Koncepce zapojení našeho modulového kolejiště

Na dalších řádcích bych rád popsal současnou koncepci zapojení elektroinstalace na našem modulišti, použité komponenty a principy. Nebudu popisovat principy vázané na telefonii, které již byly popsány v článcích Telefonie a Elektrobedna, ale jen prvky, které se přímo vztahují na ovládání provozu vozidel pomocí DCC. Od doby vydání původního Davidova článku již uplynula delší doba, mnoho věcí změnilo a prošlo vývojem. Rozhodl jsem se proto, že bude lepší zcela nový článek, který snad vše osvětlí.

Nebudu tvrdit, že jsme při formování budoucí podoby napájení našeho layoutu čerpali jen z neuchopitelného éteru a vše vymysleli od nuly sami. Výrazným zdrojem informací byla hlavně zapojení MERG, FREMO a velké množství různých zahraničních www serverů, které už dnes nejsem ani schopen dohledat. :-) Rozborem jednotlivých zapojení jsme postupně skládali střípky celé problematiky. Na českých stránkách tato problematika napájení layoutu zatím nebyla příliš rozpracována a jednotlivé kluby si svoje přesné postupy většinou nechávají pro sebe. Také si dovolím tvrdit, že drtivá většina českých článků se soustředí hlavně na postup výroby, oživování a zapojení již existujících komponent, nebo primárně na nové konstrukce pro domácí kolejiště.

Po základním studiu různých přístup přišla fáze návrhů, diskuzí v klubu, výpočtů a hlavně všeobecně neoblíbená měření na reálném layoutu, která občas kolidovala s požadavky „dopravy“. :-) Musím na tomto místě poděkovat našim členům za jejich trpělivost a ochotu podřídit se dohodnutým pravidlům a občas možná pedantským příkazům a zákazům členů elektrosekce.

Hlavními myšlenkami naší koncepce jsou: decentralizace prvků systému, snadná škálovatelnost a možnost použití komponent, které mají naši členové doma. Jsem přesvědčený, že je zbytečné mít doma nadbytečnou sadu komponent, které použijí jen dvakrát do roka na nějakém setkání a jinak leží v bedně pod vrstvou prachu, jelikož jsou pro domácí kolejiště naprosto nepoužitelné. Dalším kritériem bylo, aby to celé nestálo majlant a nemělo by to limitovat ty členy, kteří se chtějí účastnit setkání jiných klubů! Prostě easy job! :-) V diskuzi volba padla na výrobky firmy Roco, které jsou součástí většiny prodávaných setů a dají se koupit za velmi přijatelné ceny na aukčních serverech a bazarech.

Ještě než začnu s popisem celé koncepce, tak je nutné ozřejmit některé námi užívané pojmy:

MBNet – provedení kabeláže sdružující datovou kabeláž pro ovladače s rozhraním XpressNet případně LocoNet, rozvod vzorové kopie DCC a rozvod řídícího signálu hodin po celém layoutu. PRAKTICKY = jen JEDEN kabel pod moduly.

Izolovaný styk – je místo na modulovém kolejišti, kde jsou galvanicky odděleny obě kolejnice (nepropojené průběžné vedení mezi moduly nebo např. přeříznuté obě koleje), aby mohly být odděleny úseky napájené z různých DCC boosterů

Úsekovník – jedná se o komponentu, která obsahuje výkonové rezistory a další součástky pro signalizaci a má za úkol omezit případné účinky některých poruchových stavů na lokomotivy mezi jednotlivými samostatně napájenými úseky layoutu

Přechodový úsek – je úsek na modulovém kolejišti, který obsahuje izolovaný styk mezi sousedními boostery a který je symetricky oddělený od úseků napájených přímo z boosterů pomocí dvojice Úsekovníků

Booster-Konvertor – jedná se o doplňkový modul k boosterům Roco, který zajišťuje konverzi rozhraní tak, aby vyhovoval použití na rozsáhlejším modulovém kolejišti

Sestava boosteru – jedná se sestavu stabilizovaného napájecího zdroje typu SELV 15V DC s nízkým zvlněním a proudovou ochranou nastavenou na 4A, dále jednoho Booster-Konvertoru a nutné propojovací kabeláže pro připojení rozhraní k MBNetu a DCC výstupu boosteru k průběžnému vedení DCC pod moduly (prodlužovací přívody zakončené sadami Hirschmann)


Pojďme si o těchto pojmech říct ještě něco víc.

MBNet

MBNet je výsledkem naší lenosti v tahání kabeláže! :-) Tento termín nevznikl jako nějaká módní značka, ale abychom při komunikaci uvnitř klubu všichni věděli, o čem se mluví. Stejně jako v telefonii jsme i pro ovládání kolejiště zprvu tahali větší množství kabelů dle různých okoukaných norem a standardů jiných klubů, což s sebou přinášelo obtíže v poměrně dlouhém čase pro celkové zapojení a oživení moduliště. Současně jsme zažívali stres, abychom na nic nezapomněli, jelikož dotahování kabelů není práce nic moc. Přišlo těžké rozhodování a obligátní klubová diskuze, jestli by to nešlo udělat lépe…

Jak ale udělat jednodušší kabeláž a přitom zůstat kompatibilní s ostatními kluby?

Zatím je to nějak takto:

Obrázek 1: Normogram – barevné schéma kabeláže MBNet, aktuálně používáme druhou variantu

Samozřejmě, že návrh kabeláže nespočíval jen v nakreslení jednoho barevného Excelu! :-) Takový přístup by byl bláhový! Setkání netrvá hodinu, ale vše musí být plně funkční v průměru 72 hodin. Byl proveden kompletní návrh včetně výpočtů úbytků napětí při zatížení různým počtem drátových ovladačů MultiMaus i optickými rozhraními boosterů, aby bylo možné zjistit maximální délky kabeláže bez nutnosti posilování. Dále bylo nutné promyslet prvky pro odbočování a spojování a pro provedení případných kabelových redukcí mezi zařízeními. Z těchto prvotních tabulek v Google Sheets, zápisků a CAD nákresů nakonec vznikl celý interní NORMOGRAM o několika stranách A4, který je skvělým nástrojem při návrhu a ověření zapojení layoutu. Pouhým použitím pravítka je možné dohledat, jestli bude vše fungovat nebo je potřeba něco upravit.

V první chvíli se všichni štosu tabulek v barvách semaforu na setkání ve Slunečnici od srdce zasmáli, jelikož to vypadalo, že budeme vyrábět spíš atomovku než ovládání na vláčky. :-)

Obrázek 2: Normogram – vzor tabulky úbytků napětí pro UTP kabel

Pro kabeláž pod celým layoutem jsme opustili plochý telefonní kabel a zvolili UTP Cat5e, který sdružuje všechny signály, které jsou potřeba a jehož ohromnou výhodou je twistované provedení jednotlivých párů v kabelu. To z našeho hlediska zvyšuje odolnost nejen sběrnice XpressNetu proti rušení, ale současně umožňuje dosáhnout plné délky kabeláže (vztahuje se na sběrnici RS485, ne na úbytky napájení), která je uvedená v normě firmy Lenz. Toto je při klasickém zapojení pomocí plochého šestižilového telefonního vodiče, jak ukázala měření na osciloskopu, při dlouhé vzdálenosti souběhu s DCC a moduly celkem problematické.

Celkové zjednodušení má bohužel i jeden malý kaz na kráse a tím je zapojení konektorů RJ45. Barevné rozvržení a schéma zapojení konektorů RJ45 pro MBNet nemůže být bohužel shodné s klasickým zapojením dle normy pro Ethernet/LAN, což by nám umožnilo kupovat již hotové propojovací kabely, takže si je musíme vyrábět sami. Vše je jednak z důvodu kompatibility s případným zapojením kabeláže pro FREMO, ale hlavně s požadavky na EMC, kdy by při klasickém zapojení dle normy pro Ethernet T568A/B nevycházely signály DCC kopie RAIL-SYNC/DCC do jednoho páru/twistu, ale do dvou. Díky této úpravě v rozložení vodičů vychází každá signálová smyčka do jednoho páru/twistu. Celou sběrnici je možné větvit stejně jako XpressNet do hvězdy či stromu (není nutné striktně dodržovat zapojení typu bus). To tedy není jen naše zásluha, ale hlavně důsledek budičů RS485 typu „slew rate limited“ :-), což ukázala měření. Zakončení XpressNetu je stále provedeno pomocí 120 ohmového odporu na jednom, případně na obou koncích dle fyzického zapojení. Současně je díky většímu průřezu jednotlivých vodičů (oproti plochému tel. kabelu) možné dosáhnout menších úbytků napájecího napětí a tím i delších vzdáleností bez nutnosti vytváření segmentů a doplňování 12V(DC) posilových zdrojů pro ovladače.

A teď magické slovo „LocoNet“ za které budu určitě na různých diskuzích ihned ukamenován. Je o mě obecně známo, že nejsem jeho velikým příznivcem, ale jak jste si mohli povšimnout, tak provedení kabeláže MBNet s možností LocoNetu počítá. Zatím celé zapojení nebylo plně otestováno, protože nemáme dostatečné množství komponent různých typů a výrobců a také nikdy nebyla potřeba provozu moduliště na LocoNetu. Z tohoto důvodu také nebudeme zveřejňovat žádná schémata a garantovat stoprocentní funkčnost! Všechna měření pomocí osciloskopu (kvalita hran + generování šumu…) a provedená testování zatím dopadla pozitivně. Je ale pravdou, že testy byly prováděny na sestavách kabeláže v obvyklých délkách rozsahu našeho moduliště (50-60m) a to v domácím a nebo laboratorním prostředí s malým počtem komponent (MiniBox + FREDi), takže jsem si vědom, že chování s větším počtem účastníků, komponentami jiných výrobců a na jiných rozsazích délek může vypadat zcela jinak. Pokud by měl někdo zájem o širší testování, tak jsem tomuto příznivě nakloněn, stejně jako ke KONSTRUKTIVNÍ diskuzi (P.S.: Ano, jsem velmi dobře obeznámen se zahraničními diskuzemi na téma UTP i například s doporučením od Digitraxu LocoNet – AppNote, přesto si dovolím tvrdit, že v našem rozsahu délek je velmi vysoká pravděpodobnost funkčnosti).

K rozvětvení kabeláže slouží krabičky od 2N, které byly původně určené pro telefonní rozvod na layoutu.

Obrázek 3: Rozdělovací krabička 2N

V současné chvíli používáme variantu II (prostřední schéma v tabulce na obrázku 1) s rozvodem XpressNet pro ovladače, DCC kopie z centrály Z21 jako vzorový signál pro podřízené boostery a sběrnice pro podřízené hodiny. Tato varianta je vyzkoušená a dovoluji si tvrdit naprosto funkční. Všechny signály jsou koncentrovány do jednoho kabelu sběrnice MBNet v naší Elektrobedně a to pomocí speciální DPS přípravku, který současně zajišťuje jištění pomocí pojistek PolySwitch, aby případný zkrat neměl destruktivní následky ani na kabeláž ani na elektroniku. Současně jsou linky opatřené i přepěťovými ochranami, aby se eliminovalo případné poškození Z21, či jiného zařízení. Dosavadní zkušenosti prokázaly, že řešení je robustní, vyhovuje a normogram velmi věrně odpovídá realitě. Zvažovaným rozšířením do budoucna je globální nouzové tlačítko s vazbou na současné zastavení/pauzu hodin, které by bylo zapojené paralelně do obvodu synchronizačního signálu hodin. Toto ovšem zatím není, ani ve fázi testování.

Co je to Úsekovník?

Jedná se zařízení, které má omezit případné škodlivé účinky na kolejová vozidla, která přejíždějí izolovaný styk (rozhraní mezi dvěma úseky, které jsou napájené z dvou nezávislých boosterů) v době kdy dochází k chybovému stavu nebo přímo zkratu. Prvotní verze byla provedena ze dvojice automobilních žárovek. Toto provedení se příliš neosvědčilo, jelikož bylo neforemné, hrozilo utržení kontaktů a je těžké vyrobit z nich kompaktní zařízení. S postupem času jsme přešli na verzi, která obsahuje dvojici výkonových rezistorů v kovovém pouzdře, které jsou spolu se signalizační elektronikou zabudovány do eloxovaného hliníkového profilu patřičné délky. Toto pouzdro slouží současně jako velmi odolné krytí a současně jako chladič, který odvádí případné akumulované teplo vně zařízení. Zařízení je pomocí průchodek zajištěné proti vytržení vodičů, které jsou zakončené pomocí sady banánků Hirschmann, aby bylo zařízení snadné připojit na jakýkoliv modul v layoutu. Na zadní straně je vybaveno dvojicí úchytek, aby bylo možné přichycení pomocí vázacích pásků.

Principiální schéma:

Obrázek 4: Schéma úsekovníku

Fotografie vlastního provedení:

Obrázek 5: Fotografie reálného provedení

Proč používáme Úsekovníky?

Na modulovém kolejišti dochází občas k chybovým jevům, jakými jsou například zkraty, rozdílná amplituda DCC signálu na izolovaném styku. Tyto chybové stavy jsou schopné trvale poškodit nejen modely lokomotiv, ale například samozřejmě i dekodéry. Jelikož máme naše klubové modely rádi, tak se snažíme poučit z chyb a snížit rizika na minimum. To bylo impulzem pro vznik Úsekovníku. Víme, že uvedené zařízení není všespásné, ale zastáváme myšlenku, že je lepší udělat něco, než nic.

U malých kolejišť je možné množství rizik eliminovat například hromadným vypínáním všech boosterů při zkratu jednoho z nich (viz například zapojení rozhraní CDE od firmy Lenz). U velkých modulových kolejišť se takové řešení nejeví jako zvlášť vhodné, jelikož k drobným zkratům dochází celkem často, například vlivem nepozornosti při stavění vlakové nebo posunovací cesty, a kompletní odpojení layoutu narušuje celkovou atmosféru, zdržuje dopravu a kazí den provoznímu personálu. U modulových kolejišť je proto výhodnější použití decentralizovaných systému napájení, které napájí jednotlivé sekce moduliště izolovaně a jejich proudová ochrana úseků není na sobě závislá. Toto řešení s sebou přináší výrazné zvýšení komfortu, kdy odpojení jedné sekce nenaruší provoz sekcí sousedních. Současně ale přináší i jistá rizika, například v podobě přejezdu izolovaných styků. Úsekovník je zařízení sloužící k „regulaci“ vzniklého „vyrovnávacího proudu“ tím, že limituje jeho maximální hodnotu, a tím výrazně snižuje riziko poškození lokomotiv a vozů převážně od tepelných účinků protékajícího proudu. Pro správnou funkci je pro jeden izolovaný styk nutné použití dvou symetricky zapojených úsekovníků. Takovému úseku říkáme přechodový úsek. Důvodem požadavku symetrického zapojení je vyrovnání potenciálů při přejezdu izolovaného styku.

Vím, že na tomto místě začne každý, kdo DCC už nějakou dobu dělá, automaticky argumentovat pojmy jako „zkrat je tvrdý“, „test mincí“, „booster vypne“, „rychlá proudová pojistka to řeší“ atd… proto zde přikládám drobné zamyšlení nad jednou z mnoha situací: MBrno_Vypocet_Usekovnik_1r53

Další rozšíření ochrany poskytne až nově vyvíjený úsekový měřič, který bude kontinuálně měřit amplitudu obou sousedících úseků a chybové situace bude vizuálně signalizovat. I zde jsem otevřený KONSTRUKTIVNÍ diskuzi.

článek o úsekovníku

Co je to ten Booster-Konvertor?

Zvolené komponenty Roco nám velmi vyhovují svojí dostupností i cenou, ale bohužel jsou jako všechna ostatní korporátní DCC řešení primárně cílena na domácí či klubová kolejiště nikoli pro kolejiště o rozměrech tělocvičny. To ale rozhodně neznamená, že k nim nelze přidat doplněk, který by z nich vhodné zařízení udělal. Tímto zařízením je právě Booster-Konvertor.

Principiální schéma zapojení pro variantu s Roco 10764:

Obrázek 6: Schéma zapojení s Roco-10764

Principiální schéma zapojení pro variantu s Roco z21 boosterem:

Obrázek 7: Schéma zapojení s Roco-z21 Booster

Fotografie zjednodušené varianty pro Roco 10764 kostku:

Obrázek 8: Zjednodušený konvertor pro Roco 10764

Náhled na plně osazené rozhraní vývojového kusu:

Obrázek 9: Vývojový kus instalovaný v Roco 10764

Samotná DPS má samozřejmě shodnou rozteč děr pro šrouby pro připevnění přímo nad DPS Roco 10764 pro případnou zástavbu do společné krabice.

Roco pro svoje boostery používá sběrnici B-BUS, která ale není pro naše potřeby rozsáhlejšího layoutu příliš výhodná. V tomto ohledu se jeví jako daleko výhodnější autonomní chování podobné SPAXu. „Booster-Konvertor“ umožňuje udělat z Roco boosteru (nebo z21 boosteru, nebo 10764 černé kostky…) ekvivalent SPAXu. Vstupní rozhraní je kompatibilní s LocoNetem (samozřejmě i s MBNetem :-) ) a kromě toho má i funkce, které jsme jako klub chtěli.

  • Vstup pro nouzové tlačítko, které stejně jako při boosterem detekovaném zkratu zajistí galvanické odpojení DCC signálu z daného úseku na definovanou dobu (čas na reakci obsluhy + ochlazení koncového stupně MOSFETů)
  • Zvukovou i optickou signalizaci zkratu i nouzového tlačítka, která prozradí, odkud vítr vane :-)
  • Odpojení DCC výstupu při výpadku vzorového signálu a signalizaci takového stavu
  • Automatické obnovení činnosti bez nutnosti zásahu obsluhy
  • Zapojení bez procesoru (bez programu…)
  • Celá sestava i s Roco kostkou by měla být levnější než na e-shopu prodávaný SPAX

Snahou byla i univerzálnost, kompaktnost a možnost rychlého zapojení. Podrobnějšímu popisu se bude věnovat některý z následujících článků. Schéma je velmi jednoduché a neobsahuje procesor.

Na našem zatím posledním čtrnáctém provozním setkání již bylo v provozu šest (pět sestav Roco-10764 a jedna sestava s z21 boosterem) samostatně napájených DCC úseků (jedna každá sestava boosteru je limitována výstupním DCC proudem cca. 3A) a po celou dobu setkání nebyl zaznamenán jediný problém s funkcí systému ani při našem velkoryse pojatém provozu zvukových lokomotiv během celého grafikonu. Mimo poslední setkání byla otestována i kooperace s jedním klubovým SPAXem a to s kladným výsledkem.
Musím se přiznat, že houkající model parovky či bardotky zdravící výpravčího ve stanici je zcela jiný zážitek, než prosté vrčení Mashimy! :-)


Jak to tedy celé funguje?

Jak říkal náš pan profesor za dob studií:
„Technik se zásadně vyjadřuje schématem, výpočtem a výkresem!“ :-)

Celkové blokové schéma zapojení našeho layoutu:

Obrázek 10: Celkové principiální schéma layoutu

V rámci tvorby normogramů, byla samozřejmě vytvořena i schémata chybného zapojení (například kaskádní zapojování boosterů, PELV místo SELV…).

Datové rozvody a kabeláž:

Centrálním bodem našeho layoutu je tzv. Elektrobedna. Jedná se vlastně o takový malý rack, ve kterém jsou umístěné centrální prvky naší infrastruktury včetně telefonů a ústředny, takový náš centrální mozek lidstva. Jeho hlavním úkolem je zrychlení oživení layoutu, ochrana jednotlivých komponent proti poškození a v neposlední řadě i možnost expresního zapojení případného layoutu malého rozsahu bez nutnosti dalších zařízení.

Z tohoto ústředí je proveden rozvod MBNetu dle dispozic layoutu. V každé z dopraven (s i bez kolejového rozvětvení) je vždy umístěna jedna rozbočovací krabice v provedení 2N, která slouží pro případné zapojení boosteru nebo i místního rozvodu sběrnice pro ovladače pomocí krabiček XNBox. Napojení na takový místní rozvod se provádí pomocí plochého šestižilového kabelu v podobě redukce redukce z RJ45. To stejné platí i pro hodinový signál, který je však s výhodou možné připojit i přímo ze šroubovací svorkovnice, která je součástí DPS 2N krabičky.

S postupující dokončováním dopraven si majitelé stále častěji sami zabudovávají rozhraní XNBox s nerezovým čelním štítkem (vytvořil TTVočko) do bočnic svých stanic, což činí celé kolejiště úhlednější než doposud převažující vnější šedé plastové krabičky se svorkami a taktéž to zjednodušuje a zrychluje celé oživení layoutu.

Terminace sběrnice XpressNet (A-B 120R) se provádí na nejvzdálenějším konci (případně dvou koncích), většinou ve skrytých nádražích a buď přímo v 2N krabičkách, nebo pomocí redukce a krabičky XNBox, jelikož každá z nich má v sobě tuto schopnost implementovanou stejně jako signalizaci přítomnosti napájecího napětí pro XpressNet (i bez myši lze rychle zjistit, co není zapojené).

Ovládání lokomotiv:

Pro ovládání lokomotiv vlaků používáme technologie Wifi v kombinace s technologií XpressNet. Naší centrálou je černá Roco Z21. Na zatím posledním setkání jsme již zcela nahradily červené drátové myši Multimaus na vlacích v grafikonu za černé Wifi myši od Roco WLANmaus. Červené tak zůstaly jen doménou případných staničních záloh. Naše koncepce samozřejmě umožňuje současnou kombinaci obou typů myši v provozu. Díky práci Davida a Zdeňka byl výrazným způsobem posílen signál Wifi pomocí AP, takže ani v různých zákoutích celé tělocvičny nebyl problém se signálem. Wifi je samozřejmě zaheslovaná a slouží pouze pro účely modelového kolejiště. Výhodou Roco ovladačů je i možnost napsat na displej nejen třeba ID lokomotivy, ale i její název, nebo název vlaku, ke kterému patří. Zjednodušuje se tím identifikace bez nutnosti lepení štítku či nálepek.

Jak připojujeme drátové myši?

Pro jednoznačné vizuální odlišení kabeláží máme ploché telefonní kabely dvou barev. Bílé čtyř-žilové ploché jsou určené pouze pro červené drátové myši. Černé ploché šesti-žilové jsou určené pro kompletní rozvody do krabiček XNBox, pro připojení boosterů a vnitřní rozvody stanic. Všichni, kdo chtějí ovládat nějakou tu svoji „staniční zálohu“ musí odevzdat červenou myš členům elektrosekce, kteří jí nastaví, zaheslují a vybaví správným kabelem.

Jak máme zajištěné, že si někdo nepřevezme cizí lokomotivu?

Jednak máme jako klub velmi disciplinované členy a to včetně těch nejmladších dětských strojvedoucích! Je to zvláštní, ale nikdo nenosí myši ani do koupelny či WC, ani do předsálí, ani jinam… jsou vždy odložené na držáku v dané dopravně. Dalším prvkem zabezpečení je heslo k Wifi síti, které znají vždy jen dva lidé z elektrosekce a všichni ostatní musí chodit za nimi a posledním prvkem zabezpečení je vlastní zaheslování myší, které opět provádí jen Ti stejní vybraní členové.

Napájení layoutu a DCC:

Jak už jsem napsal výše, tak používáme decentralizované schéma napájení layoutu. Sestavy DCC boosterů mají částečně galvanicky oddělené vstupní rozhraní (obdobně jako SPAX) a jsou napájené ze zdrojů typu SELV (PELV je samozřejmě zakázáno). Vlastní popis sestavy boosteru byl již uvedený výše. V reálném provozu máme zatím vyzkoušenu kompatibilitu mezi sestavami boostery Roco-10764, z21 booster a jedním kusem SPAXu.

Co rozhoduje o umístění boosteru?

Základním podkladem je finální návrh layoutu a grafikonu pro dané setkání. Z těchto podkladů se zjistí, jak budou jednotlivé dopravny a mezistaniční úseky zatíženy odběrem proudu dle typu lokomotiv (pro zvukové se přidává koeficient) a vozů. Z toho se určí počet samostatných DCC úseků a jejich přibližná rozloha. Poté následuje návrh umístění dané sestavy boosteru. Ta je vždy umístěna tak, aby impedance vedení k sousedním úsekům byla vhodná a sousedící izolované styky měly vzájemně co nejbližší amplitudu při daném předpokládaném zatížení. I přes nemožnost skutečně exaktního výpočtu (např. vlivy impulzního odběru ozvučených lokomotiv, nebo použití osvětlených vs. neosvětlených vozů na osobních vlacích…), dává tato příprava celkem přesnou představu o celkové situaci na layoutu a dle doposud realizovaných měření i skutečně odráží realitu. Celá problematika propočtu je již dnes samozřejmě řešena v Google Sheets, kde jsou předpřipravené vzorce a stačí jen doplnit hodnoty délek modulů, umístění dopraven a izolovaných styků. Výstupem je pak tabulka pro každý jednotlivý úsek, kde jsou uvedené i poznámky a podklady pro oživování.

Obrázek 11: Příklad návrhu DCC pro úsek Odb. Čejč – Ždánice

Jak volíme umístění Úsekovníků?

Ve chvíli, kdy je jasné, kde budou izolované styky, tak se následně zvolí sestava modulů o minimálně délce 1,5 násobek nejdelšího provozovaného vlaku (dle délky dopravních kolejí) a to symetricky pro každý směr od izolovaného styku. Tím se vytyčí přechodový úsek. Toto opatření zajistí, že jízdou jednoho vlaku nemůže dojít k oboustrannému šuntu obou úsekovníků. Současně také platí, že umístění musí vycházet dostatečně daleko od vjezdového návěstidla dopravny, aby současně posunující díl nemohl provést trvalejší jednostranný šunt při posunu za vjezdové návěstidlo směrem na širou trať.

Hodiny

Součástí našeho rozvodu MBNet jsou i synchronizační data pro modelové hodiny. Hlavní modelové hodiny (MASTER) jsou umístěné v našem stožárovém trojúhelníkovém provedení, které krásně vyrobil náš člen a tvůrce leptů Luděk. Jsou velmi dobře viditelné z celého layoutu, jelikož trojúhelníkový tvar je vhodná volba. HW displeje do klubu velkoryse daroval MirekTT a FW do toho stvořila moje maličkost :-). Celý princip je takový, že jedny hodiny jsou MASTER a ostatní jsou SLAVE. Toto rozdělení není pevné, ale přepnutí režimů zajišťuje malý DIP přepínač na zadní DPS, kterým se role určí, takže v případě poruchy můžeme na setkání rychle improvizovat a jedním přepínačem zvolit jiného nového „krále“. Žádný z doposud realizovaných systémů komunikace (IBIS apod…) nám nevyhovoval pro nadměrnou složitost implementace v poměru k rozsahu funkcí, které na modelové hodiny klademe my. Navrhli jsme si náš vlastní jednoduchý protokol, který umožňuje jednak centrálně synchronizované zobrazování času, ale také zobrazení nápisu „Pausa“ při aktivaci tlačítka pro zastavení hodin, nebo například signalizaci výpadku spojení. Pro ovládání celého systému slouží na sloupku našeho „BigBenu“ dvoutlačítkový ovladač, který má kromě nastavování času a modelového zrychlení také příjemnou funkci „Odečti deset modelových minut!“, která se hodí při případné chybě výpravčího, jaká se naposledy podařila mně. :-)

Hodiny umožňují nastavení zrychlení času v rozsahu:
; 1,5×; ; 2,5×; ; ; ; a 10×.

Další rozvoj FW zatím brzdí priorita práce na výrobě prvků pro DCC. Do budoucna se jeví jako perspektivní vylepšení funkce propojením s aplikací na platformě Android nebo aplikace na bázi webserveru v Lantronix Xport.


Závěr:

A to je snad asi vše! Nerad bych, aby tento text vyzníval tak, že my všechno víme a známe a vše, co dělají ostatní je kompletně špatně. Tak tomu rozhodně není! Konceptů zapojení je více a každý má svá pozitiva i negativa. Důležité je o nich vědět a trvale je hodnotit, aby pozitiva převládala. Všichni z elektrosekce se neustále snažíme učit z chyb našich i cizích a z prováděných měření, proto je velmi dobře možné, že za pár let budou dnes zveřejněná schémata vypadat třeba jinak. Nejsme rigidní a v klubu panuje velmi čilá diskuze. Stejně jako na poli telefonie i v oblasti DCC se snažíme vylepšovat celé zapojení tak, aby celé setkání probíhalo v pohodové atmosféře bez zbytečných poruch, nervů, výpadků či poškozených strojů. Zatím se nám to daří a dosavadní zkušenosti potvrzují správnost nynější koncepce i splnění našich základních požadavků.

Mým cílem při sepsání výše uvedených řádek nebylo porovnání technologií, ani hodnocení jednotlivých výrobců či výrobků, ale seznámení Vás s námi provozovanou technologií a jejími prvky srozumitelnou a názornou formou. Doufám, že se mi to podařilo.

Příspěvek byl publikován v rubrice Elektronika se štítky , , , , , , , , , , , . Můžete si uložit jeho odkaz mezi své oblíbené záložky.

14 komentářů u Koncepce zapojení našeho modulového kolejiště

  1. Roman Hlozka napsal:

    Ahojte, pozorne som si to precital a mam jednu otazku k usekovniku. Nedochadza pri normalnej prevadzke pri tomto sposobe istenia k zmenam rychlosti lokomotiv po vstupe do prechodoveho useku? Na tych odporoch mate ubytok cca 1,5V na kazdom a teda v prechodovom useku je namiesto 14V uz len 11V a to si myslim musi byt poznat. Navyse kazdy vozen s osvetlenim a zberom z viacerych naprav tieto usekovniky vyskratovava a teda vyraduje. Dokonca kazde kovove kolecko na prechode do prechodoveho useku ich skratuje.

  2. Roman Hlozka napsal:

    Napadla ma dalsia otazka k tym vypoctom. Ako ste ziskali hodnotu 6 Ohm pri skrate? Podla mna vsetko co je na kolajach je paralelne k skratu a teda zanedbatelnej hodnoty. Celkovy odpor bude dany hlavne odporom vedenia a ten pocitate 2*.12 na 10m. Skratovy prud tam nebude 2,5A co podla popisu booster v pohode da, ale daleko vyssi a tam musi vypnut ochrana. Teda ohrev v loko nulovy na rozdiel od zapojenia s prechodnikmi kde budete cez zberac tlacit cca1,2A stale.
    Pokial ochrana nevypne tak je to zle a vase riesenie je vyhodnejsie. No nebolo by lepsie riesit pricinu a nie az nasledky?

  3. Roman Hlozka napsal:

    Oprava v mojom komente. Vychadzal som zo schem, kde je pisane SKRAT. Pokial ale je len vypadok napajania ako uvadzate v texte, tak vypocty sedia. No ostatne plati stale. Preco dovolit boostru krmit useky 2,5A? Jedine pri poruche a tu treba osetrit inde.

  4. Martin Černý napsal:

    Ahoj, s částí Tvého komentáře samozřejmě souhlasím a jsem velmi rád za konstruktivní přístup.
    Ad Úbytek napětí: Ano, jednou z vedlejších vlastností celého zapojení je úbytek na úsekovnících, což samozřejmě vyplývá z uvedeného náhradního schématu a reálných fyzikálních vlastností rezistorů. Z tohoto důvodu jsem v závěru rozboru na str. 10 uvedl, že zařízení není všespásné a má i svoje negativa. Nižší napětí při vjezdu/odjezdu z přechodového úseku je při bedlivém pozorování skutečně patrné na mírném zpomalení vlaku, ale opravdu to není žádná náhlá dramatická ztráta rychlosti. Moduliště je také nutné vidět optikou, kdy strojvedoucí vlaku si díky bezdrátovým Wifi-myším s rychlostí vlaku „hraje“ vlastně po celou dobu jízdy mezi dopravnami. Proto jsem v závěru článku napsal, že je vždy třeba hodnotit všechna pozitiva vs negativa. Bylo by fajn si moct vyzobat jen to dobré, ale tak jednoduché to není. :-) Zde si stále myslím, že pozitiva převažují.
    Ad Šuntování úsekovníků:
    Ano, k postupnému šuntování (i vozů) samozřejmě dojde, ale ke kompletnímu vyřazení zapojení jako celku nedojde. V klubu provozujeme jednokolejnou trať s podmínkou zabezpečení, že v jednom prostorovém oddílu (u nás mezi dvěma stanicemi) je vždy jen jeden vlak. Délka celého přechodového úseku je vlastně trojnásobkem délky nejdelšího vlaku na modulišti viz sekce článku „Jak volíme umístění Úsekovníků?“, kde je postup umístění popsaný, proto kompletní vyřazení z činnosti není pravděpodobné. Celý princip je postavený na OMEZENÍ protékajícího proudu, tak aby hlavně tepelné účinky byly minimální, toto zadání je splněnno i při nápravovém šuntování úsekovníků vozy.

  5. Martin Černý napsal:

    Ad Zkrat: Ono těch podobných schémat mám poněkud více, jelikož si tímto způsobem zkouším nasimulovat jednotlivé možné situace (nejen poruchové), abych tušil, jaké bude chování celého systému a hlavně abych věděl, co za hodnoty měřím. To označení ve schématu může být trochu zavádějící, v praktickém slova smyslu se jedná skutečně o ekvivalent zátěže, která se nachází v úseku bez napájení. Pokusím se to v další revizi toho pdf rozboru víc zdůraznit, případně v budoucnu upravím označení ve schématu, aby vše bylo srozumitelnější.
    Ad „Preco dovolit boostru krmit useky 2,5A?“:
    Boostery Roco mají proudové pojistky aktivované při cca. 3A, LENZ cca. při 5A, MERG i více… proto ta hodnota. Jak už jsem psal v textu, tvrdý zkrat je jen jediná z mnoha situací na kolejišti. Pokud nastane ma daném úseku, pak s Vámi souhlasím, že je vysoká pravděpodobnost, že pojistka zareaguje skutečně ve velmi krátké době (např. jednotky milisekund) a tepelné účinky nebudou stát za řeč. Právě z tohoto důvodu máme i zvukovou signalizaci zkratu, aby obsluha mohla výskyt poruchy rychle diagnostikovat.
    Při situaci přejezdu vlaku uvedené v rozboru je třeba zvažovat, jaká bude situace, když ta proudová pojistka v boosteru nezareaguje správně, nebo jako v rozebraném případě nemusí mít důvod reagovat! Proud 2,5A je při dobrém chlazení pro booster Roco normální provozní stav. Samozřejmě by bylo možné celý rozbor pojmout i o mnoho komplexněji a zakomponovat například i přechodové děje při nabíjení kondenzátorů v dekodérech osvětlení vozů (celá zátěž bude více jako „tvrdý“ zkrat), ale to už je zcela jiná debata. Celá problematika má jeden háček, tím je nekonečné množství proměnných, proto jsem rozbor pojal velmi zjednodušeně, abych náš systém zapojení ozřejmil širší veřejnosti. Zmiňovaný výpadek napájecího zdroje může například souviset i jen s výpadkem jističe zásuvkového okruhu, kam je zapojený. Nemusí se jednat o problém boosteru a jeho napáječe. Situací je opravdu nepřeberně. Zcela otevřeně přiznávám, že naprosto ideální komplexní řešení jsem nenašel a zapojení je kompromisem možného s ohledem na protichůdné parametry odběru lokomotiv a ochrany, ale stále si stojím za převažujícími pozitivy.
    P.S.: Když tam bude proud 1,2A, jak jste správně spočítal mezní situaci, tak bude nutné vyzářit příkon cca. 0,36W (ekvivalent pouzdra 0204), což si dovolím tvrdit, že není problém i trvale, ale pro 2,5A je to těch 2,1W (což už je na o dost větší pouzdro) a tam si dovolím tvrdit, že už bych byl zdrženlivější.

  6. Pepík napsal:

    Po posledním provozním setkání s kolegou jsem začal uvažovat o možnosti „rozdělení“ layoutu na (zatím) dva samostatné úseky pomocí nějakého „Booster-Konvertoru“ Popisované zapojení si mi hodně zamlouvá. Těším se na další články.

  7. David napsal:

    Zdravím Martine,
    děkuji za článek. Chtěl jsem se optat na kabely použité pro MBNet. Nedávno jsme zjistili nepoužitelnost plochých kabelů tel. kabelů pro ovládání návěstidlových přestavníků Viessmann již při délce cca. 6 metrů a tak se zvolily kabely nabízené např. zde … https://www.gme.cz/liyy-8×0-19-bal , s kterými je funkce přestavíků spolehlivá i při námi požadované vzdálenosti 10 metrů. Uvádíte, že vámi zmíněný kabel UTP má průřez 0,21 mm2, ale ve stejné tabulce je patřičný sloupec označen „0,019“. Nedošlo tedy k omylu a sloupec měl být označen „0,19“ ? Údaj „0,21 mm2“ uvádí průřez vodiče s nebo bez izolace ? Pravda, jde o případný rozdíl 0,02 mm, ale jde mi o to, zda bychom se i při použití námi uvažovaného kabelu blížili vámi uvedeným hodnotám.
    Vámi použitý kabel UTP je stíněný nebo se pro v textu zmíněné dobré odrušení využívá onoho propletení dvojic vodičů a kabel pak stíněný být nemusí ?

    Děkuji za případné odpovědi.

    David

  8. Martin Černý napsal:

    Zdravím Pepo, moc děkujeme za reakci na článek. Další článek týkající se čistě HW by měl vyjít až někdy po Vánocích, kdy se v práci vše uklidní a bude trocha času na zpracování podkladů. Pokud byste měl zájem, tak Vás samozřejmě rádi přivítáme na některém z našich setkání ve Slunečnici, kde je možnost si na dané téma popovídat.

  9. Martin Černý napsal:

    Zdravím Davide,
    pro rozvod používáme klasické nestíněné UTP Cat5E, jelikož použití stíněného kabelu (STP) s sebou přináší jistá specifika ve spojení s komunikačními sběrnicemi a není vždy jen výhodou. To je ale opravdu na hodně dlouhou a poměrně komplexní diskuzi (klidně přijděte do Slunečnice). Pěkný úvodní popis důvodů použití twistovaných párů je na Wikipedii (Kroucená dvojlinka). Přiznávám, že jsem průměr měděného jádra nepřeměřoval a vycházím z údajů dodavatele (Draka), který uvádí rozměr AWG24 (Průměr 0,51mm a Průřez=0,21mm2). Uvedený průřez je průřezem měděného jádra a to bez izolace a je uvedený ve druhém sloupci (světle zelené pozadí) té jedné vzorové tabulky.
    Ad Rozdílné hodnoty v záhlaví tabulky:
    Ta hodnota „0,019“ není průřezem, ale jedná se o měrný odpor mědi s rozměrem [Ohm/mm2/m]. Hodnota je mírně zaokrouhlená nahoru z důvodu lisovaných koncovek a zároveň částečně i přechodových odporů. Uvedená „mírně zaokrouhlená hodnota“ (dle tabulek je nejčastěji uváděná hodnota 0,0178) se při měření sestavy kabeláže můstkem nejvíce blížila skutečnosti a hlavním účelem tabulek v normogramu je odrážet skutečnost, aby nebylo nutné vše neustále přepočítávat, ale bylo možné pomocí pravítka najít výsledek.
    Ad Použití kabelu Liyy-8×0,19:
    Použítí Vámi uvedeného kabelu na případný rozvod XpressNetu, CAN sběrnice (MERG), RocoNetu a podobných nedoporučuji (i pro LocoNet bych očekával potíže s kapacitou a EMC). Oba kabely se od sebe principiálně velmi liší. Ať už se jedná o vlastní fyzické provedení kabelu (twistování párů vs kroucení svazku), nebo i s ohledem na fyzikálními parametry (například výrazně vyšší kapacita C=120pF/m-150pF/m vs 52pF/m, jiná charakteristická impedance…). Pokud budete uvedený kabel používat pro stejnosměrné nebo ovládácí obvody (například připojení přestavníků nebo signalizace), pak se uvedenými vlastnostmi nemusíte moc zabývat a ta vzorová tabulka bude přibližně odpovídat i Vašemu kabelu. Nebo Vám ji rád zašlu emailem s hodnotami pro Vámi zvolený kabel. Pro komunikační sběrnice s vyššími přenosovými rychlostmi a s specifickými požadavky na parametry vedení už nestačí jen parametr úbytku napájecího napětí, ale celý problém je komplexnější a v takové situaci Vám bude tento kabel působit potíže. Možná ne na prvním pár metrech, ale při delším provedení velmi pravděpodobně.

  10. David napsal:

    Zdravím Martine
    a děkuji za obsáhlé odpovědi.V Karviné bych tedy prubnul prosadit vaše řešení. Dle výše uvedeného tedy nebude třeba řešit již vymyšlené a v praxi ověřené. A to i za předpokaldu, že se brněnské a karvinské moduly v reálu zřejmě nikdy „k sobě“ nedostanou. :-)
    Ještě možná dost přidrzlá otázka, bude možné se veřejně seznámit s dokumentací k stavbě vašeho booster konvertoru ? Jestliže ne, samozřejmě pochopím snahu zabránit jeho případné neřízené komerční výrobě. :-)
    Někdy zhruba před rokem jsem zkusil úpravy zesilovačů Roco (dodání bižuterie a relé odpojujícího úseky s přetížením apod.), ale jejich opětovné „nahození“ je zatím závislé na stisku patřičného tlačítka, což by bylo při větší modulové akci samozřejmě hodně otravné. Upravené zesilovače ale jinak fungují jak jsme si představovali.

    K těm přestavníkům Viessmann :
    Již při prvním domácím zkoušení s výrobcem doporučeným (i) stejnosměrným napětím 14 – 16 V byla funkce přestavníků často mírně řečeno „nespolehlivá“ (zkušební plochý tel.kabel o délce 0,5 metru ale za to samozřejmě nemohl), takže padlo rozhodnutí použít pro elmag. přestavníky přecijen vhodnější napětí střídavé. I při tomto napájení se ale na posledním modulovém ježdění objevil již zmíněný problém s použitím tel. kabelu, takže proto padlo rozhodnutí použít zmíněný kabel Liiy 8 x 0,19. Kombinace AC napětí a uvedeného kabelu problém alespoň pro délku 10 m vyřešila.

    David

  11. Martin Černý napsal:

    Zdravím Davide,
    nevidím důvod, proč by Vaše otázka měla být přidrzlá. Je k věci. V článku, o kterém jsem psal v předchozím komentáři, bude zveřejněná obrazová i výkresová dokumentace (snad stihnu i provedení kabelů). Vše závisí na dostatku času o Vánocích. Ono se to nezdá, ale příprava podkladů k článku zabere dost času, proto Vás prosím o trpělivost. Za vytvořené zapojení se nestydím. :-) Otevřeně ale přiznávám, že Vámi uváděná případná „neřízená komerční výroba“ mi nějakou dobu hlodala v hlavě, hlavně s ohledem na některé české „výrobce/podnikatele“, kteří rádi prodávají cizí řešení, včetně FW, na bazarech bez ohledu na svolení autora a navíc občas se špatně osazenými součástkami. Nakonec převládl názor, že když jako klub říkáme, že nám to funguje, tak je vhodné podklady zveřejnit.
    Nemáme v plánu vyrábět Booster-Konvertor komerčně, ale jen v rozsahu našich interních klubových potřeb, případně pár vzorků. Co Vás možná potěší, tak ve střednědobém výhledu se navíc chystá i článek zaměřený na uživatelské hledisko celého našeho konceptu s postupy nastavení ovládacích komponet.

  12. David napsal:

    Zdravím Martine,
    mezi svátky se chystám na nákup nějaké el. drobotiny a tak jsem se chtěl optat, zda pro úsekovníky používáte rezistory o zrátovém výkonu 50W s chladiči (viz. např. nabídka TME) nebo jiné kousky bez chladičů ? GME dnes po ránu nějak umřel web, tak nemám jak skouknout nabídku jejich. K indikaci pomocí LED předpokládám používáte dvě diody s rezistory zapojené antipararelně ?

    David

    davca@iol.cz

  13. Martin Černý napsal:

    Zdravím Davide,
    pro úsekovníky jsou použity rezistory následujícího provedení:
    3R3/50W
    Z mé strany se nejedná se o preferenci daného výrobce, nebo firmy (klidně kupte ekvivalent u TME.cz nebo GME), ale měl jsem u výše uvedené firmy již rozjednanou jinou dodávku, tak jsem zvolil typ z jejich nabídky. Od té doby používám je. Výkresová dokumentace obrábění je nakreslená pro toto pouzdro. V případě, že nebudou pouzdra rozměrově shodná, tak si budete muset upravit výkres svépomocí. Důležité je si uvědomit, že hodnota odporu byla zvolena jako kompromis pro lokomotivy měřítka TT.
    Ad signalizace: Provedení signalizace je trošku složitější (poslední revize je 1.1), jelikož můj záměr byl, aby úsekovník signalizoval intenzivnějším svitem hlavně průchod vyššího proudu a při průjezdu jedné loko (200-400mA) ještě nesvítil a neděsil lidi (moji výrobní sérii mi naposledy trochu pokazilo GME, které mi naposledy dodalo špatně součastky… :D ). Úsekovník lze samozřejmě realizovat i bez této signalizace. Více podrobností bude v článku o výrobě úsekovníku, včetně objednacích kódů součástek u GME.
    Martin

  14. Pepík napsal:

    Musím říct že popisované zapojení a koncept řízení modulovky nás inspiroval. Jen místo úsekovníku jsem sestavit „traťový souhlas“, který zabezpečuje obsazení traťového úseku včetně ochrany před možným stykem napětí z DCC bosterů a ochranu proti zkratu nám hlídají vratné pojistky s releovou vazbou včetně zatím jen optické signalizace.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *