Überlegungen zur Digitalisierung der Club-Anlage

• Der Bereich 'Hohenecken' wird als Pilot-Bereich zuerst gebaut.
• Grundsätzlich wurde wegen vorhandenem Equipments und guten Erfahrungen Loconet als Bus ausgewählt.
• Es soll zwei Busse, einen fürs Fahren (Booster usw.) und einen fürs Schalten und Rückmelden geben.
• Nach Möglichkeit sollen konventionelle Bedienung und Computersteuerung über Rocrail parallel möglich sein.
• Die Stromversorgung erfolgt zentral über 8 80VA-15V-Ringkerntrafos (bzw. 16 15V/2,66A-Sekundärwicklungen).
• Schalten und Rückmelden soll auf Basis der Loco-IO-Bausteine gca50 von Peter Giling erfolgen. Wegen eines Fehlers in der frei erhältlichen 1.49-Software soll die Software 1.51 von Hans Deloof verwendet werden. Zur Programmierung wird das auf gängigen Plattformen lauffähige Programm LocoHDL von Hans Deloof verwendet.
• Als Energie- und Datenbus soll das gca-System mit cat5-Kabeln und DB9-Steckverbindern verwendet werden.
• Stromversorgung für einzelne Bereiche und Computerinterface (Locobuffer) wird je durch Module gca85 sichergestellt.
• Die Schaltungen einzelner Bereiche sollen auf vertikalen Platten im Bereich der Segmenttrennungen bzw. Füße erfolgen. Diese Platten können extern verdrahtet werden. Die Verbindungen zu den jeweiligen Verbrauchern (Spulen, Lampen usw) und Rückmeldungen werden einzeln geführt. Gegebenenfalls erfolgt die Verbindung zur Verdrahtungsplatte über Stecksysteme (hier besteht noch Diskussionsbedarf).
• Die Ansteuerung der Verbraucher erfolgt grundsätzlich so, dass ein Pol des Verbrauchers mit +12V verbunden wird und der andere Pol mit einem Ausgang eines ULN 2803-Treibers gegen die gemeinsame Masse geschaltet wird. Der Treiber wird dabei durch die 5V-Pegel von gca50-Ausgängen geschaltet. Grob gesagt schaltet ein Loco-IO-Ausgang ein Software-Relais, das zur Masse verbindet. Die Treiber sind kostengünstig (ca. 0,31 Euro 8-fach ) und werden gesockelt. Die Treiber enthalten bereits die Schutzdioden, die beim Schalten von Spulen notwendig sind.
• Die Belegung einzelner Gleisabschnitte soll über Stromfühlermodule gca93 erfolgen. Die Verbindung zum Loconet wird wieder über Loco-IO-Module gca50 hergestellt. Die Stromfühlermodule sollen ebenfalls auf der Verdrahtungsplatte untergebracht werden. Das bedingt möglicherweise längere 1,5mm² Drahtverbindungen zu den Gleisen (Diskussionsbedarf!). Sollte der zuständige Booster auch auf der Verdrahtungsplatte angeordnet werden (Diskussionsbedarf)?

gca50-Steckerbelegung

2803-Verstärkerschaltung

'Schaltungsplatte' Hohenecken

Unten links befindet sich ein gca85-Baustein. Er stellt eine 12V/3A-Stromversorgung und ein Computerinterface 'Loconet ↔ serielle Schnittstelle' zur Verfügung. Oben und rechts sind insgesamt 6 gca50-LocoIO-Bausteine montiert. Sie enthalten jeweils 16 Ein- bzw. Ausgänge, die Loconet-Nachrichten erzeugen bzw. verarbeiten. Um größere Lasten schalten zu können, sind für die ersten 24 Ausgänge Verstärker auf Basis des ULN2803 eingebaut. An den Aus- bzw. Eingängen der Bausteine 3 und 4 sind ein LED- bzw. Taster-Testboard angeschlossen. Die Bausteine 5 und 6 rechts lesen die Zustände von insgesamt 32 Besetztmeldern ein. Schließlich sieht man unten in der Mitte eine Spezialausführung eines auf 16 Eingänge zu programmierenden LocoIO-Bausteins. Diese Handeingabe soll vorerst die Loconet-Nachrichten zur Steuerung von Hohenecken erzeugen. Alle Bausteine sind über D-Sub-Kabel mit 12V und Loconet versorgt.

Muster-Ansteuerung

Anhand der Ansteuerung eines Doppel-Spulen-Signals mit Beleuchtung und Rückkopplung sollen prinzipiell Anschluss und Programmierung gezeigt werden. Es wird willkürlich festgelegt:

• Pin 16 (ganz links) des Bausteins 81-1 (alle LocoIO-Bausteine haben eine zweiteilige Adresse) soll über die Adresse 47 die Beleuchtung des Signals ein- und ausschalten.
• Die Spulen des Signals sollen über Pin 11 (rot) und Pin 12 (grün) des Bausteins 81-1 mit Schaltimpulsen versorgt werden.
• Die Handeingabe 81-100 soll über die Taster 7 (rot) und 8 (grün) das Signal und über die Taster 1 (ein) und 2 (aus) die Beleuchtung steuern.
• Die Rückmeldung des Signals über das vorhandene Stellpult macht ein Relais mit Umschalter erforderlich, das vom Signal angesteuert wird. Das Relais soll in Grün-Stellung anziehen.

Gefahr bei Doppelspulenantrieben!

Es ist typisch für die verwendeten LocoIO-Bausteine, dass ein Ausgang im unprogrammierten Zustand auf +5V (logisch 1) liegt. Das bewirkt bei der verwendeten Verstärkerschaltung, dass beide Spulen eingeschaltet werden. Im Bild sieht man an der LED-Ersatzschaltung, dass beide Leuchtdioden brennen. Ein Viessmann-Signal würde weder in die eine noch in die andere Endstellung kommen und es würden die Spulen schließlich durchbrennen. Dieser Gefahr kann man auf zweierlei Arten begegnen. Grundsätzlich wird zuerst programmiert, mit der Ersatzschaltung getestet und erst dann der Doppelspulenantrieb angeschlossen. Trotzdem bleibt ein Rest-Risiko. Die Viessmann-Spule hat einen Widerstand von ca. 21,6 Ω . Bei den verwendeten 12 V ergibt sich ein Strom von ca. 0,56 A. Dieser Strom überhitzt in kurzer Zeit die Spule. Daher wird in die gemeinsame Zuleitung eine selbst rückstellende PFRA 010-Sicherung (ca. 0,30 €) geschaltet, die im Versuch den Strom durch die Spule in ca. 3 s auf einen sehr kleinen Wert begrenzt hat.

Erste Erfahrungen zeigen, dass der Kaltwiderstand der Sicherung von etwa 4,5 Ω zu groß für die verwendete Spannung ist. Die Viessmann-Signale schalten so nicht sicher. Es muss wohl eine externe Gleichspannung von ca. 16V verwendet werden.

Versuchsaufbau

Im Versuchsaufbau erkennt man zunächst das orange Kabel, das +12V zu einer Verteilerplatte leitet.

Von der Verteilerplatte gehen +12V über die Sicherung an den gemeinsamen Spulenanschluss (braun), über einen Widerstand an die Beleuchtung (gelb) und an den im Signal eingebauten Schalter zur Fahrstromabschaltung (weiß). Das rote Kabel geht von der 'rot'-Spule zu Pin 11, das grüne zu Pin 12. Das rückführende gelbe Kabel von der Beleuchtung ist mit Pin 16 verbunden. Das rückführende weiße Kabel vom Fahrstromschalter ist über eine LED-Widerstand-Kombination als Relais-Ersatz mit Masse verbunden. Masse liegt an der zweiten Schraubverbindung von links.

Grundsätzlich ist zu bedenken, dass in der vorliegenden Schaltung mit einer logischen 1 an einem Ausgang des gca50 ein Ausgang des zugeordneten Verstärkers auf Masse geschaltet wird.

Programmierung des Bausteins 81-1

Zur Programmierung wird z.B. das frei Programm LocoHDL von Hans Deloof verwendet. Das Programm läuft unter Windows und auf Linux unter wine.

Ein einzelner Verbraucher wird als eine der beiden Spulen 1 (grün) und 2 (rot) geschaltet. Im vorliegenden Fall wurde für Pin 16 ein Dauerkontakt (Fixed Contact) bei Spule 1 der 'Weiche' 47 gewählt.

Die rote Spule des Signals an Pin 11 wird als Spule 2 (rot) der 'Weiche' 23 mit begrenzter Pulslänge (Pulse Contact) angesteuert.

Programmierung der Handeingabe 81-100

Bei der Adressierung muss berücksichtigt werden, dass ein Taster für die Spule 1 (grün) der 'Weiche' mit der Adresse n die Adresse 2*n und der Taster für die Spule 2 (rot) die Adresse 2*n-1 hat. Das Programm zeigt dazu bei der Adresseingabe Tooltips an. Im Beispiel schaltet Taster 1 die Beleuchtung ein, Taster 2 schaltet die Beleuchtung aus. Taster 2 schaltet die Spule 2 ein und damit die Spule 1 aus. Taster 7 schaltet die rote Spule der 'Weiche' 23 ein. Taster 8 schaltet die grüne Spule ein.

Für die Anwendung im EMK ist vorgesehen, dass die Taster alternierend wirken. Dh. ein Tastendruck schaltet Spule 1, der nächste Tastendruck Spule 2, der nächste Spule 1 usw.. Bei der Programmierung ist zu beachten, dass der alternierende Modus nur für alle Taster eines LocoIO-Bausteins gleichzeitig eingeschaltet werden kann. Außerdem muss nach Anwahl des Radio-Buttons 'Alternated Code Push Buttons' unten links der Befehl 'Write All' ausgeführt werden, sonst wird der Modus nicht wirksam. Da ein Taster auf beide Spulen wirkt, ist eine Adressrechnung hier nicht erforderlich. Es wird einfach die anzusprechende Weichen-Adresse eingegeben. Übrigens sind Weichenadressen 1 bis 2048 möglich.

Aufbau zu Test- und Erläuterungszwecken

Links

• mgv-loconet_manual.pdf
• Fahrstromverdrahtung - www.der-moba.de
• Farbkodierung_Kabel - www.der-moba.de
• Leitungen Kennfarben - morop
• Morop-Normen
• Wiring part 1 : the basic rules