Le NUMERIQUE pour les trains miniatures (Digital Command Control)
LE DCC est l'abréviation de DIGITAL COMMAND CONTROL , en français : « système de commande numérique » qui est un standard utilisé dans le modélisme ferroviaire pour commander individuellement des locomotives ou des accessoires de voie en modulant la tension d'alimentation de la voie.
Ce système défini par une norme du NMRA (National Model Railroad Association) que les fabricants peuvent utiliser pour rendre leurs produits compatibles avec d’autres produits sur le marché et qui a été ensuite adoptée par le MOROP (Union Européenne des Modélistes Ferroviaires et des Amis des Chemins de Fer).
Le signal DCC est une forme d'onde continue alternée, qui contient les informations numériques. Ce signal codé commande un décodeur spécifique placé dans une locomotive, envoyé sur la voie il donne des ordres aux équipements tout en fournissant la puissance, actionne les fonctions tels que (feux, effets sonores des engins moteurs) et aussi les éclairages des voitures, fourgons etc...ainsi que les accessoires du réseau (aiguillages, signalisation, itinéraires) qui possèdent chacun une adresse unique.
On peut accoupler des locomotives (Unités Multiples)..
Ce qui finalement comparé a des systèmes ANALOGIQUES très élaborés avec Block Systèmes est plus simple à mettre en œuvre au niveau des câblages, malgré les composants électroniques qu'il faut installer en DCC.
Le système DCC a été développé au départ par Lenz Elektronik GmbH (Allemagne) pour les fournisseurs de modèles ferroviaires Märklin et Arnold. Les premiers décodeurs sont apparus au début de 1989 pour Arnold (échelle N) et à la fin du premier semestre 1990 pour Märklin (échelles Z, H0 et L).
En 1992 la NMRA a commencé à évaluer ce système comme candidat possible pour un futur standard de commande. Le système a été retenu et baptisé DCC. La NMRA a souscrit une licence auprès de Lenz et les normes officielles série '9' sont sorties fin 1993.
Le MOROP a ensuite adopté le système sous la norme NEM 670.
Le principe :
Une centrale de commande modulant la tension de la voie est intercalée entre le transformateur d'alimentation de puissance et les câbles d'alimentation de la voie.
Les équipements mobiles (locomotives) ou fixes (feux, aiguillages, éclairages) sont dotés de décodeurs leur permettant d'interpréter les signaux de commande. Ces décodeurs comportent un certain nombre de paramètres, appelés 'CV' ou 'variables de configuration'. Seules certaines variables de configuration sont obligatoires, mais pas toutes : certaines sont conseillées, d'autres optionnelles, voire à la disposition de chaque fabricant qui les affecte suivant ses besoins. Il en est de même pour leur contenu, qui varie en fonction du constructeur.
Les centrales de commande permettent soit une commande manuelle à l'aide d'une interface, soit une commande automatisée. On peut ainsi définir des parcours et des scénarios de circulation en jouant sur la position des aiguillages et le contrôle des locomotives. Ces centrales peuvent être contrôlées par ordinateur avec des logiciels.
Les décodeurs de locomotives (équipés d’un Optocoupleurs intégré) incorporent un variateur pour la commande des moteurs électriques. Ils commandent aussi les feux, l'éclairage, les sons, le générateur de fumée et aussi les systèmes de décrochage (attelages)..
Le paramétrage des décodeurs se fait généralement à l'aide de la centrale (en mode dit 'de programmation') sur une voie séparée du réseau (pour le matériel roulant), certains le font sur un banc d'essais. Ou bien également (si la centrale n’est pas suffisamment élaborée) par un boitier électronique (sprog ou autres) raccordé à un ordinateur.
Les décodeurs d'accessoires permettent la commande des aiguillages, signaux, PN, etc…
Complément de puissance d’alimentation du réseau (avec un « Booster ») :
Les 'boosters' sont des amplificateurs d'intensité, assurant une puissance plus importante pour un réseau comportant de nombreuses locomotives ou accessoires fonctionnant simultanément, la forme des impulsions étant conservée afin de conserver les codes transmis. Il peut y avoir plusieurs 'boosters…Il faudra procéder à une isolation entre les réseaux et il est possible d’ajouter un boitier électronique qui assurera la gestion du passage.
Panneaux de commande (centrale ou souris)
L'interface de commande parfois appelée 'régulateur' peut prendre plusieurs formes:
Un panneau de commande directement sur la centrale ou avec écran.
Un ordinateur avec un programme spécial (relié par fil ou wifi à la centrale)
Un boitier relié par un fil à la centrale, parfois appelé 'souris'
Un boitier sans fil relié par radio à la centrale
Un téléphone sans fil (liaison analogique) commandant la centrale
Un 'Smartphone' relié par wifi à la centrale ou une tablette.
La majorité des centrales acceptent d'avoir plusieurs commandes opérant simultanément. Ceci permet par exemple à plusieurs opérateurs de piloter plusieurs locomotives. Les panneaux sur les centrales ou les ordinateurs, de plus grande taille, permettent l'affichage d’images du réseau, accessoires, locomotives, facilitant une vue plus globale.
Les principes de codage :
La tension de la voie est un signal continu bipolaire. Ceci donne une forme de courant alternatif, mais le signal n'est pas sinusoïdal. Les inversions de tensions sont instantanées ce qui donne un signal pulsé. La durée de l'impulsion dans chaque sens fournit le codage du signal. Pour définir un bit de '1', la durée est courte (58µs pour un demi-cycle) alors qu'un bit '0' est représenté par une période longue (au moins 100µs pour un demi-cycle).
en résumé :
Un rail (par convention le noir) appelé le J (1) reste toujours à zéro volt (autrement dit "la masse") tandis que la centrale, sans rien vous dire, fait varier la tension sur l'autre rail (par convention le rouge) appelé le K (1) en envoyant des tensions symétriques rectangulaires.
(1) cette appellation de chez Lenz utilisée par aussi d'autres fabricants est A et B chez ESU
Chaque locomotive est équipée avec un décodeur embarqué qui récupère le signal de la voie et après redressement, fournit la puissance au moteur suivant la consigne, qui peut aussi être utilisée pour les feux, générateur de fumée et le son. Un décodeur fixe peut utilisé pour la commande des aiguillages, découpleurs et autres accessoires de voie…
Ces informations "1" ou "0" s'appellent des bits (de l'anglais "Binary Digit")
Evidemment, un seul bit ("1" ou "0") n'est pas suffisant pour obtenir tous les ordres que nous souhaitons.
Par définition, un ordre binaire ne contient que deux états possibles donc deux informations différentes.
C'est pourquoi, afin d'augmenter le nombre d'informations possibles on regroupe ces "bits" dans des séries de 8 bits consécutifs, ce qui constitue un octet (vient du grec "octo" qui signifie "8").
L'association de ces 8 bits permet d'obtenir 256 informations différentes .
La centrale envoie donc une série d'octets consécutifs de façon à multiplier les ordres possibles. C'est ce qu'on appelle "la trame".
Toutes les trames obéissent à la même structure pour que la centrale et le décodeur puissent se comprendre.
Les informations arrivent donc dans un ordre précis sous forme d'octets (3 au minimum, et 6 au maximum)
Les avantages sont :
Une commande centralisée et chaque équipement est doté de son propre décodeur, le câblage est nettement simplifié par rapport aux systèmes de commandes à relais.
Pour une circulation automatisée, les séquences sont définies par programmation sans aucune modification de câblage, ce qui ouvre de grandes possibilités de modifications et de réorganisation.
Pour les matériels sonorisés (surtout les vapeurs et diésels) c’est un vrai régal pour les oreilles à condition d’activer les sons séparément.
Inconvénients :
Toutes les locomotives doivent être 'numérisées' en les équipant d'un décodeur. Si sur les machines modernes, le branchement d'un décodeur est prévu dès la construction, les anciens matériels doivent être modifiés et recâblés.
Le coût des équipements peut être important (selon le parc de machines) si l'on ajoute le prix de la centrale à celui des décodeurs de locomotives et des décodeurs d'accessoires.
Si le câblage est simple, il est remplacé par une étape de programmation des décodeurs.
La rétrosignalisation :
Le développement de 'bus' de rétrosignalisation (s88, Loconet, RS) permettent de signaler à une centrale les sections de voie occupées
Ces informations sont utiles si des parties de votre réseau ne sont pas visibles (une gare cachée, par exemple) ou si vous souhaitez voir l'état d'occupation des voies sur un T.C.O d'ordinateur. Pour un fonctionnement entièrement ou partiellement automatisé, la technique de la rétrosignalisation est indispensable : le programme de l'ordinateur a besoin d'informations pour décider si un train peut pénétrer dans un tronçon bien précis ou si un itinéraire peut être libéré.
La méthode qui est la plus utilisée, est par la détection de consommation de courant.
Ce système mesure la consommation de courant dans un tronçon de voies (canton). Chaque consommateur d'électricité (locomotive, voiture éclairée wagon avec feux de fin etc...) situé sur la voie implique donc l'état "occupé" de la voie, sinon à contrario la voie est libre.
Les décodeurs équipés de RailCom® ou RailComPlus® peuvent communiquer au module détecteur le numéro de la locomotive, (adresse) qui est ensuite transmise à la centrale.
Le Bus s88 : développé par Marklin les modules électroniques sont connectés en chaine, les uns après les autres. Il n’y a pas d’adressage des modules possibles, les informations remontées à la centrale sont : les numéros des cantons, dépendant de la position des modules et du nombres de cantons surveillées (8 ou 16 ). voir schéma (1)
Le Loconet : développé par Digitrax aux US est une norme très différente du S88 le principe, c’est qu'on décide de l’adresse de chaque module en le programmant une fois pour toute, si on modifie ou ajoute des modules), l’adresse restera la même (par contre toutes les centrales ne sont pas compatibles !!).
Le Bus RS : Le système RS de LENZ utilise les modules LR101 pour transmettre les signaux des détecteurs d'occupation vers la centrale. Ce système ne fonctionne qu'avec les matériels LENZ et ROCO !!
En pratique : Il suffit de relier toutes les bornes R des modules de rétrosignalisation à la borne R de la centrale, et de même pour le S. Il n'y a pas de chainage des modules comme en S88. Tous les modules sont reliés en parallèle sur ce bus. Comme c'est un bus différentiel, c'est mieux de le réaliser en fils torsadés, pour minimiser les interférences. Il faut absolument que les modules de rétrosignalisation n'aient pas d'adresse inférieure à 65.
Le Railcom :
En 2006 Lenz, en coordination avec Kühn, Zimo et Tams, on a commencé à développer une extension au protocole DCC permettant d'avoir un retour d'information depuis les décodeurs vers la centrale de commande. Ce signal de retour permet notamment de signaler quel train roule actuellement sur telle section (canton), mais permet aussi de donner la vitesse réelle d'une locomotive. Le nom de ce système de retour d'informations est Railcom et il a été standardisé en 2007 par la norme NMRA RP 9.3.1.
pour en savoir plus je vous recommande d'aller sur le site de Stéphane Ravaut Professeur au Lycée DURZY à Villemandeur (45)
vous pouvez visiter le site du NMRA (en anglais).
Wikipédia qui m'a permit d'y trouver les information générales
Pour la configuration des CV (aussi en anglais)
le site de Benoit Bouchez
Doc PDF de Sébastien Bernard téléchargeable ICI pour les variables de configuration.
Bonne lecture.
Schémas de principe :
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Exemple d'alimentation avec une centrale ECoS de chez ESU (câble Bus S88 & Modules de chez CDF)
NB : les cables s88 sur l'exemple sont en RJ 12 entre chaque module CDF mais pourraient être remplacés par des câbles RJ 45 (avec un adaptateur) sur des modules électroniques LDT (par exemple)...
Si on utilise un logiciel il faudra indiquer une adresse spécifique au canton correspondant.
Pour cela j'ai utilisé une Interface haute vitesse pour bus S88, HSI-88-USB de chez LDT (voir description plus bas)
Schémas de principe :
Le HSI-88-USB est une Interface s88 Feedback (1) bus à une interface USB d'un ordinateur.
L'interface comprend trois bus s88-. Cela offre l'avantage d'une manipulation de bus beaucoup plus rapide s88 et la possibilité de réaliser jusqu'à trois lignes de bus au système.
(1) Toutes les informations DCC sont transmises rapidement, sans aucun détour par la station de commande (centrale), directement à l'ordinateur.
Sur la photo suivante vous remarquerez 2 câbles torsadés (pour limiter les interférences) et un câble nappe (à gauche)
Sur la photo suivante un adaptateur (RJ-45) est raccordé sur les 3 sorties de l'interface HSI sur lequel 3 cables RJ-45 blindés sont raccordés.
