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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Regelungsverfahren und eine Regelungseinrichtung
zum Betrieb von rotatorisch oder linear angetriebenen Achsen mit
einer Lageregelung.
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Wird
eine rotatorisch oder linear angetriebene Achse zusätzlich zu
ihrer Antriebsbewegung auf eine Bahn oder Position geschwenkt oder
verfahren, so führt
sie eine zusätzliche, überlagerte
Bewegung aus. Bei Druckmaschinen beispielsweise werden Druckwalzen
auf eine Papierbahn gedrückt
oder abgehoben. Dies wird als "Druck
an" oder "Druck ab" bezeichnet. In diesem
Fall erfährt
ein Antrieb eine zusätzliche
Verdrehung zu seinem Bezugssystem. Ein Messsystem, wie beispielsweise
ein Drehgeber, misst die Bewegungen relativ zum Gehäuse. Diese überlagerte
Bewegung wird üblicherweise
durch ein zusätzliches
Messsystem erfasst und einer Regelung zugeführt, um die überlagerte
Bewegung auszugleichen. Erfolgt dieses nicht, so kann es im Fall
der Druckmaschine zu einem Papierbahnriss und somit zu einem Ausfall
einer Produktionsmaschine oder eines Produktionsprozesses kommen.
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Der
am Beispiel der Druckmaschine erläuterte Zusammenhang kann auf
weitere Produktionsmaschinen, Werkzeugmaschinen oder Roboter übertragen
werden. Eine zusätzlich
zum Bezugssystem überlagerte
Bewegung kann zu einem Regelfehler führen, der durch eine Regelungseinrichtung
ausgeglichen wird, was jedoch im Produktionsprozess unerwünscht sein
kann. Des Weiteren ist ein zusätzliches
Messsystem erforderlich, um die überlagerte Bewegung
zu erfassen.
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Aus
der nachveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung
DE
101 256 09 4 A1 ist ein Regelungsverfahren zum Betrieb
von ein zeln angetriebenen rotierenden Maschinenelementen mit einer
Winkellageregelung, die mit Kraftschluss oder über eine gemeinsame Last gekoppelt
sind, vorgeschlagen worden. Dabei werden umfangsbeschreibende Parameter
der angetriebenen, korrespondierenden Maschinenelemente in Form
einer Winkellageabweichung dem Eingang des Winkellagereglers als
Korrekturgröße zugeführt. Dieses
Verfahren ermöglicht es
nicht, überlagerte
Bewegungskomponenten zu bestimmen und aus der Regelungsinformation
zu entfernen.
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In
der internationalen Anmeldung WO 97/11848 A1 ist ein Rotationsdruckmaschine
beschrieben. Diese besteht in der Regel aus mehreren produzierenden
Einheiten, Rotation genannt, die gleichzeitig und unabhängig voneinander
arbeiten können.
Jede produzierende Einheit besteht u.a. aus Rollenträgern für die Papierrollen,
Zugwalzen zum Ein- und Auszug der Papierbahn bei den Drucktürmen, Druckstellen,
die zusammengefasst als U-, Y- oder H-Druckwerke in einem oder mehreren
Drucktürmen
arbeiten, Hilfsantrieben an den Druckstellen und dem Falzapparat.
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Ferner
ist aus der
DE 196
23 223 A1 ein Antrieb für
eine Druckmaschine bekannt, wobei die Druckmaschine insbesondere
eine Bogenoffset-Druckmaschine ist, bei welcher ein oder mehrere Zylinder
einzeln und/oder gruppenweise durch jeweils einen Motor mit zugeordneten
Antriebsregler in Verbindung mit Signalen eines Winkellagegebers entsprechend
vorgegebener, Solllagewerten antreibbar ist. Der Antriebsregler
führt einen
Soll/Istvergleich anhand der gemäß einer
Korrektureinrichtung modifizierten Lageistwerte in Verbindung mit
einem vorgegebenen Lagesollwert durch und bildet die nötigen Steuersignale,
aus welchen dann ein Leistungsteil einer entsprechende Bestromung
des direkt mit dem Zylinder gekoppelten Motors vornimmt. Mittels
der Korrektureinrichtung können
auch systematisch und aufgrund eines Messprinzips des Winkellagegebers
verursachte Winkelabweichungen erfasst und kompensiert werden.
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Aus
der
DE 197 23 043
A1 ist weiterhin eine registerhaltige Abstimmung von Druckzylindern
einer Rollenrotationsmaschine bekannt. Um eine Makulatur so gering
wie möglich
zu halten bzw. makulaturlos zu verfahren ist es möglich einem
Motorregler eines Motors für
einen Seitenzylinder eine Störgröße aufzuschalten.
Durch die zusätzliche
aufgeschaltete Störgröße wird
solchen größeren Abweichungen
im Umfangsregister, d.h. Passfedern bzw. Registerabweichungen, entgegengewirkt,
die ohne solch eine zusätzliche
Aufschaltung und ohne Registerregelung auftreten werden. Als Störgröße wird
dabei vorzugsweise die Zylinderumfangsgeschwindigkeit oder eine Größe, aus
deren die Umfangsgeschwindigkeit ermittelt werden kann, verwendet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, bestimmte, überlagerte Bewegungskomponenten,
deren Auftrittsbeginn und Ende definiert ist, aus einer Regelungs-
oder Prozessinformation von rotatorisch oder linear angetriebenen
Achsen ohne zusätzlich
installierte Messsysteme zu bestimmen und aus der Regelung zu eliminieren.
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Gemäß der Erfindung
wird diese Aufgabe nach einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Dabei wird mindestens ein Lagesoll- und ein Lageistwert einer zu
regelnden Achse oder Komponente bereitgestellt wird, während der Zeitdauer
des Auftretens mindestens einer überlagerten
Bewegung der Unterschied aufgrund einer zusätzlichen Bewegungskomponente
zwischen Lagesoll- und Lageistwert durch Subtraktion beider Werte voneinander
ermittelt wird und die zusätzliche
Bewegungskomponente von allen erforderlichen Regelungsdatenpfaden
eliminiert wird. Durch dieses Regelungs verfahren ist es vorteilhaft
möglich,
ohne zusätzlich
installierte Messsysteme, eine überlagerte Bewegungskomponente
während
einer bekannten Auftretungsdauer aus dem Lagesoll- und dem Istwert zu
ermitteln und aus der Regelungs- oder Prozessinformation zu entfernen.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
eine vom Bewegungsablauf in der Regelung bekannte Bewegungskomponente
aus allen erforderlichen Regelungsdatenpfaden eliminiert wird. Damit
ist es nicht mehr erforderlich, den Bewegungsablauf zunächst zu
ermitteln und dann aus den erforderlichen Regelungsdatenpfaden zu
eliminieren, sondern es wird auf einen bekannten Bewegungsablauf
zurückgegriffen,
der gegebenenfalls in der Regelung abgespeichert sein kann. Es ist auch
denkbar, dass dieser abgespeicherte Bewegungsablauf von einem zusätzlichem
Speichermedium bereitgestellt wird.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Verfahren der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die bekannte Bewegungskomponente während der Zeitdauer der überlagerten
Bewegung periodisch auftritt. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es
nur erforderlich, eine Periode der bekannten Bewegungskomponente zu
speichern.
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Ein
weiteres vorteilhaftes Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
eine mathematisch beliebig definierbare Bewegungskomponente aus
allen erforderlichen Regelungsdatenpfaden eliminiert wird. Hierdurch
ist es beispielsweise möglich,
Mittelwerte aus Bewegungskomponenten oder mathematische Näherungen
von bekannten Bewegungsabläufen aus
den Regelungsdatenpfaden zu eliminieren.
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Eine
vorteilhafte Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
eine überlagerte
Bewegungskomponente nach einem der vorstehenden Verfahrensansprüche aus
allen erforderlichen Regelungsdatenpfaden elimi nierbar ist, eine
aus dem Lagesoll- und Lageistwert gebildete Lageabweichung einem
Lageregler zuführbar
ist, eine Drehzahlabweichung, gebildet aus einer Soll- und Istdrehzahl,
einem Geschwindigkeitsregler zuführbar
ist, eine Stromabweichung, gebildet aus einem Soll- und Iststrom,
einem Stromregler zuführbar
ist und ein vom Stromregler anzuforderndes Drehmoment einem Achsantrieb
zuführbar
ist.
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Mit
dieser Regelungseinrichtung ist es vorteilhaft möglich, die in den Verfahrensansprüchen genannten
Verfahren auszuführen.
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Weiterhin
ist die Verwendung des Verfahrens bei einer Werkzeug-, Produktionsmaschine
oder einem Roboter vorteilhaft. Mit diesem Verfahren der Erfindung
ist es insbesondere bei Werkzeug-, Produktionsmaschine oder Roboter
möglich,
eine überlagerte Bewegungskomponente
aus den Regelungsdatenpfaden zu eliminieren.
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Vorteilhaft
kann das Verfahren auch bei einer Druckmaschine verwendet werden.
Bei Druckmaschinen wird ein qualitativ hochwertiges Druckbild gefordert.
Durch eine Schwenkbewegung von Druckwalzen, wie sie beispielsweise
bei dem Befehl "Druck an" und "Druck ab" ausgeführt wird,
ist eine zusätzliche
Bewegungskomponente im Achsantrieb der Druckwalze enthalten. Diese
wird durch die Antriebsregelung, die üblicherweise mit einer Lageregelung betrieben
wird, ausge glichen. Dieses kann zu einem Papierbahnriss und einem
Ausfall der Druckmaschine oder des gesamten Druckprozesses führen. Des Weiteren
wird ohne zusätzliche
Messsysteme eine Erfassung von überlagerten
Bewegungskomponenten ermöglicht.
Hierdurch können
in geschickter Weise Kosten eingespart werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
Regelungsblockschaltbild zum Betrieb von rotatorisch oder linear
angetriebenen Achsen mit einer zusätzlichen Bewegungskompensation und
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2 eine
prinzipielle Darstellung von einzeln angetriebenen Druckwalzen einer
Druckmaschine.
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In
der Darstellung gemäß 1 ist
ein Regelungsblockschaltbild zum Betrieb von rotatorisch oder linear
angetriebenen Achsen dargestellt. Hierbei wird ein Lagesollwert
LS von einer der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellten überlagerten
Steuerung oder Regelung vorgegebenen. Steht der Schalter S in der
Schalterposition 1, so wird der Lageistwert WI von dem Lagesollwert
LS abgezogen und führt
zu einer resultierenden Lageabweichung WA. Diese ist Eingangsparameter
eines Lagereglers WR, der eine Solldrehzahl SD ermittelt. Eine Drehzahlabweichung
DA resultiert dann aus der Solldrehzahl SD abzüglich des Drehzahlistwertes
DI. Dieser wird durch Differenziation des Istwertes WI im Differenzierblock
D ermittelt.
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Die
Drehzahlabweichung DA wird einem Geschwindigkeitsregler GR zugeführt, der
hierzu einen Sollstrom SS ausgibt. Von diesem wird ein Stromistwert
SI des Antriebs abgezogen, so dass ein Stromregler SR mit der resultierenden
Stromabweichung SA ein Drehmoment DM ermitteln kann. Der Stromistwert
SI wird durch Differenziation des Drehzahlistwertes DI mit einem
Differenzierblock D ermittelt.
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Das
Drehmoment DM wird einem zugehörigen
Antriebsumrichter übermittelt.
Von dem Umrichter selbst wird oft die Stromistwertinformation SI übertragen,
die in vielen Fällen
als Umrichterausgangsstrom geräteintern
ermittelt wird. Weiterhin ist auch möglich, dass die zeitliche Ableitung
des Lageistwertes WI bereits in einer Geberauswertung erfolgt und
dem Antriebsregler zugeführt
wird. Somit können
die Differenzierblöcke
D in dem Antriebsregler entfallen. Die jeweilige Informationsbereitstellung wird
in diesem Fall durch einen Geber und/oder einen Umrichter übernommen.
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In
der Darstellung gemäß 1 sind
alle Datenpfade als Pfeilverbindungen dargestellt. Werden Daten
außerhalb
der Regelungsblöcke
addiert oder subtrahiert, so ist dies mit einem Pluszeichen (+) bzw.
Minuszeichen (-) in der Nähe
eines Kreises dargestellt, an dem die Pfeilspitzen von zu addierenden bzw.
zu subtrahierenden Größen zusammenlaufen. Sämtliche
Einzelblockschaltbilder sind als Rechtecke dargestellt. Die Regelungsblockschaltbilder
WR, GR und SR haben symbolhaft im Inneren einen Graphen dargestellt.
Das Blockschaltbild F besitzt als Kennzeichnung von Rechenoperationen
zwei horizontal verlaufende Striche im Rechteckinneren. Der Differenzierregelungsblock
D ist symbolhaft als XY-Diagramm mit einer vertikal verlaufenden
Linie eingezeichnet.
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Der
Schalter S wird während
der Zeitdauer des Auftretens mindestens einer überlagerten Bewegung in die
Schalterposition 2 gebracht. In diesem Fall wird die Lageistwertinformation
WI nicht mehr direkt weitergeleitet, sondern es wird zur weiteren
Berechnung das Ergebnis des Filterblock F anstelle der Lageistwertinformation
WI verwendet.
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Der
Filterblock F ermittelt während
der Zeitdauer des Auftretens mindestens einer überlagerten Bewegung aus der
Lagesollwertinformation LS und dem Lageistwert WI eine überlagerte
Bewegungskomponente und eliminiert diese aus dem Lageistwert.
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Dazu
wird der Lagesollwert LS von dem Lageistwert WI abgezogen. Das Ergebnis
stellt während
der Zeitdauer der überlagerten
Bewegung die überlagerte
Bewegungskomponente selbst dar. Der Wert dieser Komponente wird
sodann vom Lageistwert WI abgezogen und als Ergebnis des Filterblocks F
dem Schalter S zugeführt.
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Während der
Zeitdauer des Auftretens mindestens einer überlagerten Bewegung wird angenommen,
dass eine Lageabweichung WA nicht vorhanden ist. Ist die überlagerte
Bewegung beendet, so wird der Schalter S von der Schalterposition
2 in die Schalterposition 1 gebracht und die Regelungsinformation – wie beschrieben – den einzelnen
Regelungsblöcken
zugeführt.
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Es
ist auch möglich,
dass in dem Filterblock F bekannte und abgespeicherte Bewegungskomponenten
vom Lagesollwert LS abgezogen werden. Tritt die bekannte Bewegungskomponente
periodisch auf, so ist nur eine Periode im System abzuspeichern. Diese
wird periodisch vom Lageistwert WI abgezogen.
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In
der Darstellung gemäß 2 ist
eine prinzipielle Darstellung von Druckwalzen DW1-DW3 einer Druckmaschine
dargestellt. Dabei verläuft
eine Papierbahn PB über
die Druckwalzen DW1-DW3. Ein
Schwenkarm SW drückt
die Papierbahn PB über die
Druckwalze DW3 an die Druckwalze DW2. Dieses geschieht bei dem Befehl "Druck an". Wird der Befehl "Druck ab" gegeben, so wird
die gestrichelt eingezeichnete Position des Schwenkarms SW und der
Druckwalze DW3 angefahren. Dabei wird die Papierbahn PB nicht mehr über die
Druckwalze DW3 an die Druckwalze DW2 gedrückt.
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Während der
Zeitdauer, die der Schwenkarm SW braucht, um von der einen zu der
anderen Position zu gelangen, besitzt der Antriebsregler eine zusätzliche
Bewegungskomponente in der Istwertinformation WI. Diese führt zu einer
zusätzlichen
Lageabweichung WA, die der Antriebsregler versucht auszugleichen.
Um dieses und damit einen eventuellen Riss der Papier bahn PB zu
vermeiden, wird das oben beschriebene Regelungsverfahren eingesetzt.
Dadurch ist es nicht notwendig, einen zusätzlichen Geber in der Druckmaschine
zu installieren, der die Bewegungskomponente ermittelt. Somit können vorteilhaft
Kosten eingespart werden.