-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Regelgröße bei einer Bearbeitungsmaschine sowie eine Recheneinheit zum Durchführen des Verfahrens.
-
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 und nicht angetriebenen Walzen bewegt. Die Warenbahn wird gleichzeitig mittels meist angetriebener Bearbeitungseinrichtungen bearbeitet, bspw. bedruckt, gestanzt, geschnitten, gefalzt usw. Bei einer Bearbeitungsmaschine werden im Stand der Technik üblicherweise ein oder mehrere Bearbeitungsregister (bspw. Längsregister, Seitenregister) und/oder die Bahnspannung geregelt.
-
Eine angetriebene Walze kann zu einer Klemmstelle gehören, die die Warenbahn form- oder kraftschlüssig einklemmt und daher eine Bahnspannung in die Warenbahn einprägen kann. Bei einer Druckmaschine wird eine Klemmstelle beispielsweise von einem Druckwerk, bei dem eine kraftschlüssige Einheit zwischen dem angetriebenen Druckzylinder, dem Presseur und der Materialbahn besteht, gebildet.
-
Die Warenbahn kann in Bahnspannungsabschnitte unterteilt werden, wobei ein Bahnspannungsabschnitt von zwei Klemmstellen begrenzt wird. Innerhalb eines Bahnspannungsabschnitts können weitere angetriebene und/oder nicht angetriebene Walzen 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.
-
Im Stand der Technik ist es üblich, das Register eines Bearbeitungswerks und/oder die Bahnspannung eines Bahnspannungsabschnitts durch entsprechende Ansteuerung von Stellgliedern, wie z. B. Druckzylindern bzw. deren Antrieben, Transportwalzen bzw. deren Antrieben, Kompensatoren u. ä., einzustellen. Aufgrund der Kopplung der einzelnen Stellglieder untereinander über die Materialbahn pflanzen sich solche Einstellungen als Störungen fort und müssen an nachfolgenden Bearbeitungswerken und/oder Bahnspannungsabschnitten von den zugehörigen Reglern ausgeregelt werden. Im Stand der Technik werden Möglichkeiten beschrieben, um solche Einstellungen zu entkoppeln, d. h. das Register anderer Bearbeitungswerke bzw. die Bahnspannung anderer Bahnspannungsabschnitte bei einer Verstellung unbeeinflusst zu lassen.
-
In der
DE 103 35 885 A1 wird eine kombinierte Register- und Bahnspannungsregelung offenbart. Zur Entkopplung des Registers von Bahnspannungseinstellvorgängen wird eine Upstream-Strategie für die Bahnspannungsregelung vorgeschlagen.
-
In der
DE 10 2007 017 096 A1 wird beschrieben, 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 Registerregler nicht die Störungen der Kopplung durch die Materialbahn ausregeln müssen.
-
In der nicht vorveröffentlichten
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.
-
Die bisherigen Entkoppelmethoden lassen jedoch nicht für alle baulichen Gegebenheiten gleich gute Ergebnisse erwarten. Insbesondere Bearbeitungsmaschinen mit angetriebenen Walzen, welche keine Klemmstelle bilden, sind noch nicht ausreichend berücksichtigt.
-
Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes Regelverfahren für Bearbeitungsmaschinen mit angetriebenen Walzen, welche keine Klemmstelle bilden, anzugeben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Regeln einer Regelgröße bei einer Bearbeitungsmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Recheneinheit zum Durchführen dieses Verfahrens vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
-
Vorteile der Erfindung
-
Neben den bisher erwähnten Bearbeitungs- und Transportwalzen existieren in Bearbeitungsmaschinen auch andere – typischerweise massereiche – Walzen mit eigenen Antrieben. Beispielsweise ist aus der
DE 10 2006 047 846 A1 bekannt, auch Kühl- und/oder Leitwalzen anzutreiben, um die Registerhaltigkeit zu verbessern. Da diese anderen Walzen weder Klemmstellen bilden noch eine registerhaltige Bearbeitung des Materials durchführen, werden sie bei bekannten Entkoppelstrategien nicht berücksichtigt. Es wurde jedoch erkannt, dass diese Walzen trotzdem die Entkopplung negativ beeinflussen. Es hat sich gezeigt, dass eine Einbeziehung dieser Walzen in die Entkoppelstrategie, bspw durch eine Vorsteuerung in Abhängigkeit von dem ausschlaggebenden Stellwert, zu einer signifikanten Verbesserung der Entkopplung führt. Die Einbindung erfolgt zweckmäßigerweise in die bekannten Strategien (Upstream oder Downstream ggf. in Kombination mit Standfarben- oder Vorgängerfarbenregelung). Die Vorsteuerung erfolgt zweckmäßigerweise bei der Regelung eines Bearbeitungsregisters und/oder einer Bahnspannung. Die angetriebene Walze wird als erstes Stellglied in Abhängigkeit von der Verstellung (ausschlaggebender Stellwert) eines zweiten Stellglieds vorgesteuert.
-
In Ausgestaltung erfolgt die Vorsteuerung während der Beschleunigungsphase, bspw. dem Hochlauf der Maschine. Zwischen Bearbeitungswalze und angetriebener Walze treten Reibungen auf, typischerweise durch weitere nicht angetriebene Walzen, wie z. B. Leitwalzen. Diese Reibung führt zu einer stationären Regelabweichung. Weiterhin besitzen die nicht angetriebenen Walzen ein Trägheitsmoment, welches bei Geschwindigkeitsänderungen überwunden werden muss. Dies führt zu einer dynamischen Regelabweichung. Um diese Einflüsse nicht erst nach dem Auftreten der Regelabweichung durch den Regler ausregeln zu lassen, kann die wenigstens eine angetriebene Walze bei einer Geschwindigkeitsänderung entsprechend vorgesteuert werden.
-
Die Vorsteuerung kann – insbesondere bei einer Geschwindigkeitsänderung – modellbasiert und/oder adaptiv erfolgen. Modellbasiert bedeutet, dass aus physikalischen Größen, wie z. B. Materialbahngeschwindigkeit, Format, E-Modul, Trägheiten, Reibung, Beschleunigung usw., die entsprechende Vorsteuergröße berechnet wird. Adaptiv bedeutet, dass die Vorsteuergröße nach jeder Beschleunigungsphase optimiert wird. Dafür bietet sich insbesondere ein Lernalgorithmus an, der die Vorsteuergröße (z. B. die Stellgröße an den Antrieb der Walze) während einer Geschwindigkeitsänderung anhand einer noch auftretenden Regelabweichung beobachtet, optimiert und somit automatisch an sich verändernde Produktionsbedingungen (z. B. Änderung der Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit, Trocknertemperatur usw.) anpasst.
-
Zweckmäßigerweise wird bei der Vorsteuerung ein Gleit- und/oder Dehnschlupf berücksichtigt. Da die Walzen nicht Bestandteil einer Klemmstelle sind und sie nur von der Materialbahn umschlungen werden, kann sich bei höheren Geschwindigkeiten ein Luftfilm zwischen Walze und Materialbahn bilden und in der Folge die Haftzone verkleinern. Dies kann dazu führen, dass sich eine Vorsteuerung der Walze nicht mehr vollständig auf die Materialbahn auswirkt. Es kommt somit nicht mehr zu einer vollständigen Entkopplung der Verstellbewegung, da keine vollständige Kraftübertragung von der Kühlwalze auf die Materialbahn mehr stattfindet. Vorteilhafterweise wird der auftretende Gleitschlupf entsprechend in der Vorsteuerung berücksichtigt, so dass bspw. bei abnehmender Kraftübertragung die Vorsteuerung vergrößert wird.
-
In Ausgestaltung wird die wenigstens eine angetriebene Walze geregelt und wenigstens ein drittes Stellglied in Abhängigkeit von dem Stellwert für das erste Stellglied vorgesteuert. Falls die angetriebene Walze selbst in eine Regelung eingebunden ist, werden für diese Walze eigene Stellwerte erzeugt, die wiederum – durch ein Entkoppelnetzwerk entsprechend bearbeitet zur Vorsteuerung anderer Stellglieder verwendet werden, um die Entkopplung zu verbessern.
-
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z. B. ein Steuergerät einer Druckmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
-
Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms 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 eine schematische Darstellung einer als Druckmaschine ausgebildeten Bearbeitungsmaschine mit selbstangetriebenen Kühlwalzen.
-
2 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Regeistrategie für eine Druckmaschine gemäß 1.
-
In 1 ist eine als Druckmaschine ausgebildete Bearbeitungsmaschine wie sie der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann, schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Ein Bedruckmaterial, beispielsweise Papier 101, wird der Maschine über ein Einzugswerk 110 zugeführt. Das Papier 101 wird durch als Druckwerke 111, 112, 113, 114 ausgebildete Bearbeitungseinrichtungen geführt und bedruckt und durch ein Auszugswerk 115 wieder ausgegeben. Die Ein-, Auszugs- und Druckwerke 110 bis 115 sind positionierbar, insbesondere zylinder- bzw. winkelkorrigierbar, angeordnet. Die Druckwerke 111 bis 114 liegen in einem bahnspannungsgeregelten Bereich zwischen dem Einzugswerk 110 und dem Auszugswerk 115.
-
Die Druckwerke 111 bis 114 weisen jeweils einen Druckzylinder 111' bis 114' auf, gegen den jeweils ein Presseur 111'' bis 114'' mit starkem Druck angestellt ist. Die Druckzylinder 111' bis 114' sind einzeln und unabhängig angetrieben. Die zugehörigen Antriebe 111''' bis 114''' sind schematisch dargestellt. Die Presseure 111'' bis 114'' sind frei drehbar ausgebildet. Das Einzugs- und Auszugswerk 110 bzw. 115 weist jeweils zwei gegenläufige Zylinder auf, die das Papier 101 führen. Auch je eine Transportwalze des Einzugs- und des Auszugswerks ist einzeln durch einen Antrieb 110''' bzw. 115''' angetrieben. Das Einzugs- und Auszugswerk 110, 115 und die Druckwerke 111 bis 114 bilden jeweils eine Klemmstelle.
-
In den Bahnabschnitten zwischen den einzelnen Druckwerken 111 bis 114 wird das Papier 101 über nicht näher erläuterte Rollen geführt, die mit 102 bezeichnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Rollen mit Bezugszeichen 102 versehen. Es kann sich insbesondere um Umlenkrollen, Trocknungs-, Beschneideeinrichtungen usw. handeln.
-
Häufig befindet sich zwischen den Druckwerken 111 bis 114 und den entsprechenden Kühlwalzen jeweils ein Trockner, der die auf die Bahn 101 aufgedruckte Farbe trocknet. Die Bahn 101 wird nach einem Bedruck- und ggf. Trocknungsschritt über Kühlwalzen geführt. Dazu ist im Bahnabschnitt zwischen dem ersten Druckwerk 111 und dem zweiten Druckwerk 112 eine Kühlwalze 121, im Abschnitt zwischen dem zweiten Druckwerk 112 und dem dritten Druckwerk 113 eine Kühlwalze 122, im Abschnitt zwischen dem dritten Druckwerk 113 und dem vierten Druckwerk 114 eine Kühlwalze 123 und im Abschnitt zwischen dem vierten Druckwerk 114 und dem Auszugswerk 115 eine vierte Kühlwalze 124 angeordnet. Gemäß der dargestellten Ausführungsform der Druckmaschine sind alle Kühlwalzen 121 bis 124 selbstangetrieben und dazu mit eigenen Antrieben 121''' bis 124''' ausgestattet. In anderen Maschinentypen bzw. Druckanwendungen können die angetriebenen Walzen 121 bis 124 beispielsweise auch Temperatur erhöhende (Heizwalzen) oder noch andere Funktionen besitzen.
-
Anhand 2 wird beschrieben, wie bei der dargestellten Druckmaschine die selbstangetriebenen Kühlwalzen in eine Bahnspannungs- und/oder Registerregelung einbezogen werden. Es versteht sich, dass die beschriebene Art und Weise ebenso für andere selbstangetriebene Walzen gültig ist. In 2 wird eine Downstream-Regelstrategie mit Entkopplung am Beispiel der Druckmaschine gemäß 1 beschrieben, wobei jedoch in 2 nur die für das Beispiel wesentlichen Elemente abgebildet sind. Downstream bedeutet, dass Verstellungen in Bahnlaufrichtung durchgeführt werden. Soll ein Stellglied i (bspw. ein Druckzylinder) verstellt werden, so wird das Stellglied i selbst verstellt. Upstream bedeutet, dass eine Verstellung entgegen der Bahnlaufrichtung durchgeführt wird. Soll das Stellglied i verstellt werden, so werden alle davorliegenden Stellglieder (üblicherweise einschließlich des Einzugs) 1, 2, i – 1 verstellt, das Stellglied i jedoch unverändert gelassen. Es ist bekannt, aus Entkopplungsgründen bei beiden Strategien auch alle nachfolgenden Stellglieder i + 1, i + 2, ..., n zu verstellen.
-
In einem Regler (nicht gezeigt) werden Stellgrößen (Reglerausgangsgrößen) uR1, uR2, uR3 und uR4 für die Antriebe 111''' bis 114''' der Druckwerke 111 bis 114 bestimmt. Bei den Stellgrößen kann es sich zur Regelung der Bahnspannung beispielsweise um Rotationsgeschwindigkeiten, Feinabgleiche u. ä. handeln. Bei der Regelung des Registers ist die Stellgröße beispielsweise ein Winkeloffset u. ä. Die Stellgrößen werden durch ein Entkopplungsnetzwerk 200 verarbeitet und als veränderte Stellgrößen u1, u2, u3 und u4 an die Antriebe bereitgestellt. Das Entkopplungsnetzwerk 200 umfasst dazu Regelglieder 201–203 und 211–213. Weiterhin stellt das Entkopplungsnetzwerk 200 Stellgrößen uV1, uV2, uV3 für die Antriebe der Kühlwalzen bereit.
-
Die Regelglieder 201–203 dienen zur Downstream-Entkopplung der Druckwerke von einer Stellbewegung. Die Regelglieder 211–213 dienen zur Downstream-Entkopplung der angetriebenen Kühlwalzen und bewirken eine Vorsteuerung in Abhängigkeit von einer Stellgröße. Die tatsächliche Ausgestaltung der Vorsteuerung ist allgemein abhängig von der Regelstrategie (Vorgängerfarbe- oder Referenzfarbe) sowie der Verstellrichtung (Downstream oder Upstream). Die Regelglieder 211–213 stellen entsprechende dynamische Entkopplungsstrategien dar. Eine Vorsteuerung kann beispielsweise bei einer Downstream-Vorgängerfarbenregelung über eine Kombination eines DT1-Glieds und einer Totzeit erfolgen. Die Zeitkonstanten der Regelglieder sind abhängig von der Materialbahnlänge, hier einerseits von Druckwerk zu Kühlwalze und andererseits von Kühlwalze zu Druckwerk, und der Materialbahngeschwindigkeit. Beispielsweise würde bei einer Verstellung des Antriebs 111''' auf Grundlage einer Stellgröße uR1 diese unverändert an den Antrieb geführt und zusätzlich über das Regelglied 211, welches die Bahnlänge zwischen Walze 111' und Walze 121 berücksichtigt, und das Regelglied 201, welches die Bahnlänge zwischen Walze 121 und Walze 112' berücksichtigt, an die nachfolgenden Stellglieder vorgesteuert, wobei die Vorsteuergröße und die Stellgrößen uV1, u2, uV2, u3, uV3, u4 eingehen.
-
Im vorliegenden Beispiel sind die Kühlwalzen nicht geregelt, es werden daher keine Stellgrößen (Reglerausgangsgrößen) für die Kühlwalzen bereitgestellt. Optional könnten die Kühlwalzen zusätzlich zur Vorsteuerung auch geregelt werden. Die zugehörige Stellgröße für eine Kühlwalze würde in diesem Fall zweckmäßigerweise genauso wie die Stellgrößen für die Druckzylinder dynamisch entkoppelt. Die Entkopplung erfolgt zweckmäßig mittels dynamischer Zeitglieder. Dies können beispielsweise PT1-, PT2-, PTn-, DT1-, DT2-, DTn-Glieder, Totzeiten usw. sein. Weiterhin sind auch nichtlineare Vorsteuerungen, die ähnlichen Verläufe wie die dynamischen Zeitglieder haben, zulässig.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10335885 A1 [0007]
- DE 102007017096 A1 [0008]
- DE 102008056132 [0009]
- DE 102006047846 A1 [0013]
