Feinste Klänge, voll automatisiert

Mit dem Siemens-Controller SIMATIC S7-1200 steuern die Läuteanlagen der Philipp Hörz GmbH per Knopfdruck Kirchenglocken genau zum richtigen Zeitpunkt und im passenden Winkel.    
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Herausforderung

Die Glocke bestimmt die Dynamik

Die Zeiten, in denen Mesner Kirchenglocken manuell mit Zugseilen läuteten, sind vorbei – heute genügt ein einfacher Knopfdruck, der Schwingungsvorgang ist durchgängig motorisiert und automatisiert. Was nach einer simplen Installation klingt, ist jedoch deutlich komplexer.

So gibt es etwa strenge Vorgaben wie DIN-Normen für den Läutewinkel – der Winkel der maximalen Auslenkung einer läutenden Glocke in eingeschwungenem Zustand im Bezug zu ihrer lotrechten Ruhelage –, um die Glocken zu schonen. „Der Anzug sollte sehr sanft sein, um etwa Prellschläge zu vermeiden“, erläutert Markus Willburger, Konstrukteur bei der Philipp Hörz GmbH. Das 1862 gegründete Unternehmen aus Biberach bei Ulm produziert mit etwa 50 Mitarbeitern von der Turmuhr bis zum Glockenstuhl fast alles rund um die sogenannte Glockenstube – außer den Glocken selbst. „Jede der teils mehrere Tonnen schweren Glocken hat ihre eigene Dynamik“, so Willburger weiter. „Der jeweilige definierte Läutewinkel nebst den entsprechenden Anschlagszahlen muss erreicht und schließlich wieder sanft abgebremst werden. Dazwischen muss er exakt gehalten werden, damit sich der Klang optimal entfalten kann.“

So genannte Läutemaschinen treiben Glocken automatisch an. Die Philipp Hörz GmbH stattet bundesweit Kirchen mit dieser Technik aus, von Süddeutschland bis in den hohen Norden und dem nahen Ausland. Die Schwaben setzten dabei bislang eigens entwickelte Steuerplatinen ein. „Deren Bestandteile sind jedoch irgendwann veraltet und ihre Zuverlässigkeit lässt nach“, erklärt Willburger. „Hinzu kommt, dass Ersatzteile entweder nicht passen oder gar nicht mehr zu bekommen sind.“ Das Unternehmen wollte deshalb nicht weiter in die Entwicklung neuer Hardware investieren und machte sich auf die Suche nach Alternativen – und entschied sich für SIMATIC S7-1200.

Lösung

Gemeinsam zur optimalen Software

Ein Grund für die Wahl des Controllers war dessen integrierter Webserver. Die Philipp Hörz GmbH arbeitete hier eng mit Siemens-Beratern zusammen, um das beste Ergebnis zu erzielen.

„Wir sind keine Programmierer, fanden bei Siemens aber kompetente Partner für die Softwareentwicklung“, so Markus Willburger. Er und sein Kollege Erich Müller definierten die Anforderungen, Siemens-Ingenieure setzten sie um. „Das klappte hervorragend“, so der Konstrukteur.

„Damit wir den Anläutvorgang detailliert nachvollziehen und nachjustieren konnten, haben wir bei einer platinengesteuerten Kirchenglocke einen zusätzlichen Geber auf die Motorwelle geklemmt,“ erklärt der Siemens-Vertriebsbeauftragte Thomas Dehm. „Mit dem S7-1200 Controller konnten wir nun die Abläufe per Trace in TIA Portal aufzeichnen.“

Ist der Know-how-geschützte Standard-Softwarebaustein für die Glockensteuerung in der Steuerung programmiert und der Schaltschrank in der Kirche angeschlossen, müssen die Glocken „intoniert“, also parametriert, werden. Mit einem SIMATIC HMI KTP700 Basic Panel kann der Techniker die Parameter – Sollwerte für das Anläuten, Läutewinkel sowie Bremsung – für jede einzelne Glocke nach Gewicht, Größe und Ton einfach per Plug-and-Play einstellen.

„Die meisten Kirchen haben vier Glocken, dafür reicht ein S7-1214C CPU“, erzählt Dehm. „Sind es mehr, kommt ein Signalmodul für zusätzliche Ein- und Ausgänge hinzu. Besonders wichtig dabei sind die schnellen Zähler der CPU mit je einem Drehimpulsgeber, einer für jede Glocke, sowie die Sirius Wendeschütze zur Ansteuerung der Motoren.“ Die Geber übertragen die Glockenschwingungsamplituden an die Steuerung, die so den aktuellen Winkel misst, die Schütze schaltet und den jeweiligen Motor millisekundengenau nach links oder rechts dreht, bis die immer weiter ausschwingende Glocke ihren Läutewinkel erreicht. Willburger betont: „Die Impulse müssen zur richtigen Zeit kommen, das ist die große Herausforderung.“

SIMATIC S7-1200 verhindert außerdem durch ein Signal an die Turmuhr, dass während des Läutens die Glocke, wie sonst zu jeder Stunde, von einem Hammer geschlagen wird – die sogenannte Schlagwerksverriegelung. Umgekehrt kann bei entsprechender Programmierung auch die Uhr per Digitalsignal die Glocken automatisch zum Läuten bringen.

Kundenvorteile

Erfolgsmodell Zusammenarbeit

Die große Flexibilität von SIMATIC S7-1200 ermöglicht auch Sonderlösungen oder spezielle Kundenwünsche. So können etwa die Schallläden in den Kirchtürmen automatisch geöffnet oder geschlossen, oder sich bewegende Figuren steuern lassen, sowie leistungsstärkere Motoren für große Glocken angeschlossen werden. Zudem lässt sich die Steuerung in bestehende Anlagen integrieren.
Die SIMATIC S7-1200 Steuerungen laufen alle hervorragend. Jetzt fangen wir mit der Vermarktung richtig an.
Markus Willburger, Konstrukteur Philipp Hörz GmbH

„Im Unterschied zur früheren Steuerplatine erkennt der S7-1200 Controller, in welche Richtung die Glocke gerade schwingt“, sagt Willburger. „Dadurch wird der Motor nie in die falsche Richtung ziehen.“ Dank zusätzlicher Parameter ist die Glockenregelung deutlich variabler und feiner als vorher. Dadurch lässt sich der Läutewinkel genauer halten.

Ein weiterer Pluspunkt für SIMATIC S7-1200 ist die Möglichkeit zur Fernsteuerung und -wartung der Läuteanlagen über die VPN Plattform Sinema Remote Connect. „Wenn in der Kirche ein Scalance Router installiert ist, muss der Mesner nicht vor Ort sein, sondern kann die Glocken über ein Smartphone oder ein Tablet läuten“, erklärt Willburger. „Auch können mehrere Kirchen zentral gesteuert werden.“

Die Philipp Hörz GmbH hat in der Region bereits mehrere Läutemaschinen mit der neuen Steuerung geliefert und montiert. „Sie laufen alle hervorragend“, freut sich Markus Willburger und wirft einen Blick in die Zukunft, in der weitere Kooperationen mit Siemens schon geplant sind. „Jetzt fangen wir mit der Vermarktung richtig an.“

Industrial-Security-Hinweis:
Es sind geeignete Schutzmaßnahmen (u. a. Industrial Security, z. B. Netzwerksegmentierung) zu ergreifen, um einen sicheren Betrieb der Anlage zu gewährleisten. Erfahren Sie mehr zum Thema Industrial Security.

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