Modelisme ferroviaire H0 : la gare de LORMEDY

 

Introduction

Cette gare imaginaire est située sur un axe nord-est sud-est où circulaient des trains directs de la frontière Belgo-Luxembourgeoise à la frontière Italienne, entre Longwy et Nice à une époque qui s'étend de 1935 à 1995. Le XXe siècle, époques II_B, III et IV qui ont vu passer de nombreuses locomotives à vapeur, diesels et électriques sous caténaire 1500V continu et 25000V/50Hz. C'est un clin d'oeil aux gares de Longwy, Longuyon, Montmédy, à ma Lorraine natale puis en descendant vers la méditerranée par le couloir rhodanien, Culmont-Chalindrey, Dijon, Lyon, Avignon et Marseille, ce qui justifie aussi la présence de locomotives bi-courant.
En partant de zéro ou presque, la construction prend plusieurs mois avant qu'un train roule sur le circuit complet car il faut prendre le temps de choisir des bonnes orientations qui seront définitives. Des autorails mais pas de TGV ! Dans un premier temps la voie est posée provisoirement avec des mini-pins. C'est en faisant circuler différents trains qu'on détecte et corrige les imperfections de la voie. Plus tard viendra le collage définitif des voies. On apprend, modifie et améliore pendant toute la construction. En clair : il faut savoir s'adapter.

Les gares expliquées par " C'est pas sorcier "
 PC 01/06/2017    


Le support

Pour construire les tables sur lesquelles le réseau ferroviaire repose j'utilise des plateaux en contreplaqué de 10mm d'épaisseur avec un cadre en bois de 90x27mm ou 70x20mm. Le tout est porté par des pieds en bois de 45x45mm d'une hauteur de 120cm sous lesquels je colle des patins en feutre pour diminuer la propagation des bruits de roulement dans le plancher. Note : il est toujours possible de recouper les pieds mais difficile de les rallonger. La hauteur est donc un avantage pour câbler sous les tables. Pour l'assemblage l'utilisation de vis Torx est recommandée car la visseuse ne dérape pas comme cela arrive avec les vis cruciformes ou à tête fendue. L'ensemble en forme de L, de 5m50 x 4m20 sans rupture scénique, est constitué avec une table de 140x140cm pour chaque boucle de retournement Est et Sud, une table de 110x90mm pour le virage Nord et deux ponts intermédiaires : un mesure 3m et correspond à la gare et l'autre 2m avec une pente de 5cm par mètre (5%). Le raccordement au début de chaque descente sera soigné et adouci afin d'éviter que le dessous des véhicules longs touchent le rail au passage du début de la pente. Cette rampe nécessite au minimum un essieu avec bandage sur chaque motrice pour ne pas patiner dans la montée. L'insonorisation et le support de la voie sont réalisés avec des plaques de liège de 5mm d'épaisseur collés avec de la colle blanche. Le ballastage viendra plus tard. Tout est démontable mais ce n'est pas essentiel.
 PC 01/07/2017    


La voie H0 code 83

J'hésite entre les rails sans ballast ROCO ou TILLIG mais rapidement je sélectionne la Voie TILLIG H0 Elite code 83 pour son réalisme car elle est déjà teintée brun-rouille. Cependant elle réclame une surface de pose très plane et les raccordements doivent être soignés pour éviter les déraillements et autres ennuis de fonctionnement. Les aiguillages TILLIG sont très fragiles à manipuler et nécessitent des doigts de fée. Leur géométrie n'est pas toujours parfaite, générateur de déraillement quand les trains les abordent en pointe. Le bruit de roulement des trains est plus grave avec la voie TILLIG et plus aigüe avec la voie ROCO donc plus désagréable. Je recycle mes anciennes voies et aiguillages ROCO en code 100 pour les voies de garage afin de limiter les dépenses. Les voies sont collées sur le liège avec de la colle néoprène (souple) pour diminuer la propagation des bruits de roulement. Tous les rails et aiguillages sont reliés au circuit d'alimentation général par des fils (0.3mm²) qui sont soudés directement sous tous les rails et traversent discrètement les plateaux par des trous situés directement sous ceux-ci. Le revêtement brun-rouille sous la voie doit être gratté pour obtenir une bonne soudure des fils. Tous ces fils seront reliés sous les tables à un Feeder général (1mm²) pour avoir un roulement continu des trains sans clignotement des éclairages. Les rails sont raccordés mécaniquement entre eux par des éclisses isolantes ou métalliques en fonction des cantons auxquels ils appartiennent. Le test final consiste à faire circuler une rame à vitesse maximale. Quand elle passe sur les aiguillages en pointe sans dérailler, c'est réussi !
 PC 16/07/2017    


Le tracé du réseau ferroviaire

Le réseau classique du débutant en ovale sur lequel tourne un TGV est exclu. Au début je commence par dessiner un premier tracé avec une voie unique et une boucle de retournement à chaque extrémité. Au centre je place une gare avec 4 voies pour recevoir à quai une rame de 6 à 7 voitures. J'ajoute un dépôt dans la boucle de retournement Sud. Peu satisfait par le manque de possibilité offert par ce tracé, je choisisde passer à une double voie (2x20ml) banalisée dans les 2 sens. La gare passe à 5 voies auxquelles s'ajoute une voie 1 bis et une voie terminus dédiées aux autorails. Je place une autre voie vers la halle marchandise du côté Nord de la gare. Finalement, des voies de garage pour mes voitures et wagons sont créées du côté de la boucle de retournement Est. Les courbes ont un rayon de courbure de 543mm et 605mm dans les boucles de retournement, de 484mm à 2200mm sur les aiguillages avec des angles de déviation qui s'étalent de 9º à 15º et 20º/32º en courbe. Un poste d'aiguillages de chaque côté de la gare devant les aiguillages d'entrée et de sortie confère plus de réalisme à ce réseau ferroviaire. D'autres bâtiments viendront s'ajouter au décor au fur et à mesure de la construction. Ultérieurement une voie coté dépôt sera réservée pour l'usage du VB (Voies et Bâtiments). En raccordant la voie qui mène vers les voies de garage avec une légère déclivité, associée à un rail dételeur télécommandé, il est possible de trier des wagons comme dans un triage qui n'aurait qu'un seul accès (par manque de place). Voici le plan provisoire 5m60 x 4m20 :

Plan provisoire du réseau ferroviaire

  Et bientôt des photosPC 31/07/2017    


L'alimentation des voies avec le Digital Command Control

Je choisis d'utiliser une alimentation numérique DCC pour commander les locomotives et les accessoires : aiguillages, éclairages, etc... Dans un premier temps et pour démarrer rapidement j'utilise une centrale numérique ROCO z21. Ensuite je prévois de construire ma propre centrale DCC alimentée par un bloc secteur 19VDC récupérée sur un ancien ordinateur portable. Puisque ma centrale ROCO est limitée à 2A, donc difficile de faire rouler plus de 4 trains éclairés ensemble. Puisque je souhaite manoeuvrer simultanément 6 trains, l'ajout d'un puissant Booster devient nécessaire, ce qui ne me séduit pas. Après plusieurs déraillements finissant en court-circuit, je décide de diviser mon réseau ferroviaire en quatre parties. Sous les tables je place donc quatre Feeders indépendants (section de 1mm²) mais commandés par les mêmes signaux DCC :

  • 1 pour alimenter les voies internes
  • 1 pour alimenter les voies externes
  • 1 pour alimenter la voie de programmation
  • 1 pour commander les accessoires

N'oubliez pas de mettre des fusibles à réarmement automatique !

Comme les vrais trains j'utilise des sous-stations : grace à plusieurs modules L298N (2 € chez AliExpress.com) j'augmente ainsi la puissance disponible pour les trains. En cas de court-circuit une seule voie sera concernée alors que les autres circuits continueront de fonctionner normalement. Les décodeurs d'accessoires sont alimentés directement par un module isolé, ils ne perdront plus leur position en cas de court-circuit puisqu'ils sont connectés à une ligne indépendante. Au final je conserverai la centrale z21 en secours. Tout le réseau sera supervisé par un programme qui tourne sur PC.
 PC 10/08/2017    


Ma centrale DCC série V1.0

Après avoir parcouru Internet et analysé de nombreuses conceptions faites par des amateurs éclairés dont certaines sont décrites sur Locoduino, je porte mon choix sur la bibliothèque DCC++ ou plus exactement sur DCCpp pour Arduino. Celle-ci permet de piloter plusieurs locos simultanement, en adresse courte et longue, offre une sortie DCC vers les voies principales et une sortie DCC vers une voie de programmation indépendante. La commande se fait par l'intermédiaire de fenêtres sur l'écran du PC/Tablette/Smartphone et du port COM ou Ethernet vers l'Arduino (avec l'ajout d'une carte interface Ethernet). Simultanement vous pouvez utiliser des tablettes ou des smartphones en WIFI avec une Box Internet qui sert de routeur WIFI.

Hardware :
J'utilise un Arduino MEGA 2560 sur lequel je place une carte fille pour câbler un driver RS485/7, SN75LBC176 ou AM26C31 qui transforme la sortie PWM en 2 polarités inverses afin d'alimenter le module Booster L298N. L'Arduino est connecté par USB au PC. Cela suffit pour l'alimenter en 5VDC mais si nécésaire un chargeur 7,5VDC alimente la carte Arduino. Une alim 19VDC plus puissante alimente les Booster L298N qui fournissent le DCC, lesquels alimentent les rails. J'ajoute des modules MAX471 pour mesurer le courant sur le 19VDC. La réalisation est possible avec un Arduino UNO ou NANO et coûte 10 € environ, hors alimentation et boitier. Coté pratique vous devrez connecter quelques fils et percer quelques trous pour assembler l'ensemble des éléments avec des vis afin de les solidariser ensemble.



                     

Schéma du montage :



Software :
J'installe le soft DCCpp qui se téléchargé ici : la biliothèque DCCpp pour Arduino et j'ouvre l'IDE d'Arduino. Ensuite j'édite le fichier DCCpp.ino pour le configurer avec l'interface série de l'Arduino à 115200 bauds que je connecte à un port COM redirigé vers une entrée USB du PC. Je compile les fichiers dont voici le rapport pour un Arduino MEGA 2560 :
- Le croquis utilise 17832 octets (7%) de l'espace de stockage de programmes. Le maximum est de 253952 octets.
- Les variables globales utilisent 830 octets (10%) de mémoire dynamique, ce qui laisse 7362 octets pour les variables locales. Le maximum est de 8192 octets.
Après la compilation, je téléverse le code dans l'Arduino et j'ouvre le Moniteur série associé à l'IDE Arduino. Comme j'ai activé le DEBUG, je lis le rapport d'initialisation envoyé par l'Arduino et je peux déjà envoyer des commandes manuelles vers les locos qui réagissent immédiatement. Puis je ferme le Moniteur pour libérer le port COM.

Enfin sur le PC j'ouvre une fenêtre "commande DOS" dans laquelle j'exécute la commande npm start et sur le navigateur HTML j'appelle l'adresse http://localhost:8124/ (en WIFI, remplacez localhost par l'adresse IP de votre PC). Et un interface de commande graphique apparait avec tous les boutons et curseurs nécessaires pour piloter les locos en DCC. Après écriture des programmes HTML et JavaScript sur PC, ce qui m'a pris plusieurs jours pour les rendre compatible avec DCCpp, je peux enfin piloter locos et accessoires avec cette interface graphique. Grâce au logiciel node.js, la communication se fait au travers du fichier en JavaScript qui interprète les commandes de l'interface graphique en HTML pour envoyer les instructions correspondantes sur la liaison série vers l'Arduino. Ce dernier décode les instructions et génère le PWM qui représente le signal DCC à envoyer vers les rails.

Voici la photo du prototype opérationnel réalisé et son l'interface de commande :

          

Ce projet est prévu pour supporter 3 Boosters L298N ainsi que 3 modules MAX471 et un ventilateur. L'interface de commande HTML permet de commander simultanément 99 locomotives et d'envoyer les commandes nécessaires pour animer 512 accessoires : aiguillages, feux de signalisation, éclairage, générateur de sons, passage à niveau, etc...
En option, une version avec lecture et écriture des CV sera disponible.

Procédure d'installation et fichiers bientôt téléchargeable. (actuellement en test final)

 PC 15/08/2018    


La centrale DCC F____A__ V2.0

A venir !
 Prochainement    


La commandes des accessoires et aiguillages en DCC

Les aiguillages classiques sont commandés par des relais bistables mais leur bruit (clac) est désagréable. Pour plus de réalisme en moins bruyant, les Servomoteurs sont parfaits. (2.00 €, même fournisseur ci-dessus) Pour alimenter le coeur des aiguillages j'utilise un micro-Switch (0.50 €) actionné par le même Servo, en silence. En ajoutant un micro-Switch supplémentaire, l'information sur la position réelle de l'aiguillage peut être retournée vers le PC par l'intermédiaire du bus de retro-signalisation.

                     

Le servomoteur comporte 3 fils : un Noir ou Marron connecté à la masse 0V, un fil Rouge connecté au +5VDC et un fil Jaune ou Orange connecté au signal de commande.
Télécharger le support pour servomoteur à imprimer en 3D de UAICF

Lire :
http://d2002.over-blog.com/article-motorisation-d-aiguille-par-servo-moteur-la-theorie-120497876.html
http://gibitrains.pagesperso-orange.fr/automatisme/cerveau_pour_servos/cerveau_pour_servos-01.htm
http://modelisme58.free.fr/index.php/telechargement/category/8-dcodeurs-accessoires.html
 PC 20/08/2018    


Les décodeurs d'accessoires en DCC

Pour commander les Servomoteurs il existe plusieurs modules :


Les cantons

Pour éviter les collisions et gérer les itinéraires des trains, un PC fera office de TCO dans un PCRI. En conséquence il est nécessaire de diviser le réseau ferroviaire en cantons de type BAL comme dans la réalité.

Chaque canton doit être plus long que le plus grand train qui circule sinon plusieurs cantons seront occupés par un seul train, ce que je ne m'interdit pas en H0. Cette coïncidence se produira au niveau des aiguillages situés de chaque côté de la gare mais ceci apportera plus de souplesse/sécurité dans la gestion du trafic. Je choisi la détection de consommation de courant pour repérer les trains grâce à un module de détection électronique. Cela implique de souder une résistance de 10 kOhms entre toutes les roues des voitures et wagons. Le réseau ferroviaire est découpé en une trentaine de cantons plus quelques capteurs Infra-Rouge qui me permettent de compter les wagons en cas dételage accidentel. Si si, ça arrive !


Le détecteur de présence, de consommation de courant

J'utilise un module électronique (10 x 4cm) de ma conception largement inspiré par ceux que d'autres modélistes ferroviaires utilisent : http://www.ho-ptit-train.be/Html/cablage_03.html

Dans chaque canton ce module détecte la moindre consommation de courant et active immédiatement sa sortie à ZERO (contact fermé à la masse). Après le passage du train la sortie revient à UN (contact ouvert) avec une temporisation de 1 seconde afin d'éliminer les mauvais contacts et donc filtrer les informations parasites. Il est aussi possible de filtrer ces informations dans le logiciel par les développeurs selon les besoins. Le module est alimenté en +5VDC mais supporterait +12VDC ou +24VDC si les 2 condensateurs chimiques sont adaptés à la tension. L'insertion de 2 diodes en série fait baisser la tension DCC de 1.5V qu'il faut compenser en augmentant de la même valeur l'alimentation de la centrale DCC ou celle des modules L298N. La sortie du module (< 50 mA) est prévue pour commander un relai, s'interfacer sur un module S88-N ou un TCO de conception personnelle. Les sorties sont connectées directement à un module de retro-signalisation S88-N à 16 voies. Les connecteurs situés de chaque côté permettent une déconnexion rapide et un échange de carte sans provoquer d'erreur de câblage au remontage. A ne pas négliger !

Voici le plan réalisé avec le logiciel gratuit KiCad (avec lequel j'ai réalisé le circuit imprimé ci-dessus) :

La sortie multi-usage peut être reliée avec une autre sortie pour créer une fonction OU en ajoutant une résistance PULL-UP externe, elle peut aussi commander un relai (50mA maxi) car elle est protégée par D9.
 PC 20/10/2017    


Le module de gestion de la boucle de retournement

Dans une boucle de retournement alimentée par les 2 rails, il se produit naturellement un court-circuit quand on ferme la boucle :

Il est nécessaire de renverser la polarité des rails au moment où le train entier occupe la boucle seule. Certains modules fonctionnent par détection de court-circuit que j'appelle modules basic. J'ai donc conçu un module de boucle utilisant un canton d'entrée, un canton central de retournement et un canton de sortie :

Quand le train pénètre dans le canton d'entrée, le module alimente le canton central avec la même polarité que ce premier. Quand le train quitte le canton d'entrée et occupe uniquement le canton central de la boucle de retournement sans atteindre le canton de sortie, à ce moment le module inverse la polarité des signaux DCC pour correspondre à la même polarité que le canton de sortie. Le train continue son trajet vers le canton de sortie sans court-circuit et sans rien percevoir. L'utilisation de 3 cantons permet aussi une utilisation en sens inverse comme pour une voie banalisée double sens ! Pour réaliser cette fonction j'utilise un circuit Arduino Nano (3 € à la même adresse que ci-dessus) posé sur un support à 2 €, associé à un module de relais (2,50 €), quelques fils, le tout alimenté en 5VDC plus quelques lignes de code. Les informations qui entre dans l'Arduino Nano viennent des modules détecteurs de consommation de courant. Les sorties pilotent les relais qui gèrent la polarité du bus DCC vers les rails. En théorie je pourrais les remplacer ultérieurement par des micro-Switches pour leur silence mais c'est plus compliqué en pratique. L'ajout de détecteurs Infra-Rouge sécurisera la boucle de retournement sous un tunnel et pourrait compter les wagons à chaque passage pour déclencher une alerte si un wagon se décroche accidentellement du train. (à mettre au point)

                     
 PC 15/11/2017    


La rétro-signalisation S88-N

Pour retourner vers le PC les informations sur la détection des trains et autres détecteurs je choisis la retro-signalisation S88-N pour sa simplicité qui garantit robustesse et fiabilité à l'utilisation. Sur ce réseau il s'agit de renvoyer 50 bits plusieurs fois par seconde vers un PC, ce qui est infinitésimal pour celui-ci. La limite étant de 512 capteurs pour un bus S88-N : transmettre 512 bits à 5 kHz correspond à une salve toute les 100 millisecondes, soit 10 salves par seconde. En comparaison, au 1/87e, un train lancé à 100 km/h parcourt 3 cm en 1/10e de seconde. Ces modules S88-N sont télé-alimentés en 5VDC et interconnectés par chainage avec des câbles RJ45 8-pin.

Voici plusieurs modules S88-N avec 16 entrées :

  • Des modules Arduino développés par des amateurs (quelques €)

  • TAMS Elektronik 44-01305-01-C S88-3 (25 € en kit)

  • LDT LittfinskiDatenTechnik RM-88-N (30 € en kit)

  • Digikeijs, Etc.


Ces modules fonctionnent avec une entrée de type pull-up qu'on met à la masse avec un interrupteur, un contact, une sortie de type open-collector ou un signal 0-5V comme dans mon cas.

Voir : http://www.train35.fr/dcc25.html


Les signaux de type Block Automatique Lumineux

Les feux de signalisation sont associés aux détecteurs de consommation de courant dans chaque canton. Ils sont sous le contrôle d'un PC et sont commandés avec un décodeur d'accessoires du même type que ceux décrits ci-dessus pour commander les aiguillages. Ce sera la cerise sur le réseau.

De la gauche vers la droite, nous voyons un signal voie libre vert, un avertissement jaune et un carré rouge Nf non franchissable car il protège un aiguillage.

Comprendre la signalisation ferroviaire française
La signalisation ferroviaire


Le câblage

Le câblage sous les tables représente une bonne partie du travail la moins agréable et de surcroit dans de mauvaises positions.
Une goulotte est placée sous les tables tout le long du réseau pour distribuer les alimentations et les signaux entre le PC, la centrale DCC et les différentes cartes électroniques décrites ci-dessus.

Elle contient :

  • 4 Feeders DCC (2x1mm²) : 1 pour le circuit externe, 1 pour le circuit interne, 1 pour la voie de programmation et 1 pour les accessoires

  • 1 alimentation +5VDC (2x1mm²) pour alimenter les cartes électroniques

  • 1 alimentation +12VDC (2x1mm²) pour alimenter les éclairages

  • Un bus S88-N de retro-signalisation (câble RJ45)

  • Quelques fils qui transportent les informations provenant des différents cantons

  • 1 alimentation optionnelle 14VAC (2x1mm²) pour commander quelques vieux aiguillages à relai bistable

Chaque connexion nécessite 2 fils torsadés entre eux avec des paires de couleurs différentes pour mieux les identifier. La torsade diminue le parasitage avec les fils voisins et augmente la rigidité mécanique tout en évitant de faire un sac de noeud. Des connecteurs de type domino double sont utilisés au passage d'une table à une autre en prenant soin de réunir ensemble les masses des mêmes circuits électriques à cet endroit précis. Toutes les extrémités des fils sont étamées avec de la soudure à l'étain avant d'être insérer dans les connecteurs. L'usage de connecteurs male-femelle évite les erreurs de câblage lors d'un démontage-remontage puisqu'on ne retire pas les fils de leur connecteur. On branche/débranche seulement les connecteurs entre eux.


Le programme sur le PC

Le logiciel CDM-rail.


Liens utiles :

Modelisme féroviaire :

Technique :

Les clubs :

Les vrais trains :

  • APMFS - Chambéry (73)        Association pour la Préservation du Matériel Férroviaire Savoyard dont la CC 6558 Maurienne, CC 6549 TEE, CC 7102, CC 20001, 2CC2 3402, BB 25188 béton, ...

  • APCC6570 - Avignon (84)      Association pour la Préservation de la CC 6570 TEE, BB 25639, BB 25660, ...

  • Site du train - Nîmes (30)      Association pour la préservation du materiel férroviaire dont la CC 6575 TEE, CC 7121, BB 8177, BB 9411, CC 1110, BB 327 et BB 346, BB 4162, 141R 1298, ...

  • AAATV-SNCF - Nîmes (30)      Musée du Chemin de fer de Nîmes

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La gare imaginaire de Lormedy en H0

Texte d'accompagnement :
La gare imaginaire de Lormedy en modélisme ferroviaire H0 animée par une commande DCC Arduino pilotée par une IHM/GUI en JavaScript et le moteur node.js.
Réseau SNCF représenté sur la période 1935/1995 avec conception / développement de modules électroniques et écriture des programmes informatiques associés.


Texte, photos, conception et réalisation :  Philippe CHAVATTE © 2018