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Die Erfindung betrifft ein Steuerungs-System für
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Modellfahrzeuge - insbesondere für auf Gleisanlagen betriebene Modellbahnzüge
- , zur Steuerung des An triebes und sonstiger Funktionen der betreffenden Fahrzeuge,
bei welchem Steuerungs-System die Steuer-Informationen von einem orts-gebundenen
Geber zu sämtlichen in Fahrzeugen eingesetzten Empfängern - beispielsweise entweder
der Betriebsspannung trägerfreguent überlagert oder durch Pulsen der Betriesspannung
selbst bzw. auf induktivem oder elekromagnetischem Weg - übertragen werden.
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Grundsätzlich gibt es zwei Methoden, die Funktionen von Modellfahrzeugen
(Fahrgeschwindigkeit, Pahrtrichtung, Beleuchtung, Zusatzfunktionen wie beispielsweise
Entkupplung oder Dampferzeugung) zu steuern: A) Direkte Stromzuleitung zu den in
den Fahrzeugen befindlichen Einrichtungen (Antriebsmotore} Beleuchtungslampen, Zu5atzeinri0htungen
wie beispielsweise Entkupplungs-Vorrichtung oder Dampferzeuger) über die beiden
Fahrschienen, die Mittel-Schiene (wenn vorhanden) und die Oberleitung (wenn vorhanden),
also über maximal vier Strecken-Leiter. Auf Grund dieser geringen Anzahl von zur
Verfügung stehenden Strecken-Leitern können nur wenige (maximal drei) Fahrzeuge
bzw. Fahrzeug-Einrichtungen unabhängig voneinander gesteuert werden. Um diese Einschränkung
zu umgehen, wird die Gleisanlage in elektrisch getrennte Abschnitte (z. B. Streckenblöcke)
unterteilt. Daraus ergibt sich ein positions-orientiertes Steuerungsverhalten: Ein
Fahrzeug wird nicht auf Grund seiner Identität, sondern auf Grund seiner augenblicklichen
Anwesenheit in einem bestimmten Streckenabschnitt beeinflußt. Diese Methode eignet
sich gut für automatischen Zugbetrieb (z. B. Blocksicherung), ermöglicht aber nicht
den vollkommen unabhängigen Betrieb einer größeren Anzahl von Zügen.
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B) Versorgung der Fahrzeuge mit einer festen Betriebsspannung (beispielsweise
über die beiden Fahrschienen), Steuerung der Fahrzeug-Einrichtungen mittels Steuer-Informationen,
die entweder in geeigneter Form der Betriebsspannung überlagert sind oder auf getrenntem
Weg (eigener Strecken-Beiter, Funk, Licht, Induktionsschleifen, etc.) übertragen
werden, und die von ebenfalls in den Fahrzeugen befindlichen Empfängern ausgewertet
werden. Wenn die entsprechende Anzahl von Steuer-Kanälen zur Verfügung steht, kann
jedes Fahrzeug auf Grund seiner Identität, ungeachtet seiner augenblicklichen Position,
beeinflußt werden. Die bisher üblicherweise eingesetzten Steuerunge-Systeme dieser
Art arbeiten nach dem Frequenzmultiplex-Verfahren: Jeder zu steuernden Fahrzeug-Einrichtung
ist mindestens eine Trägerfrequenz zugeordnet, die der festen Betriebsspannung überlagert
ist. Beispielsweise erfolgt die Steuerung eins Antriebsmotors durch Tasten einer
der beiden ihm zugeordneten Trägerfrequenzen (für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt).
Fernmeldebehördliche Beschränkungen des zulässigen Frequenzbandes und Schwierigkeiten
bei der Frequenz-Filterung in den Fahrzeug-Empfängern, wenn die Abstände zwischen
den einzelnen Trägerfrequenzen sehr klein sind, stehen der Verwendung einer größeren
Anzahl von Trägerfrequenzen entgegen. Somit bleibt auch die Zahl der unabhängig
steuerbaren Fahrzeuge verhältnismäßig klein (im allgemeinen unter zehn), obwohl
auf die getrennte Steuerbarkeit von Beleuchtungs- und Zusatzeinrichtungen ohnedies
bereits meistens verzichtet wird. Außerdem stößt man bei Frequenzmultiplex-Systemen
(und anderen derzeit bekannten Systemen) auf Probleme, wenn eine der identitäts-orientierten
Steuerung übergeordnete, positions-orientierte Beeinflußungsmöglichkeit geschaffen
werden soll, was für den automatischen oder teil-automatischen Betrieb einer Modellbahnanlage
von großer Bedeutung ist. Man behilft sich meist durch Veränderung der bislang festen
Betriebsspannung im betreffenden Bereich, was jedoch nur eine einseitige Beeinflußung
(Verringerung der Fahrgeschwindigkeit) erlaubt
und auch unerwünschte
Nebeneffekte (z. B. Veränderung der Helligkeit der Bahrzeug-Beleuchtung) mit sich
bringen kann.
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Es 9011 nun ein Steuerungs-System der eingangs beschriebenen Bauart
für Modellfahrzeuge - insbesondere für auf Gleisanlagen betriebene Modellbahnzüge
- geschaffen werden, bei welchem einerseits die identitäts-orientierte Steuerung
einer großen Anzahl von Fahrzeugen, und andererseits die positions-orientierte Beeinflußung
derselben möglich ist.
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Nach der Erfindung wird dies bei solchen Steuerungs-Systemen für
Modellfahrzeuge dadurch erreicht, daß vom orts-gebundenen Geber als Steuer-Informationen
binär codierte Befehlswörter abgegeben werden, welche je aus einem Adress-Teil und
einem Daten-Teil bestehen.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung dieses Steuerungs-Systems ergibt sich
dadurch, daß vom Geber sowohl einzel-adressierte Befehlswörter, welche Daten für
je einen bestimmten Bahrzeug-Empfänger enthalten, als auch sammel-adressierte Befehlswörter
abgegeben werden, welch' letztere für mehrere - vorzugsweise alle - Fahrzeug-Empfänger
bestimmt sind.
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Beim hier beschriebenen Steuerungs-System wird von jedem einzelnen
Fahrzeug-Empfänger überprüft, ob die Adresse eines Befehiswortes für ihn relevant
ist ;gegebenenfalls werden die Daten dieses Befehlswortes in das Register des Fahrzeug-Empfängers
übernommen.
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Nach der Erfindung ist weiters der Fahrzeug-Empfänger für die oben
beschriebenen Steuerungs-Systeme derart vorteilhaft ausgebildet, daß er ein Register
mit zwei Abschnitten enthält, in denen je getrennt die Daten der betreffenden einzel-adressierten
Befehlawörter und diejenigen der sammel-adressierten abgespeichert werden, und daß
eine
Ansteuerungs-Kontrollschaltung vorhanden ist, in welcher durch logische Verknüpfung
der Inhalte beider Register-Abschnitte die Stell-Befehle für die Ansteuerungs-Schaltglieder
der zu betreibenden Fahrzeug-Einrichtungen - beispielsweise des Antriebsmotors,
der Lampen bzw. der Zusatz-Einrichtungen - erzeugt werden.
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Die Anzahl der getrennt ansteuerbaren Fahrzeuge bzw.
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Fahrzeug-Einrichtungen kann durch Wahl ber entsprechenden Oodierungsart
der Befehlswörter (Zahl der Adress-Bits, Zahl und Verwendung der Daten-Bits) beliebig
groß gemacht werden. Die einzel-adressierten Befehlswörter sind grundsätzlich auf
der gesamten Gleisanlage identisch, während der Daten-Teil der sammel-adressierten
Befehlswörter für elektrisch getrennte Streckenabschnitte getrennt festgelegt werden
kann. Normalerweise gibt es eine einzige, für sämtliche Fahrzeug-Empfänger gültige
Sammel-Adresse. Mit Hilfe der einzel- und sammel-adressierten Befehlwörter und einer
entsprechenden Verknüpfungs-Logik in den Fahrzeug-Empfängern ist somit die gewünschte
Kombination der identitäts- und der positions-orientiertan Stsusrungsmb.glichkeiten
erreicht, wie das folgende Beispiel zeigt: Die Daten des einzel-adressierten Befehlswortes
für ein bestimmtes riebfahrzeag besagen Fahrt voraus mit Geschwindigkeitsstufe 12";
der Fahrzeug-Empfänger erhält aber auch ein ammel-adressiertes Befehlswort, welches
besagt "Verminderung der Fahrgeschwindigkeit um vier Stufen und Fahrtrichtungs-Umkshr";
somit gilt für das Triebfahrzeug der aktuelle Betriebs zustand "Fahrt rückwärts
mit Geschwindigkeitsstufe 8i'.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Steuerungs-Systems für auf Gleisanlagen betriebene Modellbahnzüge dargestellt: Es
zeigen Fig. 1 ein pulelängen-codiertes Befehlswort; Fig. 2 das gesamte
Stsuerungs-System
im Blockschaltbild; Fig. 3 die iin Geber dieses Steuerungs-Systemes eingesetzte
Zenl;ral-Einlle (ZB), uni schließlich Fig. 4 den zu diesem Steuerungs-Systeii gehöriger
Fahrzeug-Empfänger.
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Das in Fig. 1 dargestellte Befehiswort ist ein pulslängen--codiertes
Signal, mit welchem eine 8,33 kHz-Tragsrfrequsnz amplituden-moduliert wird; diese
Trägerfrequenz-Wechselsparlnung wird der an den Fahrschienen liegenden Betriebs-Gleichspannung
(20 Volt) überlagert. Die Befehlswbrter bestehen aus 16 Bits und einem Trennzeichen
T ; in der Pulslängen-Codierung wird ein 0-Bit als Kurzpuls und Kurzpause (je 0,6
msec) ausgedrückt, ein 1-Bit als Langpuls und Langpause (je 1,2 msec), das Trennzeichen
T als Doppel-Langpuls (2,4 msec) und Kurzpause (0,6 msec)3 die zweimalige Sendung
jedes Bits (Puls und Pause) dient der Datensicherung (Plausibilitäts-Kontrolle im
Fahrzeug-Empfänger) - was wegen der schlechten Ubertragungs-Bedin gungen (unsicherer
Kontakt zwischen Schienen und Rädern) wichtig ist. Die ersten 8 Bits eines Befshlwortes
dienen als Adresse, sodaß der Adress-Raum 255 Einzel-Adressen und die Sammel-Adresse
00000000 umfaßt; die restlichen 8 Bits stellen die Daten dar. Im Falle von einzel-adressierten
Befehleworten (Einzelbefehl) setzen sich die Daten zusammen aus : binär codierte
Fahrgeschwindigkeit (4 Bits), Fahrtrichtung (1 Bit), Beleuchtung (1 Bit), Sammelbefehis-Unterdrückung
(1 Bit; wenn gesetzt - bleibt Inhalt der empfangenen Sammelbefehle ohne Einfluß
auf den aktuellen Betriebszustand), Zusatzfunktion (1 Bit). Bei sammel-adressierten
Befehlswbrtern (Sammelbefenle) bestehen die Daten aus : binär codierte Geschwindigkeitsangabe
(4 Bits), Fahrtrichtungs-Umkehr (1 Bit), Sammelbefshis-Art (1 Bit; wenn gesetzt
- Reduzierung der aktuellen Fahrgeschwindigkeit laut Ceschwindigkeitsangabe; wenn
nicht gesetzt - aktuelle Fahrgeschwindigkeit gleich der Geschwindigkeitsangabe),
Not-Halt (1Bit; Fahrzeug hält - auch bei aktiver Sammelbsfehls-Unterdruckung), Zusatzfunktion
(1 Bit).
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Fig. 2 zeigt die Hauptkomponenten des Systems und deren Zusammenschaltung.
Die Gleisanlage ist durch einseitige Schienen-Trennungen in n Streckenabschnitte
unterteilt An allen Abschnitten liegt die gleiche Betriebsspannung, welche von der
Betriebsspannungs-Einheit BE über die Drosseln L1, L2, ..., Ln (n - Anzahl der Streckenabschnitte)
zugeleitet wird. Über die Kondensatoren C1, C2, ..., Cn werden die Ausgänge AS1,
AS2, ..., ASn der Steuerungs-Zentraleinheit ZE angekoppelt; die LC-Glieder verhindern
eine gegenseitige Verstümmelung der Steuer-Informationen tragenden 8,33 kHz - Pulse.
Der Ausgang AM ist die gemeinsame Masse des Systems. Die Steuer-Information besteht
aus Einzelbefehlen und Sammelbefehlen; es werden immer zwei Einzelbefehle und danach
ein Sammelbefehl abgegeben, wobei die Einzelbefehle an allen Ausgängen AS1, AS2,
..., ASn gleich sind,die Sammelbefehle dagegen sich bezüglich der Daten streckenabschnittsweise
voneinander unterscheiden können, jedoch alle die Adresse 00000000 haben.
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Über die Fahrpulte P1, P2, ..., P255 werden die je 16 Bits der Einzelbefehle
festgelegt (auch Adresse am Pahrpult umschaltbar); außerdem besitzt jedes Fahrpult
P noch einen Aktivierungsschalter, durch den bestimmt wird, ob überhaupt Einzelbefehle
des betreffenden Fahrpultes ausgesendet werden sollen. Die Daten der verschiedenen
Sammelbefehle (je 8 Bits) werden über die den Ausgängen AS1, AS2, ..., ASn zugeordneten
Eingänge SA1, SA2, ..., SAn festgelegt. Jeder Fahrzeug-Empfänger FEk (k = 1, 2,
..., 255) erhält über die Räder und Schleifer seines Fahrzeuges die Betriebsspannung
und die Steuer-Information, erkennt die für ihn relevanten Befehiswörter (Einzel-
und Sammelbefehle) und versetzt die von ihm zu betreibenden Einrichtungen (motor
m, Lampen, Zusatzeinrichtung Z) in den gewünschen Betriebszustand. Beim Überfahren
der Schienentrennstellen mit einem Fahrzeug, das mehrere miteinander elektrisch
verbundene Räder besitzt, kommt es zwangsläufig zu einer Verstümmelung (Nicht-Empfangbarkeit)
der Sammelbefehle,
falls sich diese in den betreffenden Streckenabschnitten
voneinander unterscheiden. Es sollte daher, bei jedem Zug ausschließlich das Triebfahrzeuq
elelotrisch Fillt:-einander verbundene Räder haben - und soflpjt koiii anderen Fahrzeug.
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Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild der Zentral-Einheit: ZE des Gebers
(Fig. 2) - wobei Stromversorgungs- und Takterzeugungs-Schaltungen nicht eingezeichnet
sind. Die zoll rate Äblaufschaltung ZA organisiert nach einem bestimrnt:en Zyklus
das Zusammenwirken aller Teile der Zentral-Einheit ZE . Über Leitung 40 wird die
multiplexer-Steuerung MS auFgefordert:, den Daten-lultiplexer DM über die ädreseleitungen
41 auf das nächste Fahrpult P einzustellen, wobei jedoch jene Fahrpulte P übersprungen
werden, deren Aktiviarungsschnlter ausgeschaltet sind, was über den adressierungsmäßig
parallelgeschaltenen Aktivierungs-Multiplexer AM über Leitung 42 an die Sultiplexer-Steuerung
rns gemeldet wird. Darnach gibt die zentrale AblauFschaltung ZA über Leitung 43
an die Einzolbefshls-Logik EL ein Startsignal, welches diese veranlaßt: die einzelnen
Bits des eingestellten Fahrpultes P mittels der lidreesleitungen 44 abzutasten,
darnach aus dem Ergebnis dieses Vorganges auf Leitung 45 ein Befshlswort gemäß Fig.
1 zu erzeugen und schließlich dieses an das Oder-Catter 46 zu legen; die Einzelbefehle-Logik
EL gibt an die zentrale Auflaufschaltung ZA über Leitung 47 eioe Fertig-Meldung,
wonach die Ablaufschaltung ZA das Trennzeichen T bildet und dasselbe an den zweiten
Eingang des Oder-Gatters 46 legt. Dieser ablauf wiederholt sich immer wieder, sodaß
alle aktiven Fahrpulte P zyklisch durchlaufen werden. Nach jedem zweiten so gebildeten
Befehlewort gibt die zentrale Ablaufschaltung ZA jedoch über Leitung 46 eine Aufforderung
an alle Sammelbefehls-Schaltungen SS1, 552, ... SSn, welche nun Sammelbefehle mit
der Adresse 00000000 und mit den den logischen Pegeln an den Eingängen SA1, SA2,
..., SAn entsprechenden Daten erzeugen. Einzelbefehle und Sammelbefehle werden sodann
durch Oder-Catter zusammengefaßt, der 8,33 kHz-Trägerfrequenz aufmoduliert, verstärkt
und gemäß Fig. 2 über die Ausgänge AS1, AS2, .e., ASn an die Fahrschienen ausgekoppelt.
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Da die Aussendung der den einzelnen Fahrpulten P zltehörigen Befehlswörter
nicht gleichzeitig, sondern seriell erfolgt, ergibt sich zwischen der Anderung eines
Sollwertes am Fahrpult und deren Übernahme durch den betreffenden Fahrzeug-Empfänger
eine gewisse Zeitverzögerung; diese beginnt sich ab ca. 10 gleichzeitig aktiven
Fahrpulten (Umlaufzyklus ca. 0,5 sec) störend bemerkbar zu machen. Es muß daher
dann die einfache zyklische Fahrpult-Abtastung, wie sie oben beschrieben wurde,
durch eine Vorgangsweise ersetzt werden, die jene Fahrpulte, deren Einstellung gerade
verändert wurde, bevorzugt zur Aussendung gelangen läßt. Zu diesem Zweck wird eine
mit einem Schreib/lese-Speicher ausgerüstete Multiplexer-Steuerung MS verwendet,
die während jeder Trennzeichen-Aussendung sämtliche aktive Fahrpulte abfragt und
durch Vergleich mit den während der vorhergehenden Abfrage gespeicherten Daten die
Veränderungen erkennt. Wegen des unbeständigen Schienenkontaktes werden die Befehlswörter
der veränderten Fahrpulte mehrmals ausgesendet.
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In Fig. 4 ist das Blockschaltbild eines Empfängers für ein Triebfahrzeug
dargestellt. Er wird über die Schienen und die Räder des Fahrzeugs versorgt. Die
der Betriebsspannung überlagerten Trägerfrequenz-Impulse werden mittels des LC-Resonanzkreises
61 ausgefiltert, im Demodulator und Impulsformer 62 auf Logik-Pegel gebracht und
der Adress-Erkennungsschaltung 63 zugeführt, welche die im ankommenden Befehlawort
enthaltene Adresse kontrolliert und gegebenenfalls die Daten eines zugeordneten
Einzelbefehls in den Register-Abschnitt 64 bzw. die Daten eines Sammelbefehls in
den Register-Abschnitt 65 lädt. Aus den Inhalten der beiden Register-Abschnitte
wird nun in der Ansteuerungs Kontrollschaltung 66 der aktuelle Betriebszustand bestimmt.
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Die Ansteuerungsschaltungen 67, 68, 69 erhalten dann die entsprechenden
Stell-Befehle zur Betätigung des Antriebsmotors 70, der stirnseitigen Beleuchtungslampen
71, 72 und der
Zusatzeinrichtung 73. Zum Betrieb der logischen
Schaltungsteile des Empfängers ist der Konstantspannungsregler 74 erforderlich.
Damit das Fahrzeug unabhängig von der Aufgleisungsrichtung einsatzfähig ist, wird
der gesamte Betriebsstrom über den Brückengleichrichter 75 geleitet.
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