Blockstellensteuerung

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Felix
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Blockstellensteuerung

Beitrag von Felix » 30 Apr 2009 16:00

Hallo Leute,
Ich versuch mich (gezwungenermaßen) mal an einem Entwurf für eine Blockstellensteurung.
Grund ist der Anlagenaufbau in der Disco der KFS.
Dort haben wir sowohl auf der Süd als auch auf der Nordrampe über 20m Strecke je Fartrichtung. Beim letzten mal haben wir aber gemerkt das eine so lange Strecke mit nur einem Zug sehr kahl und unbelebt aussieht.
Um jetzt dem Bedienpersonal Arbeit abzunehmen und einen höheren Zugdurchsatz zu erlauben liegt der Gedanke nah eine Blocksteuerung zu entwickeln die unseren speziellen Bedürfnissen gerecht wird.
Wenn Leute meinen, sie könnten das auch "analog" mit Mehrsystemschaltpulten realisieren stelle man sich mal folgedes Szenario vor:
Aus dem Atelier soll ein Güterzug WS, 3l, Adresse 23, Digital MM auf die Bühne in der Disco fahren. Dieser fährt in den ersten Block ein und erreicht dann irgendwann den Block zwei. Nun kommt ein S-Bahn Zug GS 2L Analog der direkt hinterher fahren will. Spätestens beim dritten Block hat man Informationen vergessen oder die Reihenfolge im Kopf vertauscht. Wer das mit Zetteln notieren will braucht einen extra Menschen der Zettel veschiebt und sich darum kümmert, dass die Informatioenen immer am richtigen Platz ankommen.
Das ist unökonomisch und extrem Fehlerträchtig!

Daher liegt die Automatisierung nahe!
Zuvor aber hier einmal das Pflichtenheft, was in meinen Augen zur Feststellung des Sachverhalts am Anfang stehen sollte (aufgeteilt in absolut notwendiges und spätere Erweiterungen/Verbesserungen):

Pflichtenheft:
  • Automatische Steuerung
    • Selbstständige Weitergabe der Systemart an den nächsten zu befahrenden Block
    • Sicherung nach hinten um Auffarten zu vermeiden
    • Eingabe der Zuginformationen durch "Absender" und spätere Anzeige beim Empfänger
  • Mehrsystemtauglich (-->direkt auf sämtliche technische Möglichkeiten rücksicht nehmen)
  • Unabhängig von der verwendeten Digitalzentrale oder eines PCs
  • Erweiterbar
  • Einfache Bediehnbarkeit
  • Leicht und schnell anzuschließen
  • Billig --> verzichten auf teure Fertigkprodukte
  • Möglichst simpel in der Konstruktion
  • Kurzfristig realisierbar
Späterer Luxus:
  • Anschluss an einen PC ->Kommunikation mit Rocrail
  • Eingabe von Zuginformationen wie Ziel und "Beladung"
  • Automatische Weitergabe der Informationen über eine Blockstrecke und den angrenzenden Bahnhof hinaus
  • Erzeugung des Digitalsignals aus der Steuerung heraus
    • Sanftes abbremsen an den Blockenden und Sonderfunktionen schalten
    • Weichen schalten um Ausweich-/Überholstrecken zu steuern
  • Einbinden von Railcom und MfX Signalen in die Erkennung der Loks
  • Anschluss an Zentralen um Steuerungen durchzuführen
  • ...
Diese Liste läst sich sicherlich ewig weiter verlängern.

Als besonders wichtig sehe ich in dem eigentlichen Pflichtenheft vorallem die folgenden Punkte: Billig, einfach herzustellen und vorallem "kurzfristig realisierbar".
Denn was nützt uns der beste Plan. wenn er nicht fertig wird.
Im "Notfall" dass die Steuerung nicht fertig wird oder trotz ausführlichen Tests den Alltagstest nicht besteht MUSS eine konventionelle Lösung mit Mehrsystempulten vorrätig sein, damit man die Strecke irgendwie in Betrieb nehmen kann. Und sei es mit einem Block auf 20m Länge.

Soviel zu den Pflichten.

Ich habe mir schon einige Gedanken gemacht und werde die dann später in einem extra Posting veröffentlichen.
Das muss nicht der Stein der Weisen sein! Aber es wäre praktisch wenn man gemeinsam an einem Vorschlag bastelt und nicht drei mal das Rad neu erfindet.
Soviel Zeit haben wir nicht mehr.

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Re: Blockstellensteuerung

Beitrag von admin » 30 Apr 2009 16:02

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Re: Blockstellensteuerung

Beitrag von Felix » 30 Apr 2009 16:02

Zunächst einmal die Beruigung, dass bei mir in der Prioritätenliste die Trassenmodule und der Modulbahnhof über der Blocksteuerung liegen.
Dennoch sind mir grade beim Lernen für die letzten Klausuren immer wieder Ideen gekommen, die ich dann jetzt mal verschriftlichen wollte.

Jetzt also ein sehr langes Posting. Ich versuche nämlich auch gleich die Pläne mit zu erklären.
Und nochmal erwähnt: Bisher ist das alles noch Theorie. Es MÜSSTE funktionieren. Getestet und Fremdgecheckt ist es bisher noch nicht.
Fangen wir mal an:


Grundprinzip
Ein Zug wird bei dem abgebenden Bahnhof - nennen wir in A - für die Fahrt zum Zielbahnhof B vorbereitet. Dazu gibt er an einem Pult mit Tastern und Schaltern die Daten des Zuges ein. Sobald alle Eingaben getätigt wurde, betätigt der Bediehner einen Umschalter und die Daten werden in den ersten Microcontroller geschrieben. Sobald nun der ersten Block (Block1) frei ist, weiß der Microcontroller, wie er das Gleis für den nächsten Zug beschalten muss; Das wurde ja vorher vom Bahnhofswart eingestellt.
Jetzt durchfährt der Zug diesen Block und kommt irgendwann an das Ende dieses Blockes.
Dort befindet sich eine Lichtschranke, die etwas Quer zur Fartrichtung steht um die Gefahr einer Falschauslösung durch die Wagenzwischenräume zu dezimieren.
Falls der nächste Block belegt ist hällt der Zug dort an.
Wie wird ein Blok als belegt gemeldet?

Nur dann, wenn drei Lichschranken eines Blockes gleichzeitig keinen Belegkontakt auslösen ist der Block auch wirklich frei. Die erste Lichtschranke ist dabei vor dem Haltebereich im Block.
Zwei Lichtschranken (die zweite zur Redundanz) liegen kurz dahinter um einen ausfahrenden Zug aus dem Block zu melden.

So durchfährt der Zug nun einen Block nach dem anderen.
Irgendwann erreicht er den letzten Block. Dort hält er standartmäßig immer an. Idealerweise ist das an einer Bahnhofseinfahrt.
Sobald ein Zug in den letzten Block eingefahren ist bzw. den vorletzten Block frei gemacht hat wird auf einem 16*2 Zeichen großen LCD Display sämtliche Informationen dieses Zuges in Klartext angezeigt. Diese Informationen waren die ganze Zeit im Microcontroler gespeichert. Auf dem Display steht dann z.B. folgendes:
------------------------------
| #0125 _ DCC _ F s t 9 |
| _ 2L _ _ Dig _ _ >_ _ _ |
------------------------------
Diese Anzeige würde logischerweise sagen: Digital, DCC Adresse 125 Farstufe 9 auf 2L mit Fartrichtung vorwärts. Dabei entspricht die Farstufe 9 nicht zwingend der Fahrstufe der Digitalzentrale sondern ist ein Wert der zwischen 1 und 12 liegen darf. Mehr Fahrstufen kann man nicht eingeben. Daher diese Grenze.
Wenn Der Bahnhof B den Zug annehmen will schaltet er diesen Block unter seine Kontrolle und übernimmt den Zug so. Sobald der Block leer ist, verschwindet auch die Anzeige und ein neuer Zug kann dor angezeigt werden. Gleichzeitig werden die Informationen des ausgefahrenen Zuges im Mikrocontroler gelöscht und es kann von vorne beginnen.

Soweit sollte das auch für jeden Techniklaien verständlich gewesein sein.
Jetzt kommt die Elektro technische Beschreibung der Schaltung mit den ensprechenden Schaltbildern. Das können nicht so interessierte erstmal getrost übespringen und erst bei der nächsten Fettschrift wieder aufwachen.


Schaltungsbeschreibung
Hauptbestandteil dieser Steuerung sind drei Mikroprozessoren (µC) des Typs ATmega 16.
Ich rede im folgenden immer nur noch von einer Fartrichtung. Für eine Rampe beim TB muss also alles mal zwei genommen werden.
Die eigentliche Intelligenz steckt in dem Masterbaustein:
Bild
Der linke µC ist dabei für die Digitalisierung der Daten zuständig.
Im einzelnen werde die Werte folgendermaßen eingegeben:
Fartrichtung (FR): EIN/AUS Umschalter (‚0’ ‚1’)
Analog/Digital(ST): EIN/AUS Umschalter (‚0’ ‚1’) (St= „Steuerung“)
WS/GS(WG): EIN/AUS Umschalter (‚0’ ‚1’)
2L/3L(SY): EIN/AUS Umschalter (‚0’ ‚1’) (SY= System)
Protokoll (PRT): 4x Momentkontakt Taster - Anzeige des gewählten Protokolls mit LEDs
Farstufe (SP): 12-fach Drehschalter (SP=Speed)
Adresse (Adr): 4x 10fach Drehschalter
Dabei werden die Fahrstufen und die einzelnen Adressstellen durch eine Quantisierung der 5V eingestellt. Hinter jeder Position des Drehschalters steht also ein klar definierter Spannungswert, der durch die Anzahl der Wiederstände definiert ist.

Wenn alle Eingaben getätigt wurden wird der „REC“ EIN/(EIN) Momentkontakt Umschalter betätigt und der µC ließt die Eingänge ein und ordnet sie dem Block1 sobald dieser leer ist (wenn er bereits leer ist, wird dort direkt geschrieben).
Ebenfalls gibt es auf dem Eingabebrett eine rote LED für Hp0 und eine grüne LED für Hp1. Also die Einfahrtbereitschaft in den ersten Block.
Wenn der Block 2 leer seien sollte wird auch der Stoppbereich S1 mit demStrom des Blocks 1 versorgt.
Dazu jetzt mal ein Bild der Steuerng der Stromart:
Bild
Hier war ich so bequem und hab das mal nur für einen Block gezeichnet. Für den Rest geht es aber analog.
Über ein 25 Pol Sub-D Kabel kommen die Steuerinformationen vom 2. µC zu der Relaisplatine.
Dort erfolgt im Prinzip die Steuerung von Peters blauen MS-Pulten. Jede Stromart ist auf 2L oder 3L einstellbar. Alles mit getrennten Massen.
Die Transistoren schalten dabei dann die Relais, da die µC nicht soviel Strom vertragen. Als Relais reichen hier ganz billige monostabile 2xUM von Polin und Co. Den Dauerstrom für das Umschalten kommt ja vom µC.
Das ist an der Stelle alles keine Hexerei.
Der zweite µC bekommt nun die Resultate der Lichtschranken aus den einzelnen Blöcken.
Dazu auch hier die Schaltung der Lichtschranken:
Bild
Die drei Lichtschranken geben bei Unterbrechnung eine positive Flanke auf den Transistor T4-T6, der den Schaltkontakt auf Masse zieht. Der UND Baustein vergleicht nun sämtliche Transistoren. Und nur wenn L1=L2=L3=1 gilt, dann hat keine Lichtchranke eine Belegtmeldung und somit ist der Block frei. Dieses erzeugt eine 1 am Ausgang und dieses geht zu der Masterplatine zurück. Zum Verbinden der einzelnen Sensormodule mit der Masterplatine erfolgt mit 6poligen RJ11 Kabel. Die Pinbelegung ist dabei wie folgt:
Pin1: nc
Pin2: Zustand „Z“ des Blocks
Pin3: Schaltkontakt „S“ für Anhaltebereich
Pin4: +12V
Pin5 : GND
Pin6: nc
Unerwähnt blieb dabei bisher der Schaltkontakt. Das Abschalten des Bereichs zum Anhalten des Zuges erfolgt dezentral bei dem Sensormodul. Durch den Kontakt „S“ werden dann mit einem Relais die beiden Schienen Stromlos geschaltet. Somit ist jeder Zug zum anhalten verdonnert.

Zurück zu der Masterplatine:
Bild
Unten sieht man noch zwei ICs. Die Verbindung der einzelnen µC untereinander erfolgt mit dem RS485. Dieser ist zwar nicht Multi-Master fähig kann aber sehr einfach benutzt werden und braucht nicht noch viel anderes Outboard Zeug um zu funktionieren. Eigentlich wollte ich den CAN Bus benutzen, aber das war zu aufwendig und zu teuer. Das ist etwas für die Zukunft. Dann könnte man das ganze auch an die Märklin Central Stations anschließen.
Die beiden µC sind mit den I/O Pins schon ganz gut bestückt. Für weiteres müsste man über eine erweiterte Digitalisierung und sonstigen Schnick/Schnack nachdenken.
Der µC zwei ist für 4 Blöcke ausgelegt. Rein theoretisch kann man später noch weitere Steuerungsmodule bauen, die dem Muster des zweiten µC folgen und so nahezu beliebig viele Blöcke hintereinander packen. Zur Adressierung der einzelnen µC sind an den Pins 18-21 noch Dip-Switches vorhanden.
Die Verbindung der µC erfolgt auch mit dem RJ9 Kabel. Dabei ist die Pibelegung hier wie folgt:
Pin1: nc
Pin2: B
Pin3: A
Pin4 : GND
Pin5: nc
Pin6: nc

Kommen wir zu der Anzeige am Zielbahnhof:
Bild
Dieses ist eigentlich vom puren Konstruktionsaufwand her auch trivial.
Es gibt den µC mit dem RS485 Adapter und das Display. Diesess wird im 4-Bit Modus betrieben. Softwartechnisch bekommt dieser µC vom µC1 bei frei werden des vorletzten Blockes die Informationen des Zuges übertragen und zeigt dieses an. Da kann rein theoretisch alles angezeigt werden. Rein theoretisch auch noch eine Uhrzeit oder ein Grußwort vom anderen Bahnhof oder ein ASCI-Bild.

Soweit zu der Anzeige!

Kommen wir zur Hardware-Konstruktion:
An der Eingabestelle der Informationen gibt es ein Pult mit Tastern und Schaltern und ein paar LEDs. Dadrunter sind dann die Platinen der Masterplatinen verstaut. Über das SUB-D 25 Kabel wird der Relais Kasten angeschlossen. Von dort geht es mit einer Schlauchleitung zu jedem Block (der Stoppbereich wird lokal gesteuert!). Rein theoretisch kann man nun bei einem Ausfall des Systems hier ein Umschaltpult der konventionellen Art einbauen.
Der Saft für den Relaiskasten kommt über einen SUB-D 19 rein. Dabei werden immer zwei Pole mit einem Kabel verbunden um den Strom und die Last aufzuteilen. Aus dem Stecker kommt eine Kabelpeitsche raus, wo dann die einzelnen Stromversorger angeschlossen werden können.
Die einzelnen Blöcke sind hier zwar als Sub-D 9 Pol eingezeichnet, aber da sollten wohl besser eine Reihe von Lüsterklemmen hin um schnell die Schlauchleitung anzuschließen.
Die Daten gehen über das RJ11 Kabel sowohl zu den Sensoren als auch zwischen den einzelnen Platinen hin und her. Dieses Kabel gibt es als Meterware günstig bei Reichelt und kann nebenbei auch noch für Loconetdaten benutzt werden.


Kosten
Leider wird das kein billiges unterfangen. Also zumindest nicht so billig, wie ich es gehofft hatte.
Wir bewegen uns hier in Finanzbereichen für eine Richtung von rund 40€ plus den Gehäusen und Kabeln. Das sind leider schon Summen, die nicht nebenbei gemacht werden können.
Dafür sind das einmalige Sachen und ein Schritt in die Zukunft.

Puh. Somit bin ich jetzt erstmal durch.

Ich wünsche euch viel Spaß beim nachvollziehen.
Das alles ist - ich wiederhole mich – nicht getestet. Wenn jetzt jemand Ideen oder Fehler gesehen hat, dann kann und soll er das natürlich mir sagen.

Ihr könnt euch auch HIER
das komplette Archiv mit allen Eagle Schaltplänen runterladen.

Felix
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Re: Blockstellensteuerung

Beitrag von Felix » 05 Jul 2009 01:21

Dieses Projekt ist auch nicht eingeschlafen.
Ich habe schon lange eine grundsätzliche Überarbeitung der kompletten Planung im Kopf gehabt und auch schon länger handschriftlich notiert.
Darum wollte ich euch mal eben einen kurzen Hinweis auf den Stand der Entwicklung geben (nachdem ich bis zum Holzworkshop nicht viel fürs TB zu tuen habe).
Zunächst einmal sei erwähnt, dass eine komplett neue Schaltung entstanden ist, welche die Anfängerfehler der ersten Version beseitigen soll.
Nun habe ich mich endgültig auf den CAN-Bus festgelegt. Dieser bietet mit seiner Multi-Master Fähigkeit alles was man will.
Die Eingabe erfolgt nicht mehr kompliziert über viele Drehregler sondern Menü gesteuert mit nur einem "Endlosdrehrad" wie es auch auf den meisten modernen Digitalzentralen eingesetz wird.
Dazu zwei Menütaster und noch ein zwei Sonderschalter. Das wars schon.
Um das ganze nicht in eine ewig komplizierte Menü Struktur einzubinden habe ich mal versucht ein Flussdiagramm der Abläufe der Steuerung zu machen (siehe Anhang).
schleuse-master-ver2.png
Die Masterplatine die ich hier als Schaltplan anhänge ist ein universal Genie. Je nach aufgespielter Software kann diese entweder als Master arbeiten und somit mit den In/Out Equipment wie LCD und Tastern arbeiten oder aber nur die Relais für die Blöcke ansteuern oder sonst was machen. Das hängt ganz davon ab, was an die Pfostenstecker gesteckt wird.

Die Platine ist dabei schlanke 8,6*7cm groß. Somit halten sich die Kosten und der Platz in Grenzen.
Eine geäzte Platine muss es aber schon werden, da der CAN-Controller in DIL Bauart leider nur schwer zu bekommen ist. Somit muss SMD gelötet werden.
schleuse-master-ver2-board.png
Demnächst wird es dann auch mal einen Plan der Frontplatte mit den Bedienelementen geben.
Ich rechne aber nicht mehr damit, das das bis zum nächsten TB etwas wird. Die Prioritäten lagen ja auch schon immer woanders.

Frohes schaffen,
Felix
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Re: Blockstellensteuerung

Beitrag von claus » 05 Jul 2009 15:34

Hallo Felix,
sieht ganz gut aus.
In das Flußdiagramm habe ich mich noch nicht näher reingelesen.

Was mir noch aufgefallen ist, ist daß Du die CAN Verbindung auf die Pins 1-3 gelegt hast. Hat das einen Speziellen Grund (Vertauschbarkeitschutz, Norm usw.) wenn nicht würde ich die Pins in der Mitte nehmen, damit man auch 4 Polige Kabel benutzen kann.

Zum Steuerungsablauf ist mir noch eingefallen, daß der Bediener am Startbahnhof informiert werden muß, wenn ein Zug aus der Automatikstrecke raus ist, damit er die Geschwindigkeit dieser Adresse(n) (bei Mehrfachtraktion) an der Zentrale wieder auf 0 Stellt, damit die Adresse aus der Sendewiederholungsliste raus ist. Sonst schleppt die Zentrale mit der Zeit massenhaft Balast mit.
Das ist glaube ich auch der Grund warum meine Delta BR41 bei Kassel I nicht mehr wollte, da waren evtl. zu viele DCC Daten am Gleis. Also verhältniss DCC zu MM.
Gruß
Claus

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Re: Blockstellensteuerung

Beitrag von Felix » 05 Jul 2009 15:53

Die "Zug übergeben" Anzeige kann man ja dann sehr einfach implementieren.
Das dürfte wohl mit 4 Programmzeilen erledigt sein.

Die Anschlüsse waren erstmal nur beispielhaft. Nach einmal drüber schlafen bin ich zu dem Entschluss gekommen, dass man besten doch auch die RJ45 Buchsen zu verwenden um Kompatibel zu der CAN-Digital-Bahn zu sein. Der Entwickler ist sehr aktiv und das System soll voll kompatibel zu ESU und CS Systemen, die das CAN Protokoll benutzen, sein.

Mein Wunschdenken ist ja mal es irgendwann zu schaffen, diese Steuerung direkt an die entsprechenden Zentralen anzuschließen und so ein großes Netzwerk aufbauen zu können.

Aber das kommt mal irgendwann.

Felix
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Re: Blockstellensteuerung

Beitrag von Gast » 14 Jul 2009 08:46

Hallo Felix,

wenn Du dich für das CdB Projekt interessierts, schaue auch mal hier

http--www.zvonis-bahn.de-data-Bedienungsanleitung_CAN_Module.pdf

Gruß Thorsten

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Re: Blockstellensteuerung

Beitrag von Felix » 14 Jul 2009 18:22

Danke für deine Reaktion Thorsten.
In der Tat ist das CdB Projekt sehr interessant. Allerdings wird es bis zu unserem nächsten TB jetzt definitiv nichts mehr werden.
Dafür stehen leider noch zu viele Projekte auf dem Plan.
Danach kann es aber wieder (im Ramen des zeitlich möglichen) volle Kanne in dieses Projekt gehen (der große Reichelt Karton liegt schon bereit).

Felix
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Re: Blockstellensteuerung

Beitrag von Gast » 15 Jul 2009 07:16

Hallo Felix und auch alle anderen Teppichbahner,

ihr wisst hoffe ich, dass Ihr ihr die CdB Module auch als Digitalsystem zum Weichenschalten "ohne" eine zusätzliche Zentrale nutzen könnt.

Ich habe da nur die Holzkisten gesehen, mit den vielen Kabeln. Wenn man die Eingaben mit einem GleisReporter in den CAN-Bus spielt, kan man diese Information (Schater- oder Tasterstellung) mit einem GleisMonitor an jeder beliebigen Stelle im Bus wieder raus fischen. Mit einer kleinen Treiberplatine am GleisMonitor kann díeser auch Weichen oder Signale schalten.

Dies nur mal so zur Info. Das CdB-Projekt ist eigentlich für solche Anlagen gedacht. MAL eben was umbauen ohne viele Kabel ziehen. Ich verdrahte eben nicht gern :)

Gruß Thorsten

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Re: Blockstellensteuerung

Beitrag von NOPAG » 19 Jul 2009 16:00

Hallo Felix,

heute befasse ich mich erstmals direkt mit KII.
Da mich die Betriebsorganisation langfristig auch sehr interessiert, und ich auch beruflich mit Can-bus zu tu habe wollte ich mir das CdB mal anschauen, aber der Verweis "http--www.zvonis-bahn.de-data-Bedienungsanleitung_CAN_Module.pdf" geht bei mir nicht. Stell doch mal den richtigen ein.
Ansonsten mein Wunsch für die Blockstellen-Kür: Zug kann bis in Bahnhofsgleis fahren, wenn der FDL (Fahrdienstleiter, bei dir Bahnhofswart) nicht pennt und immer rechtzeitig abfertigt. Sonst sieht nämlich die Strecke nicht öde und leer aus (wie im Großbetrieb auch die meiste Zeit) sondern vollgestellt wie auf dem Lokfriedhof!
D.h. keine Ausfahrt aus A vor Annahme von B (mündlich oder elektrisch)!

mfG Nopag
Ob die werten TeppichbahnerInnen vorstehende Äußerung mir als mir oder als TBV-Gründungs-Vorstand zurechnen wollen, überlasse ich ab 24.6.12 dem gesunden Menschenverstand.

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