Pubblicato il 16 gennaio 2021, ultima modifica 18 giugno 2021
Abbiamo in passato discusso dei ponti trasbordatori, ed anche di quelli girevoli (Dreh-schiebebühne), rappresentati da un modello Minitrix in scala N.
Il modello Minitrix è predisposto per l’analogico e per il digitale Selectrix (la primissima versione di digitale ferromodellistico prodotta da Doehler e Haas e licenziata da Trix negli anni ’80), ma non per altri tipi di digitale. La documentazione disponibile, che abbiamo discusso in una nota tempo fa, non ne descrive la parte elettrica ed elettronica: ad esempio non è noto quali siano i pin. Una vecchia discussione su 1zu160 ne propone una conversione al digitale, ma la “ricetta “proposta richiede di intervenire fisicamente sulla piattaforma, saldando e dissaldando componenti, ed intervenendo meccanicamente in modo invasivo e irreversibile.
A noi interessava poterla controllare (se possibile senza apportarvi modifiche, o almeno non modifiche irreversibili) tramite un microcontroller digitale, come Arduino, o l’ESP32 che ad esso preferiamo. Ci siamo quindi messi a studiarla. Alla fine è stato meno difficile di quanto pensavamo, e siamo dunque in grado di realizzarne un meccanismo di controllo alternativo, e per chi volesse, anche la digitalizzarne la parte “ferroviaria” senza intervenire sulla piattaforma stessa (o quasi). Anzi, alla fine la versione digitale sarà, come vedremo, persino più semplice di quella analogica.
Per far venire un po’ di appetito, ecco un video dimostra il risultato, con la piattaforma controllata da un telefonino.
Iniziamo ora a spiegare passo passo tutto quel che serve. La prima fase è la comprensione del funzionamento della piattaforma, e l’identificazione degli input. La successiva sarà la movimentazione delle piattaforma, e l’ultima la movimentazioni dei rotabili (analogici e digitali) su di essa.
Il controllo della piattaforma può essere suddiviso logicamente in due componenti: quella “infrastrutturale”, ovvero il controllo della piattaforma stessa e dei suoi movimenti (traslazione e rotazione del ponte), e quella “ferroviaria”, intendendo con quest’ultimo termine il controllo delle motrici che vi transitano sopra.
La soluzione proposta di Minitrix consiste nel separare elettricamente i binari afferenti alla piattaforma del resto del plastico, e nel controllare questi ed il movimento della piattaforma stessa tramite un quadro comandi completo.
Il quadro presenta una barra scorrevole per la traslazione del ponte, un bottone giallo per farla ruotare (solo se si trova in posizione centrale), un reostato per controllare il movimento della motrice, e due bottoni rossi: questi alimentano elettricamente rispettivamente il binario alla destra e alla sinistra del ponte. Tutti i binari adiacenti alla piattaforma e da essa controllati devono essere sezionati rispetto al resto del plastico, e sono privi di corrente eccetto quando il ponte è in corrispondenza di essi ed il relativo bottone rosso è premuto.
Il quadro comandi deve essere alimentato con una sorgente alternata a 15 V, ed è connesso alla piattaforma tramite due piattine multipolari, una con connettori rossi da 8 poli ed l’altra con connettori neri da 10 poli.
In passato abbiamo descritto come si usa la piattaforma, e discusso di alcuni suoi dettagli meccanici. Qui approfondiamo gli aspetti elettrici di controllo, non documentati nelle istruzioni ufficiali e, a quanto ci risulta, nemmeno in rete.
Identificazione dei pin dei connettori
Il primo problema è stato individuare il ruolo dei singoli pin, cosa che abbiamo potuto fare con un tester e seguendo le piste stampate nella parte elettrica della piattaforma. Per facilitarci il compito abbiamo fotografato la piattaforma e colorato alcune piste con un editor grafico.
Prima di discutere il risultato, dobbiamo familiarizzare con alcuni aspetti della piattaforma. Se la disponiamo in modo che gli spinotti siano in basso e la guardiamo da sopra, possiamo notare negli ovali blu dei contatti (tre a sinistra, due a destra), e tre binari (ovali verdi e giallo) sui quali trasla il ponte.
I binari individuati dall’ovale giallo portano corrente ai binari del ponte (la rotaia di sinistra a quella in basso sul ponte, quella di destra a quella in alto).
Le due rotaie del binario nell’ovale verde a destra hanno la stessa corrente: un polo per alimentare il motore di traslazione incorporato nel ponte. Il binario di sinistra porta l’altro polo, ma le sue rotaie destra e sinistra, pur interconnesse elettricamente dal ponte stesso, sono alimentate indipendentemente (mistero che risolveremo tra poco).
Possiamo ora passare a discutere l’alimentazione dei singoli pin della piattina.
Guardando dal lato degli spinotti, numeriamo i pin da sinistra a destra:
Connettore rosso
1 | Non usato |
2 | Rotaia sinistra del binario sinistro nel letto del ponte ((Primo polo di alimentazione per il motore di traslazione) |
3 | Rotaia destra del binario sinistro nel letto del ponte (Primo polo di alimentazione per il motore di traslazione) |
4 | Rotaia sinistra del binario centrale (e quindi rotaia superiore del ponte) |
5 | Tutte le rotaie inferiori dei binari di accesso sul lato sinistro |
6 | Tutte le rotaie inferiori dei binari di accesso sul lato destro |
7 | Rotaia destra del binario centrale (e quindi rotaia inferiore del ponte) |
8 | Polo di alimentazione per il motore di traslazione, connesso con entrambe le rotaie del binario destro nel letto del ponte |
I poli 2 e 3 sembrano dei duplicati, ne capiremo i dettagli di funzionamento più avanti. Comunque applicando una tensione con polo positivo su 2 e/o 3, e negativo su 8, il ponte si muove nella direzione che va verso il basso (ovvero verso il lato su cui si trovano gli spinotti), almeno sulla nostra piattaforma.
Connettore nero
Nel discutere di questo connettore, numeriamo i binari di ingresso/uscita a partire dal basso.
1 | Ingresso segnale presenza per tutti i binari di accesso |
2 | Primo polo di alimentazione per il motore di rotazione |
3 | Secondo polo di alimentazione per il motore di rotazione, connesso anche con il polo 8 rosso |
4 | Segnale presenza binario 1 |
5 | Segnale presenza binario 2 |
6 | Segnale presenza binario 3 |
7 | Segnale presenza binario 4 |
8 | Segnale presenza binario 5 |
9 | Segnale presenza binario 6 |
10 | Segnale presenza binario 7 |
Funzionamento elettrico della piattaforma
Vediamo ora come funziona la piattaforma. Iniziamo dando uno sguardo al ponte da sotto. Nella foto seguente vediamo le due linguette metalliche che strisciano sul binario sinistro (le due linguette sono in contatto elettrico tra loro). Notiamo anche la terna di contatti sulla sinistra (sono collegati tra loro). All’estremità opposta del ponte (fuori dalla foto) vi è una analoga coppia di contatti connessi tra loro.
Al centro, come da disegno seguente, vi sono due linguette analoghe a quelle già viste. Sono per il binario centrale, e sulla destra ve ne sono altre due per il terzo binario.
La presenza del ponte mette in collegamento tra loro i tre contatti di sinistra che avevamo visto nell’ovale blu, e altrettanto fa con i due di destra. Iniziamo da questi ultimi. Di ogni coppia di contatti (una per ciascun binario di accesso) quelli in basso sono tutti collegati tra loro, e con il pin 1 Nero. Quelli superiori sono collegati ciascuno con uno dei pin neri tra 4 e 10. Pertanto, dando in ingresso un segnale sul pin 1 nero, lo ritroveremo in uscita sul pin corrispondente alla posizione del ponte: abbiamo quindi un semplice sistema di rilevamento che ci dice se il ponte è in corrispondenza di un binario, e se sì di quale. In alternativa, potremmo mettere in ingresso ai pin da 4 a 10 un segnale riconoscibile (ad esempio una corrente continua di un certo voltaggio, diverso per ciascun pin): la lettura del voltaggio sul pin 1 ci permetterebbe allora di individuare quale sia la sorgente. I diversi voltaggi sarebbero ottenibili ad esempio a partire da una unica sorgente a tensione data, e resistenze di diverso valore per ognuno dei canali di ingresso.
L’informazione così ottenuta è usata dalla logica di controllo del posto di comando per azionare la traslazione e, se il ponte è sul binario centrale (n.4), la rotazione.
Passiamo alla terna di contatti che abbiamo a sinistra: anche di queste ce ne è una per ciascun binario di accesso. Di ogni terna, quelli centrali sono tutti in contatto tra loro, e sono collegati al pin 4 rosso. Quelli in alto sono connessi con la rispettiva rotaia di accesso in alto a sinistra, e quelli in basso alla rotaia di accesso in alto a destra. Dei binari si accesso a sinistra, tutte le rotaie in basso sono connesse tra loro e collegate al pin 5 rosso, mentre quelle corrispondenti dei binari a destra sono interconnesse e collegate al pin 6 rosso. Tali pin vengono alimentati rispettivamente dai pulsanti rossi sinistro e destro del quadro comandi.
Dunque, grazie alla terna di contatti a sinistra, la presenza del ponte fa sì che siano alimentate le rotaie superiori (per il solo binario in corrispondenza del quale si trova il ponte) sia a destra che a sinistra, mentre i due pulsanti rossi del comando danno corrente alle rotaie inferiori rispettivamente di destra o di sinistra. E’ quindi come giocare a battaglia navale: la posizione del ponte dà la coordinata in verticale, mentre i due pulsanti rossi permettono di scegliere in orizzontale tra destra e sinistra: la combinazione dei due fattori individua un singolo binario che viene alimentato tra i 14 che afferiscono al ponte (7 a destra e 7 a sinistra) La motrice che vi si trovi si muoverà, mentre tutte le altre resteranno immobili. Questo quindi semplifica grandemente la gestione della zona attorno al ponte trasbordatore, senza bisogno di cablare individualmente ciascun binario. Per contro, tale zona è comandata separatamente dal resto della stazione, il che può essere un vantaggio, ma anche no.
Ci resta però da capire quale sia la relazione tra i pin rossi 2 e 3, in quanto essi alimentano separatamente le due rotaie del binario individuato dall’ovale verde di sinistra. Il ponte mette in contatto elettrico le due rotaie: dunque perché avere due alimentazioni separate?
Guardiamo con attenzione la piattaforma, possiamo osservare che in corrispondenza di ciascun binario di accesso, in corrispondenza del binario alimentato dal pin 2 rosso si trova un piccolo diedro che sopravanza in altezza il binario stesso di uno o due decimi di millimetro (solo sul lato dove abbiamo le terne di contatti).
Ovviamente sulla parte rotante i diedri sono presenti su entrambi i lati, in modo che anche con una rotazione di 180º tutto torni a posto.
Scopo di ciascun diedro (che è di plastica, dunque non elettroconduttore) è di fare sì che la linguetta strisciante si sollevi quanto basta per perder contatto con la rotaia. Dunque se il pin 3 rosso è alimentato vi sarà comunque corrente e la traslazione continuerà, ma se è alimentato solo il pin 2 rosso il ponte si ferma. Non sappiamo esattamente quale sia la logica di controllo implementata nel quadro comando, ma sostanzialmente è del tipo: dai sempre corrente al pin 2 rosso, e se non sei in corrispondenza del binario di destinazione, mantieni alimentato anche il pin 3 rosso, così da oltrepassare il diedro. Quando ti trovi in corrispondenza del binario di destinazione, come rilevabile dalla coppia di contatti di destra, leva la corrente al pin 3 rosso. Il ponte continuerà a traslare finché non sarà esattamente al centro del binario di accesso, ovvero sul diedro: allora si fermerà, perché il diedro solleverà la linguetta togliendo il contatto elettrico con la rotaia e il motore che fa traslare il ponte non riceverà corrente.
La coppia di contatti di destra sarebbero stati sufficienti a decidere di fermare il ponte, ma non con la precisione desiderata. Il meccanismo basato sui diedri fa di meglio. Naturalmente è necessario che il ponte non viaggi troppo veloce, altrimenti per inerzia potrebbe bypassare il diedro e poi proseguire. A questo fine, il quadro comandi alimenta i motori (di rotazione e traslazione, che peraltro sono ben demoltiplicati) a circa 5,5 V. Per maggior sicurezza, i pin 2 e 8 sono connessi da una coppia di diodi zener da 8,2 V opposti, nella configurazione nota come “tosatore”, che taglia le correnti superiori ad una soglia data (nel caso specifico poco sopra il valore nominale di 8,2 V).
Come vedremo, questa coppia di diodi zener (ovale giallo in figura sotto) ci darà qualche problemino quando proveremo a costruire un nostro meccanismo di controllo alternativo per la piattaforma.
Vi è un’altra cosa da notare: entrambe le rotaie del binario di sinistra sono sezionate alle estremità, dunque in alto e in basso (nella foto con la quale discutevamo dei diedri è evidenziato uno dei quattro sezionamenti). Sulla rotaia alimentata dal pin 3 rosso, a cavallo dei sezionamenti, vi sono diodi disposti opportunamente (se ne vede uno nell’ovale rosso nell’immagine sopra, l’altro è all’estremo opposto delle piastra, fuori dalla foto). Quindi nel caso il ponte oltrepassi i binari estremi, si ferma a fondo corsa finché non viene invertita la direzione di traslazione. Le estremità della rotaia alimentata dal pin 2 sono invece sezionate ed isolate elettricamente (si sarebbero potuti mettere diodi anche su quella, ma sono stati considerati superflui dai progettisti Minitrix).
Vi sono dei condensatori (ovale verde), uno per binario. Sono posti sui circuiti di rilevazione di presenza (tra il pin 1 nero e i pin 4…10 nero), e immaginiamo servano a stabilizzare la corrente in caso di piccole perdite di contatto. Infine, una resistenza (che ci pare a basso valore) interconnette il polo comune di alimentazione dei motori di rotazione e traslazione, pin 8 rosso e 3 nero (ovale blu): non ci è chiara la sua funzione. In ogni caso, né la resistenza né i condensatori hanno particolare rilevanza ai fini della progettazione che ci interessa fare.
Conclusione
A questo punto abbiamo compreso il meccanismo di funzionamento: anche se qualche piccolo dettaglio manca, abbiamo elementi sufficienti. Diventa quindi facile progettare un sistema di controllo alternativo che riproduca le stesse funzionalità ma magari con condizioni diverse, ottenendo ad esempio vari vantaggi:
- eliminazione della necessità di avere un regolatore di velocità dei rotabili separato dal resto della stazione;
- possibilità di integrare il controllo in un sistema complessivo basato su microcontrollore, ad esempio realizzando una interfaccia web così da poter controllare il ponte trasbordatore da computer o da telefonino;
- possibilità di sostituire l’alimentazione analogica dei binari con una alimentazione digitale anche di tipo DCC.
Per ora lo lasciamo come esercizio per chi si voglia cimentare: ci siamo già dilungati abbastanza. La soluzione sul come realizzare queste possibilità la diamo in dettaglio nelle successive due puntate:
Terminiamo dicendo che quanto discusso qui dovrebbe essere facilmente applicabile anche alla versione attualmente a catalogo del ponte trasbordatore Minitrix, che è privato della rotazione ma che è chiaramente derivato da una semplificazione dello stesso progetto.
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