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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Derartige
Verfahren bilden Passerregelungsverfahren, die bei bahnverarbeitenden
Maschinen, insbesondere Druckmaschinen eingesetzt werden. Dort wird
eine zu verarbeitende Bahn zur Bearbeitung über ein System von Walzen geführt, wobei
wenigstens eine der Walzen über
einen Motor angetrieben ist.
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Die
Bewegung der angetriebenen Walze wird über einen Lageregelkreis geregelt.
Der Lageregelkreis umfasst eine Steuereinheit, in welche Signale
eines Gebers eingelesen werden, mittels dessen die Drehbewegung
der Walze erfasst wird. Vorzugsweise ist der Geber von einem Inkrementalgeber
gebildet, welcher als Signale Pulse in einem vorgegebenen Raster
generiert. In der Steuereinheit werden diese Pulse mittels einer
Skalierung umgerechnet, wobei vorzugsweise aus den Pulsfolgen eine
Wegstrecke der Bahn in Meter abgeleitet wird.
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Zudem
werden mittels Sensoren Passermarken auf den Bahnen erfasst. Beispielsweise
werden dabei die Abstände
zweier hintereinander angeordneter Passermarken erfasst.
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Die
Signale des Gebers und der Sensoren bilden als Istwerte Eingangsgrößen des
Lageregelkreises. Anhand der Eingangsgrößen werden zur Regelung der
Bewegung der Walze Positionierbefehle oder Geschwindigkeitsbefehle
generiert, welche an den die Walze antreibenden Motor zu dessen
Steuerung ausgegeben werden.
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Mittels
eines Positionierbefehls erfolgt über den Motor eine Einstellung
einer Wegstrecke, über welche
die Bahn bewegt wird. Mittels eines Geschwindigkeitsbefehls wird
die Transportgeschwindigkeit der Bahn durch eine entsprechende Motoransteuerung
geregelt.
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Derartige
Regelvorgänge
weisen Ansprechzeiten in der Größenordnung
von etwa 20 msec auf, was für
die Regelung von bahnverarbeitenden Maschinen, insbesondere Druckmaschinen,
im allgemeinen ausreichend ist. Dabei sind derartige Ansprechzeiten
insbesondere für
kontinuierliche oder gleichförmige
Bahnbewegungen ausreichend.
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Probleme
bei derartigen Lageregelungssystemen können jedoch insbesondere dann
auftreten, wenn die zu bearbeitende Bahn eine intermittierende Bewegung
ausführt.
Derartige Bewegungen treten beispielsweise bei Druckmaschinen auf,
bei welchen die zu bearbeitende Bahn einer Stanzvorrichtung zugeführt wird.
Die Bahn wird dabei während
kurzer Bewegungsintervalle mit hoher Geschwindigkeit bewegt und
muss dann zur Durchführung
von Stanzvorgängen
während
vorgegebener Stillstandsintervalle in einer vorgegeben Position
fixiert sein.
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Zur
Einhaltung der vorgegebenen Position der Bahn dient der Lageregelkreis,
der in Abhängigkeit
der aktuellen Passerdifferenzen, das heißt der Abweichungen der Istwerte
von vorgegebenen Sollwerten von Abständen zweier Passermarken, die
angetriebene Walze durch einen Positionierbefehl oder Geschwindigkeitsbefehl
steuert.
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Derartige
Passerdifferenzen können
zeitlich veränderlich
oder konstant sein. Konstante Passerdifferenzen treten beispielsweise
durch eine Dehnung oder Kürzung
der Bahn auf. Derartige Längenänderungen
treten insbesondere dann auf, wenn die Bahn einen Trockner passiert.
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Um
derartige konstante Passerdifferenzen zu eliminieren, wird von dem
Lageregelkreis ein entsprechender Geschwindigkeitsbefehl an den
Motor ausgegeben, der dann die angetriebene Walze entsprechend beschleunigt.
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Insbesondere
dann wenn die Bewegungsintervalle einer intermittierenden Bewegung
der Bahn klein sind, wird durch einen derartigen Geschwindigkeitsbefehl
die Abfolge und Dauer der Stillstandsintervalle und der Bewegungsintervalle
in unerwünschter
Weise verändert.
Dabei kann der Geschwindigkeitsbefehl dem Stillstandsintervall überlagert
sein, so dass sich die Bahn auch während des Stillstandsintervalls
bewegt. Dies kann dazu führen,
dass der Bewegungsablauf derart außer Takt gerät, dass die
Stanzvorgänge
während
der geänderten
Stillstandsintervalle nicht mehr durchführbar sind.
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Aus
DE-Z. 99 (1957) Nr. 9, 21. März,
S. 391, 392 ist eine elektronische Registerregelung bekannt, die
insbesondere bei Druckmaschinen einsetzbar ist. Beispielsweise werden
bei Mehrfarben-Rotationstiefdruckverfahren mit derartigen Regelungen
Korrekturen von Registerfehlern in Farbwerken vorgenommen. Hierzu
werden zunächst
mittels lichtelektrischer Abtasteinrichtungen Farbregistermarken
erfasst, um den jeweiligen Registerfehler zu bestimmen.
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In
Abhängigkeit
der Registerfehler werden dann Stellmotoren und Differentialgetriebe
angesteuert, um diesen eine nötige
Beschleunigung oder Verzögerung
zu geben. Damit werden die den Stellmotoren zugeordneten Farbwalzen
entsprechend beschleunigt oder verzögert.
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Die
DE 197 55 487 A1 betrifft
ein Verfahren zur Herstellung einer Teilungsstruktur auf der Oberfläche eines
Druck-Trägerkörpers, wobei
der Druck-Trägerkörper insbesondere
von einer zylindrischen Walze gebildet ist. Die Teilungsstruktur
ist mit einer Abtasteinheit abtastbar. Die Abtasteinheit bildet mit
der Teilungsstruktur ein Winkelmesssystem. Damit das Winkelmesssystem
auch für
Druck-Trägerkörper mit
unregelmäßigen Oberflächen exakte
Winkelsignale liefert, ist die Teilungsstruktur nicht gleichförmig über die
Mantelfläche
des Druck-Trägerkörpers verteilt
sondern weist lokale Schwankungen auf, mittels derer die Unregelmäßigkeiten
der Druck-Trägerkörper-Oberfläche kompensiert
werden. Hierzu wird zunächst
eine Oberfläche
exakt vermessen. Dann wird die Teilungsstruktur entsprechend dieser Messwerte
dimensioniert.
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Die
DE 38 15 535 A1 betrifft
ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der Drehzahl einer Maschine.
Hierzu wird ein Inkrementalgeber eingesetzt, der eine Teilscheibe
aufweist, die mittels opto-elektronischen Wandlern abgetastet werden.
Dabei gibt der opto-elektronische Wandler einen Null-Impuls ab,
welcher dem Startpunkt der Abtastung definiert. Zudem werden bei
der Abtastung der Teilungen der Teilscheibe weitere Tachoimpulse
generiert. Von diesen Tachoimpulsen werden Zählimpulse mit einer bestimmten
Frequenz abgeleitet, aus welchen die Drehzahl der Teilscheibe ermittelt
wird. Zur Erhöhung
der Auflösung
der Drehzahlmessung wird ein Zusatzimpulsgenerator eingesetzt, der
Zählimpulse
mit einer Frequenz generiert, die einem Vielfachen der Frequenz
der Tachoimpulse entspricht.
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Die
DE 29 30 438 C2 betrifft
ein Verfahren zum Voreinstellen des Registers bei Rollen-Rotations-Tiefdruckmaschinen,
bei denen den Druckwerken Abtastvorrichtungen für Passmarken auf der Druckbahn
und Geber für
Bahnlänge
und Winkellage der die Passmarken druckenden Formzylinder zugeordnet
sind und die Winkellage der Formzylinder zueinander in Bezug auf
die Bahn aufgrund von Registerstellbefehlen veränderbar ist. Zur Einstellung
des Registers zwischen zwei Druckwerken wird der Druck des in Bahnlaufrichtung
zweiten Druckwerkes angestellt und die Winkellage des Formzylinders beim
Vorbeilauf der von ihm gedruckten Passmarke an seiner Abtastvorrichtung
als Zylinderimpuls gespeichert. Anschließend wird der Druck dieses Druckwerkes
ab- und der des
davor liegenden Druckwerkes angestellt. Die zwischen dem Auftreten
des Zylinderimpulses und dem Erfassen der Passmarke des ersten Druckwerkes
an der Abtastvorrichtung des zweiten Druckwerkes zurückgelegte
Bahnlänge wird
als Registerstellbefehl verwendet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Passerregelungssystem der
eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine schnelle und präzise Regelung
der Bewegung einer Bahn einer bahnverarbeitenden Maschine für beliebige
Geschwindigkeitsprofile der Bahn ermöglicht wird.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
dient zur Regelung der Bewegung einer eine zu bearbeitende Bahn
führenden
Walze einer bahnverarbeitenden Maschine. Bei dem Verfahren wird
zur Regelung ein Lageregelkreis mit einer Steuereinheit eingesetzt.
In der Steuereinheit wird eine Skalierung zur Umrechnung der von
einem die Drehbewegung der Walze erfassenden Geber generierten Signale
abgespeichert. Die skalierten Signale des Gebers bilden Istwerte
bei der Regelung der Bewegung der Walze. Zur Regelung der Bewegung
der angetriebenen Walze auf einen Sollwert wird in Abhängigkeit
von bei der Detektion von Passermarken generierten Signalen die Skalierung
verändert.
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Der
Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, eine Regelung der
Bewegung der Bahn einer bahnverarbeitenden Maschine nicht über einen Positionierbefehl
oder einen Geschwindigkeitsbefehl zu bewerkstelligen. Vielmehr wird
in der Steuerung die Skalierung zur Umrechnung der skalierten Signale
des Gebers geändert.
Die Skalierung ist dabei vorzugsweise von einem Umrechnungsfaktor
gebildet, der die Signale des Gebers in eine entsprechende Wegstrecke
umrechnet. Durch die Änderung
der Skalierung wird eine zu positionierende Wegstrecke entsprechend
verändert,
was einer Änderung
der Istwerte des Lageregelkreises entspricht.
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Diese Änderung
der Skalierung wird zweckmäßigerweise über das
Steuerprogramm der Steuereinheit mittels eines dem Lageregelkreis
zugeordneten Re gelkreises geändert.
Diese Änderung
erfolgt in kurzen Zeitintervallen, die typischerweise in der Größenordnung
von 0,5 ms liegen.
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Damit
kann eine insbesondere konstante Passerdifferenz sehr schnell und
präzise
kompensiert werden.
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Diese
Art der Regelung ist insbesondere bei intermittierenden Bewegungen
der Bahn vorteilhaft einsetzbar, da dadurch die zeitliche Abfolge
der Stillstandsintervalle und Bewegungsintervalle nicht verändert wird.
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Zweckmäßigerweise
können
bei der Regelung zusätzlich
zu der Änderung
der Skalierung auch Positionierbefehle im Lageregelkreis generiert
werden. Da durch die Änderung
der Skalierung bereits die Geschwindigkeit der Bahn einer bahnverarbeitenden
Maschine optimiert ist, können
die Positionierbefehle entsprechend kurz sein. Dies ist insbesondere bei
intermittierend bewegten Bah nen vorteilhaft, da dann die Positionierbefehle
so gewählt
werden können,
dass diese nicht in die Stillstandsintervalle fallen.
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Die
Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert. Es
zeigt:
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1:
Schematische Darstellung eines Ausschnitts einer bahnverarbeitenden
Maschine mit einem Passerregelungssystem.
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Die 1 zeigt
schematisch einen Ausschnitt einer bahnverarbeitenden Maschine.
Im vorliegenden Beispiel ist die Maschine als Druckmaschine 1 ausgebildet.
In der Druckmaschine 1 werden Bahnen 2 aus Papier,
Folien, Karton, Pappe oder dergleichen bedruckt.
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Die
zu bearbeitenden Bahnen 2 werden über ein Walzensystem geführt und
verschiedenen Bearbeitungsstationen beispielsweise zur Bedruckung
mit verschiedenen Farben zugeführt.
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Das
Walzensystem ist zum Teil von angetriebenen Walzen 3 und
zum anderen von nicht getriebenen Umlenkwalzen 4 gebildet.
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Die
Bewegung der angetriebenen Walzen 3 wird über wenigstens
einen Lageregelkreis geregelt. Dieser Lageregelkreis umfasst eine
Steuereinheit 5, die von einem Mikroprozessorsystem oder
dergleichen gebildet ist.
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Die
Druckmaschine 1 weist typischerweise eine nicht dargestellte
Leitwalze auf, wobei die Bewegungen der angetriebenen Walzen 3 relativ
zu dieser Leitwalze über
den Lageregelkreis einstellbar sind.
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In 1 ist
eine angetriebene Walze 3 dargestellt, auf welcher eine
zweite Walze 3 gegenläufig läuft. Vorzugsweise
ist auch diese Walze 3 angetrieben, wobei deren Bewegung
zur Bewegung der ersten Walze 3 synchronisiert ist. Im
Spalt zwischen den Walzen 3 ist die zu bearbeitende Bahn 2 geführt.
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Weiterhin
sind in 1 mehrere Umlenkwalzen 4 zur
Umlenkung der Bahn 2 vorgesehen. Schließlich zeigt der Ausschnitt
der Druckmaschine 1 gemäß 1 einen
Trockner 6, in welchem die Bahn 2 nach einer Bedruckung
in einem nicht dargestellten vorgeordneten Farbwerk getrocknet wird.
Des Weiteren ist der angetriebenen Walze 3 eine Stanzvorrichtung 7 am
Auslauf der Druckmaschine 1 nachgeordnet, in welcher die
Bahn 2 nach vorgegebenen Mustern gestanzt wird.
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Prinzipiell
können
zwischen dem Trockner 6 und der Stanzvorrichtung 7 auch
weitere nicht dargestellte Bearbeitungsstationen angeordnet sein.
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Die
angetriebenen Walzen 3 werden über einen nicht dargestellten
Antrieb angetrieben. Zur Erfassung der Drehbewegung der angetriebenen
ersten Walze 3 und damit auch der zu dieser synchron laufenden
zweiten Walze 3 ist ein Geber vorgesehen, dessen Signale
in die Steuereinheit 5 eingelesen werden. Vorzugsweise
ist der Geber von einem Inkrementalgeber 8 gebildet.
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Der
Inkrementalgeber 8 erzeugt als Signale eine Folge von Pulsen,
die in die Steuereinheit 5 eingelesen werden. Durch die
Auswertung der in die Steuereinheit 5 eingelesenen Pulse
des Inkrementalgebers 8 wird die aktuelle Winkelposition
der Walze 3 fortlaufend erfasst.
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Den
angetriebenen Walzen 3 ist ein Sensor 9 nachgeordnet,
der auf der Bahn 2 angebrachte nicht dargestellte Passermarken
detektiert. Vorzugsweise ist der Sensor 9 von einem optischen
Sensor gebildet. Die im Sensor 9 bei der Detektion von
Passermarken generierten Signale werden über eine nicht dargestellte
Zuleitung ebenfalls in die Steuereinheit 5 eingelesen.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind auf den zu bearbeitenden Bahnen 2 in vorgegebenen Abständen jeweils
zwei Passermarken hintereinander angeordnet. In der Steuereinheit 5 wird
jeweils der Abstand zwischen den beiden Passermarken erfasst. Der
so gebildete Istwert wird fortlaufend mit einem Sollwert verglichen.
Die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert bildet die sogenannte
Passerdifferenz. Die Regelung erfolgt in einem Passerregelkreis
derart, dass die Passerdifferenz minimal wird.
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Die
Bahn 2 in der Druckmaschine 1 führt eine intermittierende
Bewegung aus, die aus einer vorgegebenen Folge von Stillstandsintervallen
und Bewegungsintervallen besteht.
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Wesentlich
hierbei ist, dass die Abfolge der Bewegungs- und Stillstandsintervalle
konstant bleibt, damit die Bahn 2 zu vorgegebenen Zeitpunkten
und in vorgegebenen Positionen in der Stanzvorrichtung 7 ruht,
damit der Stanzvorgang fehlerfrei durchgeführt werden kann.
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Dies
ist dann der Fall, wenn die Passerdifferenz auf den Wert null geregelt
ist. Ein wesentlicher Störeinfluss
hierbei sind Längenveränderungen
der Bahn 2, die insbesondere bei der Trocknung der Bahn 2 im
Trockner 6 entstehen.
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Durch
diese Längenänderung
entsteht eine im wesentlichen konstante Passerdifferenz. Mit dem erfindungsgemäßen Passerregelungssystem
können
derartige Störeinflüsse eliminiert
werden, ohne dass die Abfolge der Stillstandsintervalle und Bewegungsintervalle
der intermittierenden Bahnbewegung geändert wird.
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Änderungen
der Bewegung der angetriebenen Walze 3 werden bei herkömmlichen
Passerregelungssystemen über
Positionierbefehle und Geschwindigkeitsbefehle erhalten, die im
Lageregelkreis in Abhängigkeit
der in die Steuereinheit 5 eingelesenen Istwerte erzeugt
werden.
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Die
Istwerte bilden neben den Signalen des Sensors 9 insbesondere
die Pulse des Inkrementalgebers 8. Im Lageregelkreis werden
diese Pulse mittels einer Skalierung umgerechnet, wobei die Pulse vorzugsweise
in eine Wegstrecke umgerechnet werden. Eine Umdrehung der Walze 3 entspricht
dabei einer vorgegebener Anzahl von Pulsen des Inkrementalgebers 8. Über den
bekannten Radius der Walze 3 kann die Anzahl der Pulse über einen
die Skalierung bildenden Umrechnungsfaktor in eine Wegstrecke, die
vorzugsweise in Metern angegeben ist, umgerechnet werden.
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Anhand
dieser Istwerte werden bei herkömmlichen
Passerregelungssystemen zur Steuerung der Bewegung der Walze 3 zum
einen Positionierbefehle ausgegeben, anhand derer über den
Antrieb die Walze 3 um eine vorgegebene Positionierstrecke
positioniert werden. Entsprechend können an den Antrieb Geschwindigkeitsbefehle
zur Änderung der
Geschwindigkeit der Walze 3 ausgegeben werden.
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Die
auf diese Weise generierten Geschwindigkeitsbefehle erfolgen entsprechend
der relativ großen
Ansprechzeit des Passerregelkreises von etwa 20 msec stark verzögert, so
dass dadurch die Abfolge der intermittierenden Bewegung gestört wird.
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Erfindungsgemäß wird die
Geschwindigkeit der Walze 3 nicht über derartige Geschwindigkeitsbefehle,
sondern über
eine Änderung
der Skalierung in der Steuereinheit 5 geändert. Durch
die Änderung der
Skalierung werden die die Istwerte bildenden Wegstrecken in der
Steuereinheit 5 geändert.
Dadurch ändert
sich die Bezugsgröße, auf
welche die Bewegung der Bahn 2 eingestellt werden soll.
Dies bedeutet, dass eine Wegstrecke, auf welche die Walze 3 zu
positionieren ist, virtuell größer oder
kleiner erscheint als sie tatsächlich
ist.
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Diese Änderung
der Skalierung kann schnell, typischerweise innerhalb von 0,5 msec
in der Software der Steuereinheit 5 geändert werden. Vorzugsweise erfolgt
die Änderung
der Skalierung mittels eines Regelkreises, der dem Lageregelkreis
unterlagert ist. Die Änderung
der Skalierung erfolgt dabei derart, dass die Passerdifferenz minimiert
wird.
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Durch
diese schnelle Änderung
der Skalierung werden die die Istwerte des Lageregelkreises bildenden
Wegstrecken erheblich schneller geändert, als die Regelbewegungen
des Lageregelkreises erfolgen.
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Als
Reaktion auf die Änderungen
der Istwerte wird insbesondere die Geschwindigkeit der Walze 3 nahezu
ohne Verzögerung
um einen Wert erhöht oder
reduziert, welche dem Betrag der Änderung der Skalierung entspricht.
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Ein
wesentlicher Vorteil hierbei ist, dass diese Geschwindigkeitsänderung
nur dann wirkt, wenn sich die Walze 3 während eines Bewegungsintervalls bereits
vorab bewegt. Während
eines Stillstandsintervalls bleibt jedoch die Geschwindigkeit der
Walze 3 trotz Änderung
der Skalierung exakt bei dem Wert null.
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Auf
diese Weise können
konstante oder langsam veränderliche
Passerdifferenzen sicher eliminiert werden, ohne dass die intermittierende
Bewegung der Bahn 2 gestört wird.
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Zeitlich
veränderliche
Passerdifferenzen können
in bekannter Weise mittels Positionierbefehlen, die im Lageregelkreis
generiert werden, eliminiert werden.
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Dabei
ist vorteilhaft, dass durch die erfindungsgemäße Änderung der Skalierung der
Istwerte in der Steuereinheit 5 bereits eine Geschwindigkeitskorrektur
erfolgt ist, die zur Elimination zeitlich konstanter oder langsam
veränderlichen
Passerdifferenzen führt.
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Demzufolge
können
die Positionierbefehle entsprechend kurz gewählt werden, um verbleibende kleinere
Korrekturen der Bewegung der Bahn 2 durchzuführen.
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Dies
ist insbesondere bei der Regelung von intermittierenden Bahnbewegungen
vorteilhaft, da die Positionierbefehle so kurz gewählt werden
können,
dass diese vollständig
in die Bewegungsintervalle, nicht jedoch in die Stillstandsintervalle
der intermittierenden Bewegung fallen. Somit bleibt auch bei der
Generierung derartiger Positionierbefehle die Abfolge der intermittierenden
Bewegung erhalten.
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- 1
- Druckmaschine
- 2
- Bahn
- 3
- Walze
- 4
- Umlenkwalze
- 5
- Steuereinheit
- 6
- Trockner
- 7
- Stanzvorrichtung
- 8
- Inkrementalgeber
- 9
- Sensor