Потребителски вход

Запомни ме | Регистрация
Постинг
01.10.2013 14:01 - Цифрово управление в железопътния моделизъм.
Автор: railwaymodel Категория: Хоби   
Прочетен: 5108 Коментари: 0 Гласове:
1

Последна промяна: 01.10.2013 14:02

Постингът е бил сред най-популярни в категория в Blog.bg
 Цифрово управление
в железопътния моделизъм
на български.

По една или друга причина която не е предмет на тази тема тук , има много моделисти които и до сега се оправят  в управлението на моделите и макетите си по чисто стария начин. Тоест чрез така нареченото “аналогово” управление (DC). Всъщност както и да го погледнем, цифровизацията е навлезнала навсякъде в живота ни, включително и в нашето хоби, а нежеланието да бъде въведена от определени моделистки кръгове е меко казано странна.
      По отделни сведения началото е поставено около 1985г., когато от фирмата Мерклин представят своята разработка, но в крайна сметка що годе някакъв подем се оформя през 1997г. когато в NMRA приемат стандартизационни протоколи, описващи основите и препоръките за цифровизиране на моделите и тяхното управление. До тогава е имало доста фирми производителки (които и сега са такива) правещи всичко единствено обвързано с тях и техните виждания по въпроса. А пък и липсата на съвместимост между различните системи е половин беда, защото в крайна сметка те правят цифровизацията съгласно свойте търговски интереси, които обаче не удовлетворяват напълно моделистките среди.
         Така се стига до приемането на въпросните стандарти, чийто протоколи и препоръки освен, че са препоръчителни, биват повсеместно оповестявани публично (и до ден днешен), с което са направили не само първата стъпка към научната обосновка на цифровизацията, но са позволили и на всеки любител да има възможността сам да си прави нещата за домашната железница.
        Тогава още мрежата е било изключително слабо развита и преди всичко за военни цели и научни лаборатории. Въпреки това постепенно достъпността на информацията и самостоятелната изработка на много от цифровите блокове от хобистите, направени по единните препоръки, постепеноно са принудили фирмите да се „включат“ в движение и да започнат производство на основата на същите тези стандарти. Така практически е станало въпрос на престиж, дадена фирма да фигурира в списъците на стандартите, както  и да спазва тези препоръки, като по този начин търговската страна също остава удовлетворена.

 Какво е цифрово управление ?

Почти всеки моделист по един или друг начин е видял някой собственик на минималната конфигурация за цифрово управление на железопътни модели. И всеки е останал възхитен от външно видимите ефекти от такова управление. Говорим за характерният звук който издават различните локомотиви и други съоръжения, намиращи се под това ръководство. Един път чул, този звук всеки хобист се замисля и решава, че рано или късно ще трябва да премине към новите “екстри” на хобито си. Така или иначе подобно на старт-комплектите в аналогов вариант (DC или АС), производителите вече продават и такива с цифрово управление (Digital). Споровете спират до момента в който моделист запознат с трудностите на аналогово управление в макет, разбере основното предимство на цифровизацията там – практически почти пълната липса на онези така известни изолирани на сектори участъци и огромното количество кабели и релета. „Наливането“ на управляващия сигнал „по две жици“ стигащи до всяко цифровизирано устройство е едно голямо улеснение. Тук трябва да споменем, че „двете жици“ що се отнасят да самите подвижни модели (локомотиви и вагони) са двете до болка познати релси в коловозите. По практично решение е единствено бежжичната комуникация, която на този етап е по-сложна, а често  и доста по-скъпа, но която също ще бъде предмет на разглеждане и тук, когато и „дойде времето“.
         За всички които все още се колебаят дали да си цифровизират моделите, препоръчваме да намерят начин – било от приятел или на обществена демонстрация в хобито и да „надуят свирката“ на някой цифрово озвучен модел. Усещането е страхотно и ...повярвайте, ще бъдете спечелен за „цифровата кауза“ безспорно и окончателно!

Ето и една сравнителна таблица в помощ на колебаещите се.

 

Аналогово DC (или АС)

Цифрово (Digital)

От кога?

След отпадане на пружините

От 1985 година

Локомотивен контрол

Само един на захранване.

Много локомотиви на едно захранване

Връзка и управление

Само при наличие на захранване

Захранване винаги има за спрели и работещи.

Осветление

Само пре наличие на захранване

Една от екстрите – винаги както и други функции

Тягово управление

В пряка замвисимост от наличното напрежение

Незабавно захранване и много по-плавен ход на моделите

Други функции в моделите

Само с допълнителни блокове и усилия.

До 21 налични постоянно функции като звук и светлина, но без допълнителни усилия .

Допълнително управление

С допълнителни пултове и много проводници

Единно управление и два проводника

Обратна връзка, наличност и състояние

От всеки датчик още проводници и специално информационно табло

Налично навсякъде с двата проводника

Управляващи пултове

За всяка функция по един/два ключа

Универсално управление, включително и от РС.

Спиране в спец.участък

Трудно - само за едно  средство.

Без проблем - за всяко по отделно.

PC-контрол

Възможен с допълнителни блокове

Универсално приложимо без усилия


Как бе преди това?

Било то на постоянен макет , или “разполагащ” се на пода или масата, ние разчитахме на един  или два трансформатора с регулиране на тяговото напрежение, за да управляваме поне в двете възможни посоки на движение най-малкото два влака. Характерното за тази система е, че колкото повече влакове и локомотиви искаме да се движат едновременно, толково повече, се усложнява схемата на организираните самостоятелни участъци, начина им на управление, блокировката за предотвратяване на катастрофи, както в тези участъци, така и при преминаване през разклонения , прелези , малки и големи гари. Да, някой ще каже: „– Ами това е супер, колкото повече електроника, релета , проводници и т.н. толково по-занимателно и интересно!“ .
          Но това мнение мигом се забравя, щом се установи дефект в системата (който може да е и “по рождение”)  и се започне едно ровене по ключета и бутони, проводници и релета , регулатори  и електронни блокчета и вместо да се наслаждаваме на движението на любимия си локомотив , сме се оплели в  схеми и инструменти, за да извършим поредният “текущ ремонт”. Накрая когато открием коя жичка не дава добър контакт, свободното ни време е отлетяло, а ние вече не сме сигурни дали следващият път ще се надуваме като пуяци от сложността на схемата, която сме измислили и реализирали в името на движението на влаковете. Да не говорим за ровенето из помощните средства (било то литература , записки от коляно или интернет ) за все по-сложни  и по-добри схеми за едно или друго подобрение на нещо по нея.
        Както вече го разбрахте, всичко това отпада, тъй като се управлява от едни малки и “умни” електронни блокчета наречени дешифратори (decoders), включени фирмено или индивидуално в локомотиви, вагони, разклонения, прелези, семафори и светофори, обръщателни кръгове и обръщателни уши или триъгълници, приемни сгради и т.н. И като  стана дума, всички тези дешифратори се управляват по единни стандарти, които всъщност регламентират кодировката на управляващия сигнал, неговите електрически параметри, както и базисните функции, които трябва да може да изпълняват апаратите за управление от различните производители с цел унификацията им.
  Двата най-разспространени такива стандарта са тези на Моторола/Мерклин (известен като ММ) и на няколко фирми които произвеждат съвместима продукция подчинена на Digital Comand Control (известен  като DCC) – цифрово команден контрол, като например LENZ, Uhlenbrok, ESU, Arnold, Fleischman, ROCO и др. Много от цифровите устройства се правят да вършат работа по един от двата стандартни протокола в зависимост от избора на моделистите за управляваща система. 
         По такъв начин макета, модула или дори само локомотива, изпълнени според указанията на стандарта, не биха имали проблем при влючването им/върху/към друг модул, макет и т.н. без проблем и то във всички мащаби. Как това е възможно ли ...ами много просто , чрез цифровизация!!!

Ето как изглежда традиционната схема за управление по аналагов начин.image

         Обикновенната аналогова схема за управление на подвижния състав позволява движението само на един локомотив в определен участък от трасето, като принципно могат и повече, но всички знаем проблема с различните скорости и мощностти, едновременно и не толкова, тръгване и спиране и най-вече – движението в една и съща посока. Цифровото управление позволява едновременен контрол на един участък от трасето неограничен брой (по-старите модели само до 99, но по–новите вече са с 10 000 единици) подвижен състъв, стига да има място на релсите както и огромен брой разклонения, семафори и други изпълнителни механизми.

 Ето една традиционна схема за цифрово управление.
image

Как това става на практика?

Всеки локомотив има вграден дешифратор.  Дешифратора  всъщност задължително съдържа една интегрална схема (обикновенно в SMD-изпълнение позволяваща крайна миниатюризация,) която представлява най-обикновен програмируем микроконтролер. Такива дешифратори има и към всяко друго устройство , било то разклонение, прелез, обръщателен кръг и т.н.
      Всички тези дешифратори получават заповеди (наричани в електрониката – инструкции) по двата проводника или релсите които също са две, от централен пулт за управление, наричана обикновенно станция. В действителност този пулт може да се състои от няколко “подстанции”, по известни като „мишки“ (но не компютърни)  или няколко персонални компютъра свързани в мрежа, или комбинация м/у всички изброени устройства.
          Всеки дешифратор постоянно чете инструкцийте по двата проводника  и когато открие тези, които се отнасят до него, ги изпълнява. Разпознаването на “собстветните” му инструкции става когато те бъдат получени на неговия адрес, което означава, че се отнасят само до него и никой друг дешифратор, защото само на него е програмиран този адрес , което го и прави уникален в една система за управление. При разчитането на този адрес, дешифратора започва четене на инструкцийте и тяхното незабавно изпълнение.
        Тези инструкции задават следните параметри наричани променливи ( или CV), например когато дешифратора е монтиран в локомотив:
-   скорост на движение.
-   посока на движение.
-   време за ускорение или спиране.
-   включване/изключване  на светлините , свирката и т.н.
   Когато дешифратора е част от изпълнителен механизъм, например прелез, то той изпълнява инструкции за пускане на звуков и светлинен сигнал, спускане на бариерите, изчакване на разрешение за вдигането им и т.н.
       От всичко до тук вече и сами се досещата за функциите на управляващите станции. Те са електроните устройства, които имат задачата да разпращат по адресите (подобно на пощальоните), инструкцийте които са подадени в тях, съгласно решението на оператора, работещ със системата за управление. Инструкцийте се въвеждат с натискане на бутони от клавиатурни конзоли, които практически са готови комбинации от електронни кодове. Тези кодове се излъчват за указан адрес на устройство, избрано посредство същите станции и блока който е с този адрес изпълнява моментално съответната команда.
     Практически въпросните операции „текат“ постоянно щом е включена системата. Така се осигурява и постоянно наличието на напрежение, което фактически захранва всичко в системата. Ако трябва да използваме сравнение, за да разберете по-лесно принципа на действие на една цифрова система, ще ви дадем следния пример.
    В чакалнята на една гара, по високоговорителната уредба информаторката съобщава кой влак, на кой коловоз е композиран, в колко часа тръгва и т.н. пътниците слушат и ако чуят нещо за влака който искат да вземат, отиват н аколовоза , качват се и отпътуват. Само трябва де си представим, че докато информаторката говори, то пътниците се движат, спре ли тя – спират и те.
        В цифровизираната система е същото. Докато станцията излъчва сигнали (информаторката говори), всички дешифратори от системата (пътниците) имат захранване (слушат). Спре ли това и те спират. Същевременно докато системата работи, всички дешифратори следят кодовете (пътниците слушат съобщенията). Щом разпознаят своя адресен код (пътниците чуят за своя влак), те дешифрират следващите го инструкции и ги изпълняват – запалват фаровете, надуват свирката и двигателя се развърта (пътниците чуват на кой коловоз е влака, отиват до него, качват се и той заминава). Никой пътник не би се качил на различен от своя влак – значи никой дешифратор не би изпълнил инструкции които не се отнасят за него.
         Надяваме се, че този макар и елементарен пример, вие обяснил съвсем просто начин  на работа в цифровизирана система. Останалите технически подробностти ще научите постепенно в следващите редове и постове по въпроса.

 Да разгледаме компонентите които изграждат системата за управление.

Цифрова система за управление не може да работи без определен минимум от няколко електронни блока, находящи се на различни места в нея. Тук последователно ще ви запознаем с тях.

Захранващи блокове.

image

      Обикновенно това е достатъчно мощен трансформатор осигуряващ необходимите захранващи променливи напрежения  (14-18 V) с необходимата мощност (ток 3-5 А). Напоследък тук навлизат и по-модерни решения с тъй наричаните „адаптери“, които са по-миниатюрни и леки, като отдават по-малка мощност към захранващата верига (15-25W). Този захранващ блок в минимална цифрова конфигурация, осигурява енергията  на пулта за управление (командната станция)  и един усилвател, понякога наричан с думата  “бустер”. Този усилвател има за цел да придаде необходимата мощност, която „натоварена“ на цифровия сигнал, вече дава необходимата сила на тока, за задвижваните механизми, било то подвижен състав или принадлежности (аксесуари).

 

Командни станции (мини).
image

         Това е “мозъка” на цифровото управление и се нарича командна станция (или само станция), като често е наричан и „пулт за управление“, по аналогия от DC. Понякога е самостоятелен блок като „мишка“ (ROCO), но в много случай  е комбиниран в един корпус с бустера и/или клавиатурата и дори захранването (ESU). Много чест окомандната станция е направо компютър, като "машинка" която най-добре разбира от цифрови кодове. Вътре съдържа електронни компоненти между които има и малък микропроцесор с известно ограничено количество памет. Станцията  управлява дешифраторите чрез предаването на пакети от данни по релсите (проводниците).

Усилватели (бустери).
image

Получава пакетите с данни , генерирани от пулта за управление , усилва ги до ниво +/- 14 до 16 волта , като същевременно им придава стандартната  правоъгълна форма. Работи с честота в рамките на 4 до 9 кНz (4 000-9000 Нz). Този правоъгълен двуполярен сигнал се използва от дешифраторите по две основни задачи – разчитане по протокол на адресите, с последващо разчитане на съответните  управляващи команди и захранване на двигателя в подвижната единица с постоянен ток или електромагнитите в различните изпълнителни механизми.

Дешифратори за подвижен състав (функционални и звукови) и за принадлежности.
image

Двуполярният сигнал от цифровото управление, както казахме, се употребява  в дешифраторите на борда на подвижния състав по два различни начина. А те са приемането на инструкцийте от  управляващата станция и осигуряването на достатъчната мощност за изпълнителните устройства. Всеки дешифратор има и други функционални изводи, които се управляват съгласно протокола за работата му. Всички те могат да бъдат програмирани и препрограмирани около 10 000 пъти. Това се отнася и за адреса на който ще се намира всеки дешифратор. Работата по осигуравянето на достатъчна мощност, става чрез преобразуване на променливото напрежение в постоянно, което служи за захранване на  съответния двигател или друго изпълнително устройство, както и осигурява мощността за допълните функции с които е натоварен всеки дешифратор.
      При цялото разнообразие от произвеждани дешифратори, ясно се очертават две големи групи. Едната група е за подвижен състав – локомотиви, вагони, мотрисни влакове, пътно-строителни машини и т.н. Другата група е тази за различните видове принадлежности, задвижвани от обикновенни електромотори, стъпкови такива, електромагнитни устройства, релета и все по често – сервомашинки.
         От групата предназначени за подвижен състав отделяме два основни модела. Биват обикновенни функционални и т.н. звукови. Функционалните са значително по-простите и евтини, като изпълняват всички команди за които са предназначени, докато звуковите освен, че правят същото, са и с вградени звукови функции. Тези звукови функции могат да бъдат фирмено или допълнително програмирани от всеки запознат моделист, при това с различни видове звуци според модела на локомотива например. А модерните модели дешифратори за подвижен състав,  дори имат пряката възможност за синхронизация с начина на движение и съответно издавания от модела  звук.
       Най-малкия дешифратор доскоро бе на DIGITRAX , модел DZ121 с размери 17,3 х 9,7 х 4,6 мм , предназначен за мащаб Z , но от 2000 г. насам с продължаващото бурно развитие на електрониката и новите технологии, и това не е последният дребосък в помощ на моделиста.
            Функционалните дешифратори за принадлежности са сравнително по-големи, защото към тях ограниченията за място, не са толкова строги. Те биват единични (индивидуални) или комбинирани. Комбинираните са един дешифратор, отговарящ на предварително програмирани четири, осем или дори шестнадесет адреса, като за всеки адрес имат поне две изпълними функции. Например един такъв комбиниран дешифратор (8 в 1) практически управлява осем разклонения (право/отклонено), като за всяко разклонение е отделил индивидуален адрес на който то отговаря.
       Други функционални дешифратори за принадлежности са тъй наричаните комбинирани, които се правят за определен вид устройства. Такива например са дешифраторите които управляват сложни сигнализационни устройства като семафори (светлина и движение) или светофори със голям брой светлини и комбинации между тях. Тези дешифратори също често биват от типа „4 в 1“ или „8 в 1“.
           Принципно може да си избирате индивидуално, точно кой дешифратор ще си монтирате в локомотива или съответното инфраструктурно устройство , но не трябва да забравяте едно много важно условие (освен размерите му)  и то е – дали дешифратора може да отдаде необходимата мощност за захранване на устройството което ще управлява. В противен случай , ако има например двигател с по-голяма консумация на ток от тази която може да му подаде дешифратора , последния се претоварва , прегрява (но охлаждането не решава проблема) и излиза от строя. По-малката „беда“ ще е не да изгори дешифратора, а управлявяното устройство да не работи сигурно.
           И разбира се последния компонент, като част от системата за цифрово управление, се явява целия подвижен състав и неговите инфраструктурни обекти, които имат важни функции в цялото наречено моделна железница.Но с  тях или вече се познавате, или  ще се запознаете в другите теми, предмет на този блог. Тук виждате принципната схема на свързване в локомитивен модел, като цветовете н апроводниците са точни и винаги такива. Дешифраторите и съединителите които те ползват могат да бъдат няколко вида, но практически вътрешната схема на всяко превозно средство е една и съща, като цветовете на проводниците задължително се сспазват от производителите. Така независимо дали е познат или не дешифратора и типа на съединителя, винаги можете спокойно да се ориентирате съгласно тези цветове.

Принципна схема за окабеляване на дешифратор в локомотивен модел.
image

Колкото до цифровизацията на железопътния моделизъм, благодарение на нея, практически вече могат да се управляват не само самите модели на подвижен състав и инфраструктура, но инаправо цели сложни макети. Това се осъществява разбира се чрез компютри свързани в цифоравата система и съответно специализиран софтуер, който практически върши всякакви синхронизации и съграсувания, съгласно зададените му желания на оператора.

Обичайно изглеждащи екрани на компютри със зареден управляващ софтуер.
image

Такъв софтуер се продава от доста производители, като често той са и комбиниран, както с екстри улесняващи колекционерството (на тях ще се спрем в съответната точка 12 от този блог,) така и проекто-конструкторските компютиризирани системи, служещи за предварителна планировка на бъдещи макети. Разбира се в мрежата е пълно и с програми за свободен достъп и т.н. обществен лиценз – тоест без право на комерсилизация на основата от  свободната програма и нейния код.

Изгледи от екранните менюта на няколко колекционерски програми в улеснение на хобистите.
image

Съществуват и малък раздел от софтуера за нашия вид моделизъм – този за програмиране на самите дешифратори. Той често е част от по-голямите програми, но има и съвсем малки такива със свободен достъп в мрежата и обществен лиценз. Пък тези подпрограми които обслужват колекционерските страсти, са насочени към универсално и лесно въвеждане на база данни за вашата колекция, като имат цял куп графи като производител, модел, каталожен номер, година на производство, прототип и т.н. и т.н. както и други особености, забележки, включително и за събиране на определен брой фотоси от вашия модел. Когато са част от по-голяма програма за управление в цифрова система, те често съдържат и точните данни за настройката на различните дешифратори и адресите присвоени на всяка единица от колекцията. Дори често директно прехвърлят управлението на компютърната програма, когато ги свалите от витрината и укажете на кой коловоз сте сложили модела.
       Със всичко това постепенно ще ви запознаем тук в следващи публикации, като ще започнем с по-простичките неща – какво представлява цифровия код и преминем с вас,  до най-сложните – изработката на собствени цифрови обекти.


J J J

--->натисни тук за НАЧАЛО на блога натисни тук за СЪДЪРЖАНИЕ НА БЛОГА




Гласувай:
2
1


Вълнообразно


Няма коментари
Търсене

За този блог
Автор: railwaymodel
Категория: Хоби
Прочетен: 287568
Постинги: 44
Коментари: 14
Гласове: 180
Архив
Календар
«  Януари, 2021  
ПВСЧПСН
123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031