maqueta y extraerse para utilizarlo.

Como ya he comentado, uno de los motivos que me ha impulsado a rehacer todo el sistema de control, es mi deseo de construir un sistema de control basado en los drivers, tal como comenté en el artículo ¿Y porqué no todo? Asi que realmente va a haber bastante electrónica en este nuevo sistema, aunque con otra orientación totalmente distinta. Algo que me va a permitir directamente el utilizar este sistema, es poder tener leds de señalización para indicar la posición de los desvíos, semáforos y circuitos aislados. Como hay del orden de cuarenta desvíos, y cada uno llevará dos leds, estamos hablando ya de unos ochenta leds y unos cuarenta conmutadores. Si añadimos los sectores aislados y la señalización de cantones y semáforos, estas cifras se duplican, así que va resultar un cuadro de control espectacular.

Y todavía no tengo claro como voy a resolver el control de tracción. Si la maqueta tiene ocho cantones, necesitaré ocho controladores que desde luego van a ser PWM de baja frecuencia. No se si pondré ocho controladores del tipo PWM04 o si pondré controladores con simulación de inercia PWM05. También es posible que acabe poniendo un control multiplexado, para no tener ocho controles uno para cada cantón, pero el controlador multiplexado todavía es sólo un proyecto.

El objetivo (naturalmente) es acabar por tener un "Progresive Cab Control" semejante al que tenía por software, pero no estoy seguro que se pueda hacer sólo con hardware;  por eso he hablado aquí de la posibilidad de utilizar un Arduino o algo parecido.

Alguien me ha preguntado si iba a conservar el "armario" de control del sistema anterior de manera que pudiera intercambiarse el sistema de software anterior con el futuro sistema de hardware, ya que como comenté, hay un "enchufe" (de más de 200 vias) que podría permitir desenchufar un sistema y conectar el otro. La respuesta es negativa, entre otras razones porque pretendo recuperar mucho material del sistema viejo para el nuevo. De hecho ya he empezado a recuperar material, y el sistema viejo está prácticamente desmontado, Hay por ejemplo muchos relés biestables que voy a necesitar y también muchos circuitos integrados que me van a valer. Afortunadamente en esa época tenía la costumbre de poner los circuitos integrados en zócalos, de modo que salvo alguno que se ha roto, he podido sacar prácticamente todos los integrados indemnes. También hay muchísimos conectores de tipo Molex que me pueden servir.

Así que de momento el trabajo es puramente de carpintería. La siguiente etapa será de "chapa y pintura"

Seguiremos informando.....










lunes, 10 de noviembre de 2014

¡Sublime decisión!

Estado actual de mi maqueta. El mismo que en Julio de 2013

Me he permitido tomar el título de este comentario, de una obra de Mihura, asi, con admiraciones y todo, pero ahí acaban las semejanzas. También había pensado titularlo "La culpa es de Bill Gates", y si algún lector se siente desorientado, enseguida me explico:

Muchos lectores de este blog, se habrán dado cuenta de que hace más de un año que no hablo de mi maqueta. y eso es porque hace más de un año que no hago ningún avance en la misma.

El motivo de esto es múltiple, pero seguramente el principal es que aunque el sistema de control por software ha demostrado por completo su viabilidad, y aquí se han visto pruebas de ello, seguramente por haber querido ser demasiado perfeccionista, ha resultado, enormemente complicado. Yo siempre digo que este programa de control de mi maqueta es, con seguridad, el desarrollo informático más complejo que he abordado nunca, incluyendo por supuesto, toda mi vida profesional. La verdad es que el programa estaba ya muy avanzado, pero todo el que sepa de programación sabe que la complejidad de un desarrollo de software crece exponencialmente, de manera que últimamente cada pequeño avance suponía un esfuerzo cada vez mayor.

Seguramente hubiera seguido haciendo el desarrollo si no llega a interferir otro problema: Cuando inicié el desarrollo del software en el año 2009 utilicé el entorno de desarrollo que conocía bien, el Visual Basic 6.0. Sin embargo Microsoft se ha empeñado, a pesar de la opinión de muchos desarrolladores, en abandonar este entorno, y desde luego, a partir de la llegada de Windows 7, hay que hacer toda clase de trampas para conseguir mantenerlo funcionando. Cada vez que llega una actualización hay que temblar a ver por donde va a fallar ahora, y las soluciones son cada vez más complejas. Asi que esto ha sido la gota que ha colmado el vaso. Me he cansado de luchar contra los caprichos de Microsft, sobre todo porque estoy seguro que cualquier día, va a ser imposible continuar por ese camino.

Controlador PWM05 con simulación de inercia
Por otro lado se da otra circunstancia: Como mis lectores habrán podido ver, el último año me he dedicado a diseñar una serie de artilugios electrónicos para las maquetas de trenes analógicos. Empecé haciendo los sistemas de hardware que necesitaba para hacer que mi programa actuase sobre los elementos de la maqueta,  pero eso me hizo meterme en un mundo, totalmente nuevo para mi, que me ha resultado muy gratificante. Últimamente he diseñado algunos circuitos para control, para bloqueos automáticos etc, que han despertado interés en el mundillo de los trenes analógicos. El resultado es que muchos compañeros de afición me están pidiendo estos equipos, así que como la cosa va en aumento estoy pensando seriamente comercializarlos (atención a los interesados: ya iré dando noticias sobre este tema).

Sin embargo, me encuentro con un problema: Si quiero probar, por ejemplo un control de bloqueo automático. no puedo hacerlo en mi maqueta, porque el bloqueo automático de mi maqueta está controlado por software. Como habrán visto los seguidores de este blog, tuve que construir un pequeño circuito de pruebas para poder probar estos equipos, y siempre en una situación precaria por pequeña y provisional. Hasta el punto es esto así, que he llegado a pensar en construir una segunda maqueta, en la que instalar todos los sistemas que voy desarrollando. Pero claro, si no acababa nunca de decidirme a continuar con mi gran maqueta, el meterme a hacer una segunda era prácticamente renunciar definitivamente a continuar con la anterior.

Asi que he tomado una decisión (¿Sublime?): Voy a eliminar todo el sistema de control por software de mi maqueta y voy a construir un control clásico, es decir con un cuadro de control, y sistemas elecro-mecánicos. Pero cuidado: empleando todos los inventos que he ido creando y los que vayan surgiendo por el camino. Será también el banco de pruebas de todos mis sistemas.

Se que voy a perder algunas funcionalidades, por ejemplo ahora se me ocurre, la de conseguir paradas suaves ante los semáforos, pero ya intentaré resolverlo, y si no puedo, o si de momento no puedo, me resignaré a perderla, pero al menos tendré una maqueta operativa, cosa que ahora no tengo.
Afortunadamente, tal como está construida mi maqueta, no hay más que desenchufar el cuadro de control actual, y enchufar un cuadro de control nuevo que tengo que construir.

 Bueno el "enchufe" son más de 200 vías  (véase a la izquierda el "enchufe"; cada conector negro son 20 vías) , pero están todas juntas e identificadas, de modo que no habría que tocar para nada ni en el trazado de vías ni el cableado.

Otra cosa es que aproveche el viaje para hacer algunas modificaciones en el cableado, sobre todo sustituyendo los cables planos que creo que fue un error utilizar.

Si esto fuera una empresa, una decisión así haría rodar unas cuantas cabezas, pero no hay que olvidar que esto es un hobby, y como todo hobby su objetivo no es el beneficio económico, sino emplear el tiempo en un ocio creativo que te satisfaga en cada momento. Nunca te puedes sentir presionado ni obligado a hacer algo que no te apetece sólo por cumplir un objetivo al que nadie te obliga. A mi en este momento me resulta más gratificante construir un control basado en mis recientes desarrollos que pasarme horas delante del ordenador programando software.

Espero que en poco tiempo veamos de nuevo trenes rodando en este blog. Y......¿alguna vez decoración?


sábado, 8 de noviembre de 2014

¿Y porqué no, todo?

Acababa el último artículo diciendo que el tema de las puertas lógicas puede dar mucho juego. Y la verdad es que cuanto más vueltas le doy, más posibilidades le veo.

La cosa sería como sigue: Supongamos que se hacen una serie de circuitos electrónicos, a los que voy a llamar drivers, adatados a los distintos elementos que puede haber en una maqueta. Asi habría un driver para desviós (para cualquier clase de desvíos) un driver para señales luminosas, un driver para señales mecánicas, un driver para bloqueos, y no se si alguno más. (¿Quizá un driver para servos?) Como se puede ver, el papel de estos drivers es semejante a los decoders de accesorios de los sistemas digitales.

La cosa es que estos drivers tienen siempre entradas por dos o cuatro puertas lógicas. Esto quiere decir dos cosas muy importantes: La primera que todos los circuitos se manejan igual, es decir, para decirlo corto, con pulsadores, como se ve en la imagen de la cabecera, donde hay dos pulsadores P1 y P2 con los que manejamos tanto el driver de desvios marcado como LGS1 como el driver de señal luminosa LGS2 como el driver de semáforo mecánico LGS4 y cualquier otro. Observese que un solo pulsador actúa simultáneamente sobre varios drivers, y podrían ser muchos más.

Ya se que una señal luminosa no se puede manejar con pulsadores pero ahí está la gracia: El driver de señal luminosa se encargará de hacer lo que sea necesario para interpretar las pulsaciones de P1 y P2 para que la señal cambie las luces, y las mantenga encendidas,

Otra particularidad es que todos los drivers, de cualquier tipo, tienen bornas para conectar leds de señalización para cuadros de control. En la figura los he representado como L1 y L2

Otra idea es que todos los drivers llevan alimentación, que además es mediante corriente de accesorios, es decir 10, 12 o 16 Voltios en alterna (hilos negro y azul e el esquema). Esta alimentación como se ve es independiente del circuito de mando  constituido por los pulsadores y los hilos de masa (gris) y de señal (violeta)

Las señales, es decir el circuito de pulsadores, y las puertas lógicas funciona con señales de corriente continua de 5 voltios y las intensidades son de miliamperios. Cuando hablo de señales, no estoy hablando de nada especial: la señal es simplemente que el cable de la entrada correspondiente se ha unido a masa, es decir exactamente lo que hace un pulsador de los que venimos utilizando para manejar desvíos. El llamarles señal es porque se se trata de un circuito que usa una tensión continua baja (5V) y que cuando se activa y cae a cero voltios solo consume miliamperios, No tiene por tanto ni la tensión ni la capacidad de corriente que requiere mover por ejemplo un desvío así que sólo sirve para indicar al driver que se ha pulsado el botón, y entonces es el driver el que suministrará al desvío, o al aparato que sea, la corriente con la potencia suficiente para accionar el accesorio. Por eso todos los drivers llevan alimentación independiente, porque de ahí sacan la energía para actuar sobre los accesorios que manejan. Pero esta alimentación es constante y no interviene en activar o no el driver

Otra consecuencia importante de esto: En el caso de los desvíos, si utilizamos el sistema clásico, durante todo el tiempo el circuito está abierto sin consumo alguno, y sólo cuando pulsamos el botón, durante décimas de segundo, se cierra el circuito y se mueve el desvío. Pero esto significa que, durante esas décimas de segundo la fuente de alimentación debe ser capaz de suministrar toda la energía que requiere el desvío para moverse, lo cual implica intensidades de corriente muy altas y por lo tanto alimentaciones potentes que están la mayor parte del tiempo infrautilizadas, No digamos si pretendemos mover varios desvíos en paralelo con un único pulsador. La energía requerida para mover todos los desvíos implica potencias muy elevadas.

Sin embargo, con este sistema, como la alimentación está conectada siempre al driver, éste puede almacenar energía a un ritmo más lento, y cuando recibe la señal, descargar esa energía almacenada hacia el desvío sin necesidad de que la alimentación proporcione esa potencia en un tiempo cortísimo. Es más, como cada driver almacela la energía para su desvío, si conectamos varios en paralelo, cuando la señal ordene activar los desvíos cada driver descargará su energía sobre su desvío con independencia de los demás. Asi que con este sistema, con una alimentación no demasiado potente podemos manejar desvíos muy potentes y sobre todo podemos poner en paralelo todos los desvíos que queramos, Por eso el driver de desvios es exactamente el circuito descrito en el artículo anterior, que lleva condensadores para accionar los desvíos por el método de descarga.

El hecho de que las señales se adapten a la estandarización de los elementos electrónicos tiene otra consecuencia fundamental, y es que estos "pulsadores" en realidad pueden ser una gran variedad de elementos distintos.

Por ejemplo los pulsadores, en realidad pueden ser por lo menos cualquiera de estos elementos :


Ahí vemos elementos manuales como los pulsadores y los conmutadores, elementos que se activan al paso de los trenes como las vías de contacto, los sensores Reed y los sensores Hall, y también elementos tales como un Arduino o una placa de comunicaciones como la Velleman K8055 que podrían conectarse directamente a los drivers porque producen exactamente ese tipo de salidas. Todos estos elementos son equivalentes en el sentido de que, con cualquiera de ellos podemos manejar cualquiera de los drivers y por consiguiente cualquiera de los elementos de la maqueta.

Por otro lado, teniendo la posibilidad de jugar con varias puertas en cada driver, podemos hacer con toda facilidad automatismos que de otro modo serían bastante complicados.Por ejemplo en la figura adjunta vemos tres desvios A B y C  y queremos tener el siguiente funcionamiento: Un "pulsador" P1 (que puede ser cualquiera de los dispositivos equivalentes) que ponga los tres desvíos en posición recta. Otro pulsador P2 que ponga los tres desvíos en posición desviada, un pulsador P3 que ponga el desvío A en posición recta, el desvío B en posición desviada, y el desvío C en posición recta, y un cuarto pulsador P4 que ponga el desvío C en posición desviada y no altere la posición de los otros dos desvíos.

Hacer esto a base del método clásico es un bonito rompecabezas que requiere un complicado circuito a base de diodos, pero con los driver de desvío la cosa es tan simple como la mostrada en la figura: Por ejemplo el pulsador P1 queremos que ponga los tres desvíos en recto, pues lo unimos a las tres puertas S. ¿Que el pulsador 3 tiene que poner rectos  A y C y desviado el desvío B? pues lo unimos a las puertas S de A y C y a la perta R de B. Y asi de claro para cualquier combinación, sin olvidar que para los drivers de desvío tendríamos cuatro parejas de puertas y aquí sólo hemos usado dos.

Puede parecer un tanto artificioso querer hacer algo como lo que he descrito, pero cosas de ese estilo son las que se necesitan para definir itinerarios, para automatizar estaciones ocultas, etc.

Por supuesto, un bloqueo automático lo hacemos con toda facilidad con los driver de bloques:


Es tan sencillo como poner los sensores en la vía que serían los P1, P2 y P3 de la figura (en este caso no serían pulsadores sino sensores hall o reed) poner un driver de bloque en cada cantón y unir cada pulsador a la puerta S del diver del propio cantón y a la puerta R del driver del cantón anterior. ¡Y nada más! Con eso ya nos funcionará el bloqueo y además tendremos señalización en cuadro proporcionada directamente por los drivers de bloque,

Si además queremos semáforos, luminosos o mecánicos, no hay más que poner los drivers correspondientes y conectar las puertas S y R de los semáforos a los mismos puntos,

En este otro circuito vemos como resolver el típico caso de un bloqueo automático en el que en un cantón hay un desvío por el que un tren puede salir del circuito acantonado. Resolver esto a la forma clásica es bastante complicado, pero aquí, como manejamos con las mismas señales tanto los bloques como los desvíos, el sistema queda así de simple:

Con los pulsadores manuales P4 y P5 manejamos manualmente el desvío. Para sacar un tren por el desvío simplemente pulsamos  P5 que lo dejará en posición desviada, Cuando un tren circule por el cantón B, tomará el desvío. Cuando alcanza el sensor P3, actúa sobre el sensor de bloque LGS1 que libera el cantón B que ha quedado vacío, y simultáneamente actúa sobre el driver de desvío LGS3 para volver a poner el desvío en posición recta automáticamente. Con esto se reanuda el funcionamiento del bloqueo con un tren menos sin necesidad de ninguna intervención manual.

Si se pueden hacer unos drivers que sean sencillos y baratos, a mi me parece que utilizar un sistema asi tendría un montón de ventajas. De hecho los dos drivers quizás más complicados son los de desvíos y los de bloqueo, y esos son precisamente lo que hemos visto en los dos capítulos anteriores.

Seguiremos informando.....


viernes, 31 de octubre de 2014

¿Y porqué no los desvíos?



Hacia el final del artículo anterior, incluía la frase: Con poco más de trabajo se podría conseguir mover desvíos, señales de brazo, etc. Se trataba en efecto, de que la salida de señalización del sistema de bloqueo basado en puertas lógicas, era sencillamente un conmutador que podía accionar cualquier dispositivo adecuado a ese sistema de mando, desde las luces de una señal luminosa hasta la señalización en un cuadro de control de la situación de los bloqueos.

La frase, evidentemente se refiere a que cuando lo que queremos manejar es un elemento movido por impulsos, como son los desvíos y también los semáforos mecánicos, un conmutador no nos sirve, porque queda en una u otra posición permanentemente.

Pero eso me llevó a pensar si no sería factible aplicar el mismo sistema de puertas lógicas para mover desvíos. Si, ya se que para mover un desvío no se necesita más que un pulsador, pero, ¿qué pasa si queremos mover varios con un único pulsador? Los foros están llenos de lamentos de aficionados que han querido hacer estaciones automatizadas y se han encontrado con dos problemas: Por un lado si queremos mover dos o mas desvíos en paralelo se produce un tirón de corriente tan grande que los transformadores no son capaces de soportarlos y la tensión decae tanto, que el movimiento de los desvíos resulta muchas veces fallido.  La primera consecuencia es que si usamos el control mediante puertas lógicas, las señales de mando son de miliamperios asi que podemos hacer que una señal de mando actúe sobre un montón de puertas sin problema. Por otro lado, aparece el típico problema que ya comentamos en los bloqueos: Si queremos que haya funcionamientos automáticos, y además manuales y además queremos enrutamiento automático, y cosas parecidas, todo esto puede hacerse pero empezamos a tener multitud de diodos por todas partes y un circuito indescifrable.

Así que me di cuenta de que simplemente por la comodidad de hacer circuitos con automatismos complejos para desvíos con lógica y facilidad, merecía la pena hacer un controlador de desvíos movido por la misma filosofía que los bloqueos del artículo anterior.

La otra cosa que me andaba rondando por la cabeza hace tiempo era hacer un diseño de un circuito para conseguir el mando de los desvíos por descarga de condensador. He publicado el esquema en muchos sitios, pero la gente me dice que es demasiado complicado para construirlo manualmente, así que me pedían si no podía hacer un circuito con esa funcionalidad. El problema es que alguna vez que he intentado hacerlo, me salía algo muy complicado para lo que realmente se obtenía.

Pero claro, al añadir el tema del mando por puertas lógicas. ya si que se justifica un circuito que haga el mando de desvíos por descarga de condensador pero además manejado por puertas lógicas e incluyendo salidas para señalización en un cuadro. 

Bueno, y dicho y hecho, El diseño está hecho, y hasta la simulación de como queda el circuito la podemos ver en la imagen de cabecera. A la derecha se pueden ver claramente las cuatro entradas que pueden usarse para manejar el circuito, y en el frente la salida "SIGNAL" que servirá para manejar una pareja de leds en el cuadro de mando. Son muy evidentes los dos condensadores de 2200 uF que he puesto, que yo creo que serán suficientes para mover cualquier desvío.

Lo bueno es que las puertas de este circuito funcionan exactamente igual que las del circuito de bloqueo, de manera que una misma señal, por ejemplo la producida por un sensor hall al paso de un tren puede usarse para abrir un bloque, y cerrar otro con un par de circuitos de bloqueo, y la misma señal, del mismo sensor podrá accionar uno o más desvíos con estos circuitos. Está claro que se pueden construir infinidad de automatismos con este sistema de una forma mucho más simple y con muchas menos limitaciones que con los sistemas basados en diodos.

Como ya comenté, la "señal" que espera recibir tanto uno como otro es simplemente la puesta a tierra de la entrada correspondiente, de manera que eso puede hacerse manualmente con pulsadores o automáticamente con sensores hall reed, etc. 

Pero es que ademas, esta señal que pasa de nivel alto de 5V  a nivel bajo de 0 V es una señal TTL, o sea que es perfectamente compatible con dispositivos electrónicos. Por ejemplo los Arduinos. Si conectamos salidas de un Arduino a entradas de estos circuitos con puertas lógicas podemos manejar sin más directamente tanto los desvíos como los sistemas de bloqueo desde un Arduino. 

Creo que todo esto  puede dar muchísimo juego. Ya veremos hasta donde llega.






lunes, 27 de octubre de 2014

Lógico y simple


En el artículo anterior, expuse una idea que me había venido a la cabeza mientras trataba de hacer un circuito para bloqueo automático en el que me propuse utilizar una combinación de un circuito latch y un relé normal para hacer la función de un relé biestable.  Como la idea original era esa, y los latch tienen cuatro secciones, parecía oportuno hacer un diseño para cuatro cantones, con la complicación añadida de que tuviera la posibilidad de usarse solo con tres cantones, y también con más de cuatro, a base de acoplar más módulos iguales.

Sin embargo, cuando estaba con ese diseño, me vino la idea de que al fin y al cabo un sistema de bloqueo era un "autómata lógico" así que lo más apropiado para hacerlo era usar los elementos electrónicos usados para hacer circuitos lógicos. Sin más, me lancé a "logitizar" el esquema que me traía etre manos, es decir, para cuatro cantones. Pero ¿por qué para cuatro? Ya decía en ese artículo que no estaba muy clara la ventaja de usar el latch en lugar de los relés biestables.

Asi que dando otra vuelta de tuerca al asunto, si doy marcha atrás, en el tema de los latch, no hay porqué hacer un circuito para cuatro cantones. Pueden hacerse circuitos individuales, y utilizar uno para cada cantón, al estilo de los circuitos BLKS01 que hemos visto funcionar en este blog, y cuya descripción se hacia en "Detectando trenes (I)" Cada uno de estos circuitos, llevará un relé biestable de los viejos conocidos de la casa:  V23079E1203B301

Pero lo que si puedo hacer es incorporar dos puertas NAND en ese circuito lo cual me permite hacer con mucha más claridad y con mayores posibilidades toda la lógica  del bloqueo, en lugar del enredo de diodos que era habitual para esa función. Es curioso que no he visto nunca en ningún sitio que se utilicen circuitos lógicos para hacer esto, cuando en realidad se obtiene un diseño más claro y más potente. Si algún lector ha visto algo al respecto, le agradeceré que me lo comunique. La única referencia que yo tengo de utilización de circuitos lógicos en un automatismo para trenes analógicos es esta página:  Tapiola   pero están haciendo un sistema de mando de tracción, de tipo Cab Control, no un sistema de bloqueo.

Bueno, ¿y que ventajas tengo? La primera es claridad y sencillez del circuito, que es, como dice el título "lógico y simple". Basta ver la imagen de cabecera, en la que vemos que se ha empleado un único chip 74HC20 que tiene dos puertas NAND de cuatro entradas, y que por cierto vale menos de 30 céntimos. Para cada entrada hay una resistencia (R1 a R8)  de pull up de 10 K

Cada puerta se une a la base un transistor BC547 que cuando la puerta se activa alimenta una de las bobinas del relé biestable. (en la imagen se han representado dos relés monoestables porque el programa de simulación no admite relés biestables) Hay hasta un led que indica la activación de cada bobina.

Y como decía Porky: Eso es to - Eso es todo, amigos.

Lo esencial es que puedo activar cada una de las puertas con cuatro señales independientes (ésta palabra es la clave), lo que permite hacer con toda facilidad cualquier esquema de bloqueo.

Como son puertas NAND la señal de activación consiste simplemente en que una de las entradas se ponga a nivel bajo, en definitiva unirla a tierra. Para los que no conozcan esta nomenclatura, una puerta AND se activa cuando todas sus entradas están activadas. Como ésta es NO-AND es lo contrario, es decir se activa cuando NO todas sus entradas están a nivel alto, es decir cuando alguna de ellas está a nivel bajo.

Cuando se pone a tierra una cualquiera de las puertas S se activa una de las bobinas del relé (por centrar ideas la que significa que el cantón está ocupado) y cuando se activa una cualquiera de las puertas R se activa la segunda bobina.

Asi que por ejemplo si utilizo las puertas S1 y R1 para activar automáticamente el bloqueo, basta unir la puerta S1 al sensor del bloque y la puerta R1 al sensor del bloque anterior. Así cuando se detecta un tren por el sensor, se activa (se pone situación de ocupado) el relé del bloque y se desactiva (se pone en situación de libre) el el relé del bloque anterior. Con esto solo ya funciona el bloqueo automático. Pero tengo todavía tres entradas más en cada puerta.

Supongamos que quiero poner en un cuadro de mando un sistema para manejar manualmente la apertura y cierre de los cantones: Basta simplemente poner dos pulsadores (o un conmutador con cero central) que haga contacto a tierra con una de las entradas S2 y R2 del cantón que quiero manejar. Simplemente con esto, ya tengo control manual, tanto de apertura como de cierre en cada uno de los cantones en los que quiera hacerlo.

Supongamos que quiero poner un control en el cuadro que haga el cierre o apertura de todos los cantones simultáneamente. Simplemente pongo otro par de botones u otro conmutador y uno un contacto a todas las S3 y el otro contacto a todas las R4. Ya tengo el control total realizado.

Y todavía me quedan las S4 y R4. Hay una utilidad muy clara para esta última pareja: conseguir aperturas y cierres a voluntad por ejemplo con sensores colocados fuera del circuito normal de los trenes y que me permiten abrir o cerrar cantones por ejemplo porque un tren sale o entra en el circuito de bloqueo. Supongamos que en un cantón hay un desvío (por ejemplo en una vía de sobrepaso en una estación) y un tren se sale del cantón por ese desvío. Nos interesa que el semáforo que da entrada a ese cantón se ponga verde, porque como el tren lo ha abandonado ya no está ocupado, pero sin que eso signifique que el semáforo siguiente se ponga rojo, porque el cantón siguiente no se ha ocupado.

Así que si ponemos un sensor en la vía desviada, que actúe sobre el R4 del sensor del bloque correspondiente, cuando el tren sale por el desvío, libera el cantón. Algo parecido podemos hacer cuando un tren entra desde fuera a un cantón que estaba libre. Al entrar, puede activar un sensor que ocupe el cantón al que entra el tren. (Debería haber un tramo de parada que impida que el tren entre a un bloque que está ocupado.)

Creo que todo el que se ha enfrentado a estos problemas, y ha tratado de resolverlos a base de diodos, se habrá podido dar cuenta de la sencillez y claridad que representa esta forma de organizar el control de los trenes.

Como se ha mencionado, la activación de las puertas es simplemente la unión a tierra. O sea que se puede utilizar cualquier tipo de sensor que haga esta función, ya sean vías de contacto, sensores reed, sensores de efecto hall etc.

Una ventaja adicional es que la unión a tierra de cada puerta solo produce una corriente mínima, asì que por ejemplo un sensor hall, que cuando lo usamos conectado directamente a los relés puede tener el problema de que si queremos mover más de un relé puede quedarse corto, con este sistema permite activar unas cuantas puertas en paralelo sin problema alguno. De hecho todo lo que circula por los sensores es una corriente de miliamperios y 5 voltios de tensión, de modo que por ejemplo puede usarse un cableado de sección mínima.

Por la parte de las salidas del relé voy a dejarlo totalmente libre, con lo cual tendré dos conmutadores que basculan según la posición del relé.  Uno, evidentemente se usará para cortar la corriente de tracción en el tramo de parada, y el otro podrá usarse para manejar un semáforo. Pero lo dejo libre sin más conexión que unas bornas conectadas directamente a las salidas del relé. Asi se puede montar cualquier tipo de circuito (por ejemplo para una parada lenta por el sistema ABC) o para poder usar cualquier tipo de señal luminosa de cualquier tipo y corriente. Con poco más de trabajo se podría conseguir mover desvíos, señales de brazo, etc.

Voy a ver si hago unos cuantos de estos circuitos y los pruebo en vivo y en directo. Ya comunicaré los resultados

miércoles, 22 de octubre de 2014

Lógico




En este blog, y también en mi web "Quiero una maqueta!" he hablado bastantes veces de la forma de conseguir un sistema automático de acantonamiento. Es decir, cómo conseguir que en un circuito cerrado funcionen varios trenes, sin que se alcancen unos a otros.

El tema es muy interesante, por varias razones, en primer lugar porque de esa forma podemos ver circular en una maqueta a varios trenes al mismo tiempo, sin tener que estar nosotros mismos pendientes de regular la marcha para evitar los alcances. Por otra parte, hacer esto tiene un atractivo especial, porque reproduce la forma en que se controla el trafico ferroviario en la realidad. Una maqueta con un sistema de acantonamiento en funcionamiento, y más si tiene semáforos que van dado o cortando el paso a los trenes, es todo un espectáculo.

Además, resulta que el mismo sistema es válido tanto para sistemas analógicos como digitales, mientras no pasemos a utilizar control por ordenador. Es cierto sin embargo, que con un sistema de tracción digital se puede conseguir que las paradas de los trenes sean progresivas, siempre que las locomotoras digitales cuenten con decodificadores con ABC (Automatic Brake Control). Pero en todo caso se necesita un sistema prácticamente idéntico para conseguir que los trenes paren o arranquen cuando corresponda, para no chocar.

V23079E1203B301 de TE Conectivity
Toda la vida se han empleado para hacer este automatismo relés biestables. Algunas marcas suministran los relés biestables como parte de su oferta para que los aficionados monten sus propios sistemas de acantonamiento, pero estos relés de marca de trenes resultan caros. Por otra parte en tiendas de electrónica se venden relés biestables, pero cada vez es más difícil encontrarlos y hay que tener cuidado porque a veces los precios son muy altos. Estos relés de tienda de electrónica tienen la dificultad añadida de que en general están previstos para soldar sobre circuito impreso, lo cual a muchos aficionados les echa para atrás.

Yo siempre recomiendo el recogido en la imagen, de referencia V23079E120B301 que vale menos de 3€ y funciona de maravilla.

Pero el problema es que hay que saber como conectarlos, esto es, hay que hacer un cableado en la maqueta, y hay que  montar los relés de alguna forma práctica para poder mantenerlos y conectarlos.

Muchos aficionados utilizan placas perforadas de circuito impreso de "tiras" Esto permite soldar los relés en la placa y conectar los cables también por soldadura, con lo que llegamos a algo asï:

Circuito para un control de ocho cantones montado por "agarpin" 
Muchas personas se asustan de ver tal montaña de cables y desde luego no se sienten capaces de soldar ocho relés en una palaca perforada y hacer todo el resto de soldaduras y puentes necesarios.

Circuito BLKS01
Hace unos meses, publiqué aquí uno de mis inventos, que era sencillamente una placa de circuito impreso realizada ex profeso, con un relé biestable (el mismo que venimos viendo hasta ahora) con algunos añadidos y sobre todo con clemas para conectar todos los cables. El circuito quedaba en la forma que se ve a la derecha.

Con este circuito, BLKS01 se puede montar un acantonamiento de una forma práctica sin necesidad de usar el soldador. En la cabecera de este artículo vemos una demostración en vídeo con un circuito de acantonamiento de cuatro cantones. También hay una buena madeja de cables, pero al menos cualquier persona puede montar un acantonamiento con ese circuito sin usar más que un destornillador.

Parte del exceso de cables, proviene de que este circuito no sólo maneja la parada y arrancada de los trenes, sino que, como también se ve en el vídeo, genera las señales para encender y apagar leds de señalización en el cuadro de mandos, para manejar semáforos (señales luminosas) y además permite manejar manualmente los cantones para abrirlos y cerrarlos manualmente desde el cuadro de control. Cada una de estas funciones son varios cables, y el final es la trenza de cables que vemos en el video, y en la imagen siguiente (el circuito de arriba a la derecha es un control de desvíos, y no tiene relación con el control de cantones)


Insisto en que muchos de esos cables son inevitables. Si queremos manejar un semáforo en cada cantón, cada semáforo son tres cables. Si además queremos leds de señalización en el cuadro, necesitaremos tres cables más por cantón, y si además queremos tener controles manuales en el cuadro, todavía más, y así con todo.

Pero también una parte de la maraña de cables corresponden a cables que unen cada circuito con el siguiente (algunos, de color blanco, son muy evidentes en la última imagen) Esto es porque hay un circuito para cada cantón, pero los circuitos no pueden ser independientes porque precisamente toda la lógica del sistema se basa en que cada circuito debe parar, o dejar continuar  el tren de su cantón según si el cantón siguiente está libre u ocupado.

Una forma de simplificar el tema, sería hacer una sola placa de circuito impreso para varios cantones, por ejemplo cuatro, Asi toda esa interconexión de un circuito a otro estaría incluida en la placa, pero claro, eso tiene un problema: Si se hace una placa para cuatro cantones y luego resulta que tenemos sólo tres cantones, el circuito no vale. Y mucho menos si tenemos cinco o seis cantones.

Ya he comentado en alguna ocasión que los circuitos tipo Latch pueden suplir la función de los relés biestables (ver "Un sencillo circuito"). Una aplicación bastante clara es conseguir una señalización por leds en un cuadro de control para la posición de los desvíos (sean o no con finales de carrera), así que el otro día estaba pensando en la posibilidad de hacer un circuito de bloqueo para varios cantones, basándome en un circuito integrado latch 4043. Como estos chips son cuádruples parece obvio hacer un circuito para cuatro cantones. Se trataba de ver si es posible hacer algo más simple que utilizar cuatro de los circuitos anteriores y que también resulte más barato.

Me puse a trabajar en un diseño "clásico" es decir sin otra novedad que emplear un circuito latch para mantener activados los relés que abren o cierran la tracción, pero quise hacerlo "bien", es decir hacer un circuito que manejase no sólo leds de señalización, y semáforos, sino que además tuviese una función de abrir todos los cantones o de cerrar todos los cantones con un solo mando, y también la posibilidad de configurarlo para menos de cuatro cantones y también la conexión con otro circuto idéntico para poder llegar de cinco a ocho cantones, y seguir ampliando sin límite. Como decía, para conseguir esto, hay que trabajar con corriente continua, y empezar a poner diodos que permitan que las funciones de un conmutador, o de un sensor, alcancen o no a unos relés y no a otros. Cuando llevaba unos veinte diodos y la cabeza bastante caliente, me di cuenta de que lo que estaba haciendo se puede hacer de otra forma: De una forma lógica.

Y no quiero decir que no sea lógico hacerlo con diodos sino que puede hacerse con circuitos lógicos, llamados también puertas lógicas. De hecho podemos considerar las diferentes situaciones de los distintos sensores y controles como entradas de un sistema lógico, y la activación de los relés como las salidas de ese sistema. Combinando las diferentes puertas lógicas que existen (puertas AND puertas OR puertas XOR, etc) se puede conseguir que la lógica de las funciones que queremos hacer en función de cada combinación de entradas se traduzca en la correspondiente combinación de salidas, asi que en definitiva los relés obedezcan a los sensores y a los mandos de una forma mucho más sencilla y clara. Una de esas "entradas" es la que define cuál de los cantones es el último, y por tanto cuantos cantones tiene el sistema.

La imagen siguiente recoge el esquema que he diseñado para probar el concepto:


A la izquierda, vemos las ocho puertas NAND que he usado. Cuatro de ellas actúan sobre las entradas de SET del chip 4044 (marcado como U1) y las otras cuatro sobre las entradas de RESET Cada puerta recibe tres entradas distintas y se activa cuando una de ellas cae a nivel cero.

En la parte de abajo, tenemos unos cuantos pulsadores. pero todos ellos actúan igual, al pulsarlos se une a tierra uno de sus terminales, y en este terminal se conectan una o más entradas de las puertas lógicas, lo que produce el resultado previsto. En general la activación de cada cantón se envía también como señal de desactivación del cantón anterior

Los Jumpers JP1 a JP5 son los que definen cuál es el último cantón. Cuando uno de estos jumpers está cerrado la activación del primer cantón retrocede para desactivar el último cantón.

¿Y esto funciona? Pues al menos en teoría si. Aquí hay un video grabado con una simulación de su funcionamiento.



Quiero dejar claro que esto es simplemente una idea. El esquema que he publicado es solo para probar si funciona en teoría. Voy a ver si termino el desarrollo y construyo un circuito, porque creo que es un sistema muy original.

Una precisión. En la simulación vemos encenderse y apagarse unos leds amarillos. En la realidad lo que se haría es activar o desactivar un relé. Pero un relé normal, no biestable, porque como se ha podido ver, el sistema mantiene encendido cada led hasta que activamos el del cantón siguiente.

Seguramente alguien pensará que para qué todo ese lío si al final usamos un relé. Es una buena pregunta porque un relé biestable hace lo mismo, que la combinación del circuito Latch y el relé normal. La ventaja está por supuesto en las posibilidades que este sistema permite, como se ha podido ver. Prácticamente no hay que hacer casi nada para incorporar los pulsadores para activar y desactivar manualmente cada cantón, para activar y desactivar todos en conjunto, para definir cuantos cantones tenemos, etc.

Poner un relé es obligatorio porque no hay que olvidar que lo que queremos hacer es cortar o conectar la corriente de tracción, o sea una corriente del orden de 1 Amperio, que varía de polaridad según el sentido del movimiento del tren. Además el motor introduce muchos parásitos, y no digamos nada si tenemos limpiavías electrónicos. Para manejar ese tipo de corriente, lo único apropiado es un relé.

Seguiremos informando.......