Inleiding - Analoog versus digitaal

Zoals je in de inhoudsopgave reeds hebt kunnen lezen is de informatie in dit blog opgedeeld in 4 keuzes en 5 opties.

Keuzes:

Om digitaal te kunnen rijden moet je keuze 1 tm 4 in ieder geval maken, want dat heb je altijd minimaal nodig:

1. Railsysteem
2. Besturingsprotocol
3. Een centrale
4. Locomotief met een decoder

Opties:

Opties 5 tm 9 zijn, zoals de naam al doet vermoeden, optioneel. Het is aan jou of je de digitale sturing, desgewenst stapsgewijs, nu of in de toekomst nog verder door wil voeren met:

5. Besturing met een PC of tablet
6. Wissel- en ontkoppelsturing, seinen
7. Terug- en bezetmelding
8. Stroomblokken
9. Aansturing van accessoires

De testbaan

Onderstaand baanplan heb ik gebruikt om de stap van analoog naar digitaal modelspoor te maken. Ik weet ook wel dat het qua scenery niet echt een spannend en realistisch plan is. Daar ging het nu ook niet om. Het is ook geen permanent opgebouwde baan, maar een tijdelijke testopstelling. Waar het wel om gaat is dat alle basis railinfrastructuur er in zit en dat ik alle besturingselektronica kan ontwerpen en testen. Elke trein kan vanuit elke positie overal komen.

Hoewel ik in 1e instantie begon met Marklin M-rails (dat blijft een jeugddingetje) ben ik ondertussen helemaal over naar Marklin C-rails. Dat loopt toch een heel stuk mooier (hobbelt veel minder op railovergangen en wissels), en het past beter in een digitale omgeving naar mijn mening...

Marklin M-rails

Marklin C-rails

Concreet: Marklin digitaal kan zowel op M-rails als op C- en K-rails toegepast worden. Indien je kiest voor M-rails, zorg er dan voor dat de rails echt goed schoon is en dat de railstukken onderling goed contact maken. Verwijder bij M-rails de wisselverlichting (die maakt 'kortsluiting' over het lampje bij schakelen) en probeer ontkoppelrails te vermijden (die constructie is erg kortsluitgevoelig). Wil je werken met veel terugmeldpunten denk dan serieus na over C-rails, dat werkt veel handiger bij terugmelding (bezetmelding) dan M-rails. Daarnaast maakt C-rails veel minder geluid dan M-rails...

Passagierstreinen:

• 2 doorgaande sporen voor 4 passagierstreinen
• Station met 4 perrons in 2 rijrichtingen

Vrachtverkeer:

• 1 ring voor industrie- en rangeerverkeer
• Rangeer-, opstel- en uithaalsporen industrie
• Inhaalsporen om van kop te wisselen

De testbaan (PDF)

De besturingscentrale DCC

De testbaan kan, naar keuze, gestuurd worden door 4 centrales (niet tegelijkertijd natuurlijk) via een PC met Rocrail (of andere besturingssoftware natuurlijk):

Kant-en-klaar gekocht:

1. Märklin Mobile Station 2
   Protocollen: DCC, MM, MFX
   
   Deze centrale was mijn instap in de digitale modelspoorwereld. Ik wist van tevoren dat deze snel overbodig zou worden, maar het was een veilige 1e stap om digitale sturing te leren kennen.

Zelfbouwcentrales DCC:

2. Arduino Uno
   Motorshield L293
   DCC-protocol
   Library: DCCpp
   Details: PDF met bouwbeschrijving
    
3. Arduino Uno
   CAN-shield
   Märklin Trackbox
   DCC- en MM-protocol
   Library: Railuino
   Details: PDF met bouwbeschrijving

DCC-MM centrale CAN-shield (PDF)

4. Arduino Mega
   Motor shield L298nh
   Optionele wifi
   LCD-scherm 4x20
   DCC-protocol
   Library: DCC-EX
   Details: PDF met bouwbeschrijving
   
   Dit is mijn definitieve centrale geworden. De gebruikte software voor de Arduino Mega is DCC-EX Commandstation in combinatie met Rocrail (on a stick) op de PC:

DCC-EX centrale, Arduino Mega, L298nh (PDF en foto)

De baan is qua besturingstechniek onderverdeeld in 4 secties:

1. Station
   
   Het station heeft 5 wissels, 2 schakelrails en 4 stroomblokken. 4 passagierstreinen worden automatisch gestuurd: perron 1a en 2b rijden, perron 1b en 2a wachten en v.v.
   
   Het station kan vanaf de centrale gestart, gestopt en gepauzeerd worden. Dit deel wordt gestuurd door: DCC-decoder, 4-kanaals terugmelder, Arduino Uno, 8 relaiskanalen en een I2C display. Er zijn nog 2 van de 8 relais beschikbaar voor seinen.
    
2. Industrie links
   
   Op dit deel liggen 14 elektrische wissels. Die worden vanuit de centrale bediend en gestuurd door: zelfbouw DCC-decoder, Arduino Mega, 32 relaiskanalen.
    
3. Industrie rechts
   
   Hier liggen 15 elektrische wissels. Die worden vanuit de centrale verder aangestuurd door: zelfbouw DCC-decoder, Arduino Mega, 32 relaiskanalen.
    
4. Ontkoppelen
   
   13 stuks ontkoppelrails worden via de centrale aangestuurd door: zelfbouw DCC-decoder, Arduino Uno, 16 relaiskanalen.
    

Analoog

Bij analoge besturing zet je met een transformator een regelbare spanning op de rails. Dat kan gelijkstroom zijn, ook wel DC genoemd (bv Fleischmann), of AC oftewel wisselstroom (Märklin). Bij een kleine spanning rijdt de locomotief traag en bij een hogere spanning rijdt de trein sneller. Als je de baan in gescheiden stroomkringen verdeelt met elk een eigen transformator, dan kun je meerdere treinen onafhankelijk van elkaar besturen. AC- en DC-systemen zijn niet uitwisselbaar op een analoge baan.

Analoge Märklin transformator

Bij analoge besturing kun je ook een bovenleiding gebruiken om 2 treinen tegelijk, apart, te besturen; 1 via de rails en 1 via de bovenleiding.

Je kunt ook 2 of zelfs meer treinen laten rijden op dezelfde stroomkring, maar ze zullen dan gelijktijdig starten, rijden en stoppen als je de regelaar bedient.

Digitaal

Bij een digitale modelspoorbaan wordt er door de centrale een constante spanning op de gehele baan gezet van 12-18v. Soms duidt men dat aan als een wisselspanning (AC), maar dat is niet juist. Digitale modelspoorsystemen rijden met een gemoduleerde gelijkstroom (DC), maar dat is nog geen wisselstroom (AC).

De baan staat dus constant 'onder spanning'. In die spanning is een digitaal gemoduleerd signaal verwerkt. De decoders in bijvoorbeeld de locomotieven herkennen dit signaal en reageren elk op hun eigen nummer (adres) en de instructies die bij dat adres horen. Er kunnen dus meerdere locomotieven bestuurd worden die op dezelfde stroomkring rijden. Digitale locomotieven kunnen nu met brandende lichten en zelfs met geluid stilstaan op het spoor. In het analoge tijdperk was dit heel lastig te realiseren.

Märklin digitale centrale, Mobile Station 2

Ringleiding

Op een digitale modelbaan wordt vaak een zg. ringleiding toegepast. Dat is een bekabeling die vanaf de centrale de rijstroom naar meerdere plaatsen op de baan brengt. In elkaar geschoven rails geleidt, zeker over een langere afstand, eigenlijk helemaal niet zo goed. Daardoor kunnen stroom- en protocolverstoringen ontstaan. Een ringleiding voorkomt dat.

Een ringleiding kun je het beste maken van voldoende dik koperdraad, liefst met een massieve kern. Installatiedraad dat in 220v leidingen van woningen wordt gebruikt is erg geschikt (VD draad 1,5mm2). Deze dikke leiding loopt 3/4 rond onder de baan. Vanaf deze dikke bekabeling kun je op verschillende plaatsen de isolatie een klein stukje verwijderen en met dunnere draden (0,2 tot 0,3mm2, geschikt voor maximaal 2,5 ampère) de stroom naar de rails zelf verbinden. Solderen geeft de beste verbinding, maar (professionele) kroonsteentjes kunnen ook toegepast worden. Op de 2e bladzijde van onderstaande PDF staat hier een voorbeeld van:

Ringleiding (PDF)

Stroomvoorziening

Deze integrale zelfbouw stroomvoorziening bestaat uit een 18v 10a schakelend voedingsblok met 4 uitgangen, dat via regelbare buck steppers met een spanningsdisplay (3 stuks LM2596, 5 ampère) ook voorziet in 16v voor de wissels, 9v voor de Arduino's en 5v voor o.a. relaiskaarten en schakelunits. De outputs zijn voorzien van 4mm chassisdelen voor bananenstekkers. Zowel de het voedingsblok als de buck steppers zijn intern (al) beveiligd tegen kortsluiting. Deze stroomunit van 180 watt is ruim voldoende voor een middelgrote modelspoorbaan.

Centrale voeding modelspoorbaan (PDF en foto)

Kabels en connectoren

De bedrading van een modelspoorbaan kan een behoorlijk project worden! Ieder doet dat weer op de eigen manier. Betrouwbare verbindingen en overzicht over het geheel zijn belangrijk! Het kan prettig zijn om een paar standaarden te kiezen, hoe jij het liefst werkt. Deze PDF geeft wat eerste tips voor zelfbouwers, maar wijk daar gerust vanaf:

Bekabelingtips (PDF)

Volgende pagina: 2-rail of 3-rail

Inhoudsopgave van dit blog

Stack modules Naast de zelfbouwprojecten die ik beschrijf, heb ik ook een integraal systeem met stack modules ontworpen om modelspoorbanen te kunnen besturen. Klik hier voor info.