Teknisk beskrivelse av orgelregistratur

Innledning

Formålet med styresystemet er å raskt endre registreringen av orgelet ut fra forhåndsprogrammerte kombinasjoner. Systemet driver trekkmagneter som så flytter registersløyfene. I et middels kirkeorgel er det gjerne 30-40 trekkmagneter som hver styrer lufttilførselen til sine pipesett. Deretter åpnes luft til hver pipe med ventiler som er mekanisk koblet til tangentene på manualene.

Tradisjonelt har styresystemet vært løst med en sentral enhet med ledninger ut til hver magnet og ledninger tilbake med endebrytersignaler. Den løsningen gir mye installasjonsarbeid og det må regnes med mye tid til feilretting.

Fibulas løsning er desentralisert. Det vil si at den sentrale enheten kommuniserer over et datanett med elektronikkort som er montert på hver magnet. Databussen består av en toleder som er koblet innom hvert slikt magnetkort (og display og bryterkort ved spillebordet). Denne løsningen gir høyere kostnad for hver magnet, men innsparingene i installasjonskostnader er enda større.

Brukerkommunikasjon

Organisten programmerer og bruker systemet ved å trykke på knapper montert under manualene. Det er ti tallknapper (0-9) og tre knapper merket G, S og R. I tillegg er det også pilknapper for raskt å bevege seg mellom naboprogramsteg. Registraturets program er delt opp i 1000 uavhengige kombinasjonsgrupper. Hver gruppe har plass til 100 kombinasjoner. En gruppe inneholder gjerne kombinasjonsprogrammet for en konsert.

Brukeren kan bevege seg mellom grupper, mellom kombinasjoner i en gruppe og programmere kombinasjoner ved korte knappsekvenser. Displayet viser hele tiden hvilken gruppe og kombinasjon som er aktiv.

Displayet og knappene er koblet til kort som kommuniserer med datanettet. En melding sendes hver gang en knapp trykkes.

Datanett

Alle enhetene kommuniserer over et CAN-nettverk. CAN er et høypålitelig datanett som opprinnelig ble utviklet for bruk i biler. Senere har bruken spredt seg til mange industrielle anvendelser. En enhet i et CAN-nettverk sender meldinger når en hendelse inntreffer, de enhetene som er interessert i meldingen fanger den opp og bruker den som de vil. Som et eksempel sender bryterkortet en melding hver gang en eller flere brytere trykkes inn eller slippes. Den meldingen er det bare den sentrale styreenheten som bruker.

Bithastigheten for en CAN-bus kan være opp til 1 Mbit/s. I et orgel er det moderate hastighetskrav, vi bruker 25 kbit/s. Lav overføringshastighet gir reduserte krav til skjerming, kabellengder og kabelterminering, både med hensyn på signalkvalitet og støyemmisjon.

Magnetstyring

Styrekortet for magnetene inneholder en mikrokontroller (AVR fra Atmel) som utfører de kommandoer den får fra styreenheten. Mikrokontrolleren muliggjør avansert styring av magneten. Det er viktig at magneten kjøres slik at det ikke genereres for mye bråk. Mekanikken i orgelet gir problemer på grunn av varierende friksjon. Spesielt er den statiske friksjonen plagsom, strømmen som må til for å få et register i bevegelse varierer blant annet med hvor lenge registeret har stått i ro, ved siden av temperatur, luftfuktighet mm.

Styringsalgoritmen kan konfigureres både med hensyn på strømprofilsekvenser, varighet og strøm, også avhengig av bevegelsesretning.

Overordnet styring

Den overordnede styringen utføres av en industriell PC. Operativsystemet er Linux som er slanket ned til noe under 3 MByte. I tillegg til de vanligste systemprogrammene som kan brukes fra terminal har den filoverførings- terminal- og webtjenester. Tilkobling til ekstern datamaskin skjer enten over serielinje eller Ethernet. Hele systemet kan konfigureres og igangsettes uten at styreenheten har tastatur eller skjerm tilkoblet.

Programmer og data er lagret på en flash-disk. Disken har to partisjoner, en for statisk innhold og en for lagring av kombinasjonsprogrammer. Partisjonen for statisk innhold er skrivebeskyttet, det minsker sannsynligheten for at noe galt skal skje med filsystemet.

Når orgelet slås av, får styreenheten først et signal slik at den rekker å kjøre seg ned på en kontrollert måte.

Konfigurering

Konfigurering av styresystemet skjer med en tilkoblet PC eller PDA med vanlig webleser. Styreenheten har en webserver som sammen med cgi-programmer forsyner brukeren med websider. Websidene inneholder avkrysningsbokser, tekstfelter og andre typer “widgets” som brukes til å velge og stille inn parametre.

Typiske aktiviteter ved installasjon av systemet er:

• Tildele hvert magnetkort et nodenummer fra 1 og oppover. Det skjer ved å trykke en bryter på hvert kort.
• Justere fotodetektorene som fungerer som endebrytere for magneten. Det foregår ved å stille hver magnet helt inn og helt ut. Systemet beregner da triggenivået for hver endebryter.
• Enkelte av magnetene er montert slik at de skal trekkes inn når registeret skal gå ut og andre omvendt. De som er inverterte krysses av i en avkrysningsliste.
• Koblingen mellom brytere og bryterkort kan egentlig være vilkårlig. En egen webside brukes for å definere sammenhengen mellom bryter og signalverdi.
• Siste punkt er å justere gangtider, sekvenser og strømmer for hver magnet. Dette er det mest tidkrevende, fra èn til tre timer.

Konklusjon

Systemet er raskt å installere, det har hittil ikke vært koblingsfeil. Etter montasjen skjer all konfigurering og justering via websider. Det er ikke noe krav til spesiell programvare for datamaskinen som brukes til konfigurering, en helt vanlig webleser er tilstrekkelig.