MOROP-Inform Express. Modellbahnsteuerung, die nächste Generation

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1 MOROP-Inform Express H aben Sie schon Internet im Haus und einen kleinen Kasten, der Sie mit der Welt draußen verbindet? Dann haben wir schon mal die nötigen Bausteine für eine Modellbahnsteuerung der nächsten Generation. Ist dies nicht der Fall, dann seien Sie mal neugierig. Mit Ihrem Modellbahner-Verstand sind Sie in der Lage die nachfolgenden Zeilen zu verstehen. Aber der Reihe nach. Im Jahre 2008 hat der MOROP erkannt, dass Modellbahnobjekte in vielfältiger Weise an die elektronischen Bausteine wie Weiche / Signal angeschlossen werden. Es wurde der Gedanke des neudeutschen Plug and Plays geboren. Zudem zeichnet sich ab, dass aufgrund von EU-Richtlinien der gute, alte Transformator, so wie die Glühlampe, aussterben wird und durch ein Schaltnetzteil ersetzt wird, was aber Gleichstrom liefert. Dieses Schaltnetzteil hat weniger Verlustleistung, sprich ist effektiver. Damit fällt schon mal die Auswertung der Halbwellen zur Steuerung der Weichen und der mechanischen Signale weg. Auch für die Fahrzeuge, die mit Wechselstrom betrieben werden, ergeben sich daraus Konsequenzen. Mit der heutigen (preiswerten) Mikroprozessor-Technik lassen sich alle möglichen Formen von Signalen erzeugen. Es sind dies insbesondere die Formen Sinus und Rechteck. Letztere Form findet N O V E M B E R Modellbahnsteuerung, die nächste Generation Dem MOROP ist es nach vielen Diskussionen gelungen, die Signalbilder zu kategorisieren bei der Pulsweitenmodulation (PWM) und bei der digitalen Versorgung, z.b. DCC Anwendung. So entstanden mit den NEM 691 (Steuermodul Weiche) und NEM 692 (Steuermodul Signal) Anforderungen, die einmal die Ansteuerung verschiedener Antriebe flexibel gestalten und zum anderen mit einfachem Drücken von Tasten die Weichen sicher umlegen und Signalbilder nach betrieblichen Erfordernissen korrekt anzeigen. Doch damit war die Lösung noch nicht vollständig. Es war als notwendig erachtet worden, die korrekte Stellung einer Weiche und ggf. die ordnungsgemäße Funktion der Weichenlaterne zu überwachen und zu melden. Dies gilt sinngemäß für das Signal. Weitaus komplexer gestaltete sich die Beherrschung der vielen Signalbilder der Lichtsignale, auch im Hinblick auf die verschiedenen Bahnverwaltungen. Dem MOROP ist es nach vielen Diskussionen gelungen, die Signalbilder zu kategorisieren. Es werden Steuerbefehle für die Signalisierung von Fahrt nicht in km/h gegeben, sondern in die Begriffe Höchstgeschwindigkeit, beeinflusste Geschwindigkeit, Halt eingeteilt. Wenn also ein Lichtsignal die Begriffe Hp0, Hp1, Hp2 anzeigen kann, so wird vom Steuermodul das entsprechende Signalbild per Software erzeugt. Beim Schweizer System L kann das Hauptsignal 7 verschiedene Lichtbilder haben. In diesem

2 wird dem Steuermodul die beeinflusste Geschwindigkeit Vx mitgeteilt und durch das Steuermodul zur Anzeige gebracht. Das Steuermodul ist also ein Stück universeller Hardware dessen Funktion in Software abgebildet ist. Diese Flexibilität ist nicht mehr durch Tasten zu bewerkstelligen, sodass eine weitere Ebene der Steuerung eingeführt werden musste. Zusammengefasst: Ein Steuermodul Signal ist für bestimmte Signalbilder programmiert. Die Steuermodule erhielten eine Schnittstelle zur Kommunikation mit höherer Intelligenz. Die Schnittstelle besitzt eine bidirektionale Kommunikation und Signalpegel, die die Verfügbarkeit des Steuermoduls und die Richtung der Kommunikation definieren. Kundige Elektroniker und Programmierer können bereits hier aufsetzen und für kleinere Bahnhöfe ein Stellwerk realisieren. Damit hier nicht babylonisches Sprachengewirr entsteht, wurde die NEM 694 (Bus-Protokoll) entworfen und darin beschrieben, was über diese Schnittstelle gesendet und empfangen werden kann. In der NEM 694 sind derzeit die Protokolle für Weichen, mechanische Signale und Lichtsignale beschrieben. Kommen weitere Typen von Steuermodulen hinzu, muss die NEM 694 fort geschrieben werden. Die Anwender und Industrie sind eingeladen, an der Fortschreibung mit zu wirken. Die Interpretation des Protokolls erfolgt im Steuermodul und führt zur gewünschten Aktion des Modellbahnobjektes. Das Protokoll besteht aus lesbaren Zeichen, sodass diese aufgezeichnet und ohne Problem lesbar sind. Ein Beispiel für die Umstellung einer Weiche: Stellbefehl: #,L,CR,LF Meldung Rückmelder: $,,L,CR,LF Die einzelnen Parameter sind durch Kommata getrennt und wo kein Parameter ist, bleibt der Platz leer. Das Zeichen # ist ein Indikator für einen Befehl, also in Richtung Steuermodul und das Zeichen $ ist der Indikator für eine Meldung aus Richtung Steuermodul. CR,LF definiert das Ende einer Meldung. Liegt keine zuverlässige Rückmeldung vor, so würde $,,B,CR,LF vom Steuermodul gemeldet. Vielleicht fragt man sich, was tue ich, wenn ich einen Bahnhof mit 2 Weichen, 2 Einfahr- und 4 Ausfahrsignale habe. Man braucht 8 Steuermodule. Hat man Internet und einen DSL- Router, dann hat man auch einen PC... Wie steuere ich diese und wie stelle ich Abhängigkeiten her? Vielleicht ahnt man schon, dass hierfür eine andere Art der Verdrahtung im Kommen ist. Es ist eine NEM 606 (Modellbahnsteuerungen Anforderungen) veröffentlicht, die eine Art Road Map darstellen kann. Wir brauchen etwas, was die Verwaltung der Steuermodule und eine Steuerung und Kontrolle ermöglicht ein Zentrales Steuergerät. Es kennt die Steuermodule und dessen Verknüpfung. Hier ist der Anwender gefordert. Er muss einmal mit entsprechenden Hilfsmitteln beschreiben, was passiert, wenn eine Einfahrt in ein bestimmtes Gleis des Bahnhofes erfolgen soll. Denkbar ist hier alles, was Anzeigen, Tastatur und Speichermöglichkeit hat. Mit dem Speichern dieses Vorganges könnte eine Bezeichnung mit gegeben werden, unter der der Vorgang wiederholt aufgerufen wird. Nun kann man eine Vielzahl von Steuermodulen nicht an ein solches Zentrales Steuergerät anschließen und wenn doch, der Verdrahtungsaufwand wäre sehr hoch und technisch nicht solide, da Daten übertragen werden und sich in den Kabelbäumen eine Beeinflussung der Datensignale ergeben können. Da auch große Anlagen beachtet werden müssen, musste ein Weg gefunden werden, um einmal eine sichere Datenübertragung und wegen der Vielzahl von Modellbahnobjekten auch eine schnelle Datenübertragung zu erreichen. Hat man Internet und einen DSL- Router, dann hat man auch einen PC, der über ein Kabel mit dem Router verbunden ist. Das sind schon mal 3 Bausteine, die für eine Modellbahnsteuerung verwendet werden könnten. Die Funktion des Routers ist zunächst hier nicht wichtig. Das Kabel, das den Router mit dem PC verbindet, stellt eine sogenannte Ethernet-Verbindung her. Das Ethernet ist die unterste, physikalische Ebene eines Bus-Systems zur Datenübertragung von bis zu einem Gigabit/Sek. Am meisten verbreitet ist heute eine Übertragungsrate von 100 Megabit/Sek. Damit können Videos, Musik etc. übertragen werden. In unserem Fall werden max. 50 Zeichen (ca. 400 Bit/Sek,) pro Datensatz übertagen. Es steht also genügend Geschwindigkeit zur Verfügung, um Modellbahnobjekte nahe Echtzeit zu steuern. Wie ein Bus-System generell funktioniert, kann im Heft SEITE 2

3 Digitale Modellbahn auf Seite 42 nachgelesen werden. Was also fehlt noch, um die Steuermodule mit einem Zentralen Steuergerät zu verbinden? Ein Datensatz auf dem Bus muss so umgesetzt werden, dass ein adressiertes Steuermodul diesen auswerten kann. Umgekehrt verpackt der Treiber für Steuermodule einen Datensatz vom Steuergerät, damit es auf den Bus gebracht werden kann. Dazu wurden die NEM 693 (Treiber für Steuermodule) und NEM 690 (Elektrische Schnittstelle) geschaffen. Eine wichtige Voraussetzung muss hier erfolgen. Der Hersteller eines Steuermoduls muss eine 16 Byte lange Identifikation dauerhaft im Steuermodul abspeichern. Diese ist einzigartig. Der Treiber für Steuermodule ist mit dem Ethernet verbunden und bildet mit dem PC und Router ein lokales Netzwerk, auch LAN (Local Area Network) genannt. Auf der anderen Seite befindet sich mindestens eine Schnittstelle nach NEM 690, an die ein Steuermodul angeschlossen werden kann. Sind mehrere Schnittstellen vorhanden, können verschiedenartige Steuermodule angeschlossen werden. Der Treiber für Steuermodule kann so in der Nähe der Steuermodule von Weichen, Signalen und Gleisabschnitten postiert werden. Über 6-polige Flachbandkabel mit entsprechenden Buchsenleisten werden die Steuermodule mit dem Treiber für Steuermodule verbunden. Der Treiber für Steuermodule kennt seine angeschlossenen Steuermodule und wickelt die Kommunikation zwischen den Steuermodulen und dem Zentralen Steuergerät ab. In diesen sind die Steuermodule per Software verdrahtet. Das bedeutet hinsichtlich der Steuerung und Kontrolle von Modellbahn-Objekten, dass der Treiber für Steuermodule transparent ist. Es bedeutet weiter, dass das LAN mit herkömmlichen Produkten für Netzwerke ausgestattet und daher preiswert verkabelt werden kann. Jetzt sind die Grundkomponenten zusammen und es ergibt sich folgendes Bild: Siehe Seite 5 für Bild 1 Zum Schluss möchte ich dem Anwender noch ein Szenario bieten. Es läuft im Zentralen Steuergerät ab:... WLAN-Adapter (Wide LAN = drahtlose Netzwerkverbindung) oder einen Bluetooth-Adapter können Smart-Phones, ipods, Tablet PC s etc. zur Bedienung herangezogen werden. Auch der Übergang in andere Netzwerk- Strukturen z.b.: Loconet erscheint realisierbar. Sollte eine Internet-Verbindung verfügbar sein, ist ein Update von Software möglich. Der Anwender kann schon jetzt erkennen, dass es nur einen Bus gibt und solche Dinge, wie ein Rückmeldebus, nicht mehr erforderlich ist. Wahrscheinlich wird noch der Aspekt Fahren vermisst. Die NEM 695 (Steuermodul Gleisabschnitte) ist noch im Stadium des Entwurfes. Dieses Steuermodul soll für die verschiedenen analogen Betriebsarten (DC, AC PWM) und / oder digitalen Betriebsarten (DCC, Motorola, Selectrix, usw.) konfigurierbar sein. Alternativ stellt es nur eine Betriebsart oder Kombination mit einer weiteren Betriebsart zur Verfügung. In jedem Fall wird ein Rückmeldebus überflüssig, denn in jedem Gleisabschnitt muss eine Erkennung der Besetzung vorhanden und zu melden sein. Die Behandlung von Kurzschlüssen und die Messung des Stromverbrauches gehören dazu. Für Anwender ist der Gleisabschnitt bei Kurzschluss eindeutig identifizierbar und hat keine Auswirkung auf die ganze Anlage. Zum Schluss möchte ich dem Anwender noch ein Szenario bieten. Es läuft im Zentralen Steuergerät ab: Siehe Seite 5 für Bild 2 Im Grunde beschreibt der Anwender seine Anlage, indem er in der bevorzugten Fahrtrichtung die Folge der Gleisabschnitte definiert. Für eine Fahrt in Gegenrichtung wird die Folge rückwärts gelesen. Sodann wird die Weiche definiert, die zwei Gleisabschnitte bedient. Schließlich folgen die Signale im zugehörigen Gleisabschnitt. Mit dieser Information kann dann ein Fahrweg geschaltet werden. Zur Vertiefung der Materie können unter die folgenden NEM abgerufen werden: Neben den Grundkomponenten sieht man auch die Möglichkeit für den Anschluss herkömmlicher digitaler Zentralen, sofern diese das Bus-Protokoll verarbeiten können. Über einen handelsüblichen NEM 606 Modellbahnsteuerungen Anforderungen NEM 691 Elektrische Schnittstelle Weiche NEM 692 Elektrische Schnittstelle Signal SEITE 3

4 Zum Ende 2012 oder Anfang 2013 können abgerufen werden: NEM 606 Modellbahnsteuerungen Anforderungen (Revision) NEM 691 Steuermodul Weiche (überarbeitet) NEM 692 Steuermodul Signal (überarbeitet) NEM 690 Elektrische Schnittstelle Steuermodul NEM 693 Treiber für Steuermodule NEM 694 Bus-Protokolle für Steuermodule Resümee: Abgesehen von der einfachen physischen Verkabelung (Flachbandkabel, Ethernet-Kabel, [eine!] Spannungsversorgung) für den Anwender, kann es in Zukunft eine Reduzierung des Aufwandes für die Hardware zur Steuerung und Kontrolle von Modellbahnobjekten geben, da nur Typen von Steuermodulen entwickelt werden müssen. Die im Steuermodul befindliche Software bestimmt die Funktion(en), die ein Hersteller ggf. in Verbindung mit einem bestimmten Modellbahnobjekt implementiert. Der Treiber für Steuermodule benötigt nur eine bestimmte Software, da in diesem alle Typen von Steuermodulen behandelt werden. In beiden Fällen sind große Stückzahlen zu erwarten, was den Gestehungspreis günstig macht. Die Hersteller werden den Schwerpunkt in der Entwicklung von Software sehen. Dies gilt insbesondere für die Software im Zentralen Steuergerät. Denn in diesem wird die Verdrahtung der Steuermodule und deren angeschlossenen Modellbahnobjekte vorgenommen, womit die Funktionalität der Modellbahnanlage erwächst. Hier bietet sich ein weites Feld der Möglichkeiten zur Realisierung. A. Sührig, Leiter TK MOROP Darstellung: Michel Broigniez SEITE 4

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6 HERAUSGEBER Verband der Modelleisenbahner und Eisenbahnfreunde Europas - MOROP Sitz in Bern (Schweiz) Internet : info@morop.eu Präsident : Michel Broigniez 21, Op Kraizfelder L Bürden (GDL) praesident@morop.eu CHEFREDAKTEUR Michel Broigniez LAYOUT: Michel Broigniez AUTOREN DIESER AUSGABE: Achim Sührig, Leiter TK-MOROP ÜBERSETZUNGEN: Urban Rüegger, Vize-Präsident MOROP