Universele Modules

Bij onze modelspoorclub ontstond de vraag of we geen H0-modules konden bouwen, die zowel 2-rail als 3-rail aankonden, oftewel zowel Märklin als DCC (even uitgaand van digitale sturing).
De opzet van de modules was als volgt:

Een modulebak met dubbelspoor, 2 secties per spoor, elk met een geïsoleerd railstuk aan de binnenkant die voor de bezetmelding (massamelder) wordt gebruikt.

Alle modules worden aangesloten aan centrale bedienkast met centrale en S88-decoders, die middels RJ45(netwerk)kabels aan worden gesloten aan de modules.

Dit is voor Märklin, voor gelijkstroom/DCC moest er dus van alles worden aangepast. Gelukkig zijn de secties al geïsoleerd, en zijn ze zodanig gekozen, dat met een stel keerlussen er geen problemen ontstaan met de polariteit.

De aanpassing voor DCC die ik heb gekozen bestaat uit de volgende oplossing:
- monteren van stroomdetectiemelders per module, voor maximaal 8 secties (er worden er meestal maar 6 gebruikt, 4 voor de module, plus 2 voor een volgende of vorige module die geen bezetmelders heeft).
- omsteken van een RJ45 kabel aan de melderprint naar de UTP WCD, en vervolgens de RJ45 kabel naar de bedienkast insteken in de uitgang van de melderprint:

Dit is aangesloten aan de 2e RJ45 aansluiting van een dubbele RJ45 WCD. Hierdoor worden de railsecties dus middels de stroomdetectieprint van stroom voorzien, en gaat de uitgang van de detectieprint (optocouplers) naar de S88 decoders in de besturingskast.

RocNet

Een nieuwe baan is elke keer weer een gelegenheid om zaken beter aan te pakken; zo wilde ik deze keer de besturing van de baan in een aantal punten verbeteren:

• stroomvoorziening: alle boosters. trafo's en electronica die 'onder de baan' komt wil ik digitaal kunnen schakelen, zodat ik centraal alles kan regelen.
• Bekabeling: zo weinig mogelijk kabels onder de baan, tussen de schakelelementen, naar de besturing

Ik heb daarom 2 projecten opgepakt om dit te realiseren:

1. Bidib: op de site www.bidib.org staat een heel nieuwe standaard gedefinieerd, die zorgt voor een eenduidige aansluiting van DCC centrale, boosters, en terugmelders, inclusief Railcom. Dit ga ik gebruiken voor alle digitale sturing van treinen, wissels, etc. De bekebeling gaat via UTP-kabels.
2. RocNetNode: dit is een implementatie van de RocRail software op een RaspBerry Pi; door simpelweg de I/O mogelijkheden van een Raspberry Pi te combineren met Rocrail, krijg je een goedkope manier om maximaal 128 I/O kanalen te gebruiken. Voor de bekabeling wordt ethernet gebruikt via UTP-kabels.

Er zit een bepaalde overlap tussen de twee projecten, maar elk project heeft zijn sterke kanten: zo heeft RocNetNode (nog) geen Railcom-mogelijkheid, en zijn de I/O-poorten bij Bidib relatief duur. Een ander voordeel is dat ik met de RocNetNode ook zonder RocRail kan schakelen.

Het blokschema voor de baan ziet er dan als volgt uit:

De baan kent 2 zijden (west en oost), deze zijn fysiek gescheiden door 2 bruggen, dus dit geeft wat uitdagingen qua bekabeling.
Het DCC-signaal wordt aan de oostzijde verzorgd door de GBMBoost, en aan de wetszijde door een aparte booster (booster2). Hier komen nog aanvullende boosters bij voor de wisselsturing, hier gebruik ik bestaande Roco 10764 modules voor, zodat deze de rijstroom niet beïnvloeden.
Aan beide kanten komt een Raspberry Pi, zodat ik aan beide kanten maximaal 128 I/O-poorten heb. Aan de oostzijde heb ik 16 Railcom secties, dit kan eventueel uitgebreid worden naar 48 met de toevoeging van 2 GBM16T modules. De westzijde gebruikt alleen S88 melders, zonder Railcom.
De bekabeling tussen oost en west bestaat uit 2 UTP kabels, 1 voor Bidiib, en 1 voor XpressNet (hierbij gebruik ik maar 6 aders).

De spanningsvoorziening wordt middels relais geschakeld, hierbij is de verdeling als volgt:

1. Booster 1: wissels en seinen
2. Booster 2: railstroom
3. Licht
4. Overige schakelspannng (motoren, etc.)

Situatie onder de oostbaan:

- linksboven 5 volt-voeding voor rocnet

- midden de raspi, daaronder de netwerkswitch

- rechts daarnaast de relaiskast, die de 4 rode wcd's schakelt

DCC Boosters

Na wat experimenteren heb ik de eerste opzet gemaakt voor de digitale sturing van de baan:

• onder elke modulebak een ruimte voor electronica
• hier komen de decoders, de schakelelectronica voor andere zaken, en de verlichting
• onder de stationsbakken komen de bezetmelders

Een eerste opzet, het paneel voor module A:

Hier zijn 2 boosters gemonteerd: 1 voor de rijspanning, en 1 voor de decoders (deze gebruiken dus de boosterspanning om te schakelen). Voor de decoders gebruik ik een Roco versterker/booster, die ik met een hulpprintje aangesloten heb.

De andere booster (linksboven) is de OpenDCC Bidi booster.

Verder nog een 16-voudige bezetmelder, een Bidib interface (zie verderop), en 2 IEK wisseldecoders.


Het aansluiten van de Roco booster bleek een klein probleem te zijn: de booster accepteert het DCC-signaal niet (overload lampje springt direct aan), na wat googlen kwam ik erachter dat dit signaal maximaal 10 volt amplitude mag hebben. De uitgang van mijn centrale was ca. 14 volt, dus dit was teveel; met een eenvoudige spanningsdeler heb ik dit teruggebracht naar ca. 7 volt, en nu werkte de booster prima. Het is trouwens een Roco 10764, de gewone versterker dus, maar deze is identiek aan de booster (Roco 10765), op de aansluitingen na (maar ik gebruik maar 1 ingang).

De bidib interface is bedoeld voor de toekomstige uitbreiding: uiteindelijk wordt er bij het andere station een GMB16T/GBMBoost geplaatst, die als centrale en Railcom bezetmelder gaat werken. Ik gebruik deze interface dan om mijn 'oude' S88 melders aan te sluiten.

Nog te doen: het aansluiten van de voedingen middels een relaiskaart, zodat deze softwarematig kunnen worden aan- en uitgeschakeld, en het aanbrengen van een XpressNet aansluitdoos op de voorkant van de module.

Thema van de modelbaan: Mijnbouw

Voor mijn nieuwe baan wil ik een stevig industrieel tintje geven aan de scenery: ik wil de bedrijvigheid rond de spoorbaan en de industriële revolutie in beeld brengen. Dit betekent: veel industrie, liefst in beweging.
Nu kwam Busch een tijdje geleden met een leuke serie modellen: 'Bergwerk & Grubebahnen'. Een heel ruime serie, gebaseerd op mijnbouw, compleet met mijnlorries en locjes, en alle gebouwen die daarbij horen. Helaas zijn de meeste zaken op de moderne tijd geënt, met diesellocjes en moderne gereedschappen, maar 1 ding kwam ik tegen wat wel paste bij mijn thema:

 Een mijnlift, aangedreven door een watermolen, om de mijnwerkers via een systeem van op en neer schuivende pendels naar beneden en naar boven te brengen.
Gemaakt van echt hout, inclusief aandrijving.

Dit model moet wel in de baan passen, het is geen los model, je kijkt als het ware onder de grond in een dwarsdoorsnede van de mijn.

Nu had ik hier rekening mee gehouden, dus na veel passen en meten heb ik deze in een module ingebouwd:

 Het afwerken is nog niet helemaal gedaan, maar de lift functioneert, en komt op een berg waar ook nog een 'nieuwere' mijn komt te staan, met een 'gewone' mijnlift voor de lorries en de kolen. Op de achtergrond de brug over het spoor voor het kleine spoorlijntje van de mijn naar de laadplaats, dit wordt het volgende projectje...

Detail van de watermolen, met op de achtergrond de brug:

 

Railcom / bezetmelders

Voor mijn nieuwe baan wilde ik direct goed beginnen met terugmelders: zoveel mogelijk intelligentie en slimme techniek, en zo weinig mogelijk extra electronica.
Dus wilde ik direct RailCom melders inzetten waar mogelijk. Maar bij het bestuderen van de beschikbare RailCom oplossingen viel me al direct op dat er veel wildgroei was: elke fabrikant had een eigen oplossing voor het aansluiten en gebruiken van RailCom.
Ik besloot om eerst eens een vergelijk te maken van de verschillende systemen, en daarbij te berekenen wat het zou kosten om RailCom te gebruiken, voor het gemak teruggerekend naar de kosten per RailCom aansluiting:

• Esu

Ecosdetect

Esu heeft met de ECOS een fantastische centrale op de markt gezet, met veel bedieiningsgemak en uitbreidingsmogelijkheden. Alleen zijn ze voor RailCom wel weer erg behoudend: de EcosDetector heeft maar 4 RailCom poorten van de 16 gebruikte ingangen. Het hele systeem is ook erg prijzig.
Kosten per RailCom melder: ca. € 45 (exclusief ECOS)
Voordelen: degelijk systeem, compleet, uitbreidbaar.
Nadelen: ESU-specifieke aansluiting, maar 4 van de 16 ingangen RailCom, duur.

• Uhlenbrock

MarCo

Uhlenbrock heeft met de Intellibox een van de beste systemen gebouwd, die er op dit moment beschikbaar zijn, en via de LocoNet bus zijn de aansluitmogelijkheden bijna onbeperkt.
Voor RailCom zijn de MarCo modules bedacht, die ook intelligentie aan boord hebben om allerlei acties uit te voeren op basis van de RailCom gegevens.
Kosten per RailCom melder: ca. € 20 (exclusief Intellibox)
Voordelen: ook zonder PC te gebruiken, lokale intelligentie
Nadelen: werkt alleen met Loconet, geen bezetmelding zonder RailCom mogelijk.

• Tams

Tams heeft voor RailCom speciale melders (RCD-2) in het pakket, die via een andere module (RC-LINK) aan een PC kunnen worden gekoppeld. 
Kosten per RailCom melder: ca. € 18 (exclusief centrale)
Voordelen: aparte schakellogica aanwezig
Nadelen: aparte terugmeldbus, PC benodigd.

• Blücher Elektronik (http://www.bluecher-elektronik.de) 

Deze fabrikant heeft geavanceerde melders, die middels een apart verkrijgbare module aan een centrale kunnen worden gekoppeld. Ik ben uitgegaan van de XpressNet module, die goed samenwerkt met OpenDCC en RocRail.
Kosten per RailCom melder: ca. € 10,50
Voordelen: robuust, maximaal tot 8A(!) belastbaar, uit te breiden met keerlusmodule
Nadelen: aparte centrale benodigd.

• DCC4PC (www.dcc4pc.co.uk)

Deze betrekkelijk onbekende speler op de markt heeft een nieuwe module, die compleet computergestuurd RailCom kan uitlezen, met uitgebreide mogelijkheden, ook voor meerdere decoders op een RailCom melder.
Kosten per RailCom melder: ca. € 16,50
Voordelen: geavanceerde RailCom functies
Nadelen: PC nodig, aparte terugmeldbus.

• Bidib (www.opendcc.de)

De maker van de 'open source' OpenDCC centrale, Wolfgang Kufer, is een stap verder gegaan, en heeft een nieuwe standaard gecreëerd voor het aansluiten van verschillende bouwstenen in een digitaal systeem. De basismodule (GBM16T/GBMBoost) is een gecombineerde booster + 16-voudige RailCom bezetmelder, die middels standaard UTP kabels verder kan worden uitgebreid. Er zijn al uitgebreide lichtdecoders beschikbaar, en een interface naar S88, zodat ook oude niet-RailCom melders kunnen worden aangesloten.
Kosten per RailCom melder: ca. € 10,69 (inclusief centrale)
Voordelen: ingebouwde centrale, uitbreidbaar, XpressNet aansluiting
Nadelen: nieuwe nog niet algemeen gebruikte techniek (BidiBus)

Conclusie: qua kosten zijn de Blücher en Bidib oplossingen het best, alleen krijg je er bij de Bidib oplossing ook nog een centrale bij met USB aansluiting. Ik heb dus besloten voor het laatste, en ook de koppelmodule gekocht voor S88, zodat ik mijn bestaande S88-melders ook kon aansluiten. Het valt te bezien of de Bidibus aanslaat, voorlopig zijn volgens de site zowel Tams als Blücher Elektronik van plan om hier gebruik van te maken, dus dat ziet er goed uit.

OpenDCC en Roco booster/versterker

Voor mijn nieuwe baan wil ik zoveel mogelijk zaken gescheiden houden, zoals aparte DCC-signalen voor de rijstroom en schakel/wissel-decoders.
Nu heb ik aan mijn OpenDCC Z1-centrale al een OpenDCC-booster aangesloten, en dit werkt prima, omdat deze booster een simpele aansluiting heeft: gewoon een DCC-signaal op de ingang, deze is met een optocoupler galvanisch gescheiden van de rest van de electronica, dus geen problemen met aarde of polariteit.
De Roco-booster (of versterker, deze zijn electronisch namelijk identiek) is wat lastiger aan te sluiten: op deze link staat beschreven wat de mogelijkheden zijn: gewoon een DCC-signaal op pin 1 en 2 van de booster/versterker aansluiten. Enige probleem: dit signaal mag maximaal 10 volt bedragen. Omdat de meeste DCC-centrales (waaronder de Z1) een hogere spanning hebben (ca. 15V) heb ik hier een simpele spanningsdeler voor gezet:

Voor de weerstanden gebruik ik normale 1kOhm 1/8W waardes.
Op deze manier wordt het signaal gehalveerd, wat zorgt voor een spanning van maximaal 7,5 volt bij normaal gebruik (15V).
Het enige wat nu ontbreekt is een kortsluitmelding, deze wordt via pin 4 gemeld: normaal gesproken staat hier het DCC-signaal op, bij een kortsluiting 0 volt.

Mijn voorlopig opstelling is nu als volgt:

Ik gebruik de OpenDCC booster nu voor de rijstroom (inclusief RailCom), en de Roco booster voor de wissels. Hierdoor kan ik zonder problemen de DCC spanning voor de decoders gebruiken, zonder dat dit de rijspanning beïnvloedt.

Nieuwe baan

Na een interne verhuizing ivm de kids, heb ik nu de beschikking over een wat kleinere ruimte dan voorheen: in plaats van een zolder van ca. 5x5, heb ik nu een kamer van 3,5x3 meter. Tijd om nieuwe plannen te maken dus.
Allereerst heb ik besloten om alles in modules op te delen. Op de modelspoorclub worden modules gebruikt van 120x60cm, dus dat heb ik maar overgenomen.
Mijn module ziet er ongeveer als volgt uit:

Ik heb een tussenmaat van 30 of 40 centimeter aangehouden, dus de 'vakken' zijn 30x40. Een en ander door een handige zwager laten zagen, in elkaar gezet met houtlijm schroeven, en het geheel levert een zeer stabiele ondergrond op.

Op deze ondergrond heb ik multiplex platen van 18mm gelegd, in eerste instantie gewoon 1 per module, het idee is om na het leggen van het spoor de baanvakken uit te zagen, zodat de rest 'open' blijft, en opgevuld kan worden met 'submodules' voor huizen, scenery, etc, zodat de onderkant van de baan makkelijk toegankelijk blijft.


De opbouw van de baanmodules op de kamer ziet er als volgt uit:

Hiervan zijn alleen de 2 linker en 3 rechter modules gereed, de andere staan nog op de tekentafel...

Er zijn natuurlijk al een aantal afwijkende modules: 1 rechtsboven (80x60cm), en nog 2 in de planning. Dit is wegens de beperkte ruimte onvermijdelijk.

Tussen de linker en rechterkant moet natuurlijk ook een verbinding komen, en wel met wat voorwaarden:
- De doorgang moet mogelijk blijven (boven is een balkon, onder is de ingang)
- Er moet een dubbelspoorverbinding komen
- Alle aansluitingen moeten doorverbonden worden (railspanning, bediening, terugmelding)

Voorlopig heb ik voor 'boven' een houten brug gemaakt met bestaande materialen, en hier bij wijze van proef een dubbelspoorbaan gemaakt met Märklin K flexrail. Dit om ook een testbaan te hebben voor een andere project van mij: universele modules. Het moet volgens mij namelijk mogelijk zijn modules te bouwen waar zowel H0 2-rail als 3-rail treinen op kunnen rijden.

Een foto van de eerste kale module, zonder bovenplaat.