Loklift zelfbouw - Het kan toch...

[AP3737]

Bediening loklift

De loklift is nu al weer geruime tijd tot volle tevredenheid in gebruik, en het wordt daarom hoogste tijd om eens wat meer details te geven over de aansturing en bediening.

Uitgangspunt is steeds geweest dat de lift:
1) door middel van druktoetsen handmatig bediend moet kunnen worden
2) volledig automatisch bestuurd kan worden door mijn treinbesturingsprogramma (Traincontroller).

Handbediening
Onderstaande foto toont het bedieningspaneel. Alle druktoetsen worden verlicht als ze worden gebruikt. Voor ieder niveau is er een druktoets (genummerd 0..10). Daarnaast is er een RESET toets, die ervoor zorgt dat de lift op ieder moment onmiddellijk gestopt kan worden (noodstop). Met behulp van de up en down toetsen kan iedere positie precies worden aangestuurd; hoe langer een up of down toets wordt ingedrukt, hoe sneller de lift zich gaat bewegen. Door na afloop één van de niveau toetsen langer dan 4 seconde gedrukt te houden, wordt deze nieuwe positie opgeslagen.
Terwijl ik dit schrijf realiseer ik dat de positionering van de lift ook over langere tijd zo stabiel blijft, dat ik "herpositionering" nog nooit heb hoeven uit te voeren.


Automatische besturing
Het uiteindelijke doel is de loklift te gebruiken als schaduwstation, met capaciteit voor 30 (kortere) treinen. Voor de besturing van mijn baan gebruik ik TrainController (Gold - Versie 9). De lift electronica heeft daarom een DCC interface, zodat TrainController de lift kan aansturen met standaard DCC Accessory Commands. Ieder niveau van de lift (en dus vitrine) heeft een eigen wisseladres. Ook is er een (RS-Bus) Feedback interface, zodat TrainController weet op welk niveau de lift zich momenteel bevindt. Ook wordt aan TrainController gemeld of de lift in beweging is, en of de IR-sluizen die op de overgang van de lift en vitrine zijn gemonteerd wel vrij zijn. De lift mag immers onder geen voorwaarde in beweging komen als er nog een wagen of lok zich op een overgang bevindt.

Uiteraard zijn ook alle sporen op de lift en in de vitrine van terugmelders voorzien, zodat TrainController iedere trein precies op de juiste plaats tot stilstand kan laten komen. Omdat de precieze configuratie van terugmeldsekties van trein tot trein kan verschillen, heeft iedere trein een eigen plaats in de vitrine toegewezen gekregen. Per spoor zijn er drie terugmeldsekties, twee korte (van ongeveer 10 centimeter) aan het begin en einde, en één lange in het midden. Voor dertig sporen in de vitrine en 3 op de lift zijn dat dus 99 terugmeldsekties. De electronica die ik hiervoor heb ontwikkeld, heb ik eerder laten zien in bijdrage 45 (https://forum.beneluxspoor.net/index.php?topic=97091.45) laten zien.

Het geheel loopt nu al geruime tijd tot volle tevredenheid. Ik heb een nieuwe korte YouTube video gemaakt die het  samenspel tussen TrainController en de lift laat zien.
Filmpje: https://youtu.be/yOJ_Ovc0gCI

Een volgende keer hoop ik wat meer te vertellen over de besturingselektronica.

Aiko

[Dennis1984]

Ik vind het echt heel vet wat je hebt gemaakt Aiko. Vooral ook leuk dat je alle elektronica zelf hebt geprogrammeerd!

Met vriendelijke groet,
Dennis

[Frank 123]

Geniaal Aiko  .

[Dave.......]

Bijzonder 

[MartinH0]

Erg mooi allemaal    Weer een extra aspect aan onze veelzijdige hobby.

[basjuh1981]

En met zo'n bedieningspaneel is het een echte lift

[Jelmer]

Waanzinnig... 

Ooit als ik eens ruimte heb voor een grotere baan kijken hoe ik efficient mijn modellen kan opstellen in schaduw of een lift.

Dat is nog wel minstens 6 jaar weg vermoed ik dat ik ruimte krijg voor een grotere baan. Zo niet langer, nou ja dat heeft ook geen haast..

Groeten,
Jelmer

[AP3737]

Hardware loklift

Ten eerste mijn dank voor de leuke en positieve reacties. Deze motiveren om verder te schrijven. Vandaag iets meer achtergrond over de hardware die ik voor de aansturing van de lift heb gebruikt; de bezetmelding printjes voor de verschillende sporen heb ik reeds eerder beschreven.

Samenhang
Het onderstaande plaatje laat de samenhang tussen de verschillende componenten zien. Als centrale processor fungeert een ATMega 2560 processor (Arduino MEGA). Deze processor ontvangt en decodeert het DCC signaal, stuurt (RS-Bus) terugmeldingen en communiceert met de overige processoren voor de knoppen van het bedieningspaneel, de IR-sensoren en de steppermotoren besturing.


Bij de meeste processoren heb ik gekozen voor de ATMega 2560 en niet de ATMega 328 (die op de Arduino UNO en NANO zit), omdat de 2560 meerdere seriële interfaces heeft (wat voor de centrale besturingsprint noodzakelijk is), en ook een groot aantal I/O pinnen. Het bedieningspaneel bevat 14 toetsen, die allemaal verlicht kunnen worden, en waarvoor alleen al 28 I/O pinnen nodig zijn. Ook heb ik 12 IR-sluizen, en daarvoor heb ik 24 I/O pinnen nodig.

Mijn allereerste gedachte was om slechts één ATMega 2560 te gebruiken. Uiteindelijk heb ik toch voor drie afzonderlijke 2560 processoren gekozen. Het bedieningspaneel is immers geplaatst op ruime afstand (1,5 meter) van de overige electronica, en het leggen van tientallen draadjes naar de diverse knopjes leek me niet zo'n goed idee. Veel beter is het om het bedieningspaneel een eigen processor te geven, die met de centrale processor verbonden is via een simpel (RS-485) interface.

Ook voor de besturing van de IR-sensoren heb ik een aparte processor genomen. Het genereren van een 38Khz signaal voor de 12 IR-Leds is niet geheel triviaal (op een traditionele ATMega), en het leek me beter om de centrale besturingsprint hiermee niet te belasten.

Naast bovengenoemde functionele voordelen om meerdere processoren te gebruiken, zijn er ook praktische voordelen. Door functies te splitsen wordt de implementatie eenvoudiger, en ook het testen en fout zoeken.

GRBL
Als ik terugkijk op mijn ontwerp, dan zijn er twee zaken die ik iedereen die zelf een loklift wil bouwen kan aanraden. Het eerste is om kant-en-klare sliding rails te gebruiken voor de mechanische constructie. Hierover heb ik in eerdere bijdrages reeds genoeg gezegd.
Het tweede is om de aansturing van de stappenmotoren op GRBL te baseren en hiervoor een eigen ATMega 328 processor (Arduino UNO of NANO) te nemen. Wat ik zou willen afraden, is te bezuinigen op deze extra processor en alles op de centrale processor te draaien. Er zijn weliswaar goede libraries beschikbaar voor stappenmotoren, maar het is alles behalve triviaal om dergelijke libraries te combineren met andere tijdkritische libraries, zoals het decoderen van DCC berichten en het versturen van terugmeldingen. Teveel tijdkritische componenten combineren op één processor is vragen om problemen. Tijdens het testen lijkt alles misschien prima te werken, maar in de praktijk kan het zomaar ineens voorkomen dat de centrale processor een DCC Noodstop signaal mist, de lift niet goed positioneert, of zelfs de verschillende stappenmotoren niet 100% parallel laat draaien.
Voor de liftbesturing is het dus verstandig om de tijdkritische componenten van elkaar te scheiden en de aansturing van de steppermotor(driver)s door een eigen processor te verzorgen.

GRBL is een standaard taal voor het besturen van 3D-printers en freesmachines. Er is uitstekende GRBL (open source) software beschikbaar, die zorgt voor alle besturingsfuncties van de stappenmotoren (https://github.com/gnea/grbl). Deze software kan eenvoudig op een ATMega 328 processor worden geflashed (UNO, NANO). Deze processor kan via een simpel serieel interface worden aangesloten op de centrale processor. Over dit interface luistert de GRBL processor naar commando's zoals "X100 Y100", waarna beide stappenmotoren 100mm verplaatst worden. De huidige positie van de lift kan door de centrale processor worden opgevraagd door een "?" te sturen. De GRBL software zorgt voor ook voor het versnellen en afremmen van de liftmotoren, en bevat functies om eenvoudig het nul-niveau van de lift vast te stellen (homing).

Oorspronkelijk plan
Mijn oorspronkelijke plan was om alles met standaard Arduino printjes op te bouwen. Het zou er dan uit komen te zien zoals getoond op onderstaand plaatje. Naast de Arduino Nano (of UNO) voor GRBL, zijn er drie Arduino MEGA printjes nodig: één voor de centrale coördinatie, één voor aansturing van het bedieningspaneel en één voor de aansturing van de IR lichtsluizen. Merk op dat de blauwe verbindingen tussen de drie verschillende ATMega 2560's in theorie direct op de seriële (USART) poorten (TX/RX) aangesloten zouden kunnen worden, maar als de afstanden wat groter worden (zoals tussen centrale processor en die van het bedieningspaneel) is het veel beter de communicatie op basis van RS-485 te laten plaatsvinden. Aparte Serial-RS485 converters kosten bijna niets, en heb ik de de plaatjes niet getekend.

 
Initieel was mijn plan om de bovengenoemde Arduino printjes te kopen, maar nadat ik had ontdekt hoe makkelijk en goedkoop ik printjes in China kon laten maken (zie:
https://forum.beneluxspoor.net/index.php?topic=101271.msg3222279641#msg3222279641), kon ik de verleiding niet weerstaan om alle printplaatjes zelf te ontwerpen en (laten) bouwen.
Daardoor ziet het er nu als volgt uit:


De centrale processor, de processor voor de IR-sluizen, de stepper drivers (en de transformator voor de steppermotoren) zijn samen op een plankje gemonteerd die op de bodem van de vitrine een plaatsje heeft. Onderstaand plaatjes laten dit zien. Merk op dat op deze laatste plaatjes de nieuwe en stille stepper drivers zijn gemonteerd.





Wordt vervolgd.

Aiko

[Martijn193]

Supergaaf, maar allemaal abracadabra.... (voor mij dan.....)

[Cor--24]

Waar ik ook erg benieuwd naar ben is de tijd, die je erin hebt gestoken, de pecunia en vooral ook je motivatie om een dergelijk project te realiseren.

[AP3737]

Supergaaf, maar allemaal abracadabra.... (voor mij dan.....)

Tja, ieder zijn of haar hobby   
Ik ben meer iemand die met de techniek er om heen bezig is. De rest schiet dan ook niet op.

Waar ik ook erg benieuwd naar ben is de tijd, die je erin hebt gestoken, de pecunia en vooral ook je motivatie om een dergelijk project te realiseren.

De vraag over motivatie is het makkelijkst te beantwoorden. In de eerste plaats heb ik in de loop der jaren veel treinen gekocht, waarvan de meeste nooit op de baan komen. Door deze vitrine met lift te bouwen kan ik 30 extra treinen laten rijden. Verder is de bouw van dit soort zaken een soort uitdaging. Een aantal liften die ik (op het Internet) heb gezien, zijn gebaseerd op wat ik oneerbiedig "fietsenmaker techniek" noem: kettingen, tandraderen en mechanische schakelaars. Als iemand heel goed is in mechanische constructies, dan wil ik best geloven dat een dergelijk bouwsel naar tevredenheid kan werken. Om daarmee echter ook over langere tijd een nauwkeurigheid van 1/10 mm te houden lijkt me "ambitieus". Toen ik op Ali de sliding tables zag, kwam bij mij het idee op dit soort nieuwe (CNC, 3D) technieken te gebruiken omdat mijn inschatting was dat een mechanische leek zoals ik daarmee toch een betrouwbare lift kon bouwen.

Het idee om de lift te bouwen kwam in April 2018 toen ik in de trein zat na de Modellbau Ausstellung in Dortmund. En als het in mijn hoofd zit, is het niet zomaar weg.
In 2018 heb ik de sliding tables gekocht, en de houten vitrine (zonder de rail-planken) in elkaar gezet. In totaal was dat een paar dagen werk. In 2019 hebben we ons huis verbouwd, en heb ik aan de lift en vitrine niets gedaan. Pas in de zomer van 2020 heb ik de electronica ontworpen; bij elkaar misschien 2 weken werk. De mechanische constructie heb ik in het najaar van 2020 afgemaakt; een aantal dingen heb ik later moeten aanpassen, waardoor het meer tijd heeft gekost dan noodzakelijk. De ontwikkeling van software heeft veruit de meeste tijd gekost, maar dat waren eigenlijk meerdere projecten gelijktijdig.
Als ik het nu opnieuw zou maken, en mijn hard- en software ontwerp hergebruik, zou het me zeker niet meer dan twee weken werk kosten.

De kosten zijn uiteindelijk omstreeks 1500 Euro geworden. Dat lijkt (en is) best veel, maar een schaduwstation met 30 sporen zal met alles erop en eraan niet heel veel goedkoper zijn. De twee slidingtables kosten bij elkaar ongeveer 600 Euro. Alle aluminium componenten kosten ongeveer 300 Euro, waarbij het raamwerk uit 8040 profielen ongeveer 125 heeft gekost. Het hout van de vitrine was ongeveer 100 Euro, en de rails met "aanloop wissel" ongeveer 225 Euro (ik had dit echter al). Wat eigenlijk verrassend goedkoop was, was de electronica. Voor 5 "centrale besturingsprinten" heb ik 75 Euro betaald, de 15 bezetmeldingprinten kosten bij elkaar ongeveer 125 Euro. Tenslotte heb ik voor voeding en aansturing van de steppermotoren ongeveer 75 Euro betaald. Tenslotte nog 50 Euro voor de druktoetsen.

Groet

Aiko

[Falcon10]

Het blijft een prachtig ding.
Fantastisch dat je het zo goed beschreven hebt.