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.......

No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada

Gracias por expresar tus opiniones.

Los comentarios aparecerán en el blog normalmente en unos pocos segundos