Blocksteuerung II

[Felix]

Informationen über ein von mir früher mal geplantes modulars mehrsystem Blocksystem.
Der Text ist die derzeitige Ideensammlung, ich bin noch dabei das ganze zu Gliedern und zu Struckturieren.

Grundgedanken:
- Hardware mit ausreichend Reserven um neue Funktionen über Softwareupdates oder zusätzliche Module ergänzen zu können ohne die bestehende Hardware wieder zu ändern.
- Anlehnung an vorhande Standarts
- So weit möglich Systemverkabelung über vorhandene Standarts

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Anmerkung:
Als nächstes Steht die relativ neu erstellte Auflistung über mögliche Systemvarianten und Bauprinzipien.
Weiter unten im Alten Teil, daß was ich früher mal zusammen geschrieben habe.

Auch in Anlehung zum Endworfenen System von Felix sollten alle komponenten ISP Schnittstellen haben (ISP ins an Anschluß um bei Kontrollern im Einbauten Zustand die Software / Firmware zu ändern.) Das ist wichtig um später problemlos neue Software ergänuzen zu können.

Meine Plaung ist nicht nur auf das momentan erforderliche ausgelegt sondern ist nach oben hin beliebig erweiterbar.

Bei Eigenen Hardwareprojeten ist auch der Robonetz Standart Interessant. Das ist ein System von komponenten zum Selbstbau von Autonomen Robotern. Da gibt es schon viele fertige Komponenten, da kan man sich einiges Abschauen.
In der dortigen Wikipedia sind auch viel Infos, nicht nur Robotikbetrefend.
http://www.roboternetz.de
z.B:
http://www.roboternetz.de/wissen/index. ... finitionen
http://www.roboternetz.de/wissen/index.php/RN-KeyLCD

In manchen Teilen kann man die System auch kombinieren oder Mischlösungen benutzen.
Das ganze ist erst mal ein Konzept des Prizipellen Aufbaus weitgehend ohne Details zu Hardwarelösungen. Die sind jeweils extra.
z.B: Gleisbelegtmeldung wie die Belegtmelder für die von mir schon bei meine Schleusengleis beschriebenen, die einzelteile sind kombinierbar. Spannungserzeugung wie bei Analoge Fahrspannugserzeugung durch Lokdekoder. usw.

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A Generell mögliche Wege für allgemeine Steuerung.
A1. Steuerung über "normale Modellbahnsteuerung"
A2. Autarkes System

B Möglichkeiten zur Versorgung der Loks am Gleis bzw. der Umsetzung der Stromversorgung
Alle Systeme sollten als Backup Abgeschaltete Signalabschnitte haben um auch falschgebremste Züge 100% anzuhalten.
D.H: der nachfolge Block schaltet sich sicher in dem er die Einfahrt von hinten ausschaltet.
Bei allen Systemen kann man einen Lokalen Bosster einsetzen z.B: Deltacontrol oder Eigenbaubooster. Deltacontrolls müssten auch analoge PWM Boosten können, muß ich noch Probieren. Standart Märklin Booster können analoges PWM Boosten, eigenbaubooster müssen endsprechend angepasst werden ist aber kein Problem. Normalerweise ist es dem Booster egal was er verstärkt.
B1 Umschaltung der Stromversorgung mit Relais und Bereitstellung von globalen Versorgungsspannungen
B2 Umschaltung der Stromversorgung mit Relais und Bereitstellung von globaler Digital Versorgungsspannungen, Analog vor Ort
B3 Blocksteuerung durch aufgerüsteten Lokdekoder

Die Systemverkabelung kann noch extra verfeinert werden.

Zu A1.
Steuerung über zur Mehrsystemtauglichkeit ergänzte Modellbahnsoftware wie z.B. Rocorail.
Steuerung der Blöcke über normales Digitalsystem mit "Weichendekodern" und "Rückmeldedekodern" oder über Systembus.
Systembus (Loconet) wäre Sinnvoller, weil ein Bus für alles.

Hardwareanbindung z.B. über Loconetmodule wie auf den Seiten hier.
http://users.telenet.be/deloof/
Vorteil dabei sind, das es Bausätze gibt oder man alles Selber machen kann. Später kann man dazu auch selber Hard- und Software endwickeln. Für den Anfang hat man aber ein Erprobtes System, das auf Loconet basiert. Die Komponenten können auch anders benutzt werden. Das System wurde für Module endwickelt und ist konfigurierbar. Es fehlt aber noch die Mehrsystemtaugliche Software.

Man könnte auch erstmal ein eigenes Loconet nur für den Mehrsystemteil benutzen und den dan später ins gesammtsystem integrieren.

Es sind Modelbahnsteuerungsseitig alle Komponenten verfügbar.
Komponenten sind u.a.:
Anbindung an Rechner: Locobuffer
Anbindung von Bedientasten, Magnetartikeln und Rückmeldern über LocoIO ( z.B: eine LocoIO pro Modul)
Servosteuerung: LocoServo
Stromfühler und andere Rückmelder.
Aufbau von eigenen Komponenten ist auch mit Kombinierten Platinen LocoIO mit Treibern und Rückmeldern auf einer Platine möglich dann hat man weniger Einzelteile.


Zu A2.
Eigenes Autarkes System.
Siehe unten Alter Teil

Zu B1
Alle Spannungen werden Global zur verfügung gestellt. Mit Relais wird die jeweilige Spannung ans Gleis geschaltet.
Bremsen/Anfahren erfolgt bei Digital über Bremsstrecken mit Bremsdioden. Das ist bei einfachen Dekodern aber nicht bzw. nur bedingt wirksam.
Dazu müßten die einzelnen mal austesten welche Ihrer Dekoder Bremsdioden Tauglich sind.
Bremsen Anfahren bei Analog: Bei WS über Bremsdiode (Wegfall einer Halbwelle), bei GS evtl. über Diodenstrecke.
Alternativ Anfahren Bremsen über Digitalsystem durch Rückmeldung vom Modul an die Steuersoftware.
Alternativ Anfahren Bremsen über Aufschaltung von (Bremssignal / Bremsboster) in Signalabschnitte

Zu B2
wie B1 aber erzeugung der Analogen versorgung von Ort.
a. Durch Lokdekoder mit endkoppeltem und verstärktem Ausgang
b. Durch Analoge erzeugung z.B. durch Reglerschaltung mit Kontroller.

Zu B3
Ein Lokdekoder, der fest am Digitalsystem angeschlossen ist schaltet über die Funktionsausgänge die Gleisspannung.
Schalten der Stromversorgung durch Relais.
Digitalspannung wird von nur durchgeschaltet Bremsen /Anfahren wie bei B1 oder B2.
Analog wird vor Ort erzeugt und ins Gleis gespeist.



C Nutzerschnittstelle
C1 Automatik über PC mit angepasster Modellbahnsoftware. Manuell über normale Zentrale.
C2 über Eigenbau Terminal

D Verkabelung

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Alter Teil
A2 Eigenes System

Ein Modul ist ein genormtes Bauteil/Baustein des Systems.

Kabel:
- Alle Kabel wenn nicht anders benannt sind XLR 3 Polig
Es gibt normale Kabel (Mikrokabel) auch für niederstromanwendung im Manuellen teil
und Lastkabel was mit höherem Querschnitt, die Extra gekennzeichnet sind für Module die Laststrom brauchen. (Auch für z.B. Kabel von Digitalzentralen usw. im Manuellen Teil)

- Es gibt Splittboxen Sub-D nach XLR
Anschlußalternative. Magnetartikel und Gleise sind gleich und bekommen alle Stecker für nur eine Sorte Splittboxen, dann muß man beim Anschluß mehr aufpassen.
Wer an seinen Modulen nur Sub-D Ausgänge hat muß auch die Splittboxen und Sub-D Kabel dafür haben.

Elektrisch:
- Die Anschlüsse ans Gleis sind genormt W (XLR und/oder Sub-D für Multicoores mit Splittboxen auf XLR)
- Die Anschlüsse zu Weichen, Endkupplern sind genormt M (XLR und/oder Sub-D für Multicoores mit Splittboxen auf XLR)
- alle Module haben einen ISP Anschluß für Firmwareupdates oder es wird ein System zum Programmieren üder den Datenbus festgelegt. ISP ist eine eigene Steckernorm.
- Stromverorgung über XLR oder wenn mit +5V über was 4 Poliges (evtl. Speakon)
- Es gibt extra Stromversorgungsmodule, die von Modellbahntrafos gespeist die Systemspannungen bereitstellen. Anzahl nach Bedarf des Systems.
- Stromversorgungsverkabelungsstruktur beliebig nur durch Kabelverluste und Netzteilleistung begrentzt (Bäume, Sterne usw.)

Gleis:
- Die Gleisanschlüsse bekommen XLR Stecker, unbenutzte Anschlüsse bleiben unbeschaltet.
- Die Magnetartikelantriebe bekommen XLR Kupplungen, unbenutzte Anschlüsse bleiben unbeschaltet.
- Alle Gleise können für die Automatikstrecke und für den Manuellen Teil benutzt werden.

Die Grundbasis des Gleisbildes ist:
- eine eingleisige Strecke
- 2 Richtungsbetrieb.
- Man muß zumindest am Anfang noch bei bestimmten Gleisbildern darauf schauen, nicht zuviel Züge ins System zu schicken. Prinzipbedingt erkennt das System selbst keine Kritische Grenze .

Logisch:
- Es ist nur die Mindestranforderung festgelegt. Weitere Funktionen kann jeder ergänzen wie er mag. Das System bleibt Rückwärts kompatibel.
- es gibt als extra "Module" Abzweigungen, Bahnhöfe, Gleisdreiecke usw. halt was keine normale Strecke ist. Diese "Module" können jederzeit durch neue Typen ergänzt werden. Das System ist nach oben hin offen.
(z.B. wer ein "Modul" für einen Kopfbahnhof mit Drehscheibe für Dampfloks; eine Autoverladung, eine 20 Gleisigen Bahnhof, ein xyz bauen will, kann das jederzeit im System ergänzen.
"Modul" bezieht sich hier auf die Steuermodule die Blockkontroller, Weichen, oder was sonnst noch so anfällt steuern oder koordinieren.
- mitten im Automatikteil werden keine Züge geändert.
- Änderunungen an Zügen (Art des Zuges, Zug einsetzen) erfolgt nur an Übergabestellen oder speziellen Kontrollmodulen mit interaktiver Nutzerschnittstelle (z.B: Übergangekontroller, Bahnhofskontroller) . Dazu gibt es aber Ausnahmen z.B: Zug löschen, wenn man einen Zug irrgentwo vom Gleis nimmt.

Mindestteile für den Anfang:
- eine Stromversorgung
- 2 Übergabekontroller
- Blockkontroller für die Gleiseblöcke
- Anschlußgleise für die Gleisblöcke

Es ist zumindest in der Beschreibung kompliziert, man kann aber nur mit einem oder 2 Überkontrollern und den Blockkontrollern für die Gleise anfangen und das ganze bis zur vollautomatischen Bahnsteuerung für eine ganze Anlage ausbauen.

Es gibt noch einige Ungereimtheiten bzw. funktionale Einschränkungen im Konzept (z.B. die Überwachung der Freien Gleise bei Komplexem nicht linearem Aufbau (nicht das sich das ganze Totläuft, weil mehr Züge in einen Streckenbereich kommen, als reinpassen.), die aber nur bei Einigen Aufbauformen zum Problemwerden. Dazu bin ich am Überlegen ob man da evtl. noch so eine Art Grenzkontroller oder Masterkontroller mit ins System aufnimmt, der falsche Zugfahrten verhindert. Normalerweise müßte aber die Logik der AK bzw. GDK reichen.

Ein weiteres Problem sind fahrten zu bestimmten Zielen, weil es kein Vorgegebenes Gesammtgleisbild gibt.


Bauteile des Systems:
Terminals
Funktion Kurzbeschreibung:
- Es gibt Terminals (endweder PC oder Eigenbau aus Kontroller, Display, Tastaur) hier erfolgt die Datenübergabe zwischen Automatikteil und manuellem Teil.
- Abfrage der fürs System wichtigen Daten und weiterleitung zum Automatiksystem
- Anzeige der Daten von Zügen die vom Automatiksystem zur Manuellen Steuerung gehen.

Der Automatikteil:
Ich habe da an eine Variante gedacht, bei der es einmal normale Blockbausteine/Blockkontroller (BK) gibt, und für Bahnhöfe (BHK), Abzweigungen (AK), Gleisdreiecke (GDK), Kehrschleifen (KK), Knotenbahnhöfe (KNBHK) evtl. Kopfbahnhofkontroller (KOBHK) usw. Extrakontroller, die als Koordinator dienen. Klingt jetzt viel, aber nur so ist ein Aufbau als Baukastensystem von fast beliebigen Gleisbildern mit einem Standartsystem möglich, ohne das man (Ausser der Zugübergabe vom Manuellen zum Automatikteil) irrgentwas konfigurieren oder Programmieren muß.
Ausserdem noch Übergabekontroller, wobei ich die Funktion auch den BHK mit zuteilen will ein Übergabepunkte/Bahnhof ist ja auch ein Bahnhof.
Für Gleisbereiche in denen die Masse getrennt werden mus gibt es Schaltblöcke (SK).

(Nur) die BK erzeugen eine Gleisspannung, Ausnahme sind besondere BHK, KNBHK, KONHK die auch die Fahrtrichtung von Loks "Umschalten" können.
Wobei Umschalten im sinne von Umschalten von WS Analogloks mit Überspannungimpuls erfolgt. Bei GS durch ändern der Gleisspannung und den Digitalloks erfolgt ein Umschalten auf Datenebene.


Die BK Block Kontroller:
Funktion Kurzbeschreibung:
- Datenverbinduung zu den 2 Nachbarn
- Erzeugt bzw. Schaltet die Spannung fürs Gleis
- Gleisbelegterkennung
- Abschaltung der Halteabschnitte
- Möglichkeit zur Löschung von Zügen (Manuelles endfernen)

Die BK haben als Ausstattung:
Endweder eine komplette generrierung aller möglichen Spannungsarten (MM, DCC, GS analog, WS analog) inlk. Polung mit einem 3 Pol Ausgang (Schiene, Mitte, Schiene) zum Gleis.

Der BK bekommt von Extern -VS, Masse, +VS evtl. noch +5V das spart einen interen Regler braucht aber mehr Verkabelung. Ausserdem hat er 2 Datenanschlüsse zu seinen 2 Nachbarn.
Als Ausgänge stehen 3 Gleisanschlüsse zur Verfügung.
Alle 3 haben Rückmeldung für Belegung aber keine Detektierung welche Art Belegung, 2 sind Schaltbar. (die äusseren Beiden)

Die Gleisspannung erzeugt der BK durch ein Treibertransistorpaar, das vom AVR endweder mit einem DCC, MM, oder PWM Signal gesteurt wird.

opt. kann der AVR über einen Längswiederstand Kurzschlüsse erkennen bzw. kann mittels 2 Analogeingängen seine Belastung messen. Für den Positiv Zweig ist die Schaltung einfach für den Negativen kenne ich nur das Konzept.

Gleisartumschaltung erfolgt endweder über ein Relais (2UM) zum Umschalten von Mittelleiter auf Aussenleiter (einfache Lösung) oder über getrennte Transistorpaare für alle Leitungen (endweder nur Mittelleiter und 2. Aussenleiter bei WS nur mit einer Seite Masse oder zusätzlichem T paar um die 2. Aussenschiene auf Masse zu ziehen. (komplizierte Lösung).

Ein BK kann nicht die Fahrrichtung von WS analog Loks Umschalten (ausser +VS wird dafür hoch genug festgelegt, was aber eigentlich nicht gebraucht wird weil ein Zug nicht auf Freier Strecke umkehrt.

Alternativ erzeugen die BK die Digitalspannung nciht selbst sondern schalten nur vorhande Digitalsignale ans Gleis. Endweder die BK schlaten eine Vorhande Lastspannung mit Relais oder bekommen ein Digitales Steuersignal und sind selbst ein Booster der das jeweils geforderte System zum Gleis verstärken.

Die Schaltblöcke SK
Funktion Kurzbeschreibung:
- Datenverbinduung zu den 2 Nachbarn
- Schaltet die Spannung fürs Gleis (keine Eigene Erzeugung)
- Gleisbelegterkennung
- Abschaltung der Halteabschnitte
- Möglichkeit zur Löschung von Zügen (Manuelles endfernen)
Vom Logischen her eine kombination aus BK und BHK, also BK ohne eigene Spannungserzeugung bzw. BHK ohne Weichen.
Es ist ein Gleisblock wie ein BK der aber keine eigen Versorgung erzeugt sondern nur die Versorgungsspannung eines seiner Nachbar BK auf die Block aufschaltet.
(Anmerkung Ähnlich wie ein Schleusengleis)
- Fahrstromschaltung ist 3 Polig.
In der Abfolge im Gleis kommt immer BK nicht BK, wobei nicht BK ein SK, BHK oder alles andere Bahnhofsähnliche ist.


Die BHK Bahnhofskontroller
Funktion Kurzbeschreibung:
- Datenverbindung zu den Nachbarn
- Schaltet die von den BK bereitgestellte Gleisspannung auf die Bahnhofsgleise
- Schaltet die Stromversorgung in die Bahnhofsgleise
- Erkennt Belegte Gleise
- Gibt daten der Züge an die BK weiter
- Stellt die Weichen möglichst mit Überwachung
- Bedienelemente zur Auswahl von Zugfahrten
- Möglichkeit zur Löschung von Zügen in den Kontorlierten Blöcken (Manuelles endfernen)

Die BHK haben als Ausstattung:
Der BK bekommt von Extern -VS, Masse, +VS evtl. noch +5V das spart einen interen Regler braucht aber mehr Verkabelung (wie beim BK).

Ausserdem hat er 2 Datenanschlüsse zu seinen 2 Nachbarn.
Der BHK hat 2 Fahrstromeingänge mit Durchschleifausgang zum Anshcluß des ungeschalteten Gleisausgangs des jeweiligen BK und zum durchschleifen der Spannnung zum Mittlerenabschnitt des BK Gleisblocks, daß normalerweise hier angeschlossen ist. Es wäre zwar möglich, Y Kabel zu verwenden oder den BK´s 2 Mittlere ANschlüsse zu spendieren, das ist aber eine Quelle für Anschlußfehler.

Als Ausgänge stehen 3 Gleisanschlüsse für jedes Gleis und 2 für Weichenstrassen zur Verfügung.
Alle 3 haben Rückmeldung für Belegung aber keine Detektierung welche Art Belegung, 2 sind Abschaltbar (2UM Relais). (die äusseren Beiden)
Jeweils alle 3 zusammen sind über ZSchaltung (2UM) mit der Einschränkung, daß alle BK immer Massegleich angeschlossen werden.
Die Masseseite können nur wechsen

Bei einem Bahnhof z.B.
Der Bahnhofkontroller (BHK) wird zwischen die Blockkontroller (BK) vor und hinter dem Bahnhof (BH) geschaltet.
Und zwar in die Datenleitung zwischen den BK der Nachbarblöcke des BH.

Der BHK besitzt selber keine Fahrspannungserzeugung.

Bahnhöfe (BHK), Abzweigungen (AK), Gleisdreiecke (GDK), Kehrschleifen (KK), Knotenbahnhöfe (KNBHK) evtl. Kopfbahnhofkontroller (KOBHK) usw. Extrakontroller
Sind alle Funtioniell Ähnlich wie ein BHK also schalten die Stromversorgung eines Nachbar BK auf den Eigenen Block, aber auf ein bestimmtes Gleisbild hin optimiert. Man könnte dazu auch Kontrollermodule erstellen, die mehrere Funktionen abdecken.
Je nach Funktion erfolgt die Fahrspannungschaltung 2 oder 3 polig.

Die Stromversorgung wird also immer maximal von einem BK zu den beiden Nachbarblöcken ohne eigene Versorgung druchgeschaltet also max. 3 Blöcke lang. Dann wird die Stromversorgung auf den nächsten Bk umgeschaltet.

Nur Endbahnhofskonroller oder Vergleichbare Bahnhofskontroller (evtl. später auch Kontroller mit Gleisen für Wendezüge) können die Fahrtrichtung umschalten.
Die Umschaltspannung wird dann vom Bahnhofskontroller aufs Gleis mit der Lok / dem Zug aufgeschaltet. BK brauche keine Umschaltspannungserzeugung.