miércoles, 18 de abril de 2018

Y qué bien funciona!




En el artículo anterior explicaba ya los fundamentos de este nuevo controlador, sobre el que no oculto mi entusiasmo por su perfecto funcionamiento, y por haber cumplido una aspiración perseguida durante bastante tiempo.

Reproduzco a continuación la parte fundamental de su esquema:


La idea fundamental es que hay un chip NE556 que lleva dos osciladores: El primero representado arriba a la izquierda está configurado como un generador de pulsos PWM y genera la señal que se ha resaltado en amarillo como PWM El segundo, representado debajo, está configurado como generador de pulsos de frecuencia variable, y produce la señal resaltada en rojo como CLOCK. Esta última se utiliza como señal de control para los potenciómetros electrónicos U2 y U7, el primero de los cuales varía la anchura de pulsos de la señal PWM y el segundo genera la tensión de comparción W que se compara en el comparador analógico U3.A con la tensión VO generada por RV2 que es el mando de velocidad. La frecuencia de CLOCK se ajusta con el potenciómetro RV3 que es el mando de inercia.

En el corto video siguiente, vemos un montaje para las pruebas efectuadas, en el cual tenemos conectado al PWM05VO, el "simulador de locomotoras", con su motor que hace girar el disco de segmentos de color, y además el voltímetro digital que se utiliza como velocímetro y que muestra la señal W convertida a porcentaje ( 100% serían 5 voltios)  y el osciloscopio que visualiza en su pantalla la señal PWM en amarillo y la señal CLOCK en rojo.



Cuando empieza el vídeo vemos que la señal CLOCK está a su frecuencia mínima, ya que solo aparece un pulso en la pantalla, y la señal PWM está con anchura de pulso cero. Inicialmente se sube un poco el control de velocidad y la velocidad del motor sube hasta que el velocimetro marca 25. Luego se gira más el control y la velocidad va aumentando lentamente según la anchura de pulsos de la señal PWM aumenta.

Obsérvese que la indicación del velocímetro que sería el tanto por ciento de la velocidad actual sobre la máxima, corresponde casi exactamente con el valor de Duty que muestra el osciloscopio (si se llega a ver)

Luego se presiona el botón amarillo y esto inicia una parada progresiva hasta cerca de la parada. En ese momento presionando el botón rojo la frecuencia de la señal CLOCK se multiplica por diez, lo que hace caer la velocidad a cero casi instantáneamente.

Después se presiona el botón verde y actuando sobre el mando de inercia se pone ésta al mínimo con lo cual en la pantalla vemos como aumenta la frecuencia de CLOCK. Con esta frecuencia elevada comprobamos que la velocidad sube y baja muy rápidamente al presionar los botones verde y amarillo.

Ya se que toda esta introducción técnica puede haber dejado frío a mas de un lector, pero desde luego lo interesante viene en el próximo vídeo. He montado mi ya clásico circuito de pruebas para demostrar cómo se traduce esto en el manejo de los trenes, y en este caso, aunque el circuito está seccionado en varios tramos, todos ellos están unidos eléctricamente, como se puede comprobar viendo al principio del video como sólo hay dos cables que van del controlador a la vía, y con esto llega corriente a todo el trazado.

Lo primero que hay que decir, es que este circuito es muy poco apropiado para poder ver los efectos de un controlador que tiene simulación de inercia. Como se puede comprobar inicialmente, una parada o una arrancada progresivas con una inercia ajustada al máximo, necesita que el tren dé más de una vuelta al circuito, para que se complete. Por lo tanto si queremos que en una sola vuelta se pueda ver una parada y una posterior arrancada, hay que  hacerlo con un valor de inercia bastante bajo, y aún así, hacer algún truco para que el tren dé más de una vuelta entre parada y parada. Además debido a esto, algunas paradas resultan demasiado bruscas por el bajo valor de la inercia. Habría que tener un circuito con una longitud de por lo menos cuatro veces más longitud, aunque claro, eso haría muy difícil ver el tren. Así que aceptando estas limitaciones aquí va el vídeo:




Como se puede apreciar, el vídeo hace una presentación progresiva de las distintas posibilidades o modos de funcionamiento del PWM75VO,  Comienza utilizándolo de una forma clásica, es decir tal como se haría con cualquier controlador analógico de los de toda la vida.

Luego pasa a una forma que incluye la simulación de inercia. En este sentido el PWM75VO es análogo al PWM73SI, ya que permite ajustar, incluso con el tren en marcha, una simulación de inercia que puede llegar a ser tan grande que el tren necesite más de un minuto para alcanzar su velocidad máxima desde cero, y asimismo, el mismo tiempo para llegar a pararse desde  su velocidad máxima.

Después se empiezan a manejar los pulsadores luminosos. Como ya se explicó en el artículo anterior, este controlador incorpora tres pulsadores luminosos que activan respectivamente las funciones de aceleración, parada progresiva, y parada inmediata. En esta sección del video se ve como se actúa manualmente con estos botones.

Se hace a continuación un inciso, para colocar el velocímetro VELAN que es un accesorio opcional para los controladores PWM73SI y PWM75VO.  Tal como se explica en las instrucciones del mismo, para conseguir que el velocímetro marque aproximadamente la velocidad a escala a la que se mueven las locomotoras, hay que hacer una calibración del mismo, que depende de cosas como la tensión de alimentación, comportamiento de las locomotoras, etc. Esta calibración no se ha hecho aquí, de modo que la cifra que indica el velocímetro, que está entre 0 y 100 significa el tanto por ciento que la velocidad actual del tren representa respecto de su velocidad máxima.

El vídeo continúa mostrando los modos de funcionamiento más avanzados. En primer lugar se muestra la posibilidad de que los botones de control, se activen automáticamente cuando el tren pasa sobre unos sensores (en ese caso sensores Hall) colocados en la vía. Vemos como, sin tener que tocar estos botones, cuando el tren los activa, las luces de los botones se apagan o encienden y el tren realiza las funciones correspondientes.

Como comentaba antes, la escasa longitud del circuito imposibilita que se pueda apreciar el funcionamiento exacto de este sistema, ya que en una vuelta al circuito no hay espacio para que el tren alcance la velocidad de crucero necesaria para que se aprecie perfectamente una parada con la inercia ajustada al máximo valor, ni tampoco una aceleración con toda la inercia tiene espacio para producirse antes de alcanzar un sensor que le haga empezar a frenar, etc, por lo esta parte requiere un poco de intuición por parte del espectador. Lo que se ha hecho es poner un valor de inercia más bien bajo, y además aprovechar una función que tiene prevista el controlador para otros usos. Se trata de que en las bornas de control, donde conectamos los terminales de los sensores, hay una borna que si se conecta a masa inhibe la lectura de los sensores. Actuando manualmente con un interruptor se quita o se pone esta conexión, de manera que según la posición del interruptor el tren activa o no los botones al pasar sobre los sensores.

Esta posibilidad de inhibir la actuación de los sensores está pensada realmente para utilizar este sistema en combinación con otros automatismos que podamos tener en la instalación. Por ejemplo si tenemos un trazado donde se ha establecido un bloqueo automático, cada cantón llevará un controlador PWM75VO, y se podrá conseguir que los trenes se paren o arranquen de forma progresiva, cuando les corresponda parar frente a una señal principal del bloqueo automático que esté en rojo. Sin embargo, si la señal está en verde, el tren no debe hacer ninguna parada progresiva, ni por lo tanto ninguna arrancada progresiva, sino que pasará por las señales en verde sin modificar su velocidad. Asi que el PWM75VO deberá activar o no las funciones de parada y arrancada progresivas según si las señales están en rojo o en verde. Esto es justamente lo que se muestra en la última parte del vídeo. Aquí se ponen unas señales luminosas (Son poco realistas, pero lo que interesa es que sus leds se vean bien en el video) y como no hay posibilidad de un sistema de bloqueo porque no hay espacio para varios cantones (de hecho ni siquiera para uno) se manejan manualmente con unos pulsadores situados en una plaquita con un relé.  De esta forma se demuestra en el video que cuando las señales están en verde, el tren circula sin detenerse, pero cuando la señal principal se pone roja, y la avanzada en amarillo, el tren empieza una parada progresiva justamente al pasar por la señal avanzada, que le lleva a detenerse justamente ante la señal roja.

Esto se consigue conectando esa borna ("AUTO") de la que decíamos que inhibe la función de los sensores, al propio relé que maneja las señales. En la posición en que las señales están en verde, el relé une esa borna a tierra y por lo tanto los sensores no actúan, mientras que en la posición que la señal está en rojo, la borna está abierta y el tren se parará. Esto es lo que vemos funcionando en la última sección del vídeo.

Obsérvese que con este sistema montado, cuando el tren llega a una señal en verde, el pulsador verde del controlador de enciende y el tren acelera hasta alcanzar su velocidad de crucero. Cuando el tren  llega a una señal amarilla (y no cuando se enciende la señal amarilla) el pulsador amarillo se enciende,  y el tren empieza a decelerar automáticamente, y por último, si el tren llega a una señal roja, se enciende el pulsador rojo y el tren se para ante la señal. Posteriormente cuando esta señal cambie a verde el pulsador verde se enciende y el tren hace una arrancada progresiva.  Esto se parece muchísimo al funcionamiento del sistema ASFA que se ha usado durante muchos años en los ferrocarriles españoles.

Ahora si que voy a tener que ponerme a trabajar par terminar la maqueta. De hecho la maqueta está diseñada contando con un sistema que funcionase así. Por eso no tiene más que cuatro cantones muy largos (el más largo de 13 metros!) y además cada cantón, por delante del punto de parada donde estará la señal principal, tiene un tramo bastante largo pensado precisamente para que los trenes alcancen progresivamente la velocidad de crucero antes de pasar al cantón siguiente

Editado en 21/04/2018

Se incluye a continuación el esquema del cableado utilizado en la última parte del video:


El relé RL1 y los pulsadores P1 y P2 son los que vemos en el video montados en una plaquita de circuito perforada. SA y SP son respectivamente la señal avanzada formada con dos leds en ánodo común de colores amarillo y verde y la señal principal, con leds rojo y verde.  Se indican las identificaciones de los pines de los sensores Hall y de las bornas de la placa del PWM05VO.

Nótese que los semáforos se alimentan desde la fuente de alimentación que también alimenta el controlador (rojo y negro) cambiando de un color a otro según bascula el relé (verde oscuro / magenta)  con su conmutador 8 9 10

En cuanto a los sensores Hall se alimentan desde las salidas Vcc y GND del PWM05VO (amarillo y azul oscuro) y la señal que producen (verde claro y cyan) se lleva a las bornas  H y B del controlador (parada inmediata y parada progresiva)

Los dos sistemas descritos son totalmente independientes. Para evitar que cuando las señales están en verde, se paren los trenes, la conexión de la borna AUTO se conecta o no a la GND mediante el conmutador 3 4 5 del relé y con eso ya queda conseguido que los trenes paren o no según la posición de las señales.


martes, 3 de abril de 2018

Al Fin PWM75VO


Bueno, pues al fin parece que he conseguido lo que tanto tiempo llevaba persiguiendo: Un controlador basado en el concepto de velocidad objetivo.

La historia comenzó en Agosto de 2015 con el artículo Nuevas Ideas  donde expuse el concepto de un controlador basado en este principio y puse un esquema de bloques de lo que debía ser, dándole el nombre de PWM07, así que ya van casi tres años dando vueltas al tema. En el último artículo, Año Nuevo, ya comenté que el parón debido a las vacaciones de Año Nuevo Chino de mi fabricante de circuitos, me había dado ocasión de retomar el tema que tenía un tanto abandonado, incorporando además mis nuevos conocimientos sobre comparadores analógicos.

Al final, con más dificultades de las que yo pensaba, he podido llegar a un diseño que funciona perfectamente y que es el que aparece en la cabecera de este artículo.  Si lo comparamos con el último intento (ver Los últimos desarrollos de Junio del año pasado) podemos ver que este nuevo tiene un aspecto similar con el mismo número de mandos, aunque debo reconocer que el nuevo es menos estético que el anterior, más que nada porque he dejado la parte de control de marcha y paro de forma que sea común con los otros controladores, con lo cual he metido toda la parte nueva en una placa relativamente pequeña.

Por ese mismo motivo los tres botones que controlan las funciones de aceleración frenado y parada (verde amarillo y rojo) son aquí de tipo luminoso, sobre todo porque este tipo de botones permiten agrupar en un solo elemento más pequeño, el botón de mando y el led. Por cierto estos botones parece que se van haciendo más populares que el año pasado y han bajado considerablemente de precio.

Próximamente pondré en este blog, algún video en el que podamos ver el funcionamiento de este controlador manejando algún tren,  pero como anticipo, explico a continuación la filosofía del mismo:

Como decía, en la parte inferior tenemos la clásica botonera con dos botones verdes y uno rojo que activan respectivamente la marcha adelante y la marcha atrás y la parada, exactamente igual que con los controladores PWM72, PWM73SI y PWM74TM.

En la parte superior tenemos un botón giratorio central, que controla la velocidad y otro más pequeño que controla la inercia. Además los tres pulsadores que yo llamo "del ASFA".

Si giramos el mando de inercia, completamente a la izquierda (inercia nula) el mando de control de velocidad se comporta como cualquier controlador clásico: según giramos el mando más a la derecha, el tren circula más deprisa, y si lo giramos a la izquierda lo hace más despacio, así que llevándolo a tope a la izquierda el tren se para.

Pero si ajustamos el mando de inercia a una posición más alta, lo que ocurre es que el tren adquiere inercia, es decir que si giramos el mando de velocidad hacia la derecha, el tren inicialmente sigue a la velocidad que tenía, pero progresivamente va aumentando su velocidad hasta alcanzar la que corresponde a la nueva posición del mando de velocidad. Análogamente, si giramos el mando de velocidad hacia la izquierda, el tren comienza a decelerar hasta que acaba por llegar a la velocidad correspondiente a la nueva posición del mando al cabo de un cierto tiempo.

Precisamente el mando de inercia lo que permite es ajustar el tiempo que tarda en alcanzar la velocidad correspondiente a la posición del mando de velocidad. Por lo tanto en rigor ese mando lo que controla es la aceleración, mientras que el mando de velocidad determina la velocidad en que el tren deja de acelerar o decelerar y se mantiene constante en esa velocidad. Por eso este sistema se llama de "Velocidad Objetivo"

Hay que aclarar que aunque hay bastantes sistemas de control de trenes analógicos que se anuncian como "con simulación de inercia" en la mayoría de los casos este efecto es muy pequeño, y casi pasa desapercibido. Por el contrario el PWM75VO permite regular este efecto desde que sea prácticamente nulo, hasta que se tarde más de un minuto en alcanzar la velocidad máxima partiendo del tren parado. Por supuesto, al manejarse este ajuste con el mando presente en el controlador, se puede modificar el valor de la inercia en cualquier momento, incluso con el tren en marcha.

Por supuesto, como en todos los controladores de esta serie, tenemos, además de los mandos manuales en el propio controlador, la posibilidad de manejar las distintas funciones mediante mandos externos, que pueden ser conmutadores o botoneras externas, sensores mécánicos o de tipo Hall o Reed  situados en las vías y accionados por los trenes, o incluso señales electrónicas de tipo TTL emitidas por una interfase electrónica, un Arduino, etc. Asi tenemos la posibilidad de activar automáticamente las funciones de marcha adelante ("F"), marcha atrás ("R") y parada ("S") como en todos los demás controladores de la serie.

Pero además también podemos manejar así las funciones específicas de este mando, y que funcionan de la forma siguiente:

Activando la función "B" Se enciende la luz amarilla y el tren empieza a decelerar (de acuerdo con el ritmo correspondiente a la posición del mando de inercia) hasta pararse

Activando la función "H" Se encienden la luz amarilla y la roja y el tren se para inmediatamente, con independencia de la posición del mando de inercia (aunque si tiene luces led, éstas quedan encendidas)

Activando la función "T" Se enciende la luz verde y se apagan la amarilla y la roja, y el tren acelera al ritmo indicado por la posición del mando de inercia, hasta alcanzar la velocidad objetivo indicada por la posición del mando de velocidad.

Nótese que estas tres acciones serían las que haría un tren cuando se encuentra con una señal amarilla (aviso de parada) roja (parada) o verde (vía libre) de manera que si tenemos en una maqueta señales por ejemplo de un acantonamiento y ponemos sensores en las vías que se activen al paso de los trenes según la posición de la señal, conseguiremos que cuando el tren llega a cada señal, se encienda en el controlador la luz verde amarilla o roja correspondiente al estado de la señal que ha alcanzado el tren, y no solo eso, sino que automáticamente el tren realiza la acción correspondiente a la indicación de esa señal. Por eso este sistema emula el ASFA (Aviso de Señales y Frenado Automático)

Así que utilizando controladores de este tipo es posible realizar en analógico un sistema de acantonamiento o bloqueo automático en el que los trenes se paren y arranquen ante las señales de forma progresiva. Algo muy parecido a lo que se consigue con el sistema ABC para trenes digitales.

Por supuesto no sólo eso. También por ejemplo la parada en estaciones, que si queremos podemos complementar con un temporizador para que el tren pare un tiempo determinado, y luego arranque de nuevo. También se pueden utilizar los propios pulsadores luminosos del controlador para activar manualmente estas funciones.

La función de parada inmediata (función "H") que enciende la luz del pulsador rojo, tiene un uso importante: Si ponemos un sensor a una cierta distancia antes del punto donde queremos que el tren se detenga, y conectamos este sensor a la función "B", cuando el tren pase por ese punto, empezará a decelerar, pero es muy difícil que llegue a parar justamente en el punto que deseamos que se produzca la parada. Por eso, lo adecuado es ajustar la inercia un poco por encima de lo que haría que el tren se parase en el punto deseado, de modo que al hacer esto, el tren llegará con muy poca velocidad, pero aún con la suficiente par rebasar el punto deseado. Entonces lo haremos es colocar justo donde deseamos que el tren se pare, un segundo sensor conectado a la función "H" De esta forma cuando el tren llegue a ese punto se pararará exactamente en el punto deseado al activarse la función "H"

Con respecto a los sistemas de acantonamiento basados en este controlador hay que tener en cuenta una cosa: En un acantonamiento en analógico, hecho mediante el sistema clásico de relés, los trenes se paran porque entran en un tramo que no recibe alimentación si el tren debe detenerse. Por eso, inevitablemente (o casi) la parada es brusca, y lo mismo ocurre con el arranque. El controlador no interviene para nada en esta parada, ya que se debe a la apertura o cierre de los relés, así que el controlador puede ser el mismo para todo el circuito. Otra cosa es que por otras conveniencias pongamos varios controladores o incluso uno para cada cantón.

Sin embargo si queremos paradas y arrancadas progresivas y utilizamos controladores como el PWM75VO necesitamos obligatoriamente un controlador por cantón, ya que la parada y arranque dependen del controlador, y naturalmente cada tren tiene que hacer las paradas y arrancadas en sus momentos apropiados con independencia de lo que estén haciendo los demás trenes.

Creo que este controlador es mucho más sencillo y eficiente que el PWM74TM, asi que voy a eliminar de la tienda el PWM74TM, que en realidad ha estado anunciado pero no ha llegado a estar a la venta, precisamente por ser un producto demasiado complicado y caro de producir. En cuanto termine las pruebas y haga las correspondientes documentaciones, pondré a la venta este nuevo PWM75VO

Y ahora me estoy pensando si utilizar también en mi propia maqueta un acantonamiento de cuatro PWM75VO. Creo que lo voy a hacer, aunque eso me va a suponer tener que hacer de nuevo la parte central del cuadro de control. Tengo que ver si tengo espacio suficiente.