miércoles, 7 de febrero de 2018

PWM8ASFA

PWM8ASFA

Continuando con lo comentado en el artículo "Detectando trenes (de nuevo)" he decidido intentar crear un sistema de bloqueo automático basado en detectores de consumo asumiendo la limitación de que sea válido solamente para trenes de escala N y escala Z, y utilizando mi sistema PWM como corriente de tracción.  Impongo la limitación de que sea para mi sistema, porque es del único que puedo tener garantía de que funciona, e impongo que sea solo para escala N o Z, porque aunque hay algunos aficionados que usan mis PWM con escalas H0 y también H0e, el mayor consumo de estas locomotoras haría que hubiese que hacer un ajuste distinto de algunos elementos. De hecho ni siquiera descarto que no haya que hacer una versión para Z y otra para N.

Todas estas salvaguardas provienen de que el sistema de detección es muy delicado, ya que una condición es que pueda detectar una locomotora completamente parada en una vía, y como sabemos una locomotora analógica parada puede tener un consumo nulo, con lo cual es indetectable. Afortunadamente mis PWM mantienen un consumo mínimo con la locomotora parada y por eso puedo hacer un sistema muy sensible que la detecte, pero al mismo tiempo ese detector debe resistir sin quemarse el consumo de una locomotora rodando a toda velocidad, y con carga, lo cual puede ser del orden de 200 veces más alto.

En el anterior artículo, un compañero comentó que él había hecho algo parecido, y que para ello se basaba en  los terminales SENSA y SENSB del controlador de motor L298 que ambos usamos. Efectivamente tiene razón, lo primero de todo porque esos terminales están ahí para eso, es decir para medir el consumo, y lo segundo porque al intentar medir la corriente de salida, me encuentro con el problema de que esa corriente puede variar de sentido cuando el tren cambia de dirección, mientras que en los SENS no es así.

Con lo que no me convenció es con el método de medir esa corriente, ya que él emplea una resistencia de valor muy bajo mientras que yo empleo unos diodos para medir la caída de tensión directa en ellos. Después de varias pruebas me convencí de que es mejor este segundo sistema porque la resistencia siempre tendrá una caída de tensión proporcional a la corriente y por lo tanto variable en un amplio margen, mientras que la caída de tensión directa en un par de diodos es prácticamente constante. En la imagen adjunta se ve el sistema que he empleado con dos diodos (D25 D26 y D33 D34) en cada terminal SENS del L298. La tensión en los nodos SENSA y SENSAB es cero cuando el consumo es nulo y del orden de 1,5 voltios, muy constante en cuanto hay consumo, ya sea mínimo o ya sea el consumo máximo.


PWM8W
En la imagen de la derecha se ven claramente las dos parejas de diodos, casi en el centro, y muy próximos a los terminales del L298 que es el gran circuito integrado que vemos en primer término, atornillado a la placa

El método de medir el consumo en los terminales SENSx, tiene un condicionante que es precisamente que son terminales del controlador, y por lo tanto estoy midiendo el consumo de cada uno de los dos canales del controlador de forma global, es decir si con este controlador alimento un tramo de vía con el canal A por ejemplo, y en ese tramo hay más de un tren, el consumo que mido con el SENSA es el total de todos los trenes que haya en ese tramo. Por contra si mido la corriente en la salida, puedo bifurcar la alimentación de ese tramo en varias salidas y poner un sensor en cada bifurcación, de manera que podría saber en que tramo hay un tren y en cual no, aunque todos ellos reciban la corriente de un único controlador.

O sea, por pasiva: tengo que tener un controlador distinto para cada tramo en que quiera saber si hay o no un tren. Bueno, exactamente, como el L298, tiene dos canales, A y B, tengo que poner un controlador por cada dos tramos donde quiera detectar si hay o no un tren.

Como lo que quiero hacer es un sistema de acantonamiento o bloqueo automático, y un sistema así se basa en saber cuando un cantón está o no ocupado, tendría en principio que poner un controlador para cada dos tramos, o bueno,  tengo que saber si hay un tren en cualquier parte de un cantón y además saber si el tren está en el tramo de parada precisamente, asi que puedo hacer varias cosas, pero una forma sería alimentar con uno de los canales del L298 el tramo de parada del cantón y con el otro canal del mismo L289 el resto del cantón. Asi habría un L289 por cantón, con un canal alimentando el tramo de parada y el otro canal el resto. Queda todo muy simétrico y modular, porque puedo hacer módulos, cada uno con un L289, que tengan todas las conexiones para un cantón. Así que para un boqueo automático de N cantones necesitaré N módulos idénticos al mostrado en la imagen anterior.

Estos módulos PWM8W son apilables de manera que puede hacerse un montaje muy compacto. De cada uno salen las conexiones que proporcionan a un cantón la alimentación de corriente PWM y al mismo tiempo detectan por consumo la ocupación del cantón. En ese aspecto son muy parecidos a lo que hacen los llamados "retromódulos" en un sistema digital.

PWM8C
Para completar el sistema, necesito un primer módulo que genere la señal PWM para que cada uno de los PWM8W la envíe a cada cantón, Este primer módulo es el que lleva el mando para variar la anchura de pulsos del PWM y conseguir así que los trenes vayan a más o menos velocidad, y también lleva el mando para cambiar el sentido de la marcha y para dejar todos los trenes parados. 

Este módulo de control se sitúa en la pila, encima de los demás módulos, con lo que queda un montaje muy práctico.

Como se ve en la imagen de la izquierda, éste mòdulo PWM8C se parece a primera vista a un PWM71.  Esto se ha hecho intencionadamente para que en un cuadro de mando puedan ponerse juntos los PWM71 y los PWM8C y se vean iguales desde la parte frontal del cuadro de mando. 

Y.. a todo esto, ¿funciona? . Bueno si. Aquí hay una pequeña prueba: 




Naturalmente eso no son más que unas primeras pruebas con el primer prototipo, pero parece que puede funcionar. Por lo menos se ve lo más importante, que es el hecho de que el sistema detecta una locomotora en los carriles a cualquier velocidad, incluso parada completamente. Y también vemos como inmediatamente que la locomotora deja de hacer contacto con los carriles se enciende el led verde y se apaga el rojo, o sea que el cantón ha quedado libre.


Evidentemente con esto se puede llegar a hacer un sistema de acantonamiento y como vemos, aquí no existen imanes ni sensores en las vías ni relés ni nada parecido. Solo se necesitan los cables de alimentación, para llevar la corriente a la vía y para detectar la presencia o ausencia de las locomotoras.

Por cierto he bautizado a este sistema como PWM8ASFA. Evidentemente PWM se refiere al sistema de corriente PWM que se utiliza, y 8 porque la serie anterior de controladores lleva el número 7.

ASFA es en recuerdo del sistema que se usó (y se sigue usando) en España para controlar el acantonamiento en las redes de RENFE. Las siglas ASFA significan Aviso de Señales y Frenado Automático, y si esto llega a funcionar bién también tendremos unos pilotos que avisan de la posición de las señales y el tren se parará automáticamente si las señales impiden el paso.

La verdad es que si esto llega a funcionar bien va a ser un tema curioso, porque durante los muchos años que existió el sistema analógico como única opción, hubo varios sistemas que pretendían hacer algo así, y mis noticias es que nunca se impusieron, seguramente por la complicación que  suponía, y desde luego también porque los sistemas basados en sensores de paso eran más seguros y eficientes. 

La mayoría de las marcas fabricaban tramos de vías con algún tipo de sensor de paso, bién de tipo mecánico o bien de tipo magnético. Marklin, por ejemplo fabrica las vías 8589, 8529 y 8539 con un sensor mecánico para hacer acantonamientos junto con los relés 8945. y el resto de marcas tenían sistemas parecidos.

 Sin embargo los sistemas basados en detectores de ocupación eran de pequeñas empresas (yo diría que casi artesanales) y nunca tuvieron demasiado éxito. Yo tengo noticias de un producto español que se vendía con la marca TRENICO y por lo que yo sé estaba limitado a cuatro cantones. La dificultad, claro, estaba en que era muy difícil detectar una locomotora analógica parada en un vía, así que se recurría a superponer a la corriente continua de tracción , una corriente alterna de alta frecuencia, que era de valor constante, y se podía detectar si una locomotora la cortocicuitaba. Es realmente algo muy parecido a lo que hace un limpiavías Gaugemaster, y en efecto vemos que el Gaugemaster tiene un piloto que está encendido cuando no hay ninguna locomotora y que se apaga en cuanto ponemos la locomotora en la vía. Es decir que detecta la presencia de la locomotora aún cuando esté completamente parada. (*)

Ya discutía en el artículo "Detectando trenes (de nuevo)", las ventajas y  los inconvenientes de los sistemas de detección basados en sensores de paso, frente a los basados en sensores de consumo. Yo soy partidario de los detectores de paso, pero a muchos aficionados les asusta el complicado cableado que suponen, así como la necesidad de poner imanes en las locomotoras y sensores en las vías. No cabe duda que la instalación de un sistema basado en sensores de consumo es mucho más sencilla. asi que cada uno puede decidir qué sistema prefiere.

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* ¿No se podría hacer un sistema de limpiavías tipo Gaugemaster que hiciese también la función de sensores de consumo para un sistema de bloqueo? Mmm........



2 comentarios:

  1. Hola Ignacio. Muchas gracias de nuevo.

    Una pregunta que me ha surgido al ver las fotos de los módulos. ¿Dónde has conseguido encontrar el L298H (versión horizontal) y, si se puede saber, a qué precio te salen? He buscado por infinidad de tiendas y no hay manera, solo tienen el vertical.

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    1. Lo compro aquí:

      https://es.rs-online.com/web/p/circuitos-integrados-de-driver-de-motor/0456434/

      o aquí:

      http://es.farnell.com/stmicroelectronics/l298hn/contr-dual-puen-comp-ruido-baj/dp/1366570?ost=1366570&scope=partnumberlookahead&exaMfpn=true&searchref=searchlookahead&ddkey=http%3Aes-ES%2FElement14_Spain%2Fw%2Fsearch

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