A digitális harangvezérlés működése és típusai

A templomtornyokban található harangok működtetését, irányítását sok településen már elektromos berendezések végzik. Miként mindennapi életünk más vonatkozásaiban, a harangozási rendszerek is jelentős fejlődésen mentek keresztül. Jelen cikkünkben bemutatjuk a digitális harangvezérlés működési elvét, fejlődését, típusait és a kapcsolódó mechanikai szempontokat.

A vezérlés működési elve

A harang vezérlés nyitott hatásláncú irányítás. Ez azt jelenti, hogy a vezérelt berendezés nem hat vissza a vezérlőre. A hatások (a szervek közötti kapcsolatok) egyirányúak, a jelek egy irányba terjednek.

Például, az önműködő ajtó vezérlésénél az érzékelő jele hat az erősítőre, ennek kimenőjele működteti a villamos motort, aminek hatására megváltozik az ajtó helyzete. A rendelkező jel végig halad a hatásláncon és működteti a beavatkozó szerven keresztül a vezérelt szakaszt. A rendszert úgy kell felépíteni, hogy a változó zavarások (a vezérelt jellemző értékét megváltoztató külső hatások) ne nagyon befolyásolják a vezérelt jellemzőt, mert ennek változását a vezérlő berendezés nem érzékeli.

A vezérlések tipikusan kétállapotú eszközökkel működnek. Mivel az eszközök állapotainak száma kettő, ezért hozzárendelhető a bekapcsolt állapotot jelző bináris (kettes számrendszer) „1” értéke, a kikapcsolt állapotot jelző „0”. Ilyen módon a vezérlés különböző állapotai bináris számokkal is rögzíthetők. Analóg jelekkel a vezérlésekben ritkán találkozunk. Ilyen jelet hozhatnak létre az érzékelők, de az illeszthetőség miatt olyan műszaki megoldással egészítik ki, amelyik kapcsolt (kétállapotú) jelet hoz létre e kimeneten.

Működési vázlat jelképei

A működési vázlaton alkalmazott jelképek a következők:

Kadett digitális műszerfal átalakítás

• négyszögek - ezek jelképezik a szerveket - ezeknek irányítási szempontból önálló feladatuk van,
• vonalak - a szervek közötti kapcsolatot jelentik,
• nyilak - a hatásirányt jelképezik.

A négyszöggel ábrázolt szerveket felirattal azonosítjuk. A négyszögek bemenetein, illetve kimenetein lévő jeleket egyezményes, rövidítéssel jelöljük.

A harangvezérlő rendszerek fejlődése és típusai

Az elektromos harangozó berendezések telepítésének első munkafázisa sok esetben a mechanikai körülmények biztosításában áll. Noha a mai viszonyokhoz képest kezdetleges alapanyagokkal és alkatrészekkel, de már közel negyven évvel ezelőtt is szereltek fel elektromos harangozó berendezéseket a gazdagabbnak mondható egyházközségekben. A meglepő körülmény nem más, mint hogy a ma alkalmazott technológia szinte megegyezik az első telepítésekével.

Korábbi vezérlési megoldások

Villás harangmozgást vezérlő

A legelső harangvillamosítások alkalmával használták. A harang kötele egy villát mozgatott, amely egy mikrokapcsolót kapcsolt ki és be. A szerkezet gyakorlatilag mechanikus elemeket tartalmazott. Ez a vezérlés egyszerű, villamos felépítésű volt. Nagyon gyakran meghibásodott, bizonytalanul indult, és a villa megakadása esetén gyakori volt a harangmozgató egység tekercsének leégése. Nagyon nehezen lehetett a harangmozgást helyesen beállítani. Az országban sok ilyen egység működik még a mai napig is, de ma már nem javasoljuk az ilyen egység telepítését.

Higanykapcsolós harangmozgást vezérlő

A harang lengőszerkezetének húzókarjára egy higannyal teli üvegcsövet kötnek, amelybe két elektróda nyúlik. Alapesetben a higany helyzete úgy van beállítva, hogy zárja a két elektródát, amelyen a meghúzó rendszer árama folyik át. Ennek hatására a kar elfordul, a higany elfolyik és nyitja az áramkört. A harang visszabillen, aminek a hatására a higany visszafolyik és újra zárja az áramkört. Ezt a megoldást az utóbbi időben új harangozóegységeknél már nem használják.

Modern vezérlő elektronikák

Ma már nagyon gyakran kerülnek beépítésre programozható időkapcsolók. Ezek segítségével tulajdonképpen egész napra, vagy egész hétre előre be lehet programozni a harangozások kezdetét és időtartományát. Nagy segítséget jelenthet az, hogy előre meg lehet adni például a szentmisékre (reformátusoknál és evangélikusoknál istentiszteletre) hívogató, vagy a halálesetnél, esküvőknél alkalmazott harangszókat, illetve az egyéb, rögzíthető időpontokhoz tartozó harangozásokat. Természetesen a berendezések memóriáját bármikor törölni lehet, és például az esetlegesen megváltozott miserendhez lehet igazítani.

Astra F digitális műszerfal útmutató

Mágneses vagy optikai érzékelővel vezérelt elektronika

A harang helyzetét valamilyen korszerű érzékelővel érzékelni lehet. Ez az érzékelő vezérli a hozzá kapcsolt elektronikát. A harang vezérlőszekrény kapcsolói ezt az egységet vezérlik. Ha a harangmozgást vezérlőre feszültség kerül, akkor az elindítja a harangmozgató egységet. A harangmozgást vezérlő mindig figyeli a harang mozgását, és annak megfelelően szabályozza a harangmozgató egységeket.

Elektromágneses harangozó berendezések

A harangokat mozgató berendezés lelke tulajdonképpen egy elektromágnes. A rögzített elektromágnes tekercsben egy vasmag mozog, amely acélsodronnyal a harang húzókarjára van csatlakoztatva. Mindez egy PVC vezetőcsőben kerül elhelyezésre. Az acélsodrony mellett található egy másik vezeték is, amely a húzókarral áll összeköttetésben: ennek másik végére egy higanykapcsoló csatlakozik. Ennek funkciója megegyezik az autókban található megszakító-kalapácséval: a kapcsoló irányítja azt, hogy mikor kapjon áramot a mágnes, és mikor kerüljön felfüggesztésre a mozgatás. Amikor bekapcsolják a berendezést, a higanykapcsoló zárt állapotban van, miután pedig megmozdult a harang, a higanykapcsoló megszakítja az elektromos betáplálást, és a harang az önsúlya nyomán átbillen a másik oldalra. Ekkor ismét betáplálás kezdődik, az elektromágnes meghúzza a vasmagot: öt vagy hat ilyen kör után megszólal a harang. Innentől kezdve már csak kisebb mozgatásra van szükség a folyamat fenntartásához.

Kialakításuknál figyelni kell arra, hogy a kisebb községekben az áramellátás színvonala nem kiegyensúlyozott, jó, ha a 220 V folyamatosan biztosítva van, a földelés sok esetben nincs megoldva. Ezért az elektromos berendezéseket úgy kell megalkotni, hogy földelésre ne legyen szükség, ezt kettős szigetelésű műanyag burkolattal érik el. Számos kivitelezési helyszínen ügyelni kell arra is, hogy az esetleg elavult eszközöket, mint például az alumínium vezetékek, a biztonságos üzemelés érdekében cserélésre kerüljenek.

Ezen túlmenően két további alkotóelemről kell szólni. Egyfelől, egy egyenirányítót kell elhelyezni, mivel az elektromágneses tekercs egyenáramú, a váltóáramot át kell alakítani. Másfelől, a templomhelyiség megfelelő részén egy kezelőpanelt kell kialakítani: a működtetéshez szükséges legfontosabb biztonsági és irányító egységek kerülnek itt elhelyezésre, például kismegszakítók, mágneskapcsolók. Ez a konstrukciót egy vasállványra kell elhelyezni: más cégek az elektromágnest gyakran a padlózatba rögzítik, ez azonban erősen tűzveszélyes, nem felel meg az Európai Unió létesítési szabályainak.

Lineáris motoros és szolenoid húzóberendezések

Kétféle harangozó berendezés típust gyártanak: a Lineáris motorok családját és a Szolenoid - egyenáramú elektromágnes - húzóberendezések körét. Mindkét berendezés fajta működése hasonló, a húzógépek számítógép vezérelt húzóerőt fejtenek ki a harangok lengőszerkezetére, így a harangokat precíz húzóerő szabályozó elektronika a leggyorsabban fellengeti, folyamatosan működteti, majd pedig a leggyorsabban lefékezi és megállítja.

Digitális óra beállítása Golf 1 Cabrio-ban

• Lineáris motorok: A Lineáris motorokat 150 - 200 kg feletti harangtömegeknél alkalmazzák. Ezek valódi indukciós, háromfázisú gépek, amelyekben a mozgó armatúra hosszú, akár több méteres működési úthosszon fejti ki a húzóerejét. A lineáris indukciós motorokkal megvalósított harangozó rendszerek a gépesített harangozási gyakorlat csúcsberendezéseinek számítanak. Ezek a berendezések nem forgó gépek, a speciális felépítésű motorarmatúra függőleges alternáló mozgást végez, amely ideális a haranghúzás mozgásformájához.
• Szolenoidok: A Szolenoidokat a kisebb harangok meghúzására fejlesztették. Ezek egyenáramú elektromágnesek, jellemzően rövid úthosszon fejtik ki húzóerejüket.

Az ún. PID szabályozó rendszer programja mikroszámítógépen fut a húzóberendezések vezérlő egységében. Bekapcsolási parancsra a vezérlőegység nagy energiabevitellel gondoskodik a gyors fellengetésről, a harangozás folyamán a precíz amplitúdó, a lengési szög tartásáról, végül a megállási parancs, a fékezés precíz és gyors végrehajtásáról. A szabályozó rendszer finomhangolásával a harangozás minősége optimalizálható, a bevitt harangozási teljesítmény minimalizálható.

Lineáris motorok tulajdonságai

• Az armatúra mozgása alternáló, jól közelíti az emberi kéz természetes mozgásformáját.
• A harang a saját természetes sebességével, természetes lengési idejével, de szabályozott kitérési szögével leng.
• A motor csúszó elektromágneses indukciós mezeje tulajdonképpen egy szuperlágy tengelykapcsoló.
• Határozott lengető erő, a forgó gépekre jellemző durva mechanikai tranziensek nélkül.
• Elmaradnak a lánckerekek, a láncok és láncfeszítő rugók.
• Nincs szükség nyelvkötésre, nyelvfékre.
• A lengőszerkezet forgató kerekéhez vagy húzókarhoz egyaránt beépíthető, nem szükséges a lengőszerkezet átalakítása.
• Elmaradnak a nagyméretű kapcsolószekrények és a motorállványok.
• A lineáris motor a harang alatti födémen saját talpára állítva, vonókötéllel szerelhető.
• Nagyobb harangoknál motorcsoport képezhető (1500 kg felett), a motorok karmantyúsan összecsavarozhatók, toldalékolhatók.
• A vezérlőmű öntanuló beágyazott rendszer, mikroprocesszoros szabályozó elektronika.
• Motorba integrált elektronikus szenzorok, professzionális szabályozó szoftverrel.
• Szabályozott üzemű, ideális fellengés és fékezés üzemmódok.
• A harang lengési szöge minimum 5 fok felbontással szabályozható.
• Automatikus szabályzási paraméter-meghatározás, kb. 5 perc installációs idő.
• A harangozó berendezés szabványos ANSI/VT100 terminálon keresztül konfigurálható.
• Integrált félvezető alapú erősáramú vezérlés, nem tartalmaz elektromechanikus kapcsolóelemeket (reléket, mágneskapcsolókat).

Két alap motortípust gyártanak, amelyek alkalmazásával minden lengőszerkezet-típus és a teljes harangsúly-tartomány lefedhető:

A HG család közös jellemzője, hogy a néhány gramm tömegű csengőtől a több száz kg tömegű harang mozgásának vezérlésére is alkalmas. A HG típusú harangmozgást vezérlő elektronikák az első néhány lengéskor a harangot teljes erővel meghúzzák. Így egy jól méretezett harangrendszer néhány lengés után megszólaltatható, majd a tekercsek erejét a vezérlő arra az értékre állítja be, amit a harang lengése megkíván. A HG típusú harangmozgást vezérlő figyeli a harang mozgását, és ha rendellenességet észlel, pl. rendellenesen hosszú lengést, akkor beavatkozik.

HG típusú vezérlő áramkörök

Az alábbi vezérlő áramkörök digitális, mikroprocesszort tartalmazó áramkörök, beállításuk számítógépes célprogrammal történhet.

• HG4PJ típus: DIN sínre kialakított változata. Konstrukciója miatt maszkos elosztódobozokba egyszerűen beépíthető. Külön előnye, hogy a vezérlő ki-be kapcsolót is tartalmaz, így a kézi működtetése miatt további alkatrész beépítése nem szükséges. Kapcsolóóra csatlakoztatása vezetékbekötéssel megoldható. A konstrukció bontható csatlakozásokkal készült, így telepítése, vagy cseréje gyorsan megoldható. Célprogrammal való telepítése esetén érzékelőt nem kell hozzákapcsolni, mert a mozgási szinkronjelet a processzoros elektronikája az egyenáramú húzómű visszaindukált jeléből, digitális feldolgozásával nyeri.
• HG5 és HG6 típus: Továbbfejlesztett, DIN sínre kialakított változatok. Kialakításuk miatt maszkos elosztódobozokba egyszerűen beépíthetőek. Külön előnyük, hogy a vezérlő ki-be kapcsolót is tartalmaz, így a kézi működtetése miatt további alkatrész beépítése nem szükséges. Kapcsolóóra csatlakoztatása ennél a típusnál is vezetékbekötéssel megoldható. A konstrukció a HG7-hez hasonlóan bontható csatlakozásokkal készült, így telepítése, vagy esetleges hibája esetén a cseréje könnyen megoldható. A készülék tetején a működést jelző LED is helyet kapott. Telepítése célprogrammal történik. Lineáris motorok esetén 1db induktív jeladó beépítése szükséges, míg asszinkronmotoros meghajtás esetén erre nincsen szükség. A beépített erősáramú alkatrészei 3*10A/400/230V 3f.
• HG7 típus: Lineáris, valamint asszinkronmotoros harangmozgatás vezérlésére alkalmas, hasonló paraméterekkel, mint a HG8 vezérlő, de csak egyirányú húzást végez. Bármilyen elosztódobozba beépíthető, azonban célszerű IP65 védettségű maszkos elosztódoboz használata. A HG7 belső túláramvédelmet is tartalmaz.
• HG8 típus: Analóg/digitális szabályozást együttesen tartalmaz, azért hogy számítógép nélkül is könnyen üzembe lehessen helyezni. A HG8 nem tartalmaz belső túláramvédelmet.
• HG9, HG10 típus: A beépített erősáramú alkatrészei 3*10A/400/230V 3f. A kialakítása miatt maszkos elosztódobozokba egyszerűen beépíthető. Külön előnye, hogy a vezérlő ki-be kapcsolót is tartalmaz, így a kézi működtetése miatt további alkatrész beépítése nem szükséges. Kapcsolóóra csatlakoztatása ennél a típusnál is vezetékbekötéssel megoldható.

Vezérlőórák és programozás

A harangvezérléshez kézi kapcsoló és/vagy kapcsolóóra is használható. Ez utóbbi az automatikus harangozások kapcsolását vezérli, és általában heti programozást tesz lehetővé. Gyakran előfordul, hogy meg kell határozni, hogy milyen kapcsolóórát vagy harangvezérlést alkalmazzunk. Vezérlőóraként nagyon sok típus beszerezhető, harangkapcsolásra azonban csak kevés felel meg. Kiválasztásánál kellő figyelemmel kell eljárni.

A DATA-LOG, CONRAD, SCHRACK, és MERLIN-GERIN kvarc kapcsolóórák nagy választéka általában folyamatosan beszerezhető, ami kb. 100 db-ból álló típusválasztékot jelent. A választékban egy, kettő vagy négy harang vezérlésére alkalmas kapcsolóórák is szerepelnek. A kapcsolóórák percenkénti lépcsőben programozhatóak, min. 20 db kapcsolási blokk lehetőségével. A hálózati feszültség kimaradása esetén a működési tartalékidejük akkumulátorról meghaladja a 150 órát. A pontos idő beállítása nyomógombok segítségével történhet. Pontosságuk +/- 3mp/nap.

Léteznek olyan órák is, amelyek a frankfurti atomóra (DCF77) vagy a GPS műhold által sugárzott pontos időre automatikusan beállnak. A választékban egy, kettő vagy négy harang vezérlésére alkalmas kapcsolóórák szerepelnek. A kapcsolóórák percenkénti lépcsőben programozhatóak, min. 10 db kapcsolási blokk lehetőségével. Vételkimaradás esetén az óra kvarcpontossággal működik. A hálózati feszültség kimaradása esetén a működési tartalékidejük akkumulátorról meghaladja a 150 órát. A pontos idő központi beállíthatósága miatt több óra is párhuzamosan kapcsolható. Az LCD kijelzőn a pontos időn kívül további adatok is leolvashatók. Pontosságuk DCF vétel esetén 1 sec-on belül van.

Kiemelendő egy kimondottan templomi vezérlésekhez fejlesztett típus, amely beépíthető modulok segítségével szinte minden igényt kielégít. Összetett vezérlésekre alkalmas típus, mérete 230x95x195mm. Összetett harang, toronyóra, órakongatás, fűtés, világítás stb. vezérlésére is képes abszolút pontos idővel. Számos egyedi szoftver megoldás segíti a könnyebb felhasználói programozást. A vezérlőóra ára a beépített moduloktól függ. A B61 típus összes tulajdonságát tudja a berendezés, 7db beépített jelfogós kimenettel rendelkezik.

A harang mechanikai állapota és szerkezete

A harangok jó mechanikus állapota elengedhetetlen a gépi harangozáshoz. Fontos a csapágyak jó állapota a harang szabad lengéséhez. A harangokban található ütőt is zsírozni, bőrözni szükséges, hogy mindig a kívánatos pozíciót vegye fel a harang megszólaltatásához. Könnyű belátni, hogy amennyiben a csapágy szorul, illetve az ütő nem mozog megfelelően, úgy az elektromos berendezés telepítése teljesen hiábavaló.

A harangozó berendezések lengetési karakterisztikája több vonatkozásban meghaladja az emberi kéz által elérhető precizitást, a húzóerő változtatás rendkívüli felbontását. Az elektronika a húzómágnes állapotából olvassa vissza a harang mozgását, így mechanikus kapcsoló alkatrészeket nem tartalmaz. A vezérlés a harang mozgását figyelve kíméletesen bánik vele, harangozás után az elektronika a harangot lelassítja.

A harang forgáspontjának jelentősége

A harang tengelyének elhelyezkedése alapvetően befolyásolja a harangozás módját és a szerkezet terhelését:

• Magas forgáspont (felülütős): A harang tengelye a harang felett helyezkedik el. A magas forgáspont miatt a harang ütője a haranggal együtt mozog, a lengetés során fokozatosan felgyorsul és a nagy kilendítés során a harang szoknyájának felső felét üti meg. Ehhez nagy dinamika, sok energia kell, a tartószerkezetet is jobban igénybe veszi. Több karbantartást, ellenőrzést igényel.
• Alacsony forgáspont (alulütős): A harang tengelye lejjebb, az ütő tengelyénél helyezkedik el, így harangozásnál a szoknya alsó részét kongatja. Ennek következtében kisebb a kilengés, kevesebb energia kell a harangozáshoz. A tartószerkezetet, a tornyot és a harangot is kevésbé terheli.
• Köztes forgáspont: Vannak esetek, mikor a mechanikus felépítés sem a felül-, sem az alulütősnek nem felel meg, a tengely a két megoldás között helyezkedik el. Ebben az esetben az ütő a haranggal együtt mozog, és sem felül, sem alul nem éri el a harang szoknyáját. Ezen esetekben születnek az ütő megfogására megoldások, ami az alulütős megoldást erőlteti.

Telepítés és karbantartás

Az elektromos harangozó berendezések telepítésének ideje két-három napra redukálható, amikor azonban a mechanikai felújítás is részét alkotja a munkának, akkor ez az időtartam több hétre is növekedhet. Mielőtt bárki azt gondolná, hogy milyen egyszerű is egy elektromos harangozó berendezés telepítése, le kell szögezni, hogy itt szintén, miként minden más szakterületen, bizony számos apró szakmai fortély birtokában kell lenni a sikeres munkához.

Volt arra példa, hogy komplett árajánlat leadása után évekig nem érkezett válasz, majd jelentős idő eltelte után segítséget kértek: mindent úgy megcsináltak, ahogy az az árajánlatban le volt fektetve, de mégsem működik a rendszer. Csupán egy nem jelentéktelen apróságról felejtkeztek meg, mint ami a hegedűben egy apró alkatrész, a "lélek", e nélkül a hegedű is használhatatlan.

A háborús pusztítás nyomán még ma is számos templomból hiányzanak a harangok. Egy 1808 óta működő lengyel családi céggel alakítottak ki stabil kapcsolatot, amelynek birtokában van a harangöntés "titka". Sokan nem gondolnák, hogy a harangöntés tudománya ma is féltett szakmai titok, a pontos összetétel nem publikus. Pedig ennek döntő jelentősége van: ezen múlik például a harang hangjának zenei fekvése, aminek bizony illeszkednie kell a templomban a helyükön maradt eredeti harangokéval. Ennek céljából először digitális műszerekkel kell felmérni a meglévő harangok zenei tartományát, s ezeket az adatokat közölni kell a gyártóval.

tags: #digitális #harang #vezérlés #működése #és #típusai

• Gumiabroncs választás
• Kerékösszetartás beállítás Megane I
• Kangoo tehergépkocsi műszaki specifikációk
• Fűtőmotor típusok Renault járművekben
• Koncentrált felnitisztítók típusai és árai