Steuerungen

Auf diesen Seiten möcht ich Hinweise, Tipps, und Beschreibungen zum Thema Modellbahnsteuerungen geben.
Sowohl analoge Steuerungen (für Freunde der Analogsteuerung), als auch digitale Steuerungen (ohne und mit PC) sollen betrachtet werden.
Persönlich plane ich aktuell (noch) mit dem Steuerungsprogramm Train Controller Gold (Version 8,0 G2) in der Demoversion.

Weichen-Rückmelung mit MÄRKLIN Weichenantrieben 7549

Abb.1
MÄRKLIN Weichenantrieb 7549 (neu)
Dieser Weichenantrieb (mit Zusatzoption auch Unterflur geeignet) läßt sich äußerst einfach zur Weichstellungs-Rückmeldung erweitern.
Beschreiung siehe unter Elektrik :
Das MÄRKLIN K-Gleis (Teil 2)
TIPPS zu Weichenantrieben

Im Folgenden sollen hierfür Ansteuerungen beschrieben werden.

 

Weichen-Rückmeldung mit MÄRKLIN Weichenantrieben 7549
analog

Für Freunde des Analogbetriebs, die also bewusst auf digitale Steuerung und erst recht auf PC-Betrieb verzichten wollen, bietet unten stehende Schaltung der Abb.2 eine äußerst einfache und preiswerte Möglichkeit zur Anzeige von Weichenstellungen (Rückmeldung). Sei es zur Anzeige eines selbst gebauten Stellpultes und/oder eines selbst gebauten Gleisbildstellwerks.
Es sind lediglich 2 Kabel an die Mikroschalter des Märklin-Weichenantriebs 7549 (neuere Bauart!) anzulöten. Als Bauteile werden lediglich 2 LEDs, 2 Widerstände (ca. 1 bis 4,7 kOhm, je nach LED-Typen), 2 Dioden (beliebige Typen, z.B. 1N4814, 1N4000) zum Verpolschutz und Wechselstrombetrieb, sowie eine kleine Lochrasterplatine  benötig. Gegebenenfalls ein Umschalter für ein Steuerpult (nicht Taster!). Der Weichenantrieb muss mit Dauerstrom versorgt werden, damit die Stellungsanzeige der LEDs permanent angezeigt wird; deshalb der Umschalter. Da der Märklin-Weichenantrieb durch die Mikroschalter eine Endabschaltung der Antriebsspulen besitzt, werden diese nicht durch einen Dauerstrom belastet (sie würden sonst überhitzt kaputt gehen).

Abb.2
Die Vorteile dieser kleinen Erweiterung sind neben geringer Kosten, einfacher Realisierung (wenige Bauteile, nur passive Bauteile, keine Programmierung, man muss kein "Elektronikspezialist sein), und Anzeige-Rückmeldung, auch das Erkennen von Fehlern.
Fehlerüberwachung:
Schaltet der Antrieb nicht voll durch, sind beide Anzeige LEDs aus => der Antrieb ist zu überprüfen.
Steht der Schalter beispielweise auf Gerade (grün), die rote  Anzeige LED (Abzweig) ist aber an, so hat der Antrieb nicht geschaltet => Antrieb überprüfen, Schalter, Leitungen, Anschlüsse überprüfen.
Die kleine Erweiterung hilft also auch zur Fehlererkennung!

 

Weichen-Rückmeldung mit MÄRKLIN Weichenantrieben 7549
digital

Für Liebhaber von Digitalsteuerungen ohne Einsatz eines Computers ist diese kleine Zusatzschaltung ebenso geeignet und bietet die gleichen Vorteile, wie oben bereits beschrieben.
Die Abbildung 3 zeigt einen möglichen Schaltungsaufbau:
Der Weichenantrieb wird per Magnetartikeldecoder (z.B. Viessmann 5211) digital angesteuert. Der Magnetartikeldecoder ist mit einer Zentrale (hier Uhlenbrock Intellibox 1) verbunden und der Weichenantrieb kann über das Keyboard geschaltet werden.
Selbstverständlich wird noch eine Stromversorgung (Trafo) für die Zentrale benötigt. Über die Zentrale können Züge natürlich auch digital fahren (dies ist in der Abbildung nicht dargestellt, da es hier  nur um das Thema Weichenantrieb mit Rückmeldung geht).

Abb.3

 

Weichen-Rückmeldung mit MÄRKLIN Weichenantrieben 7549
digital mit PC

Für Alle, die ihre Anlage voll digital mittels PC und Steuerungssoftware betreiben wollen und auf Weichenrückmeldungen nicht verzichten wollen, hier ein Schaltungsvorschlag in Abbildung 4:
Alles wie bereits oben beschrieben (Abb. 2 und 3), erweitert werden lediglich  Rückmeldemodule (hier 1 Märklin Decoder S88), angeschlossen über den S88-Bus (preiswert! ein kostengünstiger Selbstbau wird an anderer Stelle einmal folgen) und ein PC mit einer Steuerungssoftware (z.B. TrainController 8.0 G2 Gold).
Weichen können:
- digital über Keyboards (hier Intellibox 1) geschaltet werden.
- digital per Steuerungssoftware geschaltet werden, manuell, Automatikprogramm.
- auf der Anlage von Hand oder durch Fehler verstellte Weichen werden Angezeigt.
- in der Steuerungssoftware können nicht übereinstimmende Weichenstellungen Anlage/Software automatisch überprüft werden und so entsprechende Maßnahmen ausgelöst werden (Programmierbeispiele werden an anderer Stelle folgen). Beispielsweise: generelle Anlagenabschaltung, Nothalt, Stopp von Zugfahrten, nur in betroffenen Gleisabschnitten fehlerhafter Weichenstellungen, und Vieles mehr kann programmiert werden. Dies alles leicht mit wenigen Bauteilen im Cent-Bereich! Möchte man nur eine Rückmeldeanzeige in der Software (und keine externe Anzeige per LEDs, und kein externes Gleisbildstellwerk), so bedarf es lediglich zweier Dioden D1 und D2 für ca. 5 Cent (LED 1 und 2, R1 und 2, D3 und 4 entfallen, ebenso kann eine Lochrasterplatine entfallen). Eine Digitalsteuerung steht ohnehin zur Verfügung. Benötigt wird zusätzlich nur noch je ein Eingang eines Rückmeldemoduls pro überwachter Weiche (2 Rückmeldeeingänge pro Doppelkreuzungsweiche oder Dreiwegweiche).

Abb.4
Die weiteren Vorteile dieser kleine Schaltungserweiterung:
Im Gleisbildstellwerk der Steuerungssoftware auf dem PC können die Rückmeldeanzeigen der Weichen per Software dargestellt werden. So kann direkt auf dem Bildschirm die von der Software angezeigte Weichenstellung mit der Anzeige der Weichenstellungsrückmeldung überprüft werden. Stimmen die Anzeigen nicht überein, so liegt ein Fehler vor: Programmierfehler oder Hardwarefehler, schaltet die Weiche nicht vollständig um (beide Rückmeldeanzeigen sind aus), usw.
Oder: Überprüfung, ob nach Wiedereinschalten der Anlage und des PCs die Weichenstellungen der Anlage mit den Weichenstellungen in der Software übereinstimmen
Eine automatische Überprüfung kann in der Software programmiert werden!

 

Anmerkungen zu den Abbildungen
Die Farben der Leitungsverbindungen wurden an den Konventionen von Märklin angelehnt:
Gelb:   "Lichtstrom"
Braun: "Masse"
Rot:     "Bahnstrom" (analog oder digital)
Blau:   "Schaltleitungen"
Zur besseren Übersicht wurden wie folgt dargestellt
"Schaltleitungen":
Stellung auf grün für Weiche Gerade Leitung gestrichelt in Blau/Grün dunkel; Rückmeldung Grün hell
Stellung auf Rot  für Weiche Abzweig Leitung gestrichelt in Blau/Orange;        Rückmeldung Rot

Test-Aufbau Digitalsteuerung
wesentliche Komponenten einer digital gesteuerten Anlage


Abb.5
Die obige Abbildung 5 stellt einen Testaufbau dar, um die wesentlichsten Komponenten einer digital gesteuerten Modellbahnanlage mit PC-Steuerungssoftware in einer Übersicht zu zeigen und bei einem Aufbau testen zu können. Die Teststrecke besteht aus 4 Blöcken (linker Block, 2 Blöcke in der Mitte, rechter Block), jeweils mit Belegtmeldern. 3 Loks können gesteuert und 2 Weichen geschaltet werden. Ein Schaltdecoder dient zur Demonstration Lichteinschalten der Prellbockbeleuchtung rechts.
Ebenfalls integriert ist ein modifizierter Weichenantrieb mit unserer kleinen Rückmelde- und externen Schalteinheit für Weiche 2.
2 kleine Videos sollen dies veranschaulichen. (
Bitte etwas Geduld bei der Downloadzeit).
  VIDEO 1 
mit Texterklärungen
VIDEO 2
mit Spracherklärungen

Für diese Teststeuerung finden Verwendung:
1 Trafo, 1 Zentrale (Intellibox), COM- oder USB-Anschluss zum PC mit Steuerungssoftware (TrainController 8 G2 Gold), 1 Rückmeldemodul (MÄRKLIN Decoder S88), 1 Magnetartikeldecoder (Viessmann 5211 Magnetartikeldecoder), 1 Schaltdecoder (Viessmann Schaltdecoder 5213), 1 Digitaladapter von der Intellibox zur Märklin Control Unit 6021 (3. Fahrregler), 1 Booster (Märklin 6017) [hier nur zur Anschlussdemonstration, sonst nicht verwendet], und 1-mal die selbst gebaute Weichenrückmeldeanzeige mit Meldung an das Softwaresteuerungsprogramm.

Anmerkung:
aus dem in der Abb.5 dargestellten Testaufbau ist auch erkennbar, dass keineswegs "ältere" Komponenten zum alten Eisen gehören müssen. So kann eine ältere Märklin Control Unit 6021 durchaus als Fahrregler weiter seinen Dienst tun. Auch ein preiswerter S88 Bus findet weiterhin beste Verwendung, und sei es nur zur Rückmeldung von Weichenstellungen und Gleisbildstellwerken. Eine Bemerkung zu Gleisbildstellwerken: hier gibt es natürlich im Fachhandel auch Anbieter dafür; a b e r betrachtet man die Kosten und dazu oftmals den Programmieraufwand und vergleicht dies mit unserer äußert preiswerten und simplen Rückmeldeschaltung, so bin ich mir sicher, dass ein Selbstbau eines Gleisbildstellpults damit lohnend ist. Eine Anleitung wird dazu auch einmal folgen.

 

Test-Stellwerk
im TrainController Version 8.0 2G Gold

Wenden wir uns nun der digitalen Modellbahnsteuerung mittels Softwaresteuerungsprogramm per Computer zu.
Um Grundlegendes zu veranschaulichen nehmen wir den Testaufbau aus der Abbildung 5 (Erweiterung des Märklin Weichenantriebs siehe Abb.4)  und verwenden hier das Steuerungsprogramm TrainController (=Railroad&Co), im Folgenden kurz TC genannt (auch andere Steuerungsprogramme sind durchaus möglich; genannt seien beispielhaft nur WinDigipet oder RAILWARE). Das "Stellwerk" (so im TC genannt) sieht folgendermaßen aus:

Abb.6
Wer möchte kann sich die TC-Datei des Stellwerks (Abb.6) im Zip-Format herunterladen. Sofern man nicht über das TC-Programm verfügt, kann man es sich aus dem Internet herunterladen und es in der Demo-Version zum Testen verwenden; mit angeschlossener Hardware funktioniert dann eine Steuerung für ca. 15 Minuten, auch Simulation ist möglich (ohne angeschlossene Hardware). Möchte man mit Hardware Testen, muss man natürlich sein Digitalsystem im TC einrichten (Zentrale, COM-Port, etc.).
HINWEIS: eine kleine Einführung zum TC ist auch auf meinen Seiten http://www.hjb-electronics.de/, dort unter "Steuerung mit TC" zu finden.
Mit dem Testaufbau (TC-Test-Stellwerk) lassen sich Zugfahrten (z.B. mit 3 Loks), Blocksteuerungen, manueller Betrieb, und vieles mehr ausprobieren, Darauf gehen wir an dieser Stelle jedoch nicht ein. Vielmehr ist es hier Ziel die Weichensteuerung (W2) mit unserer umgebauten Weiche mit Weichenstellungsrückmeldung und der kleinen Lochrasterplatine zu demonstrieren, wie in den oben ladbaren Videos 1 und 2 gezeigt wird.

Abb.7
Abbildung 7 soll die Zuordnung der Taster und LED-Anzeigen der Lochrasterplatine im Stellwerk des TCs zeigen:

LED1 und LED2 der Platine wird im TC links neben den Software-Tastern zur Weichenstellung als Weichenstellungs-Rückmeldung angezeigt.

Rechts neben den Software-Tastern zur Weichenstellung im TC-Stellwerk (GBST-TC) befinden sich 2 weitere Anzeigen Anz.Ta1 und Anz.Ta2, welche solange aufleuchten, wie Ta1, oder Ta2 auf der Lochrasterplatine gedrückt werden.

 

Grundlagen Blocksteuerung
wie funktioniert das?

Im Grunde funktioniert eine Blocksteuerung nach einem sehr einfachen Prinzip:
- der Streckenverlauf wird in Abschnitte (=Blöcke) aufgeteilt.
- jeder Zug in einem Block kann diesen nur verlassen, wenn der nachfolgende Abschnitt (=Block) frei ist.
So ist dies auch bei dem "Test-Stellwerk" mit dem Traincontroller (siehe Beschreibung oben).
Grundlegendes ist auf meinen Seiten http://www.hjb-electronics.de/Steuerungen TPPs , dort  nachzulesen:
BLOCK-Steuerung, konventionell, analog (die gute alte Relaistechnik)
und
BLOCK-Steuerung, digital, Simulation. Zur Simulation steht ein Download "Blocksteuerung Abzweig.zip" zur Verfügung, sodass jeder den logischen Ablauf bei einer Blocksteuerung selber nachvollziehen kann. Zur Demonstration ist auch hier wieder unser vertrauter Gleisverlauf mit einer Ausweichstelle dargestellt. Wie aber funktioniert diese Simulation, wie ist sie "programmiert"? Dies soll nachfolgend näher betrachtet werden.
Vorweg sind dazu jedoch einige Grundkenntnisse zur Digitaltechnik erforderlich, die zuvor erläutert werden sollen:

Einige Grundlagen zur Digitaltechnik

Ob man nun mit Relais (konventionell, wie früher), digital diskret mit ICs (Hardware-Schaltungen), oder per digitaler Software arbeitet, stets ist das Prinzip gleich. Wenn man sich der Mühe unterzieht einmal etwas in die Tiefe der Materie einzusteigen, so wird man die Logik (welche dahinter steckt) besser begreifen und sich dann auch leichter bei der Programmierung von Steuerungssoftwaren tun! Kommen wir also zu den "kleinsten" Grundbausteinen der Digitaltechnik:
Ein einfacher Ein-/Aus-Schalter:
L steht für "Low" (englisch "niedrig", Spannung), andere übliche Bezeichnungen: aus, 0, f (für "falsch").
H steht für "High" (englisch "hoch", Spannung), andere übliche Bezeichnungen: an, 1, w (für "wahr").
Weitere Informationen siehe auch unter ARDUINO => Grundlagen => Hilfreich zu wissen

Abb.8
Ein einfacher Wechselschalter:
im Grunde wie obiger Schalter, nur dass er nun zwei Ausgänge hat,
im eingeschalteten Zustand ist der Ausgang Q an,
im ausgeschalteten Zustand ist der Ausgang Q quer an
(die Bezeichnung "Q quer" wird in der Schaltungstechnik und bei ICs, beispielsweise bei FlipFlops, gerne für invertierenden Ausgänge verwendet, der invertierende Ausgang wird dabei durch ein schwarzes Kästchen gekennzeichnet; siehe Symbol in der linken Abbildung).

Mit diesen Schaltern lassen sich alle möglichen Kombinationen für logische Schaltungen realisieren. Dazu hat man zur besseren und einfacheren Übersicht Symbole eingeführt, welche nachfolgend dargestellt werden.

Abb.9
Die hier dargestellten Gatter haben jeweils 2 Eingänge (bis auf NOT), sie können aber auch mehr Eingänge haben, wobei sich dann die jeweilige Tabelle erweitert.
In dieser Abbildung werden übliche "Gatter" dargestellt.
Ganz links veranschaulichen Schalter die jeweilige Funktion (hier kann es sich auch um Relais handeln).

Dann folgt eine kleine Tabelle, in der die möglichen logischen Eingangs-Zustände (A,B) aufgeführt sind und der Zustand des resultierenden Ausgangs (Q).
Das umgedreht "v" bedeutet "und",
das "v" steht für "oder".
Ein "Querbalken" über einen Buchstaben oder über einen ganzen Ausdruck bedeutet "nicht".

Rechts davon sind die heute genormten Symbole der Gatter mit ihren Bezeichnungen aufgeführt.
Ein kleine runder Kreis steht hier für "nicht" (äquivalent zum Querbalken bei Formeln)

Ganz rechts findet man entsprechend die alten Symbole.

Ich finde die alten Symbole besser, da die unterschiedlichen Funktionen besser mit einem Blick erkennbar sind. Bei den neuen Symbolen muss man erst in ihr kleines Kästchen schauen, um zu sehen was gemeint ist.
Aus Kombinationen der Schaltelemente der obigen Abbildung lassen sich alle denkbaren logische Funktionen (und damit Abläufe) realisieren. Man könnte dies also alles auch nur mittels einfacher Schalter realisieren (per Hand schalten), oder diese durch Relais ersetzen, um Abläufe elektrisch zu schalten (MÄRKLIN Fernschalter; oder früher beim Vorbild Drucktastenstellwerke).
Wie eine solche Kombination aussehen kann, soll an einem Beispiel von 4 Blockstellen mit einem Ausweichgleis im Folgenden dargestellt werden.
Unter http://www.hjb-electronics.de/Steuerungen TPPs sehen Sie unter BLOCK-Steuerung, digital, Simulation  folgende Abbildung:

Abb.10
Diese Simulation einer Blocksteuerung mit einem Ausweichgleis wurde mit einem Programm "ProfiLab-Expert" von der Firma "ABACOM" (LINK: http://www.abacom-online.de/) erstellt. Damit erstellte Programme oder Simulationen können in ausführbare EXE-Dateien gewandelt und gespeichert werden, welche dann lizenzfrei und ausführbar weitergegeben werden können.
Wie hiermit eine Blocksteuerung programmiert wurde, soll nun kurz beschrieben werden:
Wir betrachten 4 Blöcke 1, 2, 3, und 4:

Abb.11
Es gibt hier einen kleinen Unterschied zu beachte, grün und gelb markierte Blöcke. Dazu später mehr.
Trotz gewisser kleiner Unterschiede überlegen wir uns eine Logik, welche allen Blöcken gemeinsam ist und erstellen so zu sagen ein kleines "Unterprogramm", hier "Makro" genannt. Dies erleichtert dann später das komplette Programm enorm.
Das "Makro":

Abb.12
Die Gatter kennen wir bereits aus der weiter oben stehenden Abbildung. Kurz noch zu zwei neuen Bauteilen:
MF=MonoFlop: ein Rechtecksignal triggert den Baustein, sodass sein Ausgang Q eine gewisse Zeit (einstellbar) auf H geht, um dann selbsttätig wieder auf L zu gehen.
Ein kleines Video-Demo MonoFlop.

RS=RS-FlipFlop: ein kleiner Speicher. Ein kurzes H-Signal an Eingang S (set=setzen) schaltet den Ausgang Q auf H und damit Q quer auf L. Zum Rücksetzten dient der R-Eingang (reset=rücksetzen); ein kurzer H-Impuls an R schaltet also Q auf L und Q quer auf H.
Ein kleines Video-Demo RS-FlipFlop.

Wären wir ein Hardware-Hersteller, würden wir diese Schaltung als ein IC herstellen, welches in einem DIL-Gehäuse mit 16 pins zu kaufen wäre:

Abb.13
pin 8=L (Minus) und pin 16=H (Plus)
pin 2=Taster, um das Signal auf Halt (rot) zu stellen; pin 13=LED-Anzeige Halt (rot)
pin 1=Taster Mittelanschluss rot (mSrt)
pin 4=Taster, um das Signal auf Fahrt (grün) zu stellen; pin 12=LED-Anzeige Fahrt (grün)
pin 3=Taster Mittelanschluss grün (mSgn)
pin 6=Taster, um das Signal auf Langsamfahrt (gelb) zu stellen; pin 11=LED-Anzeige Langsamfahrt (gelb)
pin 5=Taster Mittelanschluss gelb (mSge)
pin 15= entriegelt; pin 14=verriegelt
pin 9=Folge-Block n+1a; pin 10=Folge-Block n+1b
Dieses Makro bauen wir dann wie ein IC in unser Simulationsprogramm ein (sozusagen ein "virtuelles IC"):

Abb.14
Zur Erinnerung und Vergleich Abb.14 und Abb.15: farbliche Kennzeichnung Blöcke und zugehörige Schaltungen.

Abb.15
In Abb.14 sehen wir wie die Schaltung aus Abb.12 als Makro (als IC dargestellt) integriert ist.
Ebenso sehen wir in Abb.14 farblich (grün und gelb) hinterlegt die Schaltungen der einzelnen Blöcke (1, 2, 3, und 4).
Mann könnte diese Module wiederum als Makro speichern (und/oder sich als diskrete Hardwareschaltungen aufbauen). Dann hätte man universelle Module um Block für Block individuell zu verschalten, ohne weitere Module (Simulation und/oder Hardware) entwickeln zu müssen!
HINWEIS: um zur prinzipiellen Erklärung die Sache übersichtlich zu halten, wurden hier im Beispiel nur 2 Ausweichgleise dargestellt. Möchte man hier Abzweige für mehr  Ausweichgleise (allgemein Abzweige) haben, so sind entsprechende Gatter für Gleisbesetztmelder von 2 Eingängen entsprechend auf x Eingänge zu erweitern (werden diese in einem Modul nicht alle benötigt, können diese Eingänge einfach frei bleiben); Nähere Erklärungen dazu siehe Im Download.
Da auf der Internetseite, insbesondere Abb.14, nicht Alles gut lesbar darstellbar ist (bei einer größeren Darstellung müsste zu viel hin und her gescrollt werden), stelle ich Downloads ein. Diese beinhalten, größere Abbildungen und weitere Informationen, in denen weitere Erklärungen zur Schaltung zu finden sind.

 Downloads:

ProfiLab
   Expert

Demoversion

aus dem Internet runterladen
  Datei:

BLOCK-STELLWERK

für ProfiLab Expert runterladen
und entpacken.

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VIDEO
Schaltungs-Simulation
Blocksteuerung

In diesem Video werden einige Erklärungen zur Schaltung im Programm ProfiLab des Beispiels BLOCK-Steuerung gegeben.

Beim Download etwas Geduld:
120 MB  7min 45sec Laufzeit

 

 

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