DE102009016206A1

DE102009016206A1 - Verfahren zur Bahnspannungseinstellung

Info

Publication number: DE102009016206A1
Application number: DE102009016206A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schultze; Mario Göb; Holger Schnabel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-14
Also published as: GB2469208A; US8651020B2; GB201005628D0; GB2469208B; US20100269720A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bahnspannungseinstellung bei einer Bearbeitungsmaschine (100) zur Bearbeitung einer Warenbahn (101), insbesondere einer wellenlosen Druckmaschine (100), wobei stromabwärtige Bahnspannungsabschnitte von einer Einstellung der Bahnspannung in einem ersten, durch eine erste Klemmstelle (3) stromaufwärts und eine zweite Klemmstelle (4) stromabwärts begrenzten Bahnspannungsabschnitt (34) entkoppelt werden. Dazu wird die erste Klemmstelle (3) mit einem ersten Stellbefehl (v) beaufschlagt, der unter Verwendung eines ersten dynamischen Glieds (302) mit nichtkonstanter Übertragsfunktion erzeugt wird, und die zweite Klemmstelle (4) wird mit einem zweiten Stellbefehl (v) beaufschlagt, der unter Verwendung eines zweiten dynamischen Glieds (301) mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion erzeugt wird. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es nicht nötig, zur Entkopplung der stromabwärtigen Bahnspannungsabschnitte (45) von der Bahnspannungseinstellung usw. die entsprechenden stromabwärtigen Klemmstellen (5) vorzusteuern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bahnspannungseinstellung bei einer Bearbeitungsmaschine, eine Bearbeitungsmaschine, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Obwohl nachfolgend hauptsächlich auf Druckmaschinen Bezug genommen wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern vielmehr auf alle Arten von Bearbeitungsmaschinen gerichtet, bei denen eine Warenbahn bzw. Materialbahn bearbeitet wird. Die Erfindung ist aber insbesondere bei Druckmaschinen wie z. B. Zeitungsdruckmaschinen, Akzidenzdruckmaschinen, Tiefdruckmaschinen, Inline-Flexodruckmaschinen, Verpackungsdruckmaschinen oder Wertpapierdruckmaschinen sowie bei Verarbeitungsmaschinen wie z. B. Beutelmaschinen, Briefumschlagsmaschinen oder Verpackungsmaschinen einsetzbar. Die Warenbahn kann aus Papier, Stoff, Pappe, Kunststoff, Metall, Gummi, in Folienform usw. ausgebildet sein.
Stand der Technik
Bei Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Druckmaschinen, wird eine Warenbahn entlang von angetriebenen Achsen (Bahn transportachsen) wie z. B. Zugwalzen oder Vorschubwalzen und nicht angetriebenen Achsen wie z. B. Umlenk-, Leit-, Trocknungs- oder Kühlwalzen bewegt. Die Warenbahn wird gleichzeitig mittels meist ebenfalls angetriebener Bearbeitungsachsen bearbeitet, bspw. bedruckt, gestanzt, geschnitten, gefalzt usw.
Die Bahnspannung der Warenbahn wird bspw. über sog. Klemmstellen beeinflusst, die die Warenbahn form- oder kraftschlüssig einklemmen. Es handelt sich dabei regelmäßig um angetriebene Transport- oder Bearbeitungswerke. Bei einer Tiefdruckmaschine wird eine Klemmstelle üblicherweise durch ein Druckwerk, bei dem eine reibschlüssige Einheit zwischen dem angetriebenen Druckzylinder, dem Presseur und der Materialbahn besteht, gebildet. Die Warenbahn ist in Bahnspannungsabschnitte unterteilt, wobei ein Bahnspannungsabschnitt von zwei Klemmstellen begrenzt wird. Innerhalb eines Bahnspannungsabschnitts können weitere angetriebene und/oder nicht angetriebene Achsen angeordnet sein. Oftmals ist die gesamte Warenbahn in mehrere Bahnspannungsabschnitte, mitunter auch mit unterschiedlichen Bahnspannungssollwerten, unterteilt. Zur Aufrechterhaltung der Sollwerte wird üblicherweise eine Bahnspannungsregelung eingesetzt.
Die Verstellung bzw. Regelung der Bahnspannung eines Bahnspannungsabschnitts kann durch unterschiedliche Verfahren erfolgen. Downstream bedeutet, dass die den Bahnspannungsabschnitt stromabwärts begrenzende Klemmstelle verstellt wird, Upstream bedeutet, dass die den Bahnspannungsabschnitt stromaufwärts begrenzende Klemmstelle verstellt wird. Bei dieser einfachen Ausgestaltung ist jedoch die Bahnspannung in nachfolgenden Bahnspannungsabschnitten nicht von der Stellbewegung entkoppelt. Vielmehr wird die Änderung der Bahnspannung dem Warenbahnverlauf folgend durch die Maschine transportiert und ist in allen nachfolgenden Abschnitten auszuregeln.
Es ist möglich, bei einer Downstream-Regelung mittels einer (dynamischen) Downstream-Vorsteuerung alle nachfolgenden Klemmstellen so vorzusteuern, dass diese direkt die Auswirkungen der führenden Klemmstelle kompensieren. Infolgedessen ist gewährleistet, dass alle nachfolgenden Bahnspannungsregler nicht die Störungen der Kopplung durch die Materialbahn ausregeln müssen.
In der nicht veröffentlichten DE 10 2008 056 132 wird eine Entkopplung für eine Upstream-Regelung vorgeschlagen, wobei zusätzlich zu einer (konstanten) Upstream-Vorsteuerung auch eine (dynamische) Downstream-Vorsteuerung mittels PT1-Glied durchgeführt wird.
Alle bekannten Entkoppel-Strategien weisen den Nachteil auf, dass nachfolgende Klemmstellen vorgesteuert werden müssen. Ist es nun aufgrund mechanischer, konstruktiver oder anders gearteter Vorgaben (z. B. konstante Auslaufgeschwindigkeit) nicht möglich, die nachfolgenden Klemmstellen in den Regelkreis aufzunehmen, so können bei beiden Regelstrategien die zur Entkopplung benötigten Vorsteuerungen nicht angewendet werden. Des Weiteren ist vor allem bei großen Anlagen unerwünscht, nach einer Verstellung an einer führenden Klemmstelle alle nachfolgenden Klemmstellen mitzuverstellen.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Bahnspannungseinstellung bei einer Bearbeitungsmaschine anzugeben, bei dem zur Entkopplung nicht alle nachfolgenden Klemmstellen verstellt werden müssen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bahnspannungseinstellung, eine Bearbeitungsmaschine, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bahnspannungseinstellung bei einer Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung einer Warenbahn, insbesondere bei einer wellenlosen Druckmaschine, werden stromabwärtige Bahnspannungsabschnitte von einer Einstellung der Bahnspannung in einem ersten, durch eine erste Klemmstelle stromaufwärts und eine zweite Klemmstelle stromabwärts begrenzten Bahnspannungsabschnitt entkoppelt. Dazu wird zur Einstellung der Bahnspannung die erste Klemmstelle mit einem ersten Stellbefehl beaufschlagt, der unter Verwendung eines ersten dynamischen Glieds mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion erzeugt wird. Weiterhin wird die zweite Klemmstelle mit einem zweiten Stellbefehl beaufschlagt, der unter Verwendung eines zweiten dynamischen Glieds mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion erzeugt wird. Es versteht sich, dass unter dem Begriff ”Stellbefehl” insbesondere auch eine Reglerausgangsgröße oder eine Stellgröße zu verstehen ist.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung beinhaltet insbesondere die Lehre, während der Einstellung einer Bahnspannung zur Entkopplung dieser Einstellung beide den betreffenden Bahnspannungsabschnitt begrenzenden Klemmstellen in definierter Weise dynamisch einzustellen. Dabei hängt – je nach gewählter Regelstrategie, d. h. Upstream oder Downstream – der eine Stellbefehl in vorgegebener Weise vom anderen ab.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann eine Bahnspannungseinstellung oder -regelung bereitgestellt werden, die durch Kombination von dynamischen, d. h. zeitabhängigen, Stellbefehlen flexibel an die Gegebenheiten der zugrunde liegenden Maschine anpassbar ist. Insbesondere können Bahnspannungsabschnitte entkoppelt beeinflusst werden, ohne dass alle nachfolgenden Klemmstellen verstellt werden müssten. Im Stand der Technik sind keine Regelstrategien bekannt, die eine Entkopplung der Bahnspannungseinstellung ohne Verstellung der nachfolgenden Klemmstellen ermöglichen würden. Die Reglerauslegung kann mit einer höheren Regelkreisdynamik erfolgen, da die Anzahl der zu verstellenden Klemmstellen drastisch sinkt.
Vorteilhafterweise wird eine Bahnspannungsregelung durchgeführt. Es versteht sich für den Fachmann, dass die erfindungsgemäße Einstellung als Teil einer Regelung einsetzbar ist.
Die Erfindung lehrt, sowohl bei einer Upstream- als auch bei einer Downstream-Strategie beide den betreffenden Bahnspannungsabschnitt begrenzenden Klemmstellen dynamisch zu verstellen. Im Stand der Technik hingegen ist es bei einer Upstream-Regelstrategie üblich, die erste Klemmstelle statisch und die zweite Klemmstelle nicht zu verstellen. Bei einer Downstream-Regelstrategie ist es üblich, die erste Klemmstelle nicht und die zweite Klemmstelle statisch zu verstellen.
Wie weiter oben erläutert, wird bei der Upstream-Strategie die erste Klemmstelle und bei der Downstream-Strategie die zweite Klemmstelle als führende Klemmstelle verstellt. Mit anderen Worten wird bei der Upstream-Strategie die Bahnspannungsreglerausgangsgröße über ein dynamisches Glied, insbesondere ein DT1-Glied mit positiver Verstärkung, als Stellgröße an die erste Klemmstelle geführt und dieselbe Reglerausgangsgröße wird über ein zweites dynamisches Glied, insbesondere ein PT1-Glied mit negativer Verstärkung, als Stellbefehl an die zweite Klemmstelle geführt. Bei einer Downstream-Strategie wird eine Reglerausgangsgröße für die zweite Klemmstelle vorgegeben und über ein dynamisches Glied, insbesondere PT1-Glied mit positiver Verstärkung, als Stellbefehl an die zweite Klemmstelle geführt und dieselbe Reglerausgangsgröße wird über ein anderes dynamisches Glied, vorzugsweise ein DT1-Glied mit negativer Verstärkung, als Stellgröße an die erste Klemmstelle geführt.
Die Angaben ”vor” und ”hinter” einer Bearbeitungseinrichtung bzw. einem Warenbahnabschnitt beziehen sich auf die Transportrichtung der Warenbahn, d. h. den Warenbahnverlauf.
Ein dynamisches Glied weist eine nicht-konstante Übertragungsfunktion auf. Eine nicht-konstante Übertragungsfunktion ist jede Übertragungsfunktion, die nicht die Form G(s) = k aufweist, sondern die stattdessen eine Abhängigkeit von s zeigt. Beispielsweise weisen ein D-, I-, PI, PID-, PT1-, DT1-, PTn-, DTn-, Totzeit-Glied jeweils eine nicht-konstante Übertragungsfunktion auf, wohingegen ein P-Glied eine konstante Übertragungsfunktion aufweist. Glieder mit einer nicht-konstanten Übertragungsfunktion werden in dieser Anmeldung als dynamische Glieder bezeichnet, wohingegen Glieder mit einer konstanten Übertragungsfunktion als statische Glieder bezeichnet werden.
Eine erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine weist insbesondere alle Mittel zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auf.
Vorzugsweise umfasst die nicht-konstante Übertragungsfunktion die Übertragungsfunktion eines Differenzial-Glieds, insbesondere mit Verzögerung, insbesondere eines DT1-Glieds, oder eines Proportional-Glieds, insbesondere mit Verzögerung, insbesondere eines PT1-Glieds. Es versteht sich, dass auch andere DTn- oder PTn-Glieder in Frage kommen und der Fachmann die Auswahl dem zugrunde liegenden Maschinenmodell anpassen wird. Die Strecke zwischen zwei Druckwerken wird aufgrund der dominanten Streckenzeitkonstante, die sich aus dem Quotienten der Materialbahnlänge l zwischen den Druckwerken und der Materialbahngeschwindigkeit v berechnet, in der Regel mit PT1-Verhalten angenähert. Wird die Strecke als PT2, PT3, PTn angenähert, so kann die entsprechende Entkopplungsstruktur ebenfalls angewendet werden, ohne dass dies den Rahmen der Erfindung verlassen würde. Beispielsweise würde bei einem PTn-Glied anstatt eines PT1-Glieds eine Beaufschlagung der stromabwärtigen Klemmstelle ebenfalls mit einem PTn-Glied anstatt eines PT1-Glieds und eine Beaufschlagung der stromaufwärtigen Klemmstelle mit einem (1-PTn)-Glied anstatt eines DT1-Glieds erfolgen.
In einer Ausgestaltung, die insbesondere für eine Downstream-Strategie geeignet ist, wird der erste Stellbefehl unter Verwendung des ersten dynamischen Glieds aus dem zweiten Stellbefehl bzw. der diesem zugrunde liegenden Reglerausgangsgröße erzeugt. Somit wird die erste, stromaufwärtige Klemmstelle vorgesteuert, um die stromabwärtigen Bahnspannungsabschnitte von der durchzuführenden Bahnspannungseinstellung zu entkoppeln.
Zweckmäßigerweise wird -insbesondere bei einer Downstream-Strategie- wenigstens eine dritte, im Warenbahnverlauf vor der ersten Klemmstelle befindliche Klemmstelle mit einem dritten Stellbefehl beaufschlagt, der unter Verwendung eines dritten dynamischen Glieds mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion, insbesondere eines DT1-Glieds mit negativer Verstärkung, aus dem zweiten Stellbefehl erzeugt wird. Diese Vorsteuerung dient vorteilhafterweise dazu, auch die stromabwärtigen Bahnspannungsabschnitte von der durchzuführenden Bahnspannungseinstellung zu entkoppeln.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung, die insbesondere für eine Upstream-Strategie geeignet ist, wird der zweite Stellbefehl unter Verwendung des zweiten dynamischen Glieds aus dem ersten Stellbefehl bzw. der diesem zugrunde liegenden Reglerausgangsgröße erzeugt. Diese Vorsteuerung dient insbesondere zur Entkopplung der stromabwärtigen Bahnspannungsabschnitte.
Vorteilhafterweise wird auch bei einer Upstream-Strategie zur Entkopplung der stromaufwärtigen Bahnspannungsabschnitte wenigstens eine dritte im Warenbahnverlauf vor der ersten Klemmstelle befindliche Klemmstelle mit einem dritten Stellbefehl beaufschlagt, der unter Verwendung eines dritten dynamischen Glieds mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion, insbesondere eines DT1-Glieds mit positiver Verstärkung, aus dem ersten Stellbefehl bzw. der diesem zugrunde liegenden Reglerausgangsgröße erzeugt.
Vorteilhafterweise werden alle im Bahnspannungsverlauf vor der ersten Klemmstelle angeordneten Klemmstellen in Abhängigkeit von dem ersten (Upstream-Regelung) bzw. zweiten (Downstream-Regelung) Stellbefehl vorgesteuert, d. h. mit je einem dritten Stellbefehl beaufschlagt. Optional können auch nicht als Bearbeitungseinrichtungen ausgebildete Klemmstellen wie z. B. Einzugswerk, Abwickler usw. vorgesteuert werden.
Die stromaufwärtige Vorsteuerung wird dabei zweckmäßigerweise nur bis zu dem letzten Bahnspannungsabschnitt durchgeführt, der durch die Bahnspannungseinstellung beeinflusst würde. Bspw. bei Druckmaschinen sind unterschiedlicher Aggregate, wie z. B. Kühl- oder Trocknungseinrichtungen, bekannt, die in bestimmten Fällen aufgrund der Materialbeeinflussung eine Entkopplung der Bahnspannung vornehmen, so dass sich eine Bahnspannungsänderung nicht immer über diese Aggregate hinaus fortpflanzt. Bahnspannungsabschnitte mit derartigen Aggregaten werden in diesen Fällen als ”selbstkompensierend” bzw. ”entkoppelnd” bezeichnet. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung werden somit nur die stromaufwärtigen Klemmstellen von nicht selbstkompensierenden Bahnspannungsabschnitten vorgesteuert. In anderen Worten erfolgt die Vorsteuerung vorzugsweise ausgehend vom beeinflussten Bahnspannungsabschnitt stromaufwärts bis zum jeweils nächsten selbstkompensierenden Bahnspannungsabschnitt. Die Art und Stärke der Vorsteuerung wird zweckmäßigerweise an die Art und Stärke der Entkopplung angepasst.
Die Parameter der dynamischen Verkopplung, insbesondere die Zeitkonstanten, werden vorzugsweise proportional zur reziproken Maschinengeschwindigkeit v adaptiert. Ergänzend ist es zweckmäßig, die Parameter der dynamischen Verkopplung an die Warenbahnlänge l zu adaptieren. Dabei können die Parameter der dynamischen Verkopplung insbesondere proportional an die Warenbahnlänge und/oder Warenbahnbreite adaptiert werden. Die Parameter der Verkopplung können auch an den Bedruckstofftyp (Elastizitätsmodul) adaptiert werden. Eine Adaption der Parameter und der Zeitglieder kann mittels Fuzzy-Techniken, modellbasierter Techniken, z. B. Modellfolgeregelung, Beobachter-Techniken oder Kalman-Techniken erfolgen. Vorteilhafterweise werden die in die Reglerparameter eingehenden Warenbahnlängen geschätzt oder modellbasiert berechnet. Die Maße der Bearbeitungsmaschine, wie z. B. Umfänge der Rollen, Abstände der Rollen usw., sowie die Stellung der Bearbeitungseinrichtungen (z. B. Winkelstellung) sind bekannt oder zumindest bestimmbar, so dass daraus die Länge der einzelnen Warenbahnabschnitte bestimmt werden kann.
Vorteilhafterweise ist eine selbsttätige bzw. automatische Anpassung von dynamischen Zeitgliedern insbesondere an die Bahngeschwindigkeit und/oder die Längen durchführbar. Aus diesem Grund ist es in einer Ausgestaltung der Erfindung sinnvoll, die Bahngeschwindigkeit und/oder die Längen zwischen Druckwerken automatisch zu messen und die entsprechenden Zeitkonstanten der Zeitglieder anzupassen, so dass die dynamischen Zeitglieder nicht durch Geschwindigkeits- und/oder Längenänderungen verfälscht werden. Somit ergibt sich u. a. die Möglichkeit, dass eine selbständige Geschwindigkeits- und/oder Längenadaption und daraus resultierend eine selbständige Anpassung der dynamischen Zeitglieder durchgeführt wird.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Bahnspannung in den Bahnspannungsabschnitten mittels Messgliedern, vorzugsweise Kraftmessdosen, mittels des Antriebsmomentes einer diesen Bahnspannungsabschnitt begrenzenden Klemmstelle und/oder mittels Beobachtern (Regelungstechnik) ermittelt.
Zweckmäßigerweise wird die Bahnspannung in einem Bahnspannungsabschnitt mittels Winkelverstellung, Geschwindigkeitsaufschaltung und/oder Begrenzung des Antriebsmoments wenigstens einer diesen Bahnspannungsabschnitt begrenzenden Klemmstelle eingestellt.
Zweckmäßigerweise wird die Entkopplungsstrategie aus der Addition, Subtraktion, Multiplikation und/oder Division dynamischer und/oder konstanter Zeitglieder abgeleitet. In der Folge sind alle durch Kombination mit weiteren dynamischen oder konstanten Zeitgliedern entstehenden Entkopplungsstrategien ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Bspw. können PI-Regler um z. B. PT1- oder DT1-Glieder erweitert werden, woraus sich andere, zum Teil auch konstante Vorsteuerungen ergeben. Wird bspw. ein Regler mit einem zusätzlichen, die Streckenzeitkonstanten beinhaltenden DT1-Glied versehen, verändert sich bspw. die weiter unten anhand 2 erläuterte Upstream-Regelung von [DT1, DT1, ..., –PT1, 0, 0, ...] zu [P, P, ..., –I, 0, 0, ...].
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. ein Steuergerät einer Druckmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird, z. B. auf einem Steuergerät einer Druckmaschine. Die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ermöglicht besonders geringe Kosten, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, ist zum Durchführen aller Schritte gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird. Geeignete Datenträger sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u. a. m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine entkoppelte Upstream-Strategie bei einer Bahnspannungsabweichung in einem Bahnspannungsabschnitt.
2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Regelstrategie bei einer Bahnspannungsabweichung in einem Bahnspannungsabschnitt.
In 1 wird eine Upstream-Regelstrategie am Beispiel der Bahnspannungsregelung in einer Druckmaschine beschrieben. Es ist ein schematischer Ausschnitt einer Druckmaschine 10 dargestellt, in der eine Materialbahn 101 durch fünf hier als Druckwerke 1 bis 5 ausgebildete Klemmstellen transportiert und bearbeitet wird. Zwischen jeweils zwei benachbarten Klemmstellen ist ein Bahnspannungsabschnitt ausgebildet. Beispielsweise ist ein Bahnspannungsabschnitt 12 durch die Druckwerke 1 und 2 begrenzt, ein Bahnspannungsabschnitt 23 durch die Druckwerke 2 und 3, ein Bahnspannungsabschnitt 34 durch die Druckwerke 3 und 4 und ein Bahnspannungsabschnitt 45 durch die Druckwerke 4 und 5.
Die Druckmaschine weist weiterhin hier als Kraftmessdosen 121 bis 124 ausgebildete Bahnspannungssensoren zur Ermittlung der Bahnspannung bzw. der Zugkraft in den jeweiligen Bahnspannungsabschnitten auf. In der gezeigten Darstellung wird die Bahnspannung über die Umfangsgeschwindigkeiten v₁ bis v₅ der Druckwerke 1 bis 5 eingestellt.
Die physikalischen Parameter, nämlich die Länge l, die Dehnung ε und die Bahnspannung bzw. Zugkraft F der einzelnen Bahnspannungsabschnitte sind in der Figur ebenfalls angegeben.
Zur Einstellung der Bahnspannung in dem Bahnspannungsabschnitt 34 werden bei der dargestellten Upstream-Strategie die Druckwerke 1 bis 3 verstellt, wodurch die Bahnspannungen in den Bahnspannungsabschnitten 12 und 23 von der Änderung im Bahnspannungsabschnitt 34 entkoppelt werden können. Die Upstream-Vorsteuerung der Druckwerke 1 und 2 erfolgt statisch über jeweils ein Proportional-Glied 132, 133 mit der Proportionalverstärkung K_P = 1.
Zur Entkopplung der Bahnspannung in dem Bahnspannungsabschnitt 45 von einer Änderung in dem Bahnspannungsabschnitt 34 wird eine dynamische Vorsteuerung des Druckwerks 5 durchgeführt. Die dynamische Vorsteuerung erfolgt beispielsweise über ein PT1-Glied 131, wobei eine Proportionalverstärkung K_P = 1 und eine Zeitkonstante T = l₃₄/v gewählt werden. v bezeichnet die Bahngeschwindigkeit. Schließen sich dem Druckwerk 5 weitere (in der Abb. nicht dargestellte) Klemmstellen an, wird die Vorsteuerung stromabwärts bis zum nächsten selbstkompensierenden bzw. entkoppelnden Bahnspannungsabschnitt fortgesetzt. Die Vorsteuerung der weiteren Klemmstellen erfolgt ebenfalls dynamisch über PT1-Glieder mit denselben Parametern K_P = 1 und T = l₃₄/v. Durch die Vorsteuerung aller stromabwärtigen Klemmstellen ist dieses Verfahren relativ aufwendig.
Anhand 2 wird im Folgenden erläutert, wie durch die erfindungsgemäße Lösung eine Entkopplung der stromabwärtigen Bahnspannungsabschnitte zu erreichen ist, ohne diese vorsteuern zu müssen. Dabei sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es ist eine Druckmaschine 100 gezeigt, die gemäß der beispielhaften Ausgestaltung geregelt wird. Die dargestellte Regelstrategie kann sowohl einer Upstream- als auch einer Downstream-Regelung zugrunde liegen. Der Unterschied der beiden Regelungen schlägt sich bei der dargestellten Ausgestaltung der Erfindung lediglich in den Parametern der dynamischen Glieder (301–304) nieder.
Die Bahnspannung bzw. Zugkraft F₃₄ in dem Bahnspannungsabschnitt 34 wird als Istwert einem Bahnspannungsregler bzw. einer diesen verkörpernden Recheneinheit 200 zugeführt. Die Recheneinheit 200 bestimmt auf Grundlage ihres gewählten Reglertyps und dessen Reglerparameter eine Reglerausgangsgröße u_R. Abhängig von der zugrunde liegenden Regel-Strategie ist die Reglerausgangsgröße u_R für die Klemmstelle 3 (Upstream- Strategie) oder die Klemmstelle 4 (Downstream-Strategie) bestimmt.
Nachfolgend soll zunächst die Ausgestaltung der Erfindung bei einer Upstream-Strategie beschrieben werden. Die Reglerausgangsgröße u_R, die für die Klemmstelle 3 bestimmt ist, wird über ein dynamisches Glied 302, welches hier als DT1-Glied mit Verstärkung K_D = 1 und Zeitkonstante T = l₃₄/v, ausgebildet ist, der Klemmstelle 3 als Stellgröße zur Einstellung beispielsweise der Rotationsgeschwindigkeit v₃ zugeführt. Zur Entkopplung der stromabwärtigen Bahnspannungsabschnitte 45 usw. von der Bahnspannungseinstellung im Bahnspannungsabschnitt 34 wird die Reglerausgangsgröße u_R über ein zweites dynamisches Glied 301 der Klemmstelle 4 als Stellgröße zur Einstellung der Geschwindigkeit v₄ zugeführt. Das zweite dynamische Glied 301 ist hier als PT1-Glied mit Verstärkung K_P = –1 und Zeitkonstante T = l₃₄/v ausgeführt. Zur Entkopplung der stromaufwärtigen Bahnspannungsabschnitte 12, 23 usw., wird die Reglerausgangsgröße u_R über ein drittes dynamisches Glied 303 der Klemmstelle 2 und über ein viertes dynamisches Glied 304 der Klemmstelle 1 jeweils als Stellgröße zugeführt. Zweckmäßigerweise erfolgt eine entsprechende Vorsteuerung aller stromaufwärtigen Klemmstellen, insbesondere einschließlich Abwickler und Einzugswerk. Die dynamischen Glieder 303 und 304 sind zweckmäßigerweise ebenfalls als DT1-Glieder (K_D = 1, T = l₃₄/v) ausgeführt.
Eine Downstream-Strategie unterscheidet sich von der soeben beschriebenen Upstream-Strategie im Wesentlichen nur durch die Ausgestaltung der dynamischen Glieder 301 und 302. Bei der Downstream-Strategie ist die Reglerausgangsgröße u_R für die Klemmstelle 4 bestimmt und wird dieser wiederum über das dynamische Glied 301 als Stellgröße zur Einstellung der Geschwindigkeit v₄ zugeführt, wobei hier das dynamische Glied 301 als PT1-Glied mit positiver Verstärkung K_P = 1 und Zeitkonstante T = l₃₄/v ausgeführt ist. Die Reglerausgangsgröße u_R, die für die Klemmstelle 4 bestimmt ist, wird über das dynamische Glied 302, welches hier als DT1-Glied mit negativer Verstärkung K_D = –1 und Zeitkonstante T = l₃₄/V ausgebildet ist, ebenfalls der Klemmstelle 3 als Stellgröße zur Einstellung beispielsweise der Rotationsgeschwindigkeit v₃ zugeführt. Zur Entkopplung der stromaufwärtigen Bahnspannungsabschnitte 12, 23 usw., wird die Reglerausgangsgröße u_R über ein drittes dynamisches Glied 303 der Klemmstelle 2 und über ein viertes dynamisches Glied 304 der Klemmstelle 1 jeweils als Stellgröße zugeführt. Zweckmäßigerweise erfolgt eine entsprechende Vorsteuerung aller stromaufwärtigen Klemmstellen, insbesondere einschließlich Abwickler und Einzugswerk. Die dynamischen Glieder 303 und 304 sind zweckmäßigerweise ebenfalls als DT1-Glieder (K_D = –1, T = l₃₄/V) ausgeführt.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es nicht nötig, zur Entkopplung der stromabwärtigen Bahnspannungsabschnitte 45 usw. die Klemmstellen 5 usw. vorzusteuern.
Es versteht sich, dass in den dargestellten Figuren nur eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist. Daneben ist jede andere Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102008056132 [0007]

Claims

Verfahren zur Bahnspannungseinstellung bei einer Bearbeitungsmaschine (100) zur Bearbeitung einer Warenbahn (101), insbesondere einer wellenlose Druckmaschine (100), wobei zur Einstellung der Bahnspannung in einem ersten, durch eine erste Klemmstelle (3) stromaufwärts und eine zweite Klemmstelle (4) stromabwärts begrenzten Bahnspannungsabschnitt (34) die erste Klemmstelle (3) mit einem ersten Stellbefehl (v₃) beaufschlagt wird, der unter Verwendung eines ersten dynamischen Glieds (302) mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion erzeugt wird, und die zweite Klemmstelle (4) mit einem zweiten Stellbefehl (v₄) beaufschlagt wird, der unter Verwendung eines zweiten dynamischen Glieds (301) mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine nicht-konstante Übertragungsfunktion die Übertragungsfunktion eines Differenzial-Glieds, insbesondere mit Verzögerung, insbesondere eines DT1-Glieds (302), oder eines Proportional-Glieds, insbesondere mit Verzögerung, insbesondere eines PT1-Glieds (301), umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Stellbefehl (v₃) unter Verwendung des ersten dynamischen Glieds (302) aus dem zweiten Stellbefehl bzw. der diesem zugrunde liegenden Reglerausgangsgröße (u_R) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei wenigstens eine dritte, im Warenbahnverlauf vor der ersten Klemmstelle (3) befindliche Klemmstelle (1, 2) mit einem dritten Stellbefehl (v₁, v₂) beaufschlagt wird, der unter Verwendung eines dritten dynamischen Glieds (304, 303) mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion aus dem zweiten Stellbefehl bzw. der diesem zugrunde liegenden Reglerausgangsgröße (u_R) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Stellbefehl (v₄) unter Verwendung des zweiten dynamischen Glieds (301) aus dem ersten Stellbefehl bzw. der diesem zugrunde liegenden Reglerausgangsgröße (u_R) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei wenigstens eine dritte, im Warenbahnverlauf vor der ersten Klemmstelle (3) befindliche Klemmstelle (1, 2) mit einem dritten Stellbefehl (v₁, v₂) beaufschlagt wird, der unter Verwendung eines dritten dynamischen Glieds (304, 303) mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion aus dem ersten Stellbefehl bzw. der diesem zugrunde liegenden Reglerausgangsgröße (u_R) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem eine nicht-konstante Übertragungsfunktion die Übertragungsfunktion eines PT1-, PT2-, PTn-, DT1-, DT2-, DTn-, IT1-, ITn- und/oder Totzeit-Glieds umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Entkopplungsstrategie aus der Addition und/oder Subtraktion dynamischer und/oder konstanter Zeitglieder abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Entkopplungsstrategie aus der Multiplikation und/oder Division dynamischer und/oder konstanter Zeitglieder abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Zeitverhalten des dynamischen Glieds proportional zu einer Warenbahnlänge und/oder reziprok zur Maschinengeschwindigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Bahnspannung in den Bahnspannungsabschnitten mittels Messgliedern, vorzugsweise Kraftmessdosen (121 bis 124), mittels des Antriebsmomentes wenigstens einer diesen Bahnspannungsabschnitt (12, 23, 34, 45) begrenzenden Klemmstelle (1, 2, 3, 5) und/oder mittels Beobachtern ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Bahnspannung in einem Bahnspannungsabschnitt (12, 23, 34, 45) mittels Winkelverstellung, Geschwindigkeitsaufschaltung und/oder Begrenzung des Antriebsmomentes wenigstens einer diesen Bahnspannungsabschnitt begrenzenden Klemmstelle (1, 2, 3, 5) eingestellt wird.
Bearbeitungsmaschine zur Bearbeitung einer Warenbahn (101), insbesondere wellenlose Druckmaschine (100), wobei die Bearbeitungsmaschine (100) eine Recheneinheit (200) aufweist, die dazu eingerichtet ist, zur Einstellung der Bahnspannung in einem ersten, durch eine erste Klemmstelle (3) stromaufwärts und eine zweite Klemmstelle (4) stromabwärts begrenzten Bahnspannungsabschnitt (34) einen ersten Stellbefehl (v₃) unter Verwendung eines ersten dynamischen Glieds (302) mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion zu erzeugen und die erste Klemmstelle (3) mit dem ersten Stellbefehl (v₃) zu beaufschlagen und einen zweiten Stellbefehl (v₄) unter Verwendung eines zweiten dynamischen Glieds (301) mit nicht-konstanter Übertragungsfunktion zu erzeugen und die zweite Klemmstelle (4) mit dem zweiten Stellbefehl (v₄) zu beaufschlagen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt wird.