Control de comando digital

Digital Command Control (DCC) es un estándar para un sistema para el funcionamiento digital de modelos de ferrocarriles que permite controlar de forma independiente locomotoras en el mismo tramo eléctrico de vía.

El protocolo DCC está definido por el grupo de trabajo de control de comando digital de la Asociación Nacional de Ferrocarriles Modelo (NMRA). La NMRA ha registrado el término DCC, por lo que, si bien el término Control de comando digital se utiliza a veces para describir cualquier sistema de control ferroviario modelo digital, estrictamente hablando se refiere a NMRA DCC.

Historia y protocolos

En la década de 1980 se desarrolló un sistema de control de comando digital (bajo contrato con Lenz Elektronik GmbH de Alemania) para dos fabricantes alemanes de modelos de ferrocarriles, Märklin y Arnold. Los primeros decodificadores digitales que produjo Lenz aparecieron en el mercado a principios de 1989 para Arnold (N) y a mediados de 1990 para Märklin (Z, H0 y 1; Digital=). Märklin y Arnold abandonaron el acuerdo por cuestiones de patentes, pero Lenz continuó desarrollando el sistema. En 1992, Stan Ames, quien más tarde presidió el Grupo de Trabajo NMRA/DCC, investigó el sistema Märklin/Lenz como posible candidato para los estándares NMRA/DCC. Cuando el comité de control de mando de la NMRA solicitó presentaciones de los fabricantes para su estándar de control de mando propuesto en la década de 1990, Märklin y Keller Engineering presentaron sus sistemas para su evaluación. La comisión quedó impresionada por el sistema de Märklin/Lenz y ya desde el principio se decidió por lo digital. La NMRA finalmente desarrolló su propio protocolo basado en el sistema Lenz y lo amplió aún más. Posteriormente, el sistema se denominó Control de comando digital. Los primeros sistemas comerciales construidos sobre el NMRA DCC se demostraron en la Convención NMRA de 1993, cuando se anunció el estándar DCC propuesto. La norma propuesta se publicó en la edición de octubre de 1993 de la revista Model Railroader antes de su adopción.

El protocolo DCC es objeto de dos estándares publicados por la NMRA: S-9.1 especifica el estándar eléctrico y S-9.2 especifica el estándar de comunicaciones. También están disponibles varios documentos de prácticas recomendadas.

El protocolo DCC define los niveles de señal y los tiempos en la pista. DCC no especifica el protocolo utilizado entre la estación de comando DCC y otros componentes, como los aceleradores adicionales. Existe una variedad de estándares propietarios y, en general, las estaciones de comando de un proveedor no son compatibles con los aceleradores de otro proveedor.

RailCom

En 2006, Lenz, junto con Kühn, Zimo y Tams, comenzaron a desarrollar una extensión del protocolo DCC para permitir un canal de retroalimentación desde los decodificadores hasta la estación de comando. Este canal de retroalimentación normalmente se puede utilizar para señalar qué tren ocupa una determinada sección, pero también para informar a la estación de mando de la velocidad real de una locomotora. Este canal de retroalimentación se conoce con el nombre de RailCom y se estandarizó en 2007 como NMRA RP 9.3.1.

Quoting "NMRA Standards and Recommended Practices#34;:

 S-9.3 DCC Bi-Directional Communications Standard
S-9.3.1 (continuación)
S-9.3.2 DCC Transmisión Básica de Decodificación - (actualizado 12/20/2012) REVISIÓN

Cómo funciona DCC

Un sistema DCC consta de fuentes de alimentación, estaciones de comando, impulsores, aceleradores y decodificadores.

La estación de comando DCC crea el paquete digital utilizando datos de un acelerador. El paquete digital contiene la dirección del decodificador, instrucciones y un byte de error para comprobar la validez del paquete.

Muchas estaciones de comando están integradas con un amplificador (booster) que, en combinación con su fuente de alimentación, modula el voltaje en la vía para codificar mensajes digitales mientras proporciona energía eléctrica. Para sistemas grandes, se pueden emplear impulsores adicionales para proporcionar energía adicional.

El voltaje de la pista es una señal digital pura. La señal DCC no sigue una onda sinusoidal ni es una portadora superpuesta a un voltaje de CC. La estación de comando/amplificador enciende y apaga rápidamente el voltaje aplicado a los rieles, lo que genera un flujo binario de pulsos. Un carril es siempre el estado lógico inverso del otro, con cada pulso de datos repetido. Al no haber polaridad, el sentido de marcha es independiente de la fase del carril. El período de tiempo que se aplica el voltaje proporciona el método para codificar datos. Para representar un uno binario, el período es corto (nominalmente 58 µs), mientras que un cero se representa por un período más largo (nominalmente al menos 100 µs).

Cada locomotora está equipada con un decodificador DCC multifunción direccionado individualmente que toma la señal de la vía, procesa y actúa según las instrucciones. La velocidad y dirección del motor eléctrico se controlan mediante modulación de ancho de pulso. A cada decodificador se le asigna una dirección única y no actuará según los comandos destinados a un decodificador diferente, lo que proporciona control independiente de locomotoras y accesorios en cualquier parte del diseño sin requisitos de cableado especiales. Los decodificadores también pueden controlar funciones como luces, generadores de humo y generadores de sonido. Estas funciones se pueden operar de forma remota desde el acelerador DCC. Los decodificadores accesorios también pueden recibir comandos del acelerador de manera similar para permitir el control de desvíos, desacopladores y otros accesorios operativos (como anuncios de estaciones) y luces.

Es posible alimentar una única locomotora modelo analógica (CC) por sí sola (o además de los motores equipados con decodificador DCC), dependiendo de la elección de los sistemas de arranque DCC disponibles comercialmente. La técnica se conoce como estiramiento cero y no forma parte del estándar NMRA DCC. El período del bit cero se puede expandir (estirar) para hacer que el voltaje promedio (y por lo tanto la corriente) avance o retroceda, dependiendo de a qué riel se aplica el bit cero estirado. Sin embargo, debido a que la energía bruta contiene un gran componente armónico, los motores de CC se calientan mucho más rápidamente que con energía de CC, y algunos tipos de motores (particularmente los motores eléctricos sin núcleo) pueden resultar dañados por una señal de CC.

Ventajas sobre el control analógico

La gran ventaja del control digital es el control individual de las locomotoras en cualquier lugar del trazado. Con control analógico, operar más de una locomotora de forma independiente requiere que la vía esté cableada en "bloques" cada uno tiene interruptores para seleccionar el controlador. Mediante el control digital, las locomotoras pueden controlarse dondequiera que se encuentren.

Los decodificadores digitales de locomotoras suelen incluir "inercia" simulación, donde la locomotora aumentará o disminuirá gradualmente la velocidad de manera realista. Muchos decodificadores también ajustarán constantemente la potencia del motor para mantener una velocidad constante. La mayoría de los controladores digitales permiten al operador establecer la velocidad de una locomotora y luego seleccionar otra locomotora para controlar su velocidad mientras la locomotora anterior mantiene su velocidad.

Los desarrollos recientes incluyen módulos de sonido a bordo para locomotoras de escala tan pequeña como N, posibles gracias a los avances en los teléfonos inteligentes, que tienden a utilizar altavoces pequeños pero de alta calidad.

Los requisitos de cableado generalmente se reducen en comparación con un diseño convencional con alimentación de CC. Con el control digital de accesorios, el cableado se distribuye a decodificadores de accesorios en lugar de conectarse individualmente a un panel de control central. Para diseños portátiles, esto puede reducir en gran medida la cantidad de conexiones entre placas: solo la señal digital y cualquier fuente de alimentación accesoria necesitan uniones entre placas base.

Esquemas de ejemplo

Sistemas en competencia

Existen dos alternativas europeas principales: Selectrix, un estándar abierto Normen Europäischer Modellbahnen (NEM) y el sistema propietario de Märklin Digital. El sistema US Rail-Lynx proporciona energía con un voltaje fijo a los rieles mientras que los comandos se envían digitalmente mediante luz infrarroja.

Otros sistemas incluyen el sistema de comando digital y el control de comando Trainmaster.

Varios fabricantes importantes (incluidos Märklin, Fleischmann, Roco, Hornby y Bachmann) han entrado en el mercado de DCC junto con fabricantes especializados en él (incluidos Lenz, Digitrax, ESU, ZIMO, Kühn, Tams, North Coast Engineering (NCE), Digikeijs y CVP Products (EasyDCC, Sound Traxx, Train Control Systems y ZTC). La mayoría de las unidades centrales Selectrix son unidades multiprotocolo que admiten DCC total o parcialmente (por ejemplo, Rautenhaus, Stärz y MTTM).