Digitál - základy

1. Úvod
2. Loko - začínáme od konce
3. Vagony - třešnička na dortu
4. Centrála - srdce systému
5. Výhybky a návěstidla
6. Zpětné hlášení neboli ohlas
7. Počítač a software
8. Závěr

Úvod

Důrazně upozorňuji, že popisuji systém Lenz, a že jiné systémy mohou mít stejné nebo podobné jen dílčí části !!!  V článku Komponenty jsou detailnější informace o některých použitých prvcích.

    Protože se snažím popisovat pouze to, co mám k dispozici, bude zde (téměř úplně) chybět porovnání. S jinými systémy, s řadou dalších výrobků. Chápu, že to je velmi důležitá oblast, velká část dotazů se týká právě výběru, srovnání, ale tady nepomůžu. Koupil jsem prostě jen Lenz SET100, který obsahuje centrálu LZV100 (centrála + zesilovač) a ovladač LH100. Článek obsahuje natolik obecné údaje, že jsou použitelné i pro jiné systémy a výrobky. Ale někde budou i odlišnosti. SET100 od Lenze toho umí hodně. Koupil jsem ho náhodou. Nelituji. Byl bych nerad, kdybych časem zjistil, že tohle nejde, to jen s omezením atp. Jediné, co doporučuji, je konzultace s odborníkem, prodejcem. Chci, aby to umělo to a to, chci to používat tak a tak, co mi doporučíte? Výběr prodejce ovlivňovat nebudu. S tím se musí každý vypořádat sám. Podle "rad" v různých Návštěvních knihách a diskuzních fórech, to není žádný zázrak. Ptát se někoho, kde to koupil, je nesmysl. Lepší je ptát se, kde to je levnější a hlavně, kde tomu pořádně rozumí a jsou ochotni poradit. Není to ani zdaleka pravidlem. Bohužel.

    Většinu toho, co následuje, jsem už popisoval. Je to v článcích v sekci Digitál. Na webu je toho také dost. Je třeba taky trochu hledat. Znovu nabízím články pana Libora Schmidta nebo od fy 5pHobby. Ty by při studiu neměly chybět.

    Přesto jsem se rozhodl malinko přispět k osvětě, hlavně z důvodu, který uvádím velmi často. Informací není nikdy dost. Trochu jsem prohlížel dotazy na různých diskuzních fórech, a přestože se považuji stále za začátečníka, myslím, že leccos bych mohl vysvětlit. Vysvětlit hlavně polopatistickým, jednoduchým způsobem. Soudím, že velké procento nedůvěry, neznalosti, někdy i odporu k digitálu je závislé právě na tom, že většina publikovaných informací je příliš odborná. Tak posuďte, jestli se mi bude dařit lépe. A né, abyste se smáli. Ti, co tomu rozumí, tohle prostě číst NEBUDOU !!!

    Abych vyhověl kritice, zmíním se ještě o termínech "analog" a "digitál". Analogický, tedy spojitý, plynule proměnný, obdobný, podobný, odpovídající. Informaci nese např. proměnná velikost nějaké veličiny, třeba napětí, šířka impulzu a pod. Digitální, číslicový, tady je už z názvu patrné, že informaci nese číslo, jeho hodnota. A pro přenos se většinou používá číslo ve dvojkové soustavě, tedy jen sled NUL a JEDNIČEK (01101000). To má význam především v přesnosti a odolnosti vůči rušení. Mně se zdá rozdělení v modelové železnici nazvané správně, ale určité možnosti pro polemiku to poskytuje. Tak schválně, jestli se shodneme.

Analog

    Analogové řízení lokomotiv je postaveno na ovládání změny a polarity napájecího napětí. Pro zlepšení jízdních vlastností, konkrétně pro zvýšení kroutícího momentu motoru při nízkém napětí, tedy při požadavku na jízdu nízkou rychlostí, lze použít i regulaci PWM, případně včetně EMF. Stručně řečeno je PWM řízení rychlosti motoru změnou střídy, šířky impulzu. Napětí je konstantní, ale šířka impulzů, napájejících motor, se mění od nuly do maxima. Tím se dosáhne toho, že pro nízké obrátky motoru, je do něj přiváděno sice plné napájecí napětí, ale jen po dobu krátkých (časově) impulzů. Motorek se pak točí jen po dobu impulzu, ale s plnou silou. Následky jsou jasné, mašina sotva jede, ale sílu má velkou. To nikdy při řízení změnou velikosti napětí nelze dosáhnout. Označovat tento způsob za digitální, je nesmysl. Jde o čistě analogové řízení změnou střídy obdélníkového napětí. Tento způsob může být i doplněn o EMF. Stejnosměrný motor totiž produkuje napětí jako generátor a to je závislé na jeho zatížení. Je pak celkem jednoduché toto vyhodnotit a pomocí této vazby se snažit otáčky udržet na požadované úrovni. Pořád je to však analog. Doplněný o určitou automatiku. Další popis je třeba na stránkách MTBbus. Tady jsem to rozvedl jen proto, že tento způsob řízení je použit i v digitálu.

    U výhybek (i návěstidel a jiných komponent) je to trochu jinak. Výhybka má totiž jen dva stavy (R a O, tedy 0 a 1), takže lze hovořit vlastně o digitálním stavu. Těžko však už o digitální dopravě informace k výhybce. Zdroj informace je určitý, odpovídající kontakt a cíl informace je přesně určen odpovídajícími vodiči. Zase je to jen analog, nemůžu si pomoct. Od ovládacího prvku, ať už jsou to kontakty přepínače či relé, jde určitý počet vodičů až k ovládanému zařízení (třeba 3 vodiče ke každé výhybce).

Digitál

    V digitálu je to zcela jinak. Propojení jednotlivých komponent obstarává určitá sběrnice, při sériovém přenosu tedy dva vodiče, na které jsou vysílány digitální, tedy číslicové údaje. Jsou-li čísla ve dvojkové soustavě, stačí na to jen dva stavy signálu a určitým časovým sledem vytvoříme celá čísla a jejich bloky, pakety. Takový signál pak obsahuje řadu údajů, co má která komponenta udělat. Tento signál dorazí ke všem komponentám najednou a teprve na místě si každé zařízení vybere příkazy, které jsou určené pro něj a zpracuje je. Identifikátorem je adresa zařízení, sběrnice se jmenuje J-K a je přivedena na většinu komponent a do kolejí.

    Hlavní rozdíl mezi analogem a digitálem není tedy v přítomnosti procesorů, natož počítače, ani v používání signálů obdélníkového průběhu, ale ve způsobu přenosu informace.

Na začátek článku

Lokomotivy

    Lokomotivy jsou poháněny motorkem. V TT to je asi pouze stejnosměrný (ss) motor, napájený tedy ss napětím. Teče do něj ss proud. Jako přívod napětí k mašině se používají (kupodivu) koleje. Z kol se pomocí sběračů vede proud prakticky přímo k motoru. K zamezení rušivého vyzařování (při jiskření motoru) bývají nezbytné i prvky odrušovací, většinou jeden keramický kondenzátor a dvě tlumivky. Velikost napětí určuje, jak rychle se motor točí, tím tedy ovládáme rychlost. Polarita určí směr. Pulzní regulace dává daleko lepší vlastnosti při malých rychlostech, má větší sílu. A TAKHLE je to v ANALOGU.

    Jsou i další systémy napájení, střídavý, pomocí tří kolejnic atd., ale to neznám. Lépe řečeno, nemám to. Nebudu o tom tedy psát, jen snad to, že taková vozidla jsou pak označována pro střídavý proud.

    V DIGITÁLU se do kolejnic pustí střídavé napětí. Jeho průběh však není sinusový (jako v zásuvce 220 V), ale obdélníkový. Navíc není ten obdélník stálý, souměrný, ale šířka jeho jednotlivých impulzů se různě mění. Je zde totiž obsažena digitální informace. Co obsahuje a kde se tu bere, k tomu se dostaneme za chvilku. Toto napětí, které se označuje jako sběrnice J-K, není přivedeno k motoru. Mezi motor a přívod do mašiny je vložen lokomotivní dekodér. Ten nejen rozluští, jaká že to je informace v tom přivedeném signálu, ale pozná, že je určena pro něj (právě pro tenhle jeden dekodér), vyrobí z něj i ss pulzní napájení pro motor, umí většinou reagovat i na zatížení motoru a případně "přidat páru", umí poznat jakou rychlostí, na jakou stranu a zda vůbec se má motor točit, umí rozsvítit světla v závislosti na směru jízdy a někdy umí i řadu dalších věcí. Napětí J-K je v kolejích obsaženo stále. Velikost jeho napětí se prakticky nemění (cca 16 V). Lze také využít třeba na napájení osvětlení vagonů. Proti analogu má tu výhodu, že je přítomné pořád, i když vlak (vagon) stojí na místě. Toto napětí J-K je tedy přivedeno do VŠECH vozidel, stojících na kolejích. Napájí tedy neustále vše, co mají vozidla v sobě, ať už to je lokodekodér, funkční dekodér nebo jen LED na osvětlení.

    Jak už bylo řečeno, dekodér ovládá motor pulzní šířkovou regulací PWM (pulse width modulation) a většinou pozná, když motor vlivem zátěže snižuje otáčky a snaží se je vyrovnat (EMF). To vše má za následek obrovské zvýšení kvality jízdy lokomotivy, která je schopna třeba i s velkou zátěží, nepatrnou (a nezměněnou) rychlostí jet do stoupání. Jízdní vlastnosti jsou samozřejmě závislé i na typu a kvalitě pojezdu, převodů a rovněž na kvalitě motoru. Motory jsou tří- nebo pětipólové (ty druhé jsou lepší).

    Lokomotivní dekodéry jsou programovatelné. Obsahují řadu parametrů, které lze nastavit, upravit, změnit. K těm základním patří max. rychlost, doba plynulého rozjezdu a brzdění. I ty nejjednodušší dekodéry mají desítky parametrů. V naprosté většině případů měníme jen ty základní, a to jednoduchým způsobem. Někdy ani to ne. Jeden parametr však musíme nastavit skoro vždy, a to je ADRESA dekodéru. Je to jeho jméno, lokalizace, nálepka, říkejme tomu, jak je libo, ve skutečnosti je to číslo, pod kterým pak tuto jedinou lokomotivu ovládáme.

    Dekodér je v mašině připojen dvěma způsoby.

1. Buď je připraveno rozhraní dle NEM, tzn. že je tam konektor, do kterého se dekodér pouze zasune. Konektorů je více typů, hlavně je to dle NEM651 (6 pinů v řadě) nebo dle NEM652 (8 pinů ve dvou řadách). Pokud tam dekodér není, zasune se místo něj propojka (tak mašinu koupíme) a může se jezdit na analog.
   
   Lokodekodér zasunutý do konektoru (rozhraní).
    
2. Rozhraní (konektor) v mašině není a je třeba připojit dekodér, který má místo konektorů vodiče (dráty). Zapojení je na mnoha místech. Konektory se dají také koupit a nainstalovat.

    Rozdíl mezi analogovou a digitální mašinou je tedy v případě konektoru záležitostí několika vteřin, u drátů několika minut. Pominu-li výměnu žárovek za LED diody. Žárovky u starších loko raději vždy vyměňte. U analogu do nich jde maximální napětí jen někdy, a to jen na chvíli a při jízdě. Při přechodu na digi mašina stojí na místě a svítí naplno. Kastle to teplem od žárovek dost často odnese (např. E94).

    Kdybych měl zhruba zhodnotit jízdní vlastnosti v závislosti na stáří mašiny a typu provozu (analog, digitál), pořadí by bylo asi následující (1 = nejlepší):

1. Digitál, nová mašina. ¹⁾
2. Digitál, stará mašina. Osadíme-li ji dekodérem a provozujeme digitálně, jezdí hůř, než nová, ale podstatně lépe, než v analogu.
3. Analog, stará mašina.

¹⁾    Tím "nová" myslím produkci Tillig, Roco, Piko, Kuehn a dalších z posledních let, tím "stará" pak většinu produkce BTTB i jiných, vyrobených před více lety. Rozdíl je zde nejen v motorech, ale i v převodech, kvalitě pojezdu atd. Technika jde dopředu všude, tedy i v modelové železnici.

    Ti, kdo nesouhlasí, ať si... Samozřejmě, že záleží na mnoha dalších faktorech, především na typu mašiny, motoru, dekodéru, někdy nastavení, ale v podstatě je to asi takhle.

    A ještě poznámka. Položíme-li analogovou mašinu na digitální kolejiště, většinou jezdí na adrese 0. Je to ovšem závislé na schopnosti té které centrály. Lenz LZV100 to třeba umí. Mašina jemně bzučí i když stojí, do motoru jde přece střídavý proud sběrnice J-K. Asi není dobře, aby to takhle trvalo dlouho. Některé zdroje uvádí, že mašina se spálí. Mně se to nikdy nestalo (více než hodina), ale zbytečně bych to nedráždil. Pozor, některé nové loko (Tillig V100 start), mají tak zapojenou propojku, že diody začnou "hořet". Zničí to během několika vteřin kastli. Nevím, zda to byla chyba jednoho kusu, dál jsem to rozhodně nezkoušel. Takže opatrně.

Na začátek článku

Vagony

    U vagonů je to stejné, jako u lokomotiv. Zde však toho k ovládání moc není. Většinou není ve vagonu nic. Ale může být. Vnitřní osvětlení, koncová světla, lze uvažovat i o automatickém spřáhlu. Pokud třeba osvětlení nesvítí pořád, chceme je ovládat, musíme zabudovat také dekodér. V každém případě zde chybí motor. Dekodér tedy výstup na ovládání motoru nemá, zato má však tzv. funkční výstupy, většinou 4 - 6. Říká se mu Funkční dekodér. Ostatní funguje stejně. Z kol se snímá digi signál J-K, přivede se do funkčního dekodéru a ten svými výstupy ovládá připojená zařízení (osvětlení 1/2, osvětlení plné, koncová světla atd.).

Na začátek článku

Centrála

    Centrála je srdcem celého digitálního systému. Přijímá pokyny z ručního ovladače (nebo několika), z počítače, zpětné hlášení z kolejiště. A vyrábí signál J-K, který do kolejiště a do ostatních digi komponentů posílá. Ten je třeba ještě patřičně posílit, a to udělá zesilovač, booster. Některé centrály již booster obsahují, lépe řečeno slučují centrálu a booster (třeba Lenz LZV100). Každý booster má určitý povolený odběr a nestačí-li to, přidá se booster další. Centrála má také výstup P-Q, který se připojuje na tzv. Programovací kolej, kde se dají programovat mašiny, respektive v nich zabudované dekodéry. Připojit si izolovaný úsek přes dvoupólový přepínač střídavě k J-K nebo P-Q je výhodné. (Digitál 3, odst. 1.4.).

Na začátek článku

Výhybky, návěstidla

    Přestavníky a návěstidla se ovládají podobným způsobem, jako loko. Tedy pomocí dekodéru, který má také každý svoji adresu. Tyto dekodéry se nazývají spínací, dekodéry příslušenství, pro návěstidla pak třeba přímo návěstní. Je do nich rovněž přivedena sběrnice J-K, ta přece obsahuje potřebné informace, pak také většinou napájecí napětí (16 V stř., někdy i ss, někdy je možné oboje), abychom zbytečně nezatěžovali sběrnici J-K, a na výstupy jsou připojeny prvky, které chceme ovládat, tedy návěstidla, přestavníky, rozpojovací koleje, přejezdy, osvětlení atd. Spínací dekodéry jsou nejrůznějších typů, na různá zařízení, s různým počtem výstupů. (Podrobnější popis zapojení a ovládání návěstidel je v samostatném článku).

Na začátek článku

Zpětné hlášení - ohlas

    Ohlas slouží k přesně opačnému toku informací. Posílá je z kolejiště do centrály. Asi nejběžnější dvě informace, které potřebujeme do centrály poslat, jsou info o stavu výhybek (nemáme-li výhybky ovládané ručně a používáme-li PC, není to zas až tak nutné) a info o obsazení úseků. Obsazenost určitého úseku je možno detekovat různě (spínacími kontakty, opticky, magneticky...), mně se nejvíce líbí indikace pomocí detektorů obsazení, pracujících na principu zjišťování tekoucího proudu. O těchto komponentech jsem toho zatím moc nenapsal, tak to trochu rozvedu.

    Nejprve je třeba vytvořit úsek, pomocí odizolování jedné kolejnice. Tato kolejnice se pak napájí z detektoru, který umí vyhodnotit, zda do ní teče proud, či nikoli. Mašiny, případně osvětlené vagony nepotřebují úprav, ostatní vagony (chceme-li také detekovat jejich přítomnost v úseku), musíme upravit. Stačí použít odporový lak, kterým se dvojkolí učiní poněkud vodivým a vagon pak odebírá malý proud (stačí několik mA, odpor dvojkolí by měl být někde kolem 5 kΩ). Připojený detektor tedy zjistí, že v určitém úseku je aspoň jedno vozidlo. Že není volný (na kolejích nesmí být písek, viz denní zpravodajství v médiích ). Zkoušel jsem několik detektorů. Lenz LB101 (na 2 úseky), Marathon DO4 (4 úseky) i jiné.

    To je ovšem pouze indikace, že určitý úsek je obsazen. Teď je ještě třeba tuto informaci předat do centrály, spolu s určením místa. To zajistí tzv. kodér zpětného hlášení. Ten má nastavenu opět určitou adresu, kterou centrála vyhodnotí a přečte si stav sledovaného úseku. V případě detektoru LB101 jsem použil kodér Lenz LR101, u DO4 to byl LDT RS-16-Opto. Stejný závěr. Bez problémů, Marathon+LDT levnější. Na tyto kodéry zpětného hlášení jdou připojit i jiná zařízení, běžné spínací kontakty, optočleny a pod. Pokud chceme někde na kolejišti vyhodnotit nějaký stav, musíme ho prostě něčím indikovat, a pak tuto indikaci přes kodér zpětného hlášení poslat do centrály.

    Další informace o detektorech a kodérech jsou v článku Izolované úseky a Detekce obsazení.

Na začátek článku

Počítač a software

    Používat digitální provoz jen částečně, považuji za scestné. Je to však pouze můj subjektivní názor. Někde jsou ovládány digitálně jen lokomotivy a veškeré ostatní příslušenství je ovládáno analogově. Někde je to zase právě opačně. Nebo je to různě kombinované. Za velkou sílu digitálu však považuji možnost propojení s počítačem a řízení kolejiště nebo jeho části pomocí softwarové aplikace, tedy nějakého programu. Centrálu lze buď přímo nebo přes interfejs připojit k počítači a nainstalovaný software pak dělá s kolejištěm divy. Příslušných programů je více, řada z nich je i zcela zdarma. Rovněž počítač vyhoví i v poměrně zastaralé konfiguraci. Zpočátku jsem používal notebook, starý mnoho let, koupený za pár korun a ani nyní není můj noťas špičkové konfigurace. Existují také různé "krabičky", ovladače třeba na stavění cest, ale mám pocit, že proti PC to neumí nic a cena je vysoká. Tady ale nemám žádné zkušenosti.

    S počítačem se naplno projeví mocná síla digitálu. Stavění cest, ovládání návěstidel, spouštění vlaků dle harmonogramu, to jsou všechno samozřejmosti. Kombinace s ručním provozem je pochopitelně možná. Něco může jezdit zcela automaticky, "podle jízdního řádu" a do toho můžeme třeba posunovat v depu, sestavovat nové soupravy, dle libosti. Provoz mnoha mašin současně, spřažení loko "do tandemu", ovládání spousty dalších komponentů kolejiště, přejezdů, osvětlení, v závislosti na času, na dalších skutečnostech, jde toho udělat opravdu hodně.

Na začátek článku

Závěr

    Počítám, že i tady budu editovat. Inspirací by mohly být další otázky. Něco třeba pořád nebude jasné, něco jsem jistě zapomněl. Klidně pište, co budu vědět, rád dopíšu. Vynechal jsem tentokrát obrázky. Jen bych je kopíroval z jiných míst. Vadí to? A co by měly ukazovat? Zapojení dekodéru, bloková schémata, zdá se mi, že je toho všude dost.

    Záleží mi na tom, aby se stavy digitalistů zvyšovaly. Máte-li v regionu 10 kolegů a digitál má jen jeden (já ), jde konzultovat dost těžko. Ani na webu to není nijak slavné, ale pořád se to zlepšuje. Také vývoj a výroba komponentů je závislá na počtu těch, co jsou ochotni si to koupit. Chápu, že kdo má analogové kolejiště v provozu, nezačne s radostí trhat koleje, cpát do toho další peníze, stavět všechno znovu, digitálně. Jde to ale i po částech, postupně. Při nové stavbě není co řešit. U začínajících modelářů také ne. Viděl jsem i větu "Digitál určitě NE...", nechápu to, ale je to samozřejmě každého věc.

    Mne prostě digitál baví, tak se pojďte bavit se mnou.

Na začátek článku
Menu