DE102004044696A1

DE102004044696A1 - Steuerungsverfahren zur Bewegungsführung von Transportmaterial

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Publication number: DE102004044696A1
Application number: DE102004044696A
Authority: DE
Inventors: Hakan Dr. Koc; Raimund Kram; Richard Schneider; Günter Weber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2005-04-14
Also published as: US20050167461A1; US7134584B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren zur Bewegungsführung von Transportmaterial (32) in einer Transporteinrichtung (30) und eine entsprechende Transporteinrichtung (30). Die Transporteinrichtung (30) weist ein bewegbares Mittel (36) zur Durchführung des Transportes und eine erste Bewegungserfassung (42) zur Messung eines ersten Lageistwertes (x1¶act¶) für das bewegbare Mittel (36) und eine zweite Bewegungserfassung (40) zur Messung eines zweiten Lageistwertes (x2¶act¶) für das Transportmaterial (32) auf. Dabei wird mit einer Lageregelung mit einem Lageregeltakt (T¶pc¶) und mit einer Geschwindigkeitsregelung (GR) mit einem vergleichsweise schnelleren Geschwindigkeitsregeltakt (T¶sc¶) geregelt, wobei im Lageregeltakt (T¶pc¶) Lagesollwerte (x¶cmd¶) als Führungsgröße vorgegeben werden und im Geschwindigkeitsregeltakt (T¶sc¶) erfasste erste Lageistwerte (x1¶act¶) zur Lageregelung zurückgeführt werden, wobei die Lageregelung zumindest teilweise in einem Steuerungsteil (NC) vorgesehen wird und die Geschwindigkeitsregelung (GR) in einem Antriebsteil (A) vorgesehen wird, wobei in die Lageregelung eine Regelgröße (R) zurückgeführt wird, welche von im Lageregeltakt (T¶pc¶) erfassten zweiten Lageistwerten (x2¶act¶) abhängig ist. Damit lässt sich eine hohe Genauigkeit und Dynamik der Regelung erzielen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transporteinrichtung für ein Transportmaterial bzw. ein Verfahren zur Durchführung eines Transportes eines Transportmaterials.

Transporteinrichtungen werden insbesondere bei Produktionsmaschinen eingesetzt. Produktionsmaschinen sind beispielsweise Verpackungsmaschinen, Pressen, Druckmaschinen, Kunststoffspritzgießmaschinen und dergleichen. Viele derartiger Produktionsmaschinen benötigen eine hohe Dynamik. Aus diesem Grund ist die Dynamik einer Regelung für diese Maschinen von großer Bedeutung. Insbesondere dann, wenn schnelle bzw. exakte Transportvorgänge auszuführen sind, ist eine genaue bzw. exakte Regelung des Transports des Transportmaterials notwendig. Das Transportmaterial ist beispielsweise ein Blech, eine Holzplatte, eine Folie, usw.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Steuerungsverfahren sowie eine dazugehörige Regelungsstruktur zu schaffen, mit welchen die Dynamik eines Lageregelkreises erhöht werden kann, wodurch eine höhere Störgrößenunterdrückung sowie damit verbunden eine höhere dynamische Steifigkeit des Lageregelkreises erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Steuerungsverfahren zur Bewegungsführung von Transportmaterial gelöst, welches die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Die Unteransprüche 2 bis 4 sind Weiterbildungen des Steuerungsverfahrens. Die Aufgabe wird ferner mittels einer Transporteinrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 5 gelöst. Die Unteransprüche 6 und 7 sind erfinderische Weiterbildungen der Transporteinrichtung.

Bei einem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren zur Bewe- gungsführung von Transportmaterial in einer Transporteinrichtung, wobei die Transporteinrichtung:

a) ein bewegbares Mittel zur Durchführung des Transportes,
b) eine erste Bewegungserfassung zur Messung eines ersten Lageistwertes für das bewegbare Mittel und
c) eine zweite Bewegungserfassung zur Messung eines zweiten Lageistwertes für das Transportmaterial aufweist,

wird mit einer Lageregelung mit einem Lageregeltakt und mit einer Geschwindigkeitsregelung mit einem vergleichsweise schnelleren Geschwindigkeitsregeltakt geregelt. Dabei werden im Lageregeltakt Lagesollwerte als Führungsgröße vorgegeben und im Geschwindigkeitsregeltakt werden erfasste erste Lageistwerte zur Lageregelung und/oder Geschwindigkeitsregelung zurückgeführt. Dabei wird die Lageregelung zumindest teilweise in einem Steuerungsteil vorgesehen wobei die Geschwindigkeitsregelung in einem Antriebsteil vorgesehen wird. In die Lageregelung wird dabei eine Regelgröße zurückgeführt, welche von im Lagereglertakt erfassten zweiten Lageistwerten abhängig ist.

Mittels der vorteilhaften Aufteilung der Regler (Lageregler und Geschwindigkeitsregler) auf verschieden Taktzeiten können kurze Zykluszeiten und eine hohe Dynamik erzielt werden. Der Geschwindigkeitsregler ist beispielsweise ein Drehzahlregler bei einer rotatorisch arbeitenden elektrischen Maschine oder auch ein linearer Geschwindigkeitsregler bei einem Linearmotor. Insbesondere bei einer Presse ergeben sich durch das erfindungsgemäße Verfahren Vorteile in der Dynamik der Regelung.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung kann sich daraus ergeben, dass eine hohe Dynamik des zu regelnden Systems erzielbar ist, ohne eine Ruckbegrenzung vorzusehen. Eine Ruckbegrenzung ist insbesondere dann notwendig, wenn ein Schlupf begrenzt werden soll. Bei einer dynamischen Änderung des Sollwertes ist dessen Ableitung nach der Zeit groß. Der Nachteil einer Ruckbegrenzung ist es allerdings, dass sich daraus eine Zeitverzögerung im Sollwert ergibt. Gemäß der Erfindung ist es nun auch möglich eine Regelung mit einer hohen Dynamik zu realisieren, ohne dass der Einsatz einer Ruckbegrenzung notwendig ist.

Das Verfahren bietet insbesondere bei einem Walzenvorschub Vorteile, da ein schneller Geschwindigkeitsregelkreis (Geschwindigkeitsregelung) mit einem Motorsensor zur Geschwindigkeitsmessung zusammen arbeitet und ein überlagerter Lageregelkreis (Lageregelung) mit einem Vorschubsensor an einem Vorschubmaterial zusammen arbeitet. Der Motorsensor stellt die erste Bewegungserfassung zur Messung des ersten Lageistwertes für das bewegbare Mittel (Vorschubmaterial) dar. Der Vorschubsensor stellt die zweite Bewegungserfassung zur Messung des zweiten Lageistwertes für das bewegbare Mittel (Vorschubmaterial) dar.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ein dynamische Regelung, wobei der Schlupf des Transportmaterials berücksichtigt wird. Wird die Lageregelung beispielsweise in einer Regelungseinheit eines Antriebs gerechnet, so kann dort eine hohe Abtastrate ausgenutzt werden. Um die frei Rechenzeit in der Regelungseinheit des Antriebs jedoch nicht zu überschreiten erfolgt eine Aufteilung der Regelung in eine Lageregelung und eine Geschwindigkeitsregelung, wobei die Lageregelung in einer Steuerungseinheit gerechnet wird. In der Steuerungseinheit wird die Lageregelung mit einer niedrigeren Abtastrate als in der Regelungseinheit bearbeitet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Steuerungsverfahrens wird eine Differenz aus den im Geschwindigkeitsregeltakt erfassten ersten Lageistwerten und den im Lageregeltakt erfassten ersten Lageistwerten als Regelgröße eingangsseitig auf die Geschwindigkeitsregelung zurückgeführt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Steuerungsverfahrens ergibt sich, wenn als Regelgröße der Lageregelung die im Lagereglertakt erfassten zweiten Lageistwerte verwendet werden.

Für das Steuerungsverfahren ist es des weiteren von Vorteil, wenn als Regelgröße der Lageregelung eine Summe verwendet wird, wobei als ein erster Summand die im Geschwindigkeitsreglertakt erfassten ersten Lageistwerte verwendet werden und als ein zweiter Summand im Lagereglertakt eine Differenz aus den erfassten zweiten Lageistwerten und den erfassten ersten Lageistwerten verwendet werden.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Transporteinrichtung, welche eine Regelungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufweist. Die Regelungseinrichtung weist beispielsweise einen Antriebsteil (Antriebseinrichtung) und einen Steuerungsteil (Steuerungseinrichtung) der obig beschriebenen Art auf. Die Regelungseinrichtung kann also aus zwei Einrichtungen (Geräten) bestehen. Gerade dann wenn dies der Fall ist hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil einer dynamischen Regelung, obwohl die Regelung (Lageregelung und Geschwindigkeitsregelung) auf zwei Einrichtungen (Teile) zur Regelung verteilt ist.

Die erfindungsgemäße Transporteinrichtung für ein Transportmaterial weist also beispielsweise

a) ein bewegbares Mittel zur Durchführung des Transportes,
b) eine erste Bewegungserfassung für das bewegbare Mittel,
c) eine zweite Bewegungserfassung für das Transportmaterial und
d) eine Regelung auf.

Die Regelung weist einen Hilfsregler und einen Hauptregler auf, wobei der Hilfsregler für eine erste Regelgröße aus der ersten Bewegungserfassung und der Hauptregler für eine zweite Regelgröße aus der zweiten Bewegungserfassung vorsehbar ist.

Die Transporteinrichtung für das Transportmaterial ist insbesondere für eine Presse vorgesehen. Die Transporteinrichtung ist beispielsweise als Walzenvorschub, insbesondere für eine Presse ausgeführt.

Die Bewegung des Transportmaterials wird beispielsweise zumindest zweifach direkt bzw. indirekt erfasst. Zum einen erfolgt die Erfassung der Bewegung z.B. indirekt mittels des bewegbaren Mittels zur Durchführung des Transportes. Beispiele für bewegbare Mittel zur Durchführung des Transportes sind z.B. zumindest eine oder mehrere Walzen bzw. auch eine Kette als Mittel zur Durchführung des Transportes. Die Bewegungserfassung des bewegbaren Mittels erfolgt beispielsweise durch einen Geber an der Walze selbst oder wiederum indirekt über die Bewegungserfassung eines Antriebes, mittels dessen das bewegbare Mittel wie z.B. die Walze bewegt wird. Mittels einer zweiten Bewegungserfassung wird direkt die Bewegung des Transportmaterials selbst erfasst. Dies geschieht beispielsweise durch ein Messrad welches einen Geber aufweist oder auch durch ein anderes Mittel wie z.B. eine Lasereinrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Transportmaterials. Die Transporteinrichtung weist zur Regelung der Bewegung des Transportmaterials eine Regelung auf. Die Regelung weist zumindest einen Hilfsregler und einen Hauptregler auf, wobei der Hilfsregler für eine erste Regelgröße aus der ersten Bewegungserfassung und der Hauptregler für eine zweite Regelgröße aus der zweiten Bewegungserfassung vorgesehen ist, wobei mit Hilfe des Hilfsreglers ein Hilfsregelkreis ausgebildet ist und mit Hilfe des Hauptreglers ein Hauptregelkreis ausgebildet ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das bewegbare Mittel zur Durchführung des Transportes zumindest eine mittels eines elektrischen Motors antreibbare Walze.

Der elektrische Motor ist als elektrischer Antrieb mit der Walze mechanisch gekoppelt, so dass die Bewegungserfassung des bewegbaren Mittels, also der Walze, mit der Bewegungserfassung des elektrischen Antriebs gleichsetzbar ist. Eventuelle vorhandene durch ein Getriebe bedingte Übersetzungsverhältnisse zwischen einer rotatorischen Bewegung des elektrischen Motors und einer rotatorischen Bewegung des bewegbaren Mittels in Form der Walze sind bei der Bewegungsermittlung berücksichtigbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Transporteinrichtung eine Vorschubeinrichtung, wobei die Vorschubeinrichtung insbesondere zur Beschickung einer Presse vorgesehen ist. Bei Pressen ist es vorteilhaft, dass sehr kurze Zykluszeiten und damit eine hohe Produktivität bei Zuführaggregaten von Pressen erreicht werden können. Ein Zuführaggregat für eine Presse ist beispielsweise zumindest ein Walzenvorschub. Die Produktivität der Presse ist durch eine Optimierung der Dynamik des Walzenvorschubes unter Einhaltung der geforderten Genauigkeit verbesserbar. Das Zuführaggregat als Transporteinrichtung in Form des Walzenvorschubes der Presse ist mittels eines elektrischen Motors antreibbar. Der elektrische Motor weist beispielsweise einen Motorgeber auf. Durch den Motorgeber ist die Bewegung des bewegbaren Mittels festgelegt, also feststellbar, wobei beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes zu berücksichtigen ist.

Das Transportmaterial, d.h. bei der Vorschubeinrichtung also das Vorschubmaterial wird mittels des bewegbaren Mittels, z.B. zumindest einer Vorschubwalze bewegt. Das Vorschubmaterial ist beispielsweise Blech. Beim Transport des Vorschubmaterials kann ein Versatz bzw. ein Schlupf auftreten, wenn das Blech bezüglich der Vorschubwalzen rutscht. Dieser Schlupf bzw. Versatz ist beispielsweise durch ein Messrad oder eine Lasereinrichtung als zweites Mittel zur Bewegungserfassung erfassbar, da dann zwei gemessene Werte für die Geschwindigkeit verglichen werden können. Durch die erfindungsgemäße Regelung ist es möglich, einen derartigen Versatz auszuregeln. Die Lageregelung und damit die Positioniergenauigkeit findet letztendlich auf die Messwerte der zweiten Bewegungserfassung (z.B. des Messrades) statt, damit auch bei möglicherweise vorhandenem Schlupf zwischen den bewegbaren Mittel als Antriebsmittel für das Transportmaterial und dem tatsächlichen Vorschub des Transportmaterials das Transportmaterial genau positionierbar ist.

Damit lassen sich ungenau Regelungsmethoden einer Transporteinrichtung insbesondere einer Vorschubeinrichtung einer Presse vermeiden. Ein Beispiel hierfür ist, wenn beispielsweise dann, wenn kein Vorschubmaterial vorhanden ist oder z.B. dann wenn das Vorschubmaterial als Transportmaterial in einen Walzenvorschub eingefädelt wird, die Regelung der Bewegung des Transportmaterials alleinig über eine Bewegungserfassung des elektrischen Motors zum Antrieb des Walzenvorschubes erfolgt. Nach einer Vorschubphase wird für die Produktion der Regler der Transporteinrichtung z.B. auf das Gebersignal des Messrades umgeschaltet, so dass der Positionsregler während der Produktion ausschließlich über die Messsignale des Messrades geschlossen ist. Diese Vorgehensweise ist umständlich und führt zu Ungenauigkeiten, insbesondere in der Phase der Umschaltung.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Transporteinrichtung ist der Hilfsregler zumindest ein differenzieller Lageregler im elektrischen Antrieb, insbesondere für den elektrischen Motor. Mit Hilfe des differenziellen Lagereglers wird ein differenzieller Lageregelkreis aufgebaut. Beispielsweise erfolgt in einer Steuerung die Regelung der Position des Transportmaterials mit Hilfe der zweiten Bewegungserfassung für das Transportmaterial. Damit ist ein überlagerter Lageregelkreis zur Lageregelung der mittels der zweiten Bewegungserfassung ermittelten Lage des Transportmaterials gebildet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuerung im elektrischen Antrieb integriert. Vorteilhafter Weise wird der unterlagerte differenzielle Lageregelkreis in einer kleineren Zykluszeit gerechnet als der überlagerte Lageregelkreis. Der unterlagerte Regelkreis weist beispielsweise eine Zykluszeit von 125 μsec auf, wo hingegen der überlagerte Regelkreis eine Zykluszeit von z.B. 1 bis 2 msec aufweist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die kleine Zykluszeit auch als Vorsteuerung, z.B. der Geschwindigkeit nutzbar.

Über die schnelle unterlagerte Regelung auf die erste Bewegungserfassung, z.B. dem Motorgeber, ist eine hohe Steifigkeit bzw. Dynamik im Positionsregelkreis und damit am bewegbaren Mittel wie z.B. einer Walze erreichbar. Ein auftretender Versatz zwischen dem bewegbaren Mittel, insbesondere dem Antrieb bzw. einer Transportwalze, und dem Transportmaterial, insbesondere dem Vorschubmaterial wird über die zweite Bewegungserfassung wie z.B. das Messrad erfasst und über den überlagerten, absoluten Positionsvergleich in die Regelung des bewegbaren Mittels und damit die Positionierung des bewegbaren Mittels eingespeist. Zur weiteren Dynamikoptimierung ist zumindest eine Vorsteuerung nutzbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind zur Verbesserung der Regelungseigenschaft ein zusätzlicher, unterschiedlicher Gewichtungsfaktor im überlagerten Lageregelkreis zur spezifischen Gewichtung/Dynamik realisierbar bzw. vorsehbar. Dabei sind auch unterschiedliche Gewichtungsfaktoren bzw. Verstärkungsfaktoren zwischen differenziellen Lageregelkreis des Motorsystems und dem absoluten Regelkreis bezüglich der Messwerte z.B. des Messrades realisierbar.

Der unterlagerte Regelkreis bildet in diesem Zusammenhang den Hilfsregelkreis, welcher einen Hilfsregler aufweist, wobei der überlagerte Regelkreis den Hauptregler aufweist.

Im Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Transporteinrichtung 30 zusammen mit einer Presse 70,
2 ein Block-Schaltbild einer Proportionalen Lageregelung,
3 eine erste dynamische Regelung,
4 eine zweite dynamische Regelung,
5 eine äquivalente Darstellung der Regelung nach 4
6 einen unterlagerten differenziellen Lageregelkreis,
7 eine Grundstruktur einer Kaskadenregelung,
8 eine Kaskadenregelung mit Verwendung einer Regeldifferenz,
9 eine Regelung mit unterlagertem Regelkreis.
Die Darstellung gemäß 1 zeigt eine Transporteinrichtung 30, welche zum Transport eines Transportmaterials 32 dient. Das Transportmaterial 32 ist für eine Presse 70 vorgesehen. Die Transporteinrichtung 30 dient als Vorschubeinrichtung für das Transportmaterial 32, welches beispielsweise ein Blech ist. Das Transportmaterial 32 ist mittels bewegbarer Mittel 36 in eine durch einen Pfeil aufgezeigte Bewegungsrichtung 34 bewegbar. Die bewegbaren Mittel 36 sind beispielsweise Vorschubwalzen, deren Rotationsrichtung 38 und 39 durch Pfeile angedeutet ist. Durch die Verwendung von Vorschubwalzen als bewegbare Mittel 36 handelt es sich bei der Transporteinrichtung 30 insbesondere um einen Walzenvorschub. Die bewegbaren Mittel 36 sind mittels eines elektrischen Motors 48 antreibbar. Der elektrische Motor 48 ist mit einer Bewegungserfassung 42 verbunden. Die Bewegungserfassung 42, ist eine erste Bewegungserfassung und dient als Motor-Messsystem und damit der Regelung des elektrischen Motors 48. Der elektrische Motor 48 wird mittels eines Antriebs 50 angetrieben. Der Antriebe weist neben einem Stromrichter auch eine Regelungseinrichtung auf, welche beispielsweise den Strom regelt. Der Antrieb 50 ist mit einer Steuerung 52 verbunden, was durch einen Pfeil 56 angedeutet ist. Eine durch einen Pfeil 54 symbolisierte bestehende Verbindung zwischen dem Antrieb 50 und dem elektrischen Motor 48 bzw. der Bewegungserfassung 42 dient lediglich der Veranschaulichung einer Kopplung, wobei diese Kopplung beispielsweise elektrischer, datentechnischer oder mechanischer Natur ist. Die Regelung der Transporteinrichtung 30 bzw. des elektrischen Motors 48 erfolgt mittels einer Regelung 51. Die Regelung 51 ist also beispielsweise zumindest Teil des Antriebs 50 und/oder als zumindest ein Teil der Steuerung 52 realisierbar. Die Regelung 51 ist auch in den Antrieb 50 integrierbar, wobei dies nicht dargestellt ist. Der Antrieb 50 weist üblicherweise eine schnellere Abtastung von Signalen auf, als dies bei der Steuerung 52 der Fall ist.
Die Bewegung des Transportmaterials 32 wird beispielsweise auch mittels eines Messrades 44 erfasst. Das Messrad 44 ist mit einem Geber 46 gekoppelt, wobei über eine mit einem Pfeil 55 symbolisiert aufgezeigte Verbindung mit der Steuerung 52 die Signale des Gebers 46 zur Steuerung 52 übermittelbar sind. Das Messrad 44 dient als zweite Bewegungserfassung. Mittels der Transporteinrichtung 30 ist das Transportmaterial 32 in die Presse 70 zumindest einführbar bzw. auch ausführbar. Die Presse 70 weist einen Geber 47 auf. Der Geber 47 dient beispielsweise als Taktgeber für die Transporteinrichtung 30. Die Regelung der Transporteinrichtung 30 erfolgt beispielsweise in der Steuerung 52 und/oder in dem Antrieb 50. Durch eine optimierte Bewegungsführung und Regelung bei der Transporteinrichtung 30, welche als Zuführaggregat der Presse 70 dient, ergeben sich hinsichtlich Produktivität, Dynamik, Steifigkeit bei Einhaltung der geforderten Positionsgenauigkeit durch die erfindungsgemäße Regelung die entsprechenden Vorteile.
Wird ein differenzieller unterlagerter Positionsregelkreis bezüglich der Regelung des elektrischen Motors 48 genutzt, wobei dadurch kurze Zykluszeiten im Antrieb 50 Verwendung finden, so lässt sich eine hohe Dynamik und Steifigkeit erzielen. Die Positionierung des Transportmaterials 32 erfolgt beispielsweise mittels eines absoluten Positionsregelkreises in der Steuerung 52 mittels der Messwerte des Gebers 46 am Messrad 44. Damit lässt sich eine hohe Positioniergenauigkeit bezogen auf das der Presse 70 zuzuführende Transportmaterial erzielen. Die Steuerung 52 und der Antrieb 50 sind z.B. auch in einem gemeinsamen System realisierbar bzw. über eine digitale Verbindung koppelbar.
Die Positioniergenauigkeit ist dabei von der Auflösung des Gebers 46 des Messrades 44 abhängig. Vorteilhaft sind auch weitere Antriebs- bzw. Regelungsfunktionen, wie z.B. eine Vorsteuerung der Geschwindigkeit nutzbar.
In der Darstellung gemäß 2 ist ein Block-Schaltbild einer P-Lageregelung (Proportionale-Lageregelung) sowie die dazu äquivalente Darstellung einer Zustandsregelung gezeigt. In der oberen Hälfte ist der Regelkreis der P-Lageregelung dargestellt. Eingangsseitig werden Lagesollwerte x_cmd als eine Führungsgröße vorgegeben. Auf diese Führungsgröße werden als Regelgröße Lageistwerte x_act zurückgeführt und die Differenz aus beiden Werten wird gebildet. Diese Differenz wird im Lagereglertakt T_pc, abgetastet, was in der oberen Hälfte der Darstellung gemäß 1 in Form eines mit T_pc, angesteuerten Schalters (Abtastglied) veranschaulicht ist. Diese abgetasteten Werte werden einem Regelglied KV (Verstärkungsglied) zugeführt und von dort aus einem Geschwindigkeitsregler GR zugeleitet. Letzterer stellt ausgangsseitig z.B. eine Drehzahl n bereit, aus der über einen Integrator I die bereits erwähnten Lageistwerte x_act abgeleitet werden. Die Ersatzzeitkonstante des Integrators I entspricht dabei dem Wert des Lagereglertaktes T_pc.
Dieses konventionelle Blockschaltbild eines Lageregelkreises wird in der unteren Hälfte der Darstellung gemäß 1 in Form einer äquivalenten Zustandsreglerform dargestellt, wobei die Funktionalität beider Blockschaltbilder gleich ist.
Die genannte Zustandsreglerform unterscheidet sich von der bereits beschriebenen konventionellen Darstellungsform eines Lageregelkreises dadurch, dass die Lageistwerte x_act nicht vor das Abtastglied mit dem Lageregeltakt T_pc, sondern auf den Ausgang des Regelgliedes KV zurückgeführt werden. Dazu wird in dem Rückführungszweig für die Lageistwerte x_act ein weiteres Abtastglied vorgesehen, welches ebenfalls im Lageregeltakt T_pc, angesteuert wird. Diesem nachgeschaltet ist ein weiteres Regelglied KV. Somit besitzt die äquivalente Zustandsreglerform nicht nur im Vorwärtszweig ein Abtastglied sowie ein Regelglied, sondern auch im Rückführzweig für die Lageistwerte.
Daraus ist anschaulich ersichtlich, dass die Dynamik des Regelkreises ausschließlich durch das Abtastglied im Rückführzweig beeinflusst wird, während über den Vorwärtszweig lediglich die eingangsseitig zugeführten Lagesollwerte x_cmd als Führungsgröße zur Verfügung gestellt werden. Es lässt sich somit erkennen, dass im Rückführzweig möglichst schnell abgetastet werden sollte, während es für den Vorwärtszweig gar wenig Sinn macht, schneller zu Tasten als der geschlossene Regelkreis folgen kann.
Auf dieser Erkenntnis aufbauend kann daher ein Regelkreis wie in 3 dargestellt ausgebildet werden. Aus dem Lagesollwert x_cmd wird über ein Ableitungsglied d/dt ein Geschwindigkeitssollwert n_cmd gebildet und durch ein Verstärkungsglied K geführt so dass ein erster Zwischenwert Z1 gebildet ist. Der Lagesollwert x_cmd wird weiterhin beispielsweise über einen Symmetriefilter S geführt, wonach von diesem Wert eine Regelgröße R subtrahiert wird und das Subtraktionsergebnis einen zweiten Zwischenwert Z2 bildet. Die Regelgröße R ist ein in einem Lageregeltakt T_pc abgetasteter zweiter Lageistwert x2_ist. Der zweite Lageistwert x2_ist stammt von der zweiten Bewegungserfassung, welche beispielhaft in 1 dargestellt ist. Die Ermittlung des ersten und des zweiten Zwischenwertes erfolgt beispielsweise in einem Steuerungsteil NC. Der Steue rungsteil NC arbeitet beispielsweise mit einem Takt von ca. 1ms. Die Zwischenwerte Z1 und Z2 werden zu einer Antriebseinheit A übertragen. Die hierfür notwendige Übertragungszeit wird durch Zeitverzögerungsglieder TD nachgebildet.
Die Antriebseinheit A arbeitet in einem schnelleren Takt als der Steuerungsteil NC. Ein typischer Takt für die Antriebseinheit sind ca. 125 μs. Da der Takt der Antriebseinheit schneller ist werden die Zwischenwerte Z1, Z2 zunächst in Feininterpolatoren FI interpoliert. Hiernach wird der zweite Zwischenwert Z2 mit einem Differenzsignal Diff addiert, woraus sich ein dritter Zwischenwert Z3 ergibt. Das Differenzsignal Diff ergibt sich aus Subtraktion eines ersten Lageistwertes x1_act, welcher im Geschwindigkeitsregeltakt T_sc abgetastet ist von dem im Lagereglertaktes T_pc abgetasteten ersten Lageistwerte x1_act, welcher mittels des Zeitverzögerungsgliedes TD zeitverzögert wird und danach mittels des Feininterpolators FI feininterpoliert wird.
Der dritte Zwischenwert Z3 wird über ein Verstärkungsglied K geführt, wonach dieser mit dem ersten Zwischenwert Z1 aus dem Feininterpolator FI zu einem vierten Zwischenwert Z4 addiert wird. Vom Zwischenwert Z4 wird zur Bildung eines fünften Zwischenwertes Z5 ein erster Drehzahlistwert n1_act subtrahiert. Der erste Drehzahlistwert n1_act wird in einem Geschwindigkeitsberechnungsglied SP aus dem ersten Lageistwert x1_act ermittelt. Der erste Lageistwert x1_act stammt von der ersten Bewegungserfassung, welche beispielhaft in 1 dargestellt ist. Der fünfte Zwischenwert Z5 wird dann in das Geschwindigkeitsregelglied GR (Geschwindigkeitsregler) geführt. Hieraus ergibt sich das Ausgangssignal Aus die Lageregelung und die Geschwindigkeitsregelung.
Die Darstellung gemäß 4 unterscheidet sich von der Darstellung gemäß 3 dadurch, dass im Steuerungsteil NC die Regelgröße R anders gebildet wird. Die Regelgröße R ergibt sich aus der Summation zweier Summanden S1 und S2. Der Sum mand S1 wird aus dem im Lageregeltakt T_pc abgetasteten ersten Lageistwert x1_act gebildet. Der zweite Summand S2 wird aus der im Lageregeltakt T_pc abgetasteten Differenz zwischen dem ersten Lageistwert x1_act und dem zweiten Lageistwert x2_ist gebildet. Der zweite Summand S2 ist also ein Schlupf.
Die Darstellung gemäß 5 ist eine regelungstechnisch äquivalente Darstellung der Regelung gemäß 4. Im Antrieb A wird im Geschwindikgeitsregeltakt T_sc der erste Lageistwert x1_ist differenzbildend auf den zeitverzögerten und interpolierten Zwischenwert Z2 geführt. In der Steuerung NC wird aus dem ersten Lageistwert x1_ist und dem zweiten Lageistwert x2_ist eine Differenz gebildet. Diese Differenz wird im Lageregeltakt T_pc abgetastet und als Regelgröße R verwendet.
Die Darstellung gemäß 6 zeigt schematisch eine weitere Regelungsstruktur für eine Transporteinrichtung für ein Transportmaterial. Dabei wird eine optimierte Dynamik durch einen unterlagerten, differenziellen Regelkreis erreicht. Die Darstellung zeigt eine Regelstrecke 6 und eine Regelstrecke 7. Die Hauptregelgröße 14 ist die Position des Transportmaterials. Die Position des Transportmaterials wird auf den Hauptregler 9 geführt. Der Hauptregler 9 ist beispielsweise in der Steuerung realisiert, wobei dieser ein absoluter Positionsregelkreis (gleichbedeutend mit Lageregelkreis) im Bezug auf das z.B. durch das Messrad 44 aufgenommene Bewegung des Transportmaterials bildet. Ein Sollwert 12 gibt die Sollposition des Transportmaterials an. Die Regelstrecke 6 umfasst den Vorschub des Transportmaterials sowie die Bewegungserfassung 40. Die Regelstrecke 7 umfasst das Antriebssystem mit elektrischem Motor, Motormesssystem und die Vorschubwalzen 36. Eine Hilfsregelgröße 15 von der ersten Bewegungserfassung 42, welche die Position des Motors wiedergibt, ist auf den Hilfsregler 11 geführt. Der Hilfsregler 11 ist beispielsweise im Antrieb realisiert, wobei der Hilfsregler 11 zur Ausbildung eines differenziellen Positionsregelkreises für die Lageregelung des elektrischen Motors 48 dient.
Die Darstellungen gemäß 7 bis 9 zeigen weitere Ausführungsformen von Grundstrukturen einer erfindungsgemäßen Regelung. Dabei ist in den 7 bis 9 jeweils ein Hilfsregelkreis 3 und ein Hauptregelkreis 2 gezeigt. Die Regelung des Hilfsregelkreises erfolgt über den Hilfsregler 10. Die Regelung des Hauptregelkreises erfolgt über einen Hauptregler 8. Der Hilfsregler 10 weist beispielsweise ein differenzielles Glied auf. In den 7 bis 9 werden weiterhin, wie bereits in der 6 beschriebenen Größen wie Sollwert 12, Hauptregelgröße 14 sowie Hilfsregelgröße 15 verwendet. Bei den Regelstrecken 6 und 7 sind Störgrößen 16 und 18 als zusätzliche Eingangssignale dargestellt.
Die Darstellung gemäß 7 zeigt die Grundstruktur einer Kaskadenregelung.
Die Darstellung gemäß 8 zeigt die Struktur einer Kaskadenregelung mit einem unterlagerten Regelkreis 4.
Die Darstellung gemäß 9 zeigt die Struktur einer Regelung mit unterlagerten Regelkreises 4, wobei die Regler, d.h. der Hauptregler 8 und der Hilfsregler 10 nicht in Kaskade geschalten sind.

Claims

Steuerungsverfahren zur Bewegungsführung von Transportmaterial (32) in einer Transporteinrichtung (30), wobei die Transporteinrichtung (30): a) ein bewegbares Mittel (36) zur Durchführung des Transportes, b) eine erste Bewegungserfassung (42) zur Messung eines ersten Lageistwertes (x1_act) für das bewegbare Mittel (36) und c) eine zweite Bewegungserfassung (40) zur Messung eines zweiten Lageistwertes (x2_act) für das Transportmaterial (32) aufweist, wobei mit einer Lageregelung mit einem Lageregeltakt (T_pc) und mit einer Geschwindigkeitsregelung (GR) mit einem vergleichsweise schnelleren Geschwindigkeitsregeltakt (T_sc) geregelt wird, wobei im Lageregeltakt (T_pc) Lagesollwerte (x_cmd) als Führungsgröße vorgegeben werden und im Geschwindigkeitsregeltakt (T_sc) erfasste erste Lageistwerte (x1_act) zur Lageregelung und/oder Geschwindigkeitsregelung zurückgeführt werden, wobei die Lageregelung zumindest teilweise in einem Steuerungsteil (NC) vorgesehen wird und die Geschwindigkeitsregelung in einem Antriebsteil (A) vorgesehen wird, wobei in die Lageregelung eine Regelgröße (R) zurückgeführt wird, welche von im Lageregeltakt (T_pc) erfassten zweiten Lageistwerten (x2_act) abhängig ist.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz (Diff) aus den im Geschwindigkeitsregeltakt (T_sc) erfassten ersten Lageistwerten (x1_act) und den im Lageregeltakt (T_pc) erfassten ersten Lageistwerten (x1_act) als weitere Regelgröße eingangsseitig auf die Geschwindigkeitsregelung (GR) zurückgeführt wird.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße (R) der Lageregelung die im Lagereglertakt (T_pc) erfassten zweiten Lageistwerten (x2_act) verwendet werden.
Steuerungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße (R) der Lageregelung eine Summe verwendet wird, wobei als ein erster Summand (S1) die im Geschwindigkeitsreglertakt (T_sc) erfassten ersten Lageistwerte (x1_act) verwendet werden und als ein zweiter Summand (S2) im Lagereglertakt (T_pc) eine Differenz aus den erfassten zweiten Lageistwerten (x2_act) und den erfassten ersten Lageistwerten (x1_act) verwendet werden.
Transporteinrichtung (30) für ein Transportmaterial (32) insbesondere für eine Presse (70), wobei die Transporteinrichtung (30) eine Regelungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.
Transporteinrichtung (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Mittel (36) zur Durchführung des Transportes zumindest eine, mittels eines elektrischen Motors (48) antreibbare, Walze (36) ist.
Transporteinrichtung (30) nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrichtung (30) eine Vorschubeinrichtung ist, wobei die Vorschubeinrichtung insbesondere zur Beschickung einer Presse (70) vorgesehen ist.