Das Ziel
Das Projekt qrailway entstand 2001 als Kombination von einerseits der (Sammel-)Leidenschaft von Spur-N DRG-Loks und andererseits dem Wunsch diese Loks über den Computer zu steuern. Aus Budget-Gründen, aber auch, weil das Projekt sehr interessant schien, wollten wir sowohl die notwendige Hardware als auch die Steuerungssoftware selbst entwickeln.
Da die mühsam gesammelten DRG-Loks keine Digitaldecoder besaßen, sollte die individuelle Steuerung von Loks über Blockstrecken realisiert werden. Im Vordergrund stand der Bau einer sehr weitgehend automatisierten Fahranlage.
Die Anlage
Eine erste Versuchsstrecke wurde 2002 aufgebaut. Diese diente dem Test der Anlage/Rechner-Verbindung und dem ersten Versuchen mit einer Reglerkarte.
Die erste sinnvolle Steuerung war mit der ersten Testanlage möglich, die 2003 aufgebaut wurde.
Die ersten automatische Steuerung funktionierte 2007. Realistisches Zug-Brems- und Anfahrverhalten stand damals noch im Hintergrund.
Die nach der Testanlage ebenfalls 2007 begonnene, finale Eisenbahnanlage besitzt 60 Blockstrecken, 73 Weichen und 184 Signallämpchen. Zum Abstellen der Züge befinden sich unter der Anlage vier Schattenbahnhöfe mit je vier Gleisen.
Auf der Anlage gibt es einen Hauptbahnhof mit 8 Gleisen, einen Nebenbahnhof mit 6 Gleisen und einen Mini-Bahnhof mit 2 Gleisen. Die Streckenführung ist unterteilt in eine Hauptstrecke, bei der die Schattenbahnhöfe, der Hauptbahnhof und der Nebenbahnhof durchfahren werden, und eine Nebenstrecke für kleinere Züge, die auf eingleisigen Strecken abseits der Hauptstrecke verkehren. Eine Überschneidung von Haupt- und Nebenstrecke ist nur auf Bahnhofsgleisen möglich. Jede Blockstrecke verfügt über eine eigene Stromversorgung, die individuell steuerbar ist.
Die Anlage
Gesteuert wird die Anlage von einem Linux-Rechner. Der Rechner erkennt die Position der Loks durch das Überfahren von einem der 226 verbauten Reedkontakte. Reedkontakte werden geschlossen, wenn ein Magnet über sie hinweggleitet. Zu diesem Zweck wurden alle Loks mit einem kleinen Neodym-Magnet versehen. Die Steuerung eines Zugs erfolgt über Befehlssätze. Diese sind insofern variabel, dass der Zug aktiv nach Alternativrouten suchen kann, sofern ein Hindernis auftaucht. Eine eigenständige Bahnhofssteuerung kommuniziert mit der individuellen Zugesteuerung und erlaubt vorher nicht festgelegte Gleiszuweisungen. Bahnhöfe erlauben die Weiterfahrt nach einer zufälligen Zeit, die für z.B. für Schnellzüge geringer ist, als für normale Personenzüge. Eine manuelle Steuerung ist möglich, indem man entweder die Lok-Geschwindigkeit regelt und die Weichen selber schaltet oder aber den Zug auswählt und den Zielort vorgibt.
Um das Zug-Brems- und Anfahrverhalten realistischer zu gestalten, wurde die Übersetzung von individueller Lok-Geschwindigkeit (im Programm in km/h angegeben) in die Spannung des Reglers verfeinert. Es ist möglich für jede Lok jeweils für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt eine individuelle Übersetzungskurve festzulegen. Die Geschwindigkeit wird zusätzlich modifiziert durch generelle Geschwindigkeitsbegrenzungen beispielsweise in Weichenstraßen oder durch Erhöhungen bzw. Absenkungen bei Steigungen bzw. Gefälle. Diese Absenkungen werden direkt mit der Strecke verknüpft, so dass sie für alle Loks zur Verfügung stehen. Die Messung der Übersetzungskurve von Lok-Geschwindigkeit in km/h in die Spannung des Reglers erfolgt auf einer Messstrecke, auf der der ganze Zug bei unterschiedlichen Reglerspannungen vorwärts und rückwärts hin- und herfährt, wobei die Zeiten, die dafür benötigt werden, gemessen werden.
Durch die automatische Steuerung kann man den eigenen Einsatz beim Betrieb stark begrenzen. Nachdem qrailway gestartet ist und die automatische Steuerung gestartet ist, kann man sich in der Regel voll auf das Betrachten der fahrenden Züge konzentrieren. Ausnahmen bilden nur - da es sich um Spur-N handelt - insbesondere die kleineren Lokomotiven der Nebenbahn, die selten in einer Weichenstraße stehen bzw. entgleisen können. Sobald die Lok weiterfährt, lösen sich bis dahin durch den Unfall aufgelaufene Staus wieder auf. Eine Zugkollison ist nahezu ausgeschlossen. Beim durchschnittlichen automatischen Betrieb fahren bis zu 12 Züge gleichzeitig.
Die hier zur Verfügung gestellten Informationen umfassen
- die Spezifikation der notwendigen Hardware (Platinen-Layouts, Baupläne),
- die Firmware, die sich auf den Atmel-Mikrocontrollern befindet und
- die Linux-Software, mit der der Betrieb erfolgt sowie
- eine Erklärung der wichtigsten Konzepte, die beim Verständnis helfen.
Achtung: Die Hard- und Software ist nicht so konzipiert, dass man - falls man etwas ähnliches machen möchte - ohne weitere Vorkenntnisse ans Werk gehen sollte. Bitte lies dazu Kapitel 2. Voraussetzungen/Disclaimer/Widmung .
Benutzte Software
Für die Entwicklung wurden zahlreiche Software-Hilfsmittel genutzt:
- Gnu C++ Compiler (http://gcc.gnu.org)
- Qt 4.3 (http://qt.nokia.com)
- Batronix ProgStudio (http://www.batronix.de)
- AGT Crystal Clear Icons (http://www.veryicon.com/icons/system/crystal-clear-actions/)
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