Tutoriel pour un cantonnement facile en DCC (Maj 21/04/2012)

Comme promis, je vais vous exposer comment j’ai élaboré le cantonnement de mon futur réseau. Ce cantonnement sera implémenté sur le niveau zéro où se trouve une double voie de parade. La voie dite « extérieure » sera composée de quatre cantons, la voie dite « intérieure » sera, elle, composée de trois cantons, soit le minimum pour un système de cantonnement. Je rappelle que sur une boucle composée de N cantons, on peut faire circuler N-1 trains.

Peut-être vous posez-vous la question de savoir pourquoi je n’ai pas utilisé des systèmes tout prêts du commerce ? Et bien premièrement pour le prix, il est vrai que les constructeurs proposent des systèmes clés en main, mais ces derniers sont hors de prix, et ne répondent pas réellement à mes besoins. Ils nécessitent souvent l’installation d’ILS sur les voies, et donc d’équiper tout son parc moteur d’aimants. De plus, je conçois le modélisme ferroviaire comme un passe temps. Et donc, de par ce fait, si tout est fait, le temps passe trop vite.

De même, quoi de plus satisfaisant que de concevoir, créer et faire fonctionner un système par ses propres moyens (A vaincre sans péril on triomphe sans gloire). Ce système de cantonnement m’a donné des cheveux blanc, car j’ai eu au cours de son élaboration plusieurs déconvenues (J’en exposerai certaines pour vous permettre de comprendre le comment du pourquoi), mais une fois que j’eus fini la version finale et que j’ai vu mes locos tourner et s’arrêter toutes seules, j’ai eu une profonde satisfaction du travail accompli.

Mais quoi de plus égoïste que de garder pour soi sa découverte ? Il est vrai que j’ai longtemps cherché sur le net et ses forums français et anglais des personnes ayant déjà construit leur propre système de cantonnement, mais les seules choses que j’ai trouvées, ce sont les systèmes du commerce, les systèmes pilotés par ordinateurs, bref rien qui ne m’intéressait. La seule chose que j’ai « piquée » au net, c’est le montage de détection de consommation de courant présenté par l’utilisateur « remy_13 » du forum Loco-Revue. Le reste je l’ai conçu par tâtonnement et déduction logique.
Il est évident que ce système conçu sur mon circuit en N est directement transposable à l’échelle HO. De plus, je l’ai conçu avec un système DCC Roco, mais, même si je ne connais pas les autres systèmes, il est à mon avis très facilement transposable aux autres systèmes DCC du commerce.

Voilà pour cette courte introduction. Nous allons passer aux choses sérieuses. Ce tutoriel se décomposera en plusieurs chapitres, des théoriques et d’autres franchement pratiques. J’espère que je serai assez clair dans mes explications, et il ne faudra pas hésiter à poser des questions si cela est nécessaire.

Un dernier mot : Je n’ai aucune prétention de donner des cours d’électronique à quiconque. Je n’en ai pas les compétences. Ce tutoriel n’est là que pour faire partager ma conception du cantonnement DCC de mon réseau et permettre à d’autres d’en profiter. Les montages électroniques qui seront présentés peuvent sans aucun doute être améliorés, vos conseils seront les bienvenus.

Comment concevoir un système de cantonnement automatique à partir du peu de matériel du commerce et pour un coût réduit ? Vaste programme quand on ne sait pas grand-chose du fonctionnement des centrales DCC du commerce, que l’on est informaticien et que l’on a peu de connaissances en électronique.

Le décor était déjà planté quand je me suis penché sur le problème, car je possédais déjà une centrale DCC Roco (Réf 10764) et deux LokMaus 2. Je ne voulais pas réinvestir dans un nouveau système. Je savais qu’il existait un générateur de freinage Roco (Ref 10779) et des boites « noires » à insérer entre les deux modules et les voies, et ce sont ces modules qui me gênaient (130 € pièce). J’ai donc décidé de remplacer ces modules par des modules de mon cru. J’ai donc fait l’acquisition du module de freinage Roco, et j’ai décidé de faire le reste par moi-même.

Nous disons donc que nous partons de ceci :

L’amplificateur DCC Roco Réf 10764 (Noté AP pour la suite) et le générateur de freinage Roco (Noté GF pour la suite) Réf 10779.

Que fait ce GF ? C’est très simple, il envoie sur la voie les mêmes informations que AP (Allumage des lumières, génération des sons etc.) à l’exception de la vitesse définie par vous l’utilisateur. Il remplace cette information par une vitesse de zéro. C'est-à-dire que quand la loco se trouve alimentée par le GF, quelle que soit l’information de vitesse qu’elle recevait de l’AP, elle se verra donner l’ordre de s’arrêter. C’est arrêt se fera plus ou moins brusquement suivant la valeur que vous aurez définie dans le CV #4 (Temps de décélération) de votre décodeur. De la même manière, quand la locomotive se verra à nouveau alimentée par l’AP, elle recevra à nouveau l’ordre de circuler à la vitesse que vous lui aurez définie, et elle accélérera donc jusqu’à cette vitesse, plus ou moins rapidement en fonction de la valeur que vous aurez affectée au CV #3 (Temps d’accélération) de son décodeur.

Voyez-vous déjà le fonctionnement du cantonnement automatique ? Il faut élaborer un système qui fasse basculer l’alimentation de la voie entre l’AP et le GF en fonction de l’occupation du canton en aval.

1.2 Conception

Lorsque j’ai reçu mon GF, mon premier geste a été de faire un coupon de voie alimenté par l’AP suivi par un coupon de voie alimenté par le GF pour voir comment la loco s’arrêtait. Le résultat fut décevant car quand la loco arriva à cheval entre la voie alimentée par l’AP et celle alimentée par le GF, il se produisit un court-circuit. La centrale Roco est bien faite, elle se mit en sécurité immédiatement. La conclusion était à mes yeux limpide : On ne peut pas faire cohabiter un matériel roulant sur les deux types d’alimentation. Il fallait donc que mon système fasse basculer l’intégralité de l’alimentation du canton entre l’AP et le GF et non juste la portion de voie sur laquelle la loco devait ralentir et s’arrêter quand elle pénètre dessus.

Deuxièmement, il fallait définir la condition qui définit le passage de l’alimentation du canton entre l’AP et le GF. Pour un cantonnement, la locomotive ne doit pas entrer sur un canton déjà occupé (Noté N+1), elle doit s’arrêter à la fin du canton (noté N) qu’elle occupe et attendre que le N+1 se libère avant de redémarrer. Il faut donc diviser chaque canton en deux sous-cantons. Un premier sous-canton qui ne fasse que détecter la présence d’un convoi (Noté PV pour « pleine voie ») et signale cette présence au canton qui le précède (Noté N-1), et un autre sous-canton qui lui aussi détecte la présence d’un convoi et qui, si le canton N+1 est occupé, fasse basculer l’alimentation de tout le canton N de l’AP vers le GF quand un véhicule circule dessus. Ce sous-canton sera nommé ZR pour «zone de ralentissement ». La longueur de ZR est à votre libre appréciation, il ne la faut ni trop courte ni trop longue. Elle doit avoir la longueur nécessaire à une locomotive pour s’arrêter quand celle-ci est lancée à pleine vitesse. J’ai sur mon circuit en N décidé de donner à mes ZR une longueur de 30cm. Je pense que l’on peut augmenter cette valeur, mais pas la diminuer, car dans ce cas l’arrêt des trains sera trop brutal. La longueur de ZR doit être la même sur tous les cantons de votre réseau.

Fig. 1

Mais après montage, ce système s’avéra doté d’un défaut de conception. Voyez-vous lequel ?

Regardons le fonctionnement en détail :

Et là, catastrophe, il y a un court-circuit ! Voyez-vous pourquoi ?

En fait c’est très simple :

Les roues avant de la locomotive se trouvent sur la PV du canton N+1 et les roues arrière sur la ZR du canton N. Il y a donc consommation de courant sur PV de N+1 et ZR de N. Nous avons les mêmes conditions que les figures 3 et 4 ci-dessus, du coup N bascule de l’AP vers GF et notre locomotive se trouve à cheval sur les deux alimentations, donc court-circuit.
Pour résoudre ce problème, il faut insérer entre la ZR de N et la PV de N+1 un coupon de voie nommé PV’ qui appartiendra au canton N. Ce troisième sous-canton aura en plus de sa fonction de détection la charge d’empêcher le basculement de l’alimentation du canton N de l’AP vers GF quand un véhicule se trouvera dessus. La longueur de PV’ doit être la plus courte possible, mais doit être plus long que le plus long wagon circulant sur votre réseau. De plus sachez qu’il faudra mettre du vernis résistif sur au moins un essieu de vos wagons pour que le système en détecte la présence sur la voie.

Notre loco entre sans encombre sur N+1 et continue son voyage.

De plus, voyez-vous l’intérêt de cette conception ? Sachant que tous les wagons ont au moins un essieu conducteur et qu’ils sont donc détectés par le système, un convoi en pousse, c'est-à-dire que la loco se trouve en queue de train s’arrêtera de la même manière que si elle se trouvait en tête du convoi, l’arrivée du premier wagon du convoi sur la ZR faisant basculer l’alimentation du canton tout entier.

Avec le premier système, lorsque le wagon de tête serait entré sur N+1, le convoi se serai arrêté aussitôt car N+1 étant occupé, la présence d’un wagon sur la ZR du canton N aurait fait basculer l’alimentation du canton N de l’AP vers GF, et comme la loco se trouve encore sur N, tout le convoi s'arrête.

Dans la deuxième version, la présence d'un wagon sur PV' bloque le basculement d'alimentation du canton N. Le convoi poursuit donc son voyage sans s'arrêter.

Nous venons de voir comment découper notre canton en trois sous-cantons, ceci afin de permettre l’arrêt de nos convois et leur redémarrage en fonction de l’occupation du canton en aval. Nous allons passer à quelque chose d’un peu plus pratique sans encore entrer dans les détails des montages électroniques. Vous trouverez ces chapitres peut-être rébarbatifs, mais ils sont à mes yeux nécessaires pour bien appréhender les montages qui vont suivre. Je ne trouve rien de plus bête que de souder des composants à l’aveugle sur une platine sans en comprendre son fonctionnement. Le fait de comprendre ce que l’on fait permet en cas de dysfonctionnement d’isoler rapidement le problème.

Il faut avant d’entrer dans le vif du sujet que je vous explique les normes de nommage que j’ai employées. Vous verrez sur les schémas que j’ai associé des initiales et des couleurs aux fils suivant leurs fonctions.
Les deux boîtiers Roco ont chacun deux sorties de fil que l’on doit normalement brancher aux rails. Il faut les distinguer les uns les autres car étant donné que l’on va les brancher à de multiples sous-cantons, il ne faut pas que le rail de gauche d’un canton alimenté par le fil A de l’AP soit suivi par le rail d’un autre canton alimenté par le fil B de l’AP, c’est le court-circuit assuré !

Voilà pourquoi chaque fil sortant de l’AP et du GF sera nommé A et B, et chacun précédé de la lettre D pour l’AP et R pour le GF. Nous avons donc :

- DA : Sortie A de l’AP, qui sera dessinée en rouge.
- DB : Sortie B de l’AP qui sera dessinée en bleu.
- RA : Sortie A du GF qui sera dessinée en mauve.
- RB : Sortie B du GF qui sera dessinée en vert.

L’alimentation en 12V ne sera pas toujours dessinée, mais sa présence sera signalée par un trait jaune. La masse, elle, sera en noir.
Tous les fils concernant la détection seront en marron.

Vous verrez sur les schémas que le fil DB est parfois nommé DB’, cela est dû au fait de la présence sur les circuits de « coupleur de bus » (Le terme est emprunté au site du modéliste Belge http://www.ho-ptit-train.be). Ce coupleur n’est en fait que quatre diodes montées en série deux par deux et montées tête-bêche (Ne fuyez pas il y aura un dessin).
Ce coupleur est là pour provoquer une légère chute de tension sur DB quand un convoi se trouve sur le sous-canton qui y est branché. Cette légère chute de tension est utilisée par le détecteur de consommation de courant qui envoie un signal de 12V au commutateur pour signaler la présence d’un convoi.
La "boite noire" est en fait composée de deux modules, le commutateur d'alimentation et le module de contrôle. Vous verrez plus loin dans le tuto de quoi ces modules se composent.

Voici donc le schéma synthétique des modules gérant un canton. Chaque canton de votre réseau devra être équipé des différents modules présentés, les modules de chaque canton communiquant avec les modules en amont et en aval de celui sur lequel ils se trouvent.

Vous trouvez ça un peu complexe ? Pas de panique je vais expliquer le tout en détail.

Un petit aparté : Peut-être aurez-vous remarqué que le rail alimenté par DA est sectionné à l’intérieur du canton ? Il est vrai que cela n’est pas obligatoire, mais personnellement, sur mon réseau je sectionne les deux rails et les joints par des éclisses isolantes. C’est à la discrétion de chacun. Par contre il obligatoire d’isoler les rails alimentés par DA entre chaque canton, sinon c’est le court-circuit garanti !

Premièrement, je vais répondre à la question que vous ne vous êtes sans doute pas posée : Pourquoi n’y a-t-il pas un module unique ? Tout simplement pour limiter les interférences entre les circuits venant des générateurs Roco (Courant HF de 8 à 15 KHz) et le reste.

Voyons voir les différents modules et leur fonction :

- Les coupleurs sont faits d’un ensemble de quatre diodes (Vous ne fuyez toujours pas ?) destiné à provoquer une légère chute de tension quand un train se trouve sur le sous-canton auquel ils sont branchés.
- Les détecteurs de consommation sont là pour détecter la chute de tension au niveau du coupleur auquel ils sont branchés. Quand ils détectent une chute de tension, ils envoient du 12V sur le fil de détection qui part vers le commutateur.
- Le commutateur est le principal module du canton. Il est là pour signaler au canton en amont qu’il est occupé ou non et commuter l’alimentation du canton entre l’AP et le GF en fonction de certaines conditions. Ces conditions sont multiples nous allons les énumérer.

Suivant ce qui a été exposé dans le chapitre 1 sur « La théorie », nous pouvons faire la liste exhaustive des conditions qui provoquent le basculement de l’alimentation du canton entre l’AP et le GF :

- Le canton N+1 doit être occupé, donc du 12V arrive via le fil de détection du module de commutation du canton N+1.
- Le détecteur de consommation du sous-canton de ralentissement ZR de N détecte la présence d’un véhicule et envoie du 12V sur le fil de détection partant vers le commutateur de N
- Le détecteur de consommation du sous-canton PV’ ne détecte pas de présence de véhicule sur son sous-canton, le fil de détection partant vers le commutateur n’est pas alimenté en 12V.

Comme je l’ai déjà signalé au début de ce tutoriel, je n’ai jamais fait d’électronique. Je suis un autodidacte, et par conséquent n’ai pas la science infuse. Je suppose bien que mes montages vont faire hurler les initiés, mais c’est en forgeant que l’on devient forgeron. Je suis donc ouvert à toutes les critiques constructives.

J’ai fait mes montages sur des platines d’essai de 100 x 160 mm. Ces platines n’ont ni pastille ni bande, mais des bandes de trois trous. Cela évite d’avoir à couper en de multiples endroits les bandes pour isoler les composants les uns des autres.

Implantation des straps.




Implantation des composants



Le circuit fini, vous remarquerez que le bornier 3 pôles n'est pas tout à fait au même endroit que sur le plan, mais cela n'a aucune importance



Une autre vue



Vue du côté soudure, remarquez les bandes coupées associant trois trous.

Vous pouvez remarquer sur le dernier schéma les borniers noirs de part et d'autre de la platine ainsi que les fils devant y être branchés. Le potentiomètre permet de régler la sensibilité du détecteur. Plus la section sur laquelle il est branché est courte, plus on peut augmenter la sensibilité. Par contre, dans le cas d'une longue section il faudra diminuer la sensibilité du détecteur et augmenter celle du module de contrôle correspondant.

Implantation des straps

Vous remarquerez de petits disques noirs sur certains straps. Ces disques signalent le fait que le strap est en contact avec la bande de cuivre de la platine d’essai. Pour être plus précis, les disques représentent deux straps entrant dans le même trou.
Les traits bleu, rouge et vert sont des fils isolés qui courent au dessus des composants, je n'ai pas trouvé d'autre moyen de relier ces différents points du circuit autrement.

Implantation des composants

Voilà, une fois que vous aurez terminé l’ensemble des modules pour trois cantons, vous pourrez faire votre premier test sur un ovale d’essai pour tester l’ensemble.

Moi je l'ai fait, et ça marche : Vidéo

Coût total pour un module : Un peu moins de 17 €. Pas mal non ? quand on voit le prix des modules du commerce ? Alors il est vrai que cela demande pas mal de temps au niveau de la soudure. Il me faut environ3h30 pour faire les trois détecteurs de présence le commutateur et le module de contrôle. Mais bon, le temps c'est de l'argent, et moi je trouve la solution rentable, surtout quand sur mon réseau vont se trouver sept cantons.

J'espère que ce tutoriel vous aura éclairé et donné des idées. Je reste à votre disposition pour des renseignements supplémentaires ou éclaircir un point qui malgré mes explications resterait obscur à vos yeux.