Всем привет!
Для энтузиаста железнодорожного транспорта контроллер машиниста — это предмет мечты. Однако заполучить такую вещь в коллекцию или для проектов — задача не из простых.
Мне невероятно повезло: в мои руки попал не просто какой-то макет, а настоящий, «живой» контроллер от электропоезда ЭМ2И — модели, которая уже стала частью истории и больше не колесит по рельсам.
В этой статье я подробно расскажу о принципах работы этого устройства и о том, как его можно подключить к компьютеру для использования в симуляторах. Как выяснилось, процесс оживления артефакта оказался невероятно увлекательным.
❯ Как всё началось
Мне посчастливилось найти старый контроллер от поезда ЭМ2И. Естественно, первая мысль — подключить его к симулятору вроде «Trainz» или «Метростроя».
Удивительно, но на фоне огромного разнообразия железнодорожных симуляторов рынок периферийных устройств для них практически пуст. Если сравнить с авиасимуляторами, для которых выпускаются сотни моделей джойстиков, педалей и панелей, то выбор для виртуальных машинистов катастрофически мал.
Конечно, какие-то варианты существуют. Например, устройство Raildriver, которое изначально поддерживается Trainz. Однако в России часто оказывается проще и интереснее раздобыть и восстановить настоящий списанный контроллер, чем покупать коммерческий макет.
Историческая справка: электропоезд ЭМ2И
Прежде чем углубляться в технические детали, стоит вспомнить, каким был этот поезд и почему он так интересен.
ЭМ2И стал логическим развитием более ранних проектов ЭМ1 и ЭМ2. Все эти составы представляли собой глубокую модернизацию легендарной, но уже устаревшей серии ЭР2. Новая модель создавалась специально для работы в качестве аэроэкспресса на маршруте до аэропорта Домодедово.
Поезд получил множество инноваций: новые автосцепки, полупантограф и, что самое главное, современную электронную систему управления. Производством занимался Московский локомотиворемонтный завод, а комплектующие поставляло АО «Спецремонт».
На бумаге проект выглядел многообещающе. Поезд мог развивать скорость до 160 км/ч, имел комфортабельный салон с мягкими креслами и по уровню оснащения не уступал современным иностранным аналогам.
К сожалению, судьба этих составов сложилась трагически. Уже на этапе испытаний выявились серьёзные недоработки: характеристики не соответствовали заявленным, а конструкция имела фатальные недостатки. В результате этот редкий поезд эксплуатировался лишь короткое время в начале 2000-х, а большую часть своей жизни провёл, постепенно разрушаясь в депо и на резервных базах. Проект оказался слишком дорогим (сопоставимым по цене с новым ЭД4М), ненадёжным и неудобным в обслуживании. В итоге от него отказались, а к 2019-2020 годам все уцелевшие вагоны, которые не были разграблены или уничтожены вандалами, отправились на утилизацию.
Несмотря на неудачу, многие любители железных дорог (включая меня) до сих пор сожалеют, что не успели прокатиться на этом уникальном, хоть и проблемном, составе.
Знакомство с контроллером КМ-4А
Теперь перейдём к главному герою статьи — самому контроллеру. Мне достался прибор управления движением КМ-4А, снятый с одного из таких заброшенных поездов много лет назад. Благодаря этому он избежал участи быть разобранным на металлолом или окончательно сгнить.
Перед нами классический образец. Устройство оснащено двумя основными рукоятками: реверса (задний/вперёд) и главного контроллера (регулировка скорости и торможения). Также присутствует тумблер.
Вид сбоку.
Вид снизу.
Обратите внимание: Нужно ли очищать историю вызовов и SMS на телефоне?.
Здесь хорошо видна камера — сердце всего механизма. В современных электропоездах используются бесконтактные контроллеры (БКВ), где вместо механических контактов работают оптические или магнитные датчики. Но наш экземпляр — классика жанра.
В основе лежит проверенная временем контактная группа кулачкового переключателя. Интересно, что один из кулачков не задействован — видимо, был зарезервирован для других модификаций или будущих апгрейдов.
Для связи с внешним миром используется разъём DB37F, смонтированный на фанерном основании.
Та самая наклейка от поставщика — «Спецремонт».
Принцип работы рукоятки: её ход ограничивается сложным профильным диском, по которому скользят подпружиненные ролики. Вся механика обильно смазана густой смазкой.
Крупным планом — тот самый фиксирующий механизм с роликами.
Необходимое усилие для перемещения рукоятки создают две мощные пружины.
Боковые стенки контроллера выполнены из толстой (10 мм) стали, что придаёт всей конструкции солидный вес — чуть более 7 килограммов при относительно компактных размерах.
Устройство кулачкового механизма
Внутреннее устройство контроллера очень напоминает командный аппарат.
По сути, это набор контактных групп, которые замыкаются или размыкаются кулачками, закреплёнными на вращающемся валу. Ключевое отличие от командного аппарата в том, что здесь вал вращается не электродвигателем, а напрямую соединён с рукояткой машиниста.
На иллюстрациях ниже показано, как меняется положение кулачков при различных позициях главной рукоятки.
Ручка реверса и её блокировки
Начнём с более простого элемента — рукоятки реверса.
На неё «завязаны» три кулачка, но один не используется. К остальным подключено четыре провода, которые коммутируются в двух рабочих положениях («Вперёд» и «Назад»).
Важная особенность — механическая блокировка. Ручка реверса можно переключить только тогда, когда главная рукоятка находится в нулевом (нейтральном) положении. Это предотвращает смену направления движения на ходу. Реализовано это при помощи специального диска с прорезями на главном валу и ролика на механизме реверса. Если вал сдвинут с нуля, ролик не попадает в паз, и реверс заблокирован. И наоборот, когда реверс включён, диск не может вращаться, что блокирует и главную рукоятку.
Так выглядит взаимодействие этих деталей при нулевом положении реверса.
А так — когда реверс включён и главная рукоятка переведена в положение тяги или торможения.
Распиновка разъёма DB37
Ключевой этап — разобраться с распиновкой разъёма, чтобы понять логику работы контроллера. К счастью, это удалось сделать без особых проблем. Итоговая схема контактов выглядит так:
5-й кулачок (нормально разомкнутый контакт)
4-й кулачок (нормально разомкнутый контакт)
3-й кулачок (нормально разомкнутый контакт)
2-й кулачок (нормально разомкнутый контакт)
1-й кулачок (нормально разомкнутый контакт)
3-й кулачок (нормально замкнутый контакт)
2-й кулачок (нормально замкнутый контакт)
Назад (реверс)
Вперёд (реверс)
Не используется
Вперёд (реверс, дублирующий)
Назад (реверс, дублирующий)
2-й кулачок (нормально замкнутый контакт, дублирующий)
3-й кулачок (нормально замкнутый контакт, дублирующий)
1-й кулачок (нормально разомкнутый контакт, дублирующий)
2-й кулачок (нормально разомкнутый контакт, дублирующий)
3-й кулачок (нормально разомкнутый контакт, дублирующий)
4-й кулачок (нормально разомкнутый контакт, дублирующий)
5-й кулачок (нормально разомкнутый контакт, дублирующий)
Не используется
Не используется
Не используется
Не используется
Не используется
Не используется
Не используется
Не используется
Общий провод (ЗАП/ОТП)
Общий провод (ЗАП/ОТП, дублирующий)
Не используется
Не используется
Не используется
Не используется
Не используется
Не используется
Не используется
Не используется
С помощью мультиметра я проверил, какие контакты замыкаются в каждом из положений рукояток.
Все данные были сведены в единую таблицу для наглядности:
Проанализировав схему, я решил использовать все доступные контакты, включая дублирующие. Это не усложнит схему, но повысит надёжность системы, так как отказ одного контакта не приведёт к потере сигнала.
Интеграция с компьютером
Чтобы «оживить» контроллер и заставить его работать с ПК, потребовалось не так уж много: самая простая плата на микроконтроллере с поддержкой USB HID (например, Raspberry Pi Pico), разъём DB37 и немного проводов для соединения.
>Продолжение, включающее больше технических деталей, схем и фрагментов кода прошивки, можно найти на Хабре. К сожалению, в одну статью все материалы и фотографии не помещаются, но там раскрыты самые важные и интересные аспекты проекта :)
Статья подготовлена специально для читателей Timeweb Cloud и Pikabu. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропускать новые технические материалы и DIY-проекты.
Также приглашаем в наш эксклюзивный Telegram-канал, где мы делимся интересными фактами, юмором и новостями из мира IT, технологий и электроники. Будет познавательно!
Используя облачный сервис Timeweb Cloud по реферальной ссылке, вы помогаете развитию подобных проектов.
Больше интересных статей здесь: Гаджеты.
Источник статьи: Оживляем контроллер машиниста от ушедшего в историю электропоезда.