Digitalstyrning
Digitalstyrning är en teknik för att styra en modelljärnväg så att ett eller flera lok och tillbehör kan manövreras var för sig på en och samma strömkrets. I dragfordonet (eller vid signalen, växeln etc) sitter en s.k. dekoder, som omvandlar den digitala signalen till motorstyrning, ljud och belysning mm. Varje dekoder har en adress, som systemet skickar kommandon till. Den som skall köra ett visst tåg väljer adress med sin körkontroll och kan börja köra.
Inledning
Fördelarna med digitaldrift är flera. Det går att kontrollera många flera funktioner i dragfordonen, det är mycket lättare att förse fordonen med ljus och ljud, dagens dekodrar medger en stor grad av anpassning till olika fordon, och eldragningen till banan kan reduceras, då antalet spårsektioner kan minskas. Därmed bortfaller också behovet att manuellt koppla ström till rätt dragfordon. Ett digitalt system är ju en rätt komplex teknologi, men på många sätt reduceras faktiskt komplexiteten för användaren vid digitaldrift.
Till nackdelarna får väl räknas kostnaden, ett system kostar någonstans från en till några tusenlappar, och dessutom måste varje dragfordon förses med en dekoder, som idag kostar 2-300 SEK.
Idag stödjer de flesta digitala system DCC-standarden. Det finns andra alternativ också, främst Märklin och Selectrix.
Så här funkar digitalstyrningen
Det man i första hand diskuterar när man pratar om "Digitaltåg" är troligen det sätt (ibland kallat "protokoll") som man kontrollerar lok och funktionsdekodrar på, dvs DCC eller MM, vi kallar detta i texten för digitalsignalen och menar då en av dessa två varianter. Men innan vi ger oss in i detaljerna så ska vi definiera några begrepp som vi använder:
- Dekoder - Mottagaren för digitalsignalen, finns i främst tre olika varianter:
- - Lokdekoder - sitter i ett lok.
- - Funktionsdekoder - styr växlar, signaler men kan också sitta i vagnar för att kontrollera t.ex. belysning. Kan även förekomma i lok av samma anledning om lokdekodern inte räcker till.
- - Feedbackdekoder - känner av händelser på spåret eller hur en växel är lagd m.m. (Ber om ursäkt för svengelskan).
- Digitalenhet - En "burk" som är en del av digitalsystemet. Det kan vara en handkontroll för att köra loken, en centralenhet som är hjärnan i systemet, ett interface till en PC eller en booster som ger kraften till tågen eller någon annan del av digitalsystemet.
Som ni ser finns det två grupper av enheter, nu ska vi beskriva vad skillnaden mellan dessa är. Under tiden du läser så kan du då och då kika på bilden nedan så blir det lättare att hänga med i resonemangen.
|
|
| Digitalsystem |
Digitalsignal mellan booster och dekoder
Den digitala signalen överförs från en booster till dekodrarna via rälsen, det kan också förekomma fall då man vill ha en separat ledning till funktionsdekodrar, men i huvudsak ska man betrakta rälsen som en "sladd" mellan boostern och dekodern. Dekodrarna är i sin tur anslutna till rälsen, funktionsdekodrar med sladd och lokdekodrar via lokets strömupptagning.
Digitalsignalen kommer från en booster som är en enhet i digitalsystemet. Denna kan vara antingen inbyggd i centralenheten eller vara en helt separat enhet. Booster är ju engelska och betyder i princip förstärkare, det boostern gör är att den tar den digitala signalen som skapas i centralenheten och lägger ihop den med en kraftmatning som gör att dekodern både förstår vad den ska göra och dessutom har kraften, musklerna, att utföra jobbet att driva motorn eller tända lampor osv. Detta är viktigt:
Signalen som går mellan booster och dekoder är den som namnger systemet!
Det är denna signal som är "DCC" eller "MM" standard!
I klartext betyder det: när man säger ett "DCC system" så menar man att den signal som går mellan boostern och dekodern pratar "DCC". Och när man pratar om ett "MM system" så menar man att språket mellan booster och dekoder är "MM". Dessa olika språk brukar också kallas "protokoll" och är standardiserade. Dvs. ett lok som har en DCC dekoder från en tillverkare, t.ex Lenz, kan alltså köras på en bana som har ett digitalsystem från en annan tillverkare, t.ex. Fleischmann, så länge det är ett DCC system.
Signaler mellan digitalenheter
Av bilden framgår också att de olika enheterna i digitalsystemet pratar med varandra. För detta finns det numera (sedan 2016) en standard, som dock inte har fått så stort genomslag (se nedan). Däremot har två större system fått rejält fäste och dominerar nu marknaden. Detta gäller främst för DCC då MM systemet i princip styrs helt av Märklin.
För DCC så har Lenz skapat ett protokoll ("språk") som enheterna kommunicerar med som heter XpressNet och ett annat system, LocoNet, kommer från Digitrax i USA. Dessa två system kan inte prata med varandra och här finns alltså en skillnad man måste ta hänsyn till när man köper dina digitalenheter. I praktiken har det ingen större betydelse vilket av systemen man väljer, båda har sina ivriga förespråkare men båda klarar också att utan problem hantera en normal modelljärnväg. Men ska man göra någon åtskillnad mellan de två så kan LocoNet ha en fördel om man bygger mycket stora anläggningar som t.ex. en klubbana. LocoNet har av samma anledning också valts som standard av vissa av de modulstandarder som finns. För en normal hemmabana har det inte så stor betydelse. Till XpressNet fördel kan det å andra sidan sägas att det systemets enheter kan vara något billigare. Här är ytterligare en viktig sak att känna till:
Signalerna mellan digitalenheterna är vanligtvis inte standardiserad! Här måste man välja system!
Här kommer en liten lista över några av de större tillverkare som följer de olika systemen. Det finns fler men detta är några av de större:
- LocoNet: Uhlenbrock, Digitrax, Fleischmann
- XpressNet: Lenz, Roco, Atlas, Bachmann, Hornby
- LCC: Ny standard från NMRA, som börjar få visst stöd på marknaden.
Nu har vi gått igenom hur signalerna mellan digitalsystemet och dekodern tar sig fram, och även hur enheterna i systemet håller kontakt med varandra. Nu ska vi kika lite mer i detalj hur dekodrarna fungerar.
Om dekodrar
Som ni säkert förstår så reagerar inte alla dekodrar på samma kommandon från digitalsystemet. De måste särskiljas på något sätt och det sker med en adress. För att ett system ska fungera måste varje dekoder ha en unik adress. Detta gör man genom att programmera dekodern med en adress. Detta sker på ett separat spår som är separerat från anläggningen, annars får alla lok på anläggningen samma adress! Man kan även programmera dekodrar med ett stort antal andra funktioner. Lite mer om de olika dekodrarna:
Lokdekodrar
Lokdekodrar används till att omvandla styrpulserna i digitalsignalen till motorstyrning. När föraren ställer in hastigheten på sitt köraggregat till "sitt" lok, känner dekodern av detta och styr ut motsvarande spänning till motorn. Färdriktningen bestäms också från köraggregatet; när köraggregatet anger "framåt" så rör sig loket framåt oavsett vilket håll det står på spåret (till skillnad från analoga lok för likström). Från köraggregatet kan man också ge kommandon för belysning, ljud o.s.v.
I lokdekodern kan man också ställa in acceleration, inbromsning, maxhastighet, ljusstyrka på belysning m.m. Detta sker genom programmering av olika värden i dekodern som kallas "CV", Configuration Variable eller Konfigurationsvariabel på svenska, oftast används begreppet CV även på svenska. För DCC har dessa CV genom NMRA blivit standardiserade så man kan lära sig grundprogrammeringen oavsett vilket fabrikat av dekoder man har valt. Det är dock tillåtet för respektive tillverkare att ha egna finesser i dekodern. Dessa brukar framgå av de bruksanvisningar som följer med dekodern. I alla dekodrar finns CV29 som styr grundfunktionerna i dekodern och det är ett av de viktigare CV att lära sig.
Varje lokdekoder har en standardadress som för DCC bestämd till "03". Så om du köper ett lok med inbyggd dekoder så kan du vara säker på att den har adress "03", även om du köper lösa dekodrar så har de adressen "03". Adressen kan enkelt ändras genom omprogrammering med digitalsystemet. Det finns möjligheter att ha massor med lok, de flesta system klarar att hantera över 1000 olika lokadresser, ofta upp till 10.000.
Nuförtiden finns många lok förberedda för dekodrar, det brukar framgå i kataloger med hjälp av av symboler, ibland en liten kontakt eller så står det t.ex. "NEM 651". Detta är en standard för kontaktdon på dekodrar. Har loken en "NEM-kontakt" så brukar det finnas en speciell plats för dekodern och installation innebär att lägga i dekodern och ansluta kontakten. Många lok levereras också med fabriksmonterad dekoder.
Lite äldre modeller får man bygga om till digitaldrift, det kan vara mer eller mindre svårt beroende på lokets uppbyggnad.
Funktionsdekodrar
Dessa dekodrar används för att styra växlar, signaler eller andra funktioner. De ansluts till rälsen med sladd eller så kan man dra en separat anslutning direkt till Boostern så man slipper ansluta till rälsen, ett lämpligt sätt om man tex. installerar digitalstyrning i en redan färdig anläggning.
Funktionsdekdorar har ett eget adressområde och programmeras alltså inte med samma adresser som lokdekodrar. Dessa dekodrar finns i en så stor variation så vi tar inte upp några detaljer i övrigt. Det första man brukar digitalisera på en anläggning är ju lok och många är fullt nöjda med detta och använder analog styrning av sina växlar och signaler m.m. Funktionsdekodrar kan dock underlätta genom att minska behovet av kabeldragning till banan, i stället för en sladd till varje växel eller signal från ställverket ansluts alla signaler och centralstyrda växlar till ett nätverk (DCC-signalen, eller LocoNet som också kan användas för att styra funktionsdekodrar).
Feedbackdekodrar
Dekodrar som på svenska skulle heta "Återkopplingsdekoder" eller liknande, men den engelska benämningen används flitigt även på "svenska". Dessa dekodrar används för att berätta för digitalsystemet om vad som händer på anläggningen: om ett block är upptaget, hur en växel/signal är ställd osv. Att använda feedback/återkoppling är ofta något man kommer fram till ganska sent, men är man intresserad av dator- eller automatstyrning av sin anläggning, eller modern ställverksteknik, så bör man ta med detta i planeringen från början. Det är ett relativt omfattande "systemarbete" som krävs för att få detta utfört på bästa sätt.
Strömförsörjning
Kraven på strömförsörjning är lite annorlunda för ett digitalt system än för en analog anläggning. Varje booster måste i allmänhet ha en egen, separat strömkälla. (Man brukar säga att de måste vara galvaniskt åtskilda.) Olika boostrar skiljer sig åt i hur mycket ström de kan leverera, det finns boostrar från 2 ampére (A) till 10 A på marknaden, där de största boostrarna är avsedda för utomhusdrift och stora skalor. För en mindre hembana kan det räcka med en booster på 3-5 A, men en större bana eller en modulbana i allmänhet kräver flera boostrar (se boostrar till modulbanor).
För att veta hur mycket ström en modelljärnväg kräver, måste man ha en ungefärlig uppfattning om hur mycket ström alla strömförbrukare drar. Alla dragfordon i drift drar ström, beroende av främst motorkvalitet men också lokets storlek. Moderna lok drar mycket mindre ström än gamla lok. Har fordonet ljud drar det betydligt mer ström. Stillastående dragfordon utan ljud drar en mycket liten ström, medan stillastående ljuddekodrar fortfarande drar en märkbar ström. Räkna med en strömförbrukning (i H0) från 0,1 A (litet lok utan ljud med modern motor) - 1 A (stort gammalt lok med ljud). Används digitalsystemet för annat, som växelomläggning, signaler och belysning, går det förstås åt mera ström. Denna analys används som grund för hur kraftig booster man behöver, och om det eventuellt behövs flera boostrar.
En booster brukar kräva en strömkälla på cirka 12-18V AC eller ibland DC, lite olika för olika tillverkare. Därmed måste man ha en transformator som leverar detta, och som också kan leverera tillräckligt mycket ström till boostern. Kapaciteten hos en transformator mäts i voltampere (VA), vilket helt enkelt är spänningen gånger strömmen. För en booster på 3 A som skall ha 15 V blir det m.a.o. 45 VA. En gammal transformator för analog modelljärnvägsdrift är i allmänhet för klen! De brukar leverera mellan 15 och 30 VA. Har man för mycket stömförbrukare för sin booster eller transformator brukar det främst märkas i form av konstiga fel! Alltså behöver man transformatorer, en för varje booster, med tillräcklig effekt för den valda boostertypen. Dessa finna att köpa från modelljärnvägshandeln.
Fördelar med digitalt
Med digitalstyrning så kan man köra sina tåg helt oberoende, en gammal dröm för många tidigare modellrallare. Man kan också styra funktioner som belysning m.m. i loken helt fritt. Det öppnar hur många möjligheter som helst till datorstyrning och andra funktioner på modellerna. Digitaltekniken utvecklas och varje år kommer mer och mer finurliga funktioner till digitalstyrningen. Man kan utrusta modeller med ljud, digitalt kontrollerade koppel, olika typer av belysning (t.ex. hel/halvljus) osv. Det finns moduler som automatiskt sköter hanteringen av vändslingor, bromsmoduler som automatiskt bromsar in loken vid signaler, trådlösa handkontroller m.m. Eldragningen på en digital bana blir i allmänhet enklare! Vill man ha återkoppling krävs dock en mer omfattande eldragning. Man kan även låta en dator sköta hela trafiken och även ha ställverket i datorn, eller så bygger man upp det med digitalteknik och slipper massor med kabeldraging över hela anläggningen, alla signaler går i några få sladdar.
Möjligheterna är enorma och funktionerna som står till buds ökar ständigt! Digitalt ger oss möjligheten att göra just det vi som små alltid drömde om att göra med vår modelljärnväg. Om vi nu har nått den åldern...
Några nackdelar med digitalstyrning?
Det finns bara en större nackdel med digitalstyrning och det är att det initialt innebär en ganska stor kostnad, även om det går att smyga igång. En dekoder till ett lok kan man få från ca 200 kr och uppåt och de billigare DCC-systemen kan man få för ca 800 kr. Om man inte har en transformator går en sådan loss på 300 kr till. Om man har många lok i sin samling kan det bli ett antal tusenlappar i kostnad för att konvertera till digitalt.
En annan nackdel är att äldre lok som inte är digitalförberedda kan vara krångliga att montera in dekodrar i. Om man just ska till att köpa sina första lok däremot då är det inga problem eftersom många av de moderna loken är förberedda för digitalisering eller redan utrustade med dekoder. Men vi är övertygade om att även om dessa nackdelar kan verka nog så allvarliga för en del, så är fördelarna och möjligheterna med en digitalt styrd anläggning betydligt mer värdefulla!
Att digitalisera sin analoga bana.
Moderna multidekodrar klarar av både likström och växelström och känner av vilken sort som är i spåret. Man kan köpa dekodrar i den takt man vill och har råd och sedan när man tycker att nu skall jag digitalisera så köper man en digitalstyrning.
Så länge man kör digitala lok på en analog bana bör man tänka på följande:
- Ta bort eventuella elektroniska "kickstartare" av typ Relco eller Gaugemaster HF, de kan förstöra dekodrar.
- Vid tre-räls: var försiktig med riktningsändringar, alla dekodrar klarar inte den strömpulsen.
Strömdragningen vid digitaldrift kan behöva ändras, lite beroende på hur många boostrar som används. Se vidare el på modelljärnvägen.
Sammanfattning
Det är mycket troligt att man förr eller senare kommer att överväga en digitalisering av sin modelljärnväg, även om man är inbiten "analograllare". Ska man börja med MJ helt från början så finns ingen anledning att inte välja digitalt.
Digitalstyrning är dagens och framtidens sätt att kontrollera sin modelljärnväg, den är definitivt här för att stanna. Fler och fler tillverkare erbjuder numera lok med dekoder installerad direkt från början. Även om man inte har tänkt sig att ha digital styrning av banan, eller kanske bara av lok men inte växlar och signaler, så bör man ta sig en funderare så man förbereder bygget för att en dag i framtiden kunna digitalisera sin anläggning!
Vi hoppas denna lilla guidning genom digitaltågen har gett dig lite nyttig information. Har du fler frågor så kan du vända dig till expertisen på forumet .
Teknisk lösning
Den elektriska lösningen består av en konstant likspänning som moduleras genom polvändning för att koda den digitala signalen. På så vis fås en fyrkantsvåg, som alltså liknar en växelspänning. Ettor och nollor bestäms genom längden på vågen. I t.ex . DCC -systemet är en 1:a är en dubbel polvändning där varje halva är 58 µs, en 0:a är en dubbel polvändning där varje halva är 95 µs eller längre.
Förhistoria
Före digitala styrsystem fanns det analoga system för "command control" eller "flertågssystem". Dessa har olika kanaler, vilket helt enkelt handlar om olika signalfrekvenser i spåret - ungefär som på en radio. Det första systemet som lanserades var General Electrics "Astrac", som lanserades i USA 1963. Systemet hade fem kanaler, så fem lok kunde användas. En mottagare var 38 x 29 x 19 mm, så det var nog endast aktuellt att montera dem i stora, amerikanska H0-lok. I skala 0 var det förstås enklare.
Andra analoga system har funnits, på 70- och 80-talet kunde man t.ex. skaffa "Onboard" från Keller Engineering. Detta system hade 20 kanaler, då fick man dessutom ljud också. Ett annat analogt system är Dynatrol från 1980, som hade 18 kanaler.
Någon standard för analoga system har inte funnits, utan alla system var tillverkarspecifika. I allmänhet var det exklusiva system som enbart användes av ett fåtal MJ-byggare, främst i USA.
Historik
De första digitala systemen lanserades kring 1980, då flera system lanserades ungefär samtidigt. De två första systemen verkar ha varit Zimo och Hornby Zero 1.
Zimo lanserade sitt första digitala system 1979 under beteckningen "flertågssystem". Detta system medgav 99 olika fordon, och därmed visade det på den digitala teknikens potential. Zimo övergick till DCC-formatet 1996.
Hornby Zero 1 lanserades i början på 1980-talet. Det kunde hantera 16 lok, och hade i övrigt ungefär samma funktionalitet som de analoga systemen. Detta system finns inte längre på marknaden, Hornby har istället ett relativt nytt (2007) DCC-system.
Märklins första system lanserades 1984 och kunde hantera 80 lokadresser. Märklins flertågssystem finns fortfarande på marknaden i en utvecklad version.
Bernd Lenz kom in i marknaden som underleverantör av systemlösningar till Arnold och Märklin. När NMRA bestämde sig för att initiera en standard, valde man att utgå från Lenz lösning. Lenz rättighter överläts 1994 till NMRA för att möjliggöra detta, vilket alltså blev DCC-standarden. Detta har inneburit en stor förbättring för användarna på flera sätt. För det första kan man skaffa dekodrar från flera tillverkare, oberoende av vilket bassystem man har. Dessutom är man inte beroende av en tillverkare kan försvinna från marknaden (detta har drabbat användare av äldre system). Standardiseringen har också inneburit en ökad innovationsnivå, nu finns det mindre och bättre dekodrar, och fordon med ljud är på frammarch på ett tidigare helt okänt sätt.
NMRA lanserade en ny standard för digitalstyrning av signaler och växlar mm. 2016, kallad Layout Command Control (LCC), som nu börjar få visst genomslag på marknaden.
Andra wiki-sidor om digitalstyrning mm.
DCC
DCC-signalen
LCC
LocoNet
Märklin-Motorola
Selectrix
Återkoppling
Boostrar till modulbanor
Tillbaka till nybörjarguiden
Tryckta referenser
Jan Jangö: "Flertågssystem från Salota." i Allt om Hobby nr 6/1981 (Recension av analogt system med fem kanaler).
Torgny Palm & Lars Granler: "Flertågssystem i översikt: Det nya sättet att köra tågen!" i järnvägar! nr 4/1985 (Då aktuell marknadsöversikt över flertågssystem, digitala som analoga).
Gunnar Tufvesson: "Allt om hobby synar: Märklin digital - den ideala flertågsstyrningen?" i Allt om Hobby nr 2/1988 (Recension).
Rutger Friberg: "Allt om hobby synar: FMZ Fleischmann digital. Ett flertågssystem för finsmakaren." i Allt om Hobby nr 3/1988 (Recension).
Rutger Friberg: "Multiplexsystem för mj - del 1." i Allt om Hobby nr 7/1988 (Hembyggt digitalsystem för fasta funktionsdekodrar).
Rutger Friberg: "Multiplexsystem för mj - del 2." i Allt om Hobby nr 8/1988.
Rutger Friberg: "Multiplexsystem för mj - del 3." i Allt om Hobby nr 1/1989.
Rutger Friberg: "Multiplexsystem för mj - del 4." i Allt om Hobby nr 2/1989.
Rutger Friberg: "Multiplexsystem för mj - del 5." i Allt om Hobby nr 3/1989.
Rutger Friberg: "Multiplexsystem för mj - del 6." i Allt om Hobby nr 4/1989.
Rutger Friberg: "Digitaltekniken tågar in i skala N." i Allt om Hobby nr 5/1990 (Recension av Arnolds första system).
Rutger Friberg: "Digitaltekniken tågar in i skala N. Del 2." i Allt om Hobby nr 6/1990.
Rutger Friberg: "Hitta rätt i digitaldjungeln." i Krister Brandt (red.): Modelltåg -92. Byggtipsblandning. Stockholm: Allt om Hobby 1991 (Översikt över digitala system "före DCC").
Rutger Friberg: "Digitrax generation 2." i Allt om Hobby nr 3/1995 (Recension).
Otto Berg von Linde: "Från analog till digital drift." i Folke Westling (red.): Ekensholmsbanan. Bergslagen på spåren. Stockholm: Stockholms Modelljärnvägsklubb 2000 (Beskrivning av digitaliseringen av SMJ).
Rutger Friberg: "Digitrax - USA:s största DCC-tillverkare." i Allt om Hobby nr 2/2004 (Reportage).
Christer Engström: "Programmering och mappning av ljusfunktioner." i Christer Engström, Rutger Friberg & Lars-Olof Karlsson (red.): Allt om Modelltåg 9. Tips för modelljärnvägen. Stockholm: Allt om Hobbys bokförlag 2009.
Redaktionen: "Dekodermontering. Om att digitalisera tvårälslok." i Modelljärnvägsmagasinet nr 3/2010.
Lars Ljungberg: "Digikeijs DR5033 - prisvärd 3,5 A booster." i Modelljärnvägsmagasinet nr 22/2015 (Recension).
Redaktionen: "Piko Smart Control - nytt digitalt körhandtag." i Modelljärnvägsmagasinet nr 25/2016 (Recension).
Lars Ljungberg: "Digikeijs DR5000 - digitalcentral med många möjligheter." i Modelljärnvägsmagasinet nr 25/2016 (Recension).
Bengt Nylén: "Lite info om Zimo ljuddekodrar." i Smalspårigt nr 141/2017 (Programmering mm).
Niclas Westerlund & Tomas Lannestedt: "IoT - Internet of Trains. Del 2: kommunikationen." i Modelljärnvägsmagasinet nr 37/2019 (Beskrivning av nya sätt att kommunicera mellan digitala enheter på anläggningen).
Webreferenser
MMJK: Powermodul/powerpack/pufferkondensator osv. (Om kondensatorer för att förbättra gången på digitaliserade lok)
modellbahn.mahrer.net: Zentralen-Liste (Lista över ett de flesta digitalcentraler som funnits).
NMRA.org: Layout Command Control (LCC) (Beskrivning av den nya standarden för kommunikation mellan komponenter på anläggningen).