Inteligentní ovládání segmentové točny (N) a dalších zařízení na modelovém kolejišti

P1170424_1kPřed více jak šesti lety jsem na webu Honzíkovy vláčky popsal stavbu segmentové točny z leptu v měřítku N, pořízenou od německé firmy Ndetail.de – ZDE. Sestavený model šel záhy do šuplíku hned z několika důvodů. Jednak jsem pro něj nenašel místo na budovaném kolejišti, ale hlavně jsem se nemohl rozhodnout jak budu ovládat pohyb mostu točny.

  Dávno jsem přestal řešit názory některých znalců železnice, zda se segmentové točny vyskytovaly na československých kolejích. Dnes už vím, že vyskytovaly, byť ne ve velké míře. Hlavně v tzv. Sudetech, což možná vycházelo z toho, že na německých železnicích tyto točny měli. Pamětníci si třeba vzpomněli na nádraží v Josefově Dole. Ale to, jestli si postavím nebo nepostavím segmentovou točnu na kolejišti, nemá v mém případě nic společného s historií naší železnice. Nedávno mne napadlo, že si rozšířím zkušební kolej nad pracovním stolem, a právě tam jsem našel pro segmentovou točnu uplatnění.

  Opět ovšem přišla na řadu diskuse o nejvhodnějším pohonu modelu segmentové točny, samozřejmě kde jinde než na Modelářské besedě v Naganu :-) . Potvrdilo se zase ono známé, že všechno má svůj čas. Jindra Fučík nejdříve prskal, že jsem jako jednu ze základních premis pro vývoj elektroniky definoval analogový provoz, ale pak nakonec toto řešení přivítal, protože tím pádem mohl vymyslet a sestavit prototyp pohonu, který bude navíc aplikovatelný nejen u zmíněné segmentové točny, ale také všude tam, kde je potřeba na kolejišti něco posunout v linii odněkud někam (jeřáb, vozík, celou posuvnu atd.), anebo přes vhodný převod i v jiném směru (otevřít vrata, zvednout závory atd.). O elektronickém řešení se zmíníme ve druhé části článku.

17-segemnt-tocna_800

Obr. 1 – Segmentová točna v měřítku N vyrobená z leptu od firmy Ndetail.de

.

I. Řešení ovládání pohybu mostu segmentové točny

  Za velmi důležité při rozhodování o způsobu ovládání pohybu mostu točny považuji fakt, že jsme opustili možnost řešení přes otočný čep mostu (např. pomocí serva, převodů, páky apod.), protože hlavním a zásadním nedostatkem takového řešení by bylo obtížné řešení přesnosti nastavení kolejí mostu proti výtažným kolejím.

  Padlo rozhodnutí ukotvit pohybový mechanismus mostu právě do místa, kde se stýkají koleje (mostu s těmi výtažnými), tedy na přední čelo mostu, ovšem s tím, že bylo nutné vzít v úvahu, že konec kolejí opisuje kruh o poloměru rovném vzdálenosti mezi otočným čepem mostu a koncem koleje, tj. xxx mm.

  V úvahu přicházela tři řešení pohybu mostu:

  • zaprvé, pomocí závitové tyče poháněné přes převody nějakým elektromotorkem, kde bude jezdec pohybující se na tyči spojen s čelem mostu  (jak je to patrné např. ZDE);
  • pomocí jednoduchého lineárního modelářského serva ovládaného běžným dekodérem pro modelářská serva; toto řešení má ale několik nedostatků, především, že lineární modelářská serva nemají dostatečný efektivní zdvih a jejich přesnost také není velká;

linear_servo

Obr. 2 – Lineární modelářské servo

  • pomocí továrně vyráběné DVD mechaniky, což je krokový motor se závitovou tyčí o vysokém stoupání, vše umístěné v kompaktním kovovém držáku s plastovým korpusem.

B-04F_500

Obr. 3 – Mechanika s krokovým motorem a šroubovicí s vysokým závitem

 .

  Poslední řešení se nakonec ukázalo jako správné, dostatečně přesné, levné a relativně snadno programovatelné. V daném případě jsme na eBay koupili mechaniku označenou B-04F drive stepper motor screw with a nut slider small Stages 2-phase 4-wire (cena bez poštovného činila necelých 10 dolarů).

Specifikace mechaniky:
• Typ motoru: 2-fázový 4-vodiče
• Napětí motoru: DC 4-5V
• Délka šroubu: 73 mm
• Efektivní zdvih jezdce: 63 mm
• Stoupání šroubovice: 3 mm
• Úhel pootočení o jeden krok: 18°
• Velikost mechaniky: 90 x 30 mm

  Mechaniku B-04F tvoří šroubovice, kterou pohání čtyř-vývodový krokový motor na 5V (při chodu odebírá cca 0,8A), kde jeden krok představuje pootočení šroubovice o 18°. K jedné otáčce o 360° je tedy zapotřebí 20 kroků (360°/18°=20). Jezdec s vnitřním závitem (plastový kvádr s předvrtanými závity pro dva montážní šroubky) se po pohybuje po šroubovici a navíc je veden opěrnou tyčí. To vše je zabudováno v dostatečně robustním kovovém rámu připevněném na plastový sokl. Nutné podotknout, že tyto DVD mechaniky jsou vyráběny různě velké v závislosti na délce a stoupání šroubovice. A ještě jedna poznámka: Zdánlivě velké stoupání šroubovice bude naprosto dostatečné pro přesnost pohybu mostu točny, resp. napojení kolejnic. Námi vybraná mechanika má stoupání šroubovice 3 mm. Tedy při dvaceti krocích na jednu otáčku motorku bude délka posunu jezdce 3/20=0,15 mm.

  Jak ale zdůrazňuje Fulda, bylo by nesprávné se domnívat, že šroubovici lze v použité mechanice dodatečně vyměnit, třeba za delší. „To by bylo velmi obtížné, protože motor nemá „přední ložisko“, šroubovice prochází jako středová hřídel celým motorem a ložisko je až na konci šroubovice ukotvené v rámu mechaniky.“ Proto je potřeba – v závislosti na řešeném úkolu – vybrat rozumně z bohaté nabídky mechanik tu správnou, jinými slovy s dostatečnou rezervou efektivního zdvihu jezdce.

Úprava segmentové točny Ndetail.de pro pohon DVD mechanikou

  Vždycky je horší něco již hotové upravovat, jak to celé navrhnout a vyrobit od začátku. Myslím, že není nutné opakovat postup sestavení segmentové točny od Ndetailu.de, protože jsem to dostatečně podrobně popsal v článku publikovaném ZDE. Každému, kdo se chce pustit do stavby této točny vřele doporučuji zamyslet se nad navrženými úpravami leptu a jeho sestavováním, jak popisuji dříve. Za kritické při sestavování leptu považuji:

  • vytvoření nosné konzoly, která se sestává z dílů 10, 11, 12 (viz návod) a ocelové kulatiny (otočný trn mostovky); lepší než pracné sestavování dílů s povinností dodržet kolmost trnu by bylo vysoustružit mosazný váleček s otvorem pro ocelový trn a manžetou, za kterou by se váleček přiletoval k mostovce,
  • ložisko v jámě točny (do kterého se zasouvá trn mostovky), pro něž výrobce nedodává trubičku správného vnitřního průměru,
  • dostatečně stabilní umístění ložiskové skříně kol, které se pohybují po kolejnici instalované na dně jámy. Jde o to, že i když (jako popisuji v minulém článku) se ložisková skříň zdá být dostatečně robustní a stabilní, není tomu tak, protože přece jenom je složena z alpakového plechu tl. pouhých 0,2 mm. Navíc se musí opatrně ohýbat v závislosti na postupu montáže. Pomoc je ale snadná – mezi horní kryt skříně a spodek mostovky se vloží a zalepí plastové výztuhy (viz obr.). Pozor, aby se lepidlo nedostalo na osy koleček.

  Jestliže jsem v minulém článku napsal, že jsem nezkracoval trn mostovky, ani trubičku (ložisko) v jámě točny, měl jsem v nose. Přišel jsem totiž na to, že mostovku točny by mělo něco stále přitlačovat směrem do jámy, aby vždy, zvláště při pohybu mostu, se kolečka dotýkala pojezdové kolejnice v jámě točny. Vyřešil jsem to pružinou nasunutou na trn a zajištěnou svorkou vyštípnutou z tzv. elektrikářské „čokolády“. Samozřejmě, sestavení jsem udělal až nakonec po úpravě čela mostu, kam jsem musel vymyslet a namontovat upínací mechanismus, který bude v kontaktu s DVD mechanikou.

otočny-trn_1k

Obr. 4 – Detail pružiny, která zajišťuje přitlačení mostovky do jámy (kvůli snazšímu fotografování je snímek vzhůru nohama)

.

Upínací mechanismus

  Po nalezení vhodného místa pro přišroubování DVD mechaniky zespodu k jámě točny (dvěma šroubky) a vymezení polohy jezdce DVD mechaniky jsem z několika dílů sestavil upínací mechanismus. Použil jsem k tomu materiál dostupný v každé dílně: kousek hliníkového jäklu, kousek pertinaxu, kousek distanční tyčky z hliníku, šroubky, matičky a podložky. Možná lépe jak složitý popis napoví fotografie. Aby ale bylo jasno pro ty, kteří jsou hned se vším hotovi – vymýšlel, zkoušel a sestavoval jsem tuto hloupost dva dny! Teď už se to zdá být jak brnkačka… Proto mne rozesmála věta přítele Fuldy, který coby člověk zaměřený na zcela jiný obor na svých stránkách napsal: „Honza statečně přidělal pohon k segmentové točně.“ A dost!

  Honza ani ne tak statečně, jako pracně a s vypětím zbývajících duševních sil sice vymyslel a zrealizoval uchycení DVD mechaniky k segmentové točně od Ndetail.de, ale až pak se dozvěděl, že tam ještě musí instalovat koncový spínač, bez kterého elektronika nebude makat. Povedlo se splnit i tento dodatečný úkol :-) .

Sestava_1k

Obr. 5 – Sestava segmentové točny a ovládací mechaniky:

A – korpus mechaniky přišroubovaný zespodu k jámě točny; B – krokový motor; C – šroubovice s vysokým závitem; D – jezdec; E – pertinaxová destičky s vybroušeným otvorem pro kolík (J); F – seřizovatelný doraz mikrospínače; G – koncový mikrospínač; H – úhelník, přišroubovaný na čelo mostovky; I – šroubek kolíku; J – vodicí kolík

P1170173_1k P1170174_1k
P1170175_1k P1170408_1k

Obr. 6 – 9 – Snímky ukazující postupný vývoj připevnění mechaniky ke spodku jámy točny (na snímku 9 je již patrné připevnění koncového mikrospínače

.

P1170409_1k upinaci-mech_1k
upinaci-mech-2_1k upinaci-mech-3_1k

Obr. 10 – 13 – Detailní snímky řešení upínacího mechanismu; na snímku 11 je patrné vyztužení skříně pojezdových kol (viz šipka) vložením a přilepením plastové podložky

.

II. Elektronika k pohonu mostu

  Jak už bylo uvedeno, při řešení čím a jak pohybovat mostem točny se nejprve zvažovalo použití jednoduchého lineárního modelářského serva spolu s běžným dekodérem pro modelářská serva. Kvůli popsaným nedostatkům bylo nakonec rozhodnuto o použití mechaniky osazené krokovým motorkem a závitovou tyčí s vysokým stoupáním. Byla vybrána a na eBay koupena mechanika označená B-04F (specifikace výše).

  Jelikož bylo definované, že ovládání bude analogové (tedy bez připojení k nějakému digitálnímu systém ovládání kolejiště jako je Lenz, ROCO aj.) byl při řešení elektroniky navržen autonomní řídící modul, který má následující funkce. Podrobné řešení elektroniky je uvedeno na webu Jindry Fučíka ZDE.

Aktuální funkce modulu:

  • ovládání jednoho krokového motoru s lineárním posunem,
  • analogové ovládání tří poloh,
  • tři tlačítka pro jednotlivé polohy,
  • každá poloha je individuálně nastavitelná.

Hardware

  Hardwarové řešení je velice jednoduché. Základem je procesor, k němu je instalován budič krokového motoru a potřebná ovládací tlačítka. Aby nebylo zařízení tak fádní, jsou k němu přidány dvě LED (provozní a programovací) a konektor pro programování procesoru (ICSP). Ovládací tlačítka jsou tři (pro volbu polohy mostu, ozn. 1, 2, 3), čtvrté slouží k programování (Prog). Toto tlačítko je nižší, může být tedy „schované“ v krycí krabičce, příp. dostupné přes malý otvor stejně jako jsou řešena resetovací tlačítka u různých přístrojů.

osazena-DPS_1k

Obr. 14 – DPS osazená součástkami (s popisem)

.

Software

  Software nepředstavuje nic komplikovaného. Za hodné zřetele snad lze považovat vyhledávání koncového spínače a práce s ofsetem krokového motoru, a pak také fakt, že modul počítá polohu jako 16 bitové číslo (maximálně 65535 kroků) na osmibitovém procesoru, takže se všude provádí přepočet. Vytváření polovičních kroků přímo na procesoru asi nebude pro nikoho, kdo používá krokové motory, žádným překvapením.

  Z čistě praktických důvodů byl vytvořen program ve dvou variantách. Liší se pouze tím, na kterou stranu otáčí motorem. Směr otáčení se dá sice změnit i prohozením vodičů, ale to není nejvhodnější řešení; lepší jsou správně „nacvakané“ vodiče a použití konektorů se zámkem. Změna směru otáčení motoru softwarem se jeví jednodušší.

První spuštění a základní nastavení

  Nejdříve je potřeba provést základní nastavení modulu. Před tím se rozhodně doporučuje vymontovat most, aby při pohybu jezdce do špatně odhadnuté (zejm. krajní) polohy nedošlo k vážnému poškození upínacího mechanismu mostu, příp. i boků jámy točny.

  Po zapnutí modul nic nedělá. Je to tak naprogramováno proto, aby se po nečekaném výpadku napájení nepokoušela točna pohybovat například tehdy, když lokomotiva přejíždí z výtažné koleje na točnu. Takže, k prvnímu posunu jezdce dojde až po stisku některého tlačítka.

  Jezdec se vždy nejprve rozjede směrem ke koncovému spínači (Pozor: pokud se naopak jezdec rozjede opačným směrem, je nutné použít druhý software – viz výše).

  Po dojetí „na spínač“ (a jeho aktivaci) se jezdec rozjede směrem ke zvolené poloze. Nejdříve se proto zkouší poloha 1; ta je ve výchozím stavu velmi blízko spínače, takže se motor nerozběhne nikam daleko.

  Následně se vyzkouší polohy 2 a 3 a ověří se, že všechny polohy (1, 2, 3) jsou v toleranci efektivního zdvihu mostu, jinými slovy, že při opětovném namontování mostu nemůže dojít v krajích polohách k havárii a poškození točny.

  Pokud je naopak některá krajní poloha mimo efektivní zdvih, je potřeba polohu nastavit v požadovaném rozsahu (viz kapitola Nastavení za provozu).

Poznámka pro zkušené programátory (viz též ZDE): Pokud je některé poloha mimo možnosti vašeho motoru, pak je nutné upravit nastavení pomocí přímého zápisu do eeprom paměti procesoru. Na následujícím obrázku je screenshot z programovacího nástroje s obrazem paměti eeprom. V červeném rámečku je dvojice hodnot, které udávají polohu prvního výjezdu. Hodnoty se ukládají jako little endian což trochu mate při čtení. V našem případě tedy hodnota 00:0A = 000Ah = 10. Tedy první poloha je deset kroků od spínače. Druhá poloha je uvedena v zeleném rámečku (00:C8 = 200) a třetí poloha je uvedena modrém rámečku (01:90 = 400). Hodnoty je možné si upravit tak, aby se posun vešel do délky motoru.

Nastavení ovládání pohybu mostu za provozu

  Upravit kteroukoliv ze tří poloh (např. po zabudování segmentové točny do kolejiště, nebo po nalepení výtažných kolejnic) lze udělat jednoduše kdykoli za provozu.

  Potřebujeme například přesně doladit polohu mostu v pozici 1. Postupuje se následovně: Počkáme, až po stlačení tlačítka „1“ most dojede do této polohy. Nyní třeba zjišťujeme, že koleje na sebe přesně nenavazují. Stiskneme tlačítko „Prog“, tím se rozsvítí programovací LED a modul je uveden do nastavovacího (programovacího) režimu. Ovládací tlačítka mají alternativní funkce, to znamená, že v programovacím režimu modulu má tlačítko „1“ funkci „+“, tlačítko „2“ má funkci „-“, tlačítko „3“ má funkci „OK“ a tlačítko „Prog“ má funkci „Esc“.

  Pomocí tlačítek „+“ a „-“ posouváme mostem do požadované polohy a tuto polohu zapíšeme stiskem tlačítka „OK“. Pokud se rozhodneme, že polohu nechceme zapsat, jednoduše stiskneme tlačítko „Prog“ = Esc a most se vrátí na původní místo. Tlačítka „+“ a „-“ umožňují při delším stisknutí plynulý pohyb mostu o větší vzdálenost.

  Pro úplnost je třeba doplnit, že jednotlivé autorem označené polohy nemusí dodržovat žádné pořadí, tedy že poloha 1 byla zvolena nejblíže ke koncovému vypínači. Bez problému ji lze přeprogramovat na opačnou stranu. To samé lze učinit i s polohami 2 a 3. Je ovšem otázkou, nakolik je to pro uživatele praktické.

Závěr

  Popsané ovládání segmentové točny (a jiných obdobných zařízení) na modelovém kolejišti je relativně jednoduché a elegantní zařízení, postavené z dostupné a levné DVD mechaniky a modulu ovládací elektroniky. Právě pro jednoduchost konstrukce i programu jej jeho autor považuje za školní příklad a proto ho velkoryse nabízí komukoliv za dodržení podmínek licence Creative Commons BY-NC-ND – blíže ZDE. Program si lze stáhnout na webu Jindry Fučíka ZDE. Neznamená to ale, že si s ním uživatel může dělat co se mu zlíbí. Navíc je soubor poskytovaný jako „postcardware“. To znamená, že si jej uživatel může stáhnout až tehdy, když odešle poštovní pohlednici na adresu autora.

  Pokud jde o nákup leptu od Ndetail.de či nákup DVD mechaniky na eBay, toto autoři článku nezajišťují ani zajišťovat nebudou (např. prostřednictvím N-šopíku). Stejně tak se nepočítá s tím, že by toto zařízení bylo ať už jako stavebnice, nebo jako hotový výrobek nabízeno v e-shopu DIGI-CZ.

  Náklady na stavbu segmentové točny v měřítku N s ovládáním jsou přibližně následující:

  • lept segmentové točny od firmy Ndetail.de stojí 48,90 € (plus poštovné),
  • DVD mechanika zakoupená na eBay přijde na cca 10 dolarů,
  • DPS včetně potřebných součástek vyjde na asi 250 – 300 Kč,
  • software nabízí Fulda v rámci licence Creative Commons BY-NC-ND.

A jedno doporučení úplně nakonec podle zásady „kdo maže, ten jede“. Než se začne s testováním DVD mechaniky, je nanejvýš vhodné namazat šroubovici kvalitní „hodinářskou“ vazelínou. Pak je chod mechaniky absolutně tichý.

 

Video – ukázka chodu segmentové točny osazené modulem – ZDE

 

Foto, video a text hlav a Fulda

.

Rubrika: Doplňky, Elektronika, Kolejiště, Mechanika, MODELY, STAVBY, TECHNIKA, ZPRÁVY

Komentáře: 2

  1. Míra napsal:

    Super řešení, ale mám malé kolejiště.
    Potřebuji nápad jak kolejiště zvětšit, ale ne jenom pro segmentovou točnu ale i pro vojenské vlaky, obrněné vlaky atd. Tohle řešení tam nemáš?
    Míra

  2. Zdeněk Šulc napsal:

    Zdravím, paráda zase ukázka šikovných českých ručiček.

Vložit komentář

Text komentáře: