Honzíkovy vláčky

Lekce z dějepisu: DCC elektronika „made in doma“ pro železniční modely

Autor: Jindřich Fučík, Jan Hlaváček, Bohuslav Partyk Vydáno: 19.5.2017

Ještě před pár lety jsme znali jen analogová kolejiště. Proces digitalizace modelové železnice začal teprve před 20 – 25 lety, ale již nyní je velmi užitečné věnovat se historii tohoto procesu. Proč? Protože lidská paměť je děravá. Na zmíněném procesu se především podílelo (a nutné říct že se stále podílí) několik profesionálních firem, ale pochopitelně i bezpočet „amatérských“ inženýrů, techniků či modelářů. Přičemž ale jen někteří z nich přinášejí užitelná řešení prospěšná všem.

Není na škodu hned v úvodu připomenout, že stejně jako v jiných daleko důležitějších odvětvích lidské činnosti (namátkově např. zdravotnictví, kosmonautika, vojenství, řízení dopravy atd.) hrála důležitou roli při rozvoji digitalizace faktická velikost elektronických modulů, což bezpochyby souviselo s postupným zmenšováním vstupních součástek a zvyšováním jejich výkonu. Má to logiku. Dostat do malého modelu už tak napěchovaného nezbytnými součástkami vč. zátěže malý dekodér, a to tak, aby jej bylo možné bez nebezpečí zkratu zapojit, to se v prvopočátcích digitalizace neobešlo bez hrubých zásahů do konstrukce modelu. Čím menší měřítko, tím složitější vymýšlení. Nutné přiznat, že v úplných začátcích prakticky nebylo možné použít prodávané dekodéry pro modely v měřítku 1:160 a menší. V tomto ohledu je velmi zajímavé, že nejaktivnějšími „amatérskými“ vývojáři DCC dekodérů s těmi největšími úspěchy byli právě ti, kteří vyznávají nejmenší modelářská měřítka, tedy především ve světě velmi populární měřítko 1:160 (N).

Co je DCC a proč vzniklo¹⁾

DCC je zkratka z anglického Digital Command Control. Vytvořila jí společnost pro modelovou železnici – National Model Railroad Association – NMRA²⁾ -, která je považovaná za organizaci vytvářející standardy pro modelovou železnici. Pro vysvětlení co je příkazové ovládání je dobré znát historické pozadí.

Tradičně (u analogových systémů) byla rychlost a směr vlaku řízena změnou napětí a polarity v kolejích. Čím větší napětí, tím rychleji se lokomotiva pohybuje, čím nižší napětí, tím pomaleji se pohybuje. Pokud je kladné napětí v pravé kolejnici (z pohledu lokomotivy), lokomotiva jede dopředu, pokud je zde napětí záporné, lokomotiva se pohybuje v opačném směru. Jistou inovaci přineslo pulzní řízení, neboli PWM, ale to řešilo jen problém cukání při pomalé jízdě. Při něm se nemění napětí v koleji, ale jeho časový průběh.

Blokové řízení

Možnost ovládat rychlost a směr vlaku je dobrá, ale jak ovládat více než jeden vlak? Železniční modeláři vymysleli mnoho důmyslných způsobů jak ovládat větší množství vlaků. Základní používanou metodou je blokové ovládání. Modelové kolejiště je rozděleno do několika elektrických bloků, z nichž každý může ovládat jednu soupravu. K řízení jednotlivých vlaků se používá ovladač (reostat), pole přepínačů pak připojuje každý blok. Tento způsob ovládání je také nazýván vozové ovládání (v češtině se moc neujalo). Pravděpodobně nejgeniálnější metoda vozového ovládání je takzvané progresivní vozové ovládání. Jak se vlak pohybuje po kolejišti, propojení mezi ovladačem a úsekem bylo automaticky posouváno pomocí relé na další blok a současný blok se uvolňoval pro použití následujícím vlakem.

Pro malá kolejiště s jedním nebo dvěmi vlaky bylo blokové řízení jednoduché a přímočaré. Pro větší a rozlehlejší kolejiště se jednalo o ohromný úkol. O tom by mohl vyprávět třeba Radek Wimmer ze Žďáru nad Sázavou, anebo ti, kdo viděli jeho domácí kolejiště zespodu.

Příkazové ovládání

Dalším vývojovým krokem je příkazové řízení. Příkazové řízení je způsob ovládání jednotlivých lokomotiv (nebo vlaků) ve stejnou dobu na stejné trati. První systém příkazového řízení byl systém Astrac vyvinutý společností General Electric v roce 1964. S rozvojem elektronického průmyslu se rozšiřovaly metody příkazového řízení. Dva z nejpopulárnějších systémů byly Onboard system firmy Keller Engineering’s, a Dynatrol system firmy PSI. Oba systémy používaly audio tóny (přesněji řečeno, frekvence elektrického signálu odpovídajícím rozsahu audio tónů) k řízení každé lokomotivy. Oba tyto systémy pracovaly dobře, ale uživatel byl stále omezen v počtu lokomotiv, které mohl ovládat.

Zvídavým doporučuje Jindra Fučík před čtením dalších řádků seznámit se s následujícími odkazy, týkajícími se produktů CVP³⁾. V roce 1978 publikoval časopis Model Railroader (Modelová železnice) sérii článků k tématu jak si vytvořit svůj vlastní řídící systém. Tento systém, nazvaný CTC-16⁴⁾, může ovládat až 16 různých vlaků, všechny na stejné koleji. Mnoho dalších společností používá stejné metody pro řízení 32 nebo 64 vlaků.

Problém těchto systémů spočíval v nedostatku standardizace. Neexistovala společná řeč mezi systémy (s výjimkou CTC-16). Na konci osmdesátých let minulého století začala zkoumat řídící systémy NMRA, aby zjistila, jestli mezi nimi existuje dostatečně společný základ pro vytvoření standardu.

Digitální příkazové ovládání

Spíše než znovu vynalézat kolo, studovala pracovní skupina DCC vytvořená v rámci NMRA všechny komerčně dostupné systémy příkazového řízení. Byly přijaty návrhy od Keller a Märklin. Pracovní skupina konstatovala, že nejlepší systém pro založení nového standardu byl systém vynalezený firmou Lenz Elektronik, který byl v té době použit firmou Märklin pro dvoukolejové soupravy. Tento systém nabízí nejlepší řešení elektronické signalizace a nabízí nejmenší omezení dalšího rozvoje.

Pracovní skupina DCC rozšířila design tohoto řešení, což umožnilo ovládání až 10 000 možných lokomotiv, řízení výhybek a více lokomotivních souprav. Pracovní skupina DCC pokračuje v objasňování a rozšiřování stávajících norem a doporučených praxí podle potřeby i dnes.

Nic nevzniklo na zelené louce

Zpátky ale k dávnější historii. Všechno má svůj vývoj a nic nevzniká tzv. ve vzduchoprázdnu. Také dnešní komponenty DIGI-CZ, o kterých píšeme dále, mají v řadě případů své předlohy. Nejlépe to ví sám jejich autor, Jindra Fučík. „Až když jsem měl něco za sebou a systematicky jsem hledal „začátky domácí výroby DCC, narazil jsem na Deana Probsta, o němž jsem už bohužel na internetu dohledal jen velmi málo. Moc se toho o něm nedochovalo. Ale byl to zřejmě on, který prezentoval důležitou myšlenku, totiž „že to jde“, tedy jinými slovy, že i v domácích podmínkách lze vyvinout a vyrobit funkční DCC komponenty pro modelovou železnici, a to dokonce pro malá měřítka,“ vysvětluje Jindra Fučík.

Na odkazu ZDE si lze přečíst jen kratičké curriculum vitae Deana Probsta: „Můj zájem o železniční modelářství začal už v raném věku. Můj otec byl průvodčím u železniční společnosti Southern Pacific. Často mě propašoval na palubu vlaku, když měl službu. Svůj první modelový vláček jsem dostal, když mi bylo asi 11 let a od té doby k nim mám silný vztah. Vytvořil jsem pak modely SP a D&RGW v měřítku N. Moje kolejiště je ale stále nedokončené. Jako profesionální elektrotechnik a současně modelářský nadšenec mám příležitost spojit svoji profesi s koníčkem. Ve skutečnosti to byly články CTC-16, které mě v roce 1980 přivedly k elektronice. Moje kolejiště zahrnuje detekce bloků, návěstidla založené na mikrokontrolérech, a dekodéry ovládáné systémem Digitrax, které jsem vyvinul a postavil sám.“

Jen pro zajímavost, jeho první DCC dekodér měl rozměry 0.35″ x 0.70″ x 0.22″, tj. cca 8,9 x 17,8 x 5,6 mm. Poskytuje 1A, umožňuje 14, 28, a 128 rychlostních stupňů, má pět funkcí, speciální efekty jako např. blesk, maják či nepřerušované světlo, možnost 119 adres, přímé programování CV a má ochranu proti přepětí a zkratu.

„Jeho projekt N Scale Decoder se táhne jako nit celou řadou projektů dalších autorů,“ dodává Jindra Fučík k práci Deana Probsta. „Na projekt Deana Probsta navazovali Georg Ziegler a Mike Bolton,“ pokračuje Jindra a dodává:

„Georg Ziegler provozuje velmi malá měřítka (N a Z) a vyznačuje se tím, že miluje skládání puzzle. Proto jeho design vypadá hodně podobně – ukázka ZDE. Zúčastňuje se akcí FREMO a tudíž byl i několikrát v ČR.“ Blíže o tomto vývojáři se lze dočíst ZDE.

„Mike Bolton funguje ve skupině MERG, proto jsou jeho projekty trochu propracovanější. Je poznat, že na nich spolupracuje víc lidí. Mike a jejich skupina se dali trochu jiným směrem a musím přiznat, že modernějším.“ Blíže o činnosti skupiny MERG se lze dozvědět ZDE.

Bylo by ovšem nesprávné pominout vývojářskou tvorbu Španěla Paco F. Cañady, který byl shodou okolností před několik dny v Praze a s Jindrou Fučíkem se potkali a popovídali mj. i o další možné spolupráci na DCC komponentech pro modelová kolejiště – viz ZDE. Paco se do značné míry zasloužil o popularizaci domácího DCC. Mimo jiné také proto, že jeho systém je velmi komplexní a přitom jednoduchý. Věděli jste například, že většina elektroniky v Království železnic (Praha 5) je podle Pacových návrhů? „Zašli jsem do Království železnic a bylo docela zajímavé sledovat ho, jak zná každý detail. Například mne upozornil na chybu v DMX převodníku, který má na starosti změnu osvětlení den/noc: ´Podívej, je tam chyba a teď se modrá špatně rozjede a blikne´,“ komentoval dění na kolejišti, vypráví Jindra Fučík.

Je zajímavé, že o tomto skvělém vývojáři s obrovskými zásluhami pro rozvoj DCC systémů pro modelové železnice se toho moc neví. V jeho případě asi víc jak o komkoliv jiném platí, že „skromnost je výsadou králů…“⁵⁾ „Paco je velmi sympatický člověk, působil na mne dost uzavřeným dojmem, o sobě a rodině prakticky nemluví. Vím jen, že ho živí elektrotechnika, pracuje jako kvalitář v jaderné elektrárně. Bavili jsme se vlastně jen o našem společném koníčku,“ vzpomíná na nedávné setkání s Pacem v Praze Jindra Fučík.

Dlužno podotknout, že toto tvrzení se týká jeho podílu na vývoji dekodérů. Pokud budeme sledovat vývoj centrál a ovladačů, tak Jindra Fučík uvádí, že na začátku byly práce Kanaďanů Roberta Côté a Johna Zajdlera a jejich MiniDCC – ZDE. „Jejich MiniDCC má dnes verzi 301, ale ta, která se hodně kopírovala, to byla asi až verze 4,“ vysvětluje Jindra Fučík. Ve vývoji ovladačů pro XpressNet patří rozhodně Paco mezi první průkopníky a hlavně evangelizátory.

„Od této centrály je odvozeno hodně dalších systémů, například můj Mini box – ZDE nebo ZDE. Paco od ní odvodil starý DCC_Gen. Ale protože tahle centrála neumožňovala externí ovladače (zato ovládala vlakové cesty), tak se k ní pokusil přidělat XpressNet a ono se to povedlo. Tím vznikla první NanoX – ZDE. Ta se pak začala rozvíjet do známé centrály NanoX S88,“ upřesňuje Jindra Fučík a pokračuje: „Já se na tomto vývoji moc nepodílel, napsal jsem jen něco do programování CV s číslem větším než 255 a trochu jsem pracoval na funkcích větších než F12. Ale opravdu jen trochu. Spíš jsem psal stranu ovladačů – třeba pro MiniMaus,“ dodává skromně.

První DCC komponenty vyráběné u nás

První DCC centrály a dekodéry pro železniční modely pocházely ze zahraničí. Byly relativně velké a hlavně nebyly levné. Z důvodu historické pravdy je však nutné konstatovat, že již před rokem 2010 se i v ČR objevují první vlaštovky domácí produkce. Kromě několika málo prodejců železničních modelů, kteří začali nabízet zahraniční produkty DCC, k nimž patřil např. Franc van der Ben (dnes BEN-Zerba) a jiní, kteří však neposkytovali patřičnou osvětovou činnost, patřil v té době k velkým propagátorům DCC systémů především Libor Schmidt z Brna (Marathon Model). Ten se v prvopočátku zaměřil na prodej systému LENZ a dekodérů ZIMO, později jej doplnil vlastní výrobou a produkty dalších firem.

Svůj podíl na tomto postupném procesu přechodu od analogu k digitálu měli též např. Ing. Vítězslav Báňa (dnes MTB-model), Ing. Jiří Štefan (STE electronic) a otec a syn Markové (DCC koleje) aj. První dva vyvinuli a nabízeli vlastní výrobky (DCC dekodéry), ti ostatní spíše kopírovali moduly podle volně dostupných zahraničních zdrojů a dost se soustředili na odstranění původního autora, proto se NanoX musela přejmenovat na H-Centrálu apod.

Ještě před založením projektu DIGI-CZ se stalo, že Jindra Fučík uveřejňoval na svém původním webu všechny své konstrukce a publikoval i veškerou dokumentaci, včetně software. To bohužel vedlo k tomu, že někteří čeští „pseudo-výrobci“ (viz výše) začali tyto obvody kopírovat, bastlit a prodávat jako své vlastní, často bez porozumění podstaty funkce. Jakmile se však objevil u jimi prodaných výrobků problém a zákazník modul reklamoval, místo vlastní podpory jej odkazovali na Jindru Fučíka s tím, že to přece jsou jeho řešení(?!). Proto Jindra Fučík (k nevoli bastlířů) tyto technické informace ze svého webu postupně stáhl a nové moduly se začaly nabízet výhradně pod nově vzniklou značku DIGI-CZ, na jejímž vzniku se podílel.

O prvních ryze českých elektronických modulech, vč. dekodérů jsme na stránkách Honzíkových vláčků začali psát od roku 2011. Bylo to nejdříve o centrále DCC – NanoX-S88 – ZDE a posléze o mnoha dalších modulech a dekodérech.

S propagací dalších DCC prototypů z dílny Jindry Fučíka jsme psali také v souvislosti s osvětovou činností prezentovanou formou seminářů – např. ZDE. Odtud už byl krůček k systematické spolupráci spočívající v konstituování projektu DIGI-CZ. Ačkoliv to odporuje principům dravého českého kapitalismu, jednou ze zásad otců-zakladatelů projektu DIGI-CZ bylo, že nabízené moduly a dekodéry budou především levné a tudíž dostupné i těm méně movitým modelářům, budou mít srozumitelné návody, budou funkčně spolehlivé, budou svými funkcemi srovnatelné se sériově vyráběnými produkty, případně budou mít i vylepšenou funkcionalitu, a pokud se na nich náhodou něco nepovede, reklamace a opravy budou vyřizovány sofort. Principy byly v převážné míře naplněny.

Během roku či dvou bylo v nabídce DIGI-CZ několik desítek modulů a dekodérů a tím byl vytvořen celý systém doplňujících se produktů. Počet reklamovaných výrobků se dal spočítat na prstech jedné ruky. Uživatelé postupně přicházeli na to, že u nás může platit i „za málo peněž hodně muziky“. Přestože došlo k několika personálním změnám v nepočetném týmu těch, kteří stáli a stojí za značkou DIGI-CZ, výroba i vývoj nových komponentů DIGI-CZ pokračuje.

Druhá etapa DIGI-CZ

Od počátku roku 2015 se DIGI-CZ oddělilo od N-šopíku a vznikl samostatný e-shop www.digi-cz.info. Řízení DIGI-CZ po obchodní stránce převzal Bohouš Partyk. Zamysleli jsme se nad stávajícím stavem. Došlo nám, že sice nabízíme hodně (až moc) obvodů či modulů, ale schází hlubší informovanost široké veřejnosti o jejich možnostech a využití. Moduly, o které nebyl zájem, byly vyřazeny z nabídky a některé byly naopak přidány. Postupně byly stránky věnované produktům přepracovány, některé obvody byly podrobněji popsány i na Partykově blogu www.masinky.info.

Bohouš Partyk, jako bývalý vývojář elektroniky, začal některé obvody inovovat. Zejména se věnoval elektromagnetické kompatibilitě, odrušení a spolehlivější funkci některých obvodů. Některé z původních obvodů z dílny Jindry Fučíka či jeho předchůdců, které dodnes kopírují někteří čeští malovýrobci, byly tzv. šity horkou jehlou a občas trpěly některými neduhy. Došlo k jejich inovaci. Dnes jsou postaveny na nových deskách plošných spojů, jsou vyráběny profesionální firmou jako dvouvrstvé s prokovenými otvory a nepájivou maskou a jsou doplněné filtry a ochranami, čímž získali na spolehlivosti. Jindra Fučík v mnohých také inovoval software.

Postupně takto byly inovovány moduly centrály NanoX-S88 (DIGI-CZ 203) a zdroje (DIGI-CZ 204) k ní, následoval modul dekodéru pro elektromagnetické přestavníky (DIGI-CZ 205), detektor obsazení se sběrnicí S88 (DIGI-CZ 210) (ve spolupráci s Viktorem Pohořelým – www.pojezdy.eu), základnová stanice (DIGI-CZ 221) a postupně téměř všechny starší dekodéry.

Dále pokračovala spolupráce s Vítem Vaculíkem (maximaus.unet.cz/). E-shop DIGI-CZ prodává jeho výhybkový dekodér a dekodér přejezdu, jakož i bezdrátový interface GenLi Bluetooth.

Přibyly také další nové obvody Jindry Fučíka. Na rozdíl od těch prvních, které jen minimálně upravovaly původní konstrukce Paco F. Cañady, případně jiných autorů, další obvody jsou zcela nové, ryze domácí konstrukce. Mezi takové patří dekodér pro 2 relé, X box, interfejs S88 k Z21, dekodér pro motorický přestavník MTB a další.

Do nabídky e-shopu DIGI-CZ jsme také doplnili některé další drobnosti, které modelářům chyběly (svorkovnice a rozbočovače). V krátkém čase plánujeme uvedení na trh nového ovladače TCO verze 3.0 i nového FBO, na konstrukci kterého se podílel kolega Bedlisch. Tyto dva obvody budou zapouzdřené ve stejných krabičkách. Další „krabičkový“ výrobek bude nová programovací základna.

Otázka zapouzdření našich výrobků je něco, co nás nenechává klidnými. Pouzdro obvykle lépe chrání výrobek, také přispívá k jeho prodejnosti u těch, kteří se neumí poradit s „holým polotovarem“, ale na druhou stranu zvyšuje celkovou cenu výrobku. I když jsme některé výrobky začali nabízet „holé“ i v krytu, zajímavé je, že ty zakrytované moc na odbyt nejdou (Intefejs S88 k Z21 – DIGI-CZ 033). Ideální by bylo mít jeden typ krabiček pro všechny výrobky. To je však nereálné vzhledem k sortimentu a velikosti desek plošných spojů a také velmi rozdílnému typu a počtu konektorů a svorkovnic.

Co nám u produktů DIGI-CZ pořád schází? Jsou to především kvalitní a obsáhlé návody. Bohouš Partyk některé nové připravil, ale upřímně přiznává: „Raději kreslím plošňáky jak píšu návody.“ Navíc, četné dotazy zákazníků potvrzují starou známou pravdu, že návody se stejně nečtou… Možná víc jak návody chybí „popisy výrobků pro pololaického uživatele,“ jak to dělal na Honzíkových vláčcích Honza Hlaváček. Když něco píše technik, ne vždy tomu každý zákazník úplně porozumí.

Náš (český) přínos k digitalizaci modelové železnice

Bylo by jistě nepřesné tvrdit, že jediným člověkem u nás, který se zapojil do vývoje komponentů pro DCC systémy, byl a je Jindra Fučík. Ostatně, o některých dalších jsme se zmínili výše. Byl ovšem jedním z prvních. Postupem doby se k němu přidali další odborníci, byť třeba v roli konzultantů či oponentů. Bohužel, výsledky novátorské práce mnohých nejsou dostatečně známé široké veřejnosti kvůli nekoncepčnímu systému šíření odborných informací u nás. V době internetu je to možná paradoxní tvrzení, ale je to tak. Čas od času se objeví nějaký nový poznatek třeba na některé internetové modelářské diskusi, ale protože tyto portály jsou zavšiveny neskutečným množství balastních informací a doslova blábolů exhibicionistů (na čemž má podíl nedůsledná práce moderátorů), je velmi těžké zde skutečně hodnotné poznatky a novinky vystopovat.

Z četných debat s Jindrou o jeho práci lze shrnout jeho podíl na vývoji DCC komponentů do jedné věty: „Moje snaha směřovala ke zlidštění používaných komponentů, v oblasti teoretické jsem začal řešit trochu víc teoretické matematiky, takže jsem postupně zlepšoval kvalitu dekodérů a nakonec jsem to dotáhl na 100% certifikaci.“

Jak už je ale uvedeno výše, vývoj komponentů zahrnovaných pod značku DIGI-CZ zdárně pokračuje a jejich význam v oboru DCC modelové železnice stoupá, o čemž svědčí mj. i zvyšující se zájem zákazníků o výrobky této značky i ze zahraničí, ale především pak to, že některé komponenty jsou už certifikované NMRA.

Co to znamená certifikace od NMRA

Certifikace od NMRA znamená, že vyrobené vzorky zařízení (moduly, dekodéry aj.), se pošlou do NMRA a oni je testují. Testují, jestli správně reagují na plný rozsah povolených napětí, jestli fungují i při zatížení signálu šumem, jestli rozpoznávají všechny typy a všechny extrémy, které norma popisuje.

„Docela nedávno jsem se pokoušel to spočítat. Vzal jsem si dekodér pro MP1,⁶⁾ ten prošel nejmenším počtem cyklů (byl hned napoprvé v pořádku). Došel jsem k číslu kolem 15000 cyklů na jednu a stejný počet na druhou stranu,“ vysvětluje Jindra Fučík.

„Takže, v NMRA takový dekodér trápí a zkoumají a pokud nic špatného nenajdou, začnou sledovat, jestli používá správná CV ve správných funkcích atd. Na konci pak pošlou autorovi dopis o tom, že testovaný výrobek prošel zkouškami, dokument má logo certifikace, které se pak smí užívat třeba na stránce, kde se výrobek popisuje. A pak o tom po nějakém čase provedou záznam na jejich webu⁷⁾, čímž je výrobek zařazen mezi certifikované dekodéry – ZDE,“ dodává Jindra Fučík.

* * *

I když výše uvedené jsou de facto stručné a kusé poznámky k historii vývoje DCC systému pro modelové kolejiště (v zahraničí a u nás), máme za to, že jsou to informace zajímavé a po právu připomínají i autory těchto systémů. A to je podle nás velmi důležité. Nic nebrání tomu, aby sami čtenáři této statě text doplnili ze svých životních zkušeností a znalostí.

____________________________________________