Digital Command Control


Digital Command Control

Digital Command Control (DCC) ist ein Standard zur digitalen Zug-, Signal- und Weichensteuerung von Modelleisenbahnen. Der Standard basiert auf der Entwicklung der deutschen Firma Lenz Elektronik (für Märklin). Die ältesten Digitaldecoder nach DCC sind somit im Wesentlichen die in den 1980er Jahren ausgelieferten Lokdecoder von Arnold (Spur N) und Märklin (DIGITAL GLEICHSTROM für H0-Hamo und Spur 1). Auf Grund von (vermutlich Patent-)streitigkeiten hatte sich Märklin von Lenz und dem damals DIGITAL GLEICHSTROM genannten System getrennt. Lenz entwickelte das System weiter und bemühte sich darum, dass es von der NMRA als Norm übernommen wurde.

Inhaltsverzeichnis

Technische Grundlagen

Seit etwa Ende der 1990er Jahre ist das System DCC im „Gleichstrom-Bereich“ (genauer wäre: 2-Schienen-2-Leiter-Bereich) das verbreitetste Digitalsystem, lediglich im „Wechselstrombereich“ (genauer: 3-Schienen-2-Leiter-Bereich), namentlich Märklin H0, ist das Märklin-Motorola Digitalsystem vorherrschend, obwohl 2004 ein neues System auf den Markt gebracht wurde: Märklin Systems (mfx). Ein weiteres, auch schon lange bestehendes Digitalsysteme ist SelecTRIX (vorwiegend bei Spur N).

DCC/Railcom-fähiger Multiprotokoll-Decoder mit 8-poliger NEM-652-Schnittstelle

Bei DCC werden über das Gleis sowohl die zum Betrieb der Züge notwendige Spannung als auch Steuerungsinformationen von einer Digitalzentrale an die Decoder übertragen. Auch Weichen und Signale (Magnetartikel) können über DCC-Signale gesteuert werden. Normungsgegenstand ist allein das Protokoll (d.h. der Datenverkehr) auf den Gleisen, nicht jedoch die Kommunikation zwischen der Zentrale und evtl. weiteren Eingabegeräten, Boostern (=Stromverstärkern) etc. In Europa von Bedeutung sind für die Eingabeseite XpressNet (ursprünglich X-Bus von Lenz) plus und Loconet (entwickelt von Digitrax). Zu erwähnen ist, dass Loconet Eingabe, (stationäre) Rückmeldung und Boosteransteuerung in einem „Bus“ integriert, wogegen bei X-Bus/XpressNet dafür 2 weitere Signalbusse hinzukommen.

Der DCC-Standard wurde im Lauf der Zeit weiterentwickelt. Anfangs gab es nur 14 Fahrstufen, 99 Lok- und 256 Magnetartikeladressen, der aktuelle Standard sieht 14, 27, 28 und 128 Fahrstufen, sowie über 16.000 Lokadressen vor, wobei die meisten Fahrgeräte und einige Decoder auf 9999 Lokadressen limitiert sind.

Trotz der Fortentwicklung des Systems und je nach verwendeter Digitalzentrale können auch heute noch alte Decoder von aktuellen Steuergeräten, wie auch aktuelle Decoder von alten Steuergeräten gesteuert werden. Je nach verwendetem bzw. verfügbaren Programmierverfahren der Digitalzentrale gilt entsprechendes auch für die Lokprogrammierung. Nach dem Prinzip Flaschenhals sind die Möglichkeiten allerdings begrenzt auf die Möglichkeiten der schwächsten/ältesten Komponente (siehe oben Anzahl der Adressen und Fahrstufen oder: Die ältesten Lokprogrammer von Märklin konnten nur die Adresse und Anfahrspannung programmieren, heute gibt es laut Norm bis zu 1023 derartiger Einstellparameter.

Der DCC-Standard ist mittlerweile um einen Mechanismus zur Rückmeldung von Informationen aus den Lokdecodern zur Zentrale über das Gleis erweitert worden (Railcom).

Zum einfachen Einbau von Lokdecodern auch durch Nicht-Fachleute wurden Schnittstellen-Stecker standardisiert. Wenn kein Lokdecoder eingebaut ist, wird die Schnittstelle durch einen Blindstecker überbrückt. Der sechspolige Stecker nach NEM 651 ist für beengte Platzverhältnisse, etwa bei kleinen Spurweiten, vorgesehen. Die Lokbeleuchtung muss hierbei über Lokmasse angeschlossen werden. Der achtpolige Stecker nach NEM 652 bietet einen optionalen gemeinsamen Rückleiter für Beleuchtung und andere Funktionen sowie einen freien Pin, der für eine weitere Zusatzfunktion verwendet werden kann.

Details

Paketformat

Die Datenrate im Gleis beträgt ca. 8000 Bit pro Sekunde. Jedes DCC-Paket beginnt mit einer 10-14 Bit langen Präambel, die der Synchronisierung des Decoders dient. In einem Standardpaket folgen dann ein Adressbyte, ein Befehlsbyte und ein Prüfbyte, die jeweils durch ein Startbit eingeleitet werden. Das Gesamtpaket wird durch ein Stopbit abgeschlossen. Das Prüfbyte errechnet sich als XOR-Verknüpfung über das Adress- und Befehlsbyte.

Die Standardpakete des ursprünglichen DCC-Standards eignen sich nur zur Steuerung von Lokomotiven. Ferner sind sie dabei auf 14 Fahrstufen und Basisadressen beschränkt. Für Weichen- und sonstige Funktionsdecoder sowie moderne Lokdecoder wurde ein erweitertes Paketformat definiert, das heute den Regelfall darstellt. Ein erweitertes Paket kann zwischen drei und sechs Datenbytes enthalten.

Motoransteuerung

Ein Lokdecoder wandelt für den Motor den im Gleis anliegenden nicht-sinusförmigen Wechselstrom mit Hilfe eines Brückengleichrichters in Gleichstrom. Der Motor wird über getaktete Transistoren mit diesem Gleichstrom versorgt. Anders als im Analogbetrieb bestimmt nicht die Spannung, sondern das Tastverhältnis die Motordrehzahl (siehe auch Pulsweitenmodulation).

Auslesen von Decodern

Decoder speichern konfigurationsrelevante Daten in 8 Bit breiten Registern (Configuration Variable, CV). Es gibt bis zu 1024 CVs. Der DCC-Standard schreibt als Pflicht-CVs die CV1 (Basisadresse), CV7 (Decoderversion), CV8 (Herstellerkennung) und CV29 (Decoderbasiskonfiguration) vor. Die Bedeutung einiger weiterer CVs ist ebenfalls standardisiert, andere sind herstellerspezifisch belegbar.

DCC war ursprünglich der Einfachheit halber als unidirektionales Protokoll ausgelegt. Die einzige Möglichkeit, um Informationen vom Decoder zurück zur Zentrale zu übertragen war der so genannte Acknowledgement-Puls (ACK). Dabei erhöht der Decoder für 6 ms seinen Stromverbrauch um 60 mA, indem er seinen Motor oder einen anderen Verbraucher einschaltet. Dieser erhöhte Stromverbrauch wird von der Zentrale detektiert und als Bestätigung für den letzten Programmierbefehl interpretiert. Dadurch ist es auch möglich, den Wert einer bestimmten CV auszulesen. Bei älteren Decodern ist diese Abfrage nur byteweise möglich, so dass im Extremfall bis zu 256 mögliche Werte einer CV abgefragt werden müssen, bis irgendwann ein ACK vom Decoder kommt. Neuere Decoder können bitweise abgefragt werden, so dass sich die Zahl der maximal notwendigen Abfragen pro CV auf acht reduziert.

Railcom

Von der Firma Lenz und einer „Arbeitsgruppe Railcom“ mit weiteren Herstellern von DCC-Komponenten wurde eine Erweiterung des DCC-Protokolls erarbeitet, die den Decodern im laufenden Betrieb das Senden von Daten über das Gleis ermöglicht. Railcom wurde im Jahr 2007 von der NMRA als RP 9.3.1 standardisiert. Um Platz für die Railcom-Übertragungen zu schaffen, werden Pausen in das von der Zentrale ausgehende DCC-Signal geschnitten. In einer Pause sind bis zu 8 Byte übertragbar. Die Auswertung der Railcom-Datenströme kann entweder lokal (das heißt meist auf Ebene abgetrennter Gleisstromkreise) oder global (meist auf Ebene der DCC-Zentrale) erfolgen. Klassischer Anwendungsfall eines lokalen Detektors ist die Fahrzeugerkennung im Rahmen der Gleisbesetztmeldung. Ein globaler Detektor kann einen sendenden Decoder nicht mehr örtlich zuordnen, denkbar sind allerdings Anwendungen wie das Anmelden einer Lok bei der Zentrale.

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