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Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Füllstands der Beschichtungsflüssigkeit in einer Auffangwanne unter einer Rakelvorrichtung oder Kammerrakel einer Druckmaschine und betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.
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In
US 8,096,237 B2 ist eine Druckmaschine mit einer Kammerrakel beschrieben, unter welcher ein Behälter für Farbe oder Lack angeordnet ist.
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In solchen Behältern muss der Füllstand der Farbe oder des Lacks geregelt werden, damit der Behälter im Betrieb nicht überläuft.
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In
DE 10 2007 020 678 A1 ist eine Druckmaschine beschrieben, bei welcher an einer Auffangwanne eine Rücklaufpumpe angeschlossen ist. In einem mittels der Rücklaufpumpe gebildeten Regelkreis werden die Haupteinflussparameter berücksichtigt, welche durch die mittels einer Vorlaufpumpe eingestellte Zulaufmenge des Fluids und durch die Maschinengeschwindigkeit der Druckmaschine gegeben sind.
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In der Praxis werden in Lackversorgungsgeräten oft Peristaltik- oder Schlauchpumpen eingesetzt. Bei diesen Pumpen besteht aber das Problem, dass sich der Kunststoff des Schlauches durch dessen Beanspruchung im Laufe der Zeit bezüglich seiner Materialeigenschaften und somit der Fördereigenschaften ändert.
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In der Praxis erfordern unterschiedliche Druckaufträge oft unterschiedliche Farb- oder Lackarten. Die Arten können sich voneinander bezüglich der Viskosität unterscheiden, wodurch auch die Fördereigenschaften unterschiedlich sind.
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Diese Umstände sind bislang zu wenig berücksichtigt worden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln des Füllstands der Beschichtungsflüssigkeit in einer Auffangwanne unter einer Rakelvorrichtung oder Kammerrakel einer Druckmaschine anzugeben, bei dem günstige Voraussetzungen zum Berücksichtigen von bislang noch nicht oder noch nicht hinreichend berücksichtigten Störgrößen oder Einflussparametern gegeben sind. Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, eine zum Durchführen dieses Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Regeln des Füllstands der Beschichtungsflüssigkeit in einer Auffangwanne unter einer Rakelvorrichtung oder Kammerrakel einer Druckmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstand durch eine adaptive Regelung automatisiert geregelt wird.
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Es sind verschiede Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
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Bei einer Weiterbildung basiert die adaptive Regelung auf dem Prinzip der Modell-Referenz-Regelung oder der geregelten Adaption mit parallelem Vergleichsmodell.
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Bei einer weiteren Weiterbildung wird durch die adaptive Regelung die alterungsbedingte oder verschleißbedingte Veränderung eines Schlauches einer Peristaltik-Pumpe oder Schlauch-Pumpe kompensiert.
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In einer weiteren Weiterbildung wird durch die adaptive Regelung der Viskositätsunterschied zwischen verschiedenen Sorten oder verschiedenen Arten der Beschichtungsflüssigkeit kompensiert.
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Zur Erfindung gehört auch eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner Weiterbildungen, wobei die Vorrichtung einen digitalen Rechner mit einem darin gespeicherten Programm umfasst, durch welches Adaptionsparameter oder Adaptionsfaktoren zum adaptiven Regeln des Füllstands berechnet werden.
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Weitere funktionell und konstruktiv vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der dazu gehörigen Zeichnung.
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In dieser zeigt:
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1 ein Lackierwerk mit einer Auffangwanne und ein Lackversorgungsgerät mit Pumpen,
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2 ein Diagramm mit Kennlinien zum Betrieb der Pumpen aus 1,
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3 eine adaptive Regelung zum Regeln eines Füllstands in der Auffangwanne aus 1 und
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4 einen Programmablaufplan zum Regeln des Füllstands.
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1 zeigt ein System bestehend aus einem Lackierwerk einer Bogenoffset-Druckmaschine und einem daran angeschlossenen Lackversorgungsgerät. Das Lackierwerk umfasst eine Rasterwalze 1 und eine Kammerrakel 2. Die Kammerrakel 2 trägt eine Beschichtungsflüssigkeit, z. B. Lack, auf die Rasterwalze 1 auf. Die Beschichtungsflüssigkeit ist in einem Vorratsbehälter 3 gespeichert und wird daraus mit einer Vorlaufpumpe 4 in die Kammerrakel 2 gepumpt. Unter der Kammerrakel 2 ist eine Auffangwanne 5 angeordnet. Die Auffangwanne 5 fängt Beschichtungsflüssigkeit auf, die im Freistrahl aus einem Abfluss 6 der Kammerrakel 2 strömt. Die Beschichtungsflüssigkeit bildet in der Auffangwanne 5 einen Füllstand 7. Der Füllstand 7 wird durch einen Füllstandssensor 8 berührungslos überwacht, der Teil einer adaptiven Füllstandsregelung ist. Der Füllstandssensor 8 kann ein Ultraschallsensor sein. An die Auffangwanne 5 ist eine Rücklaufpumpe 9 angeschlossen, welche die Beschichtungsflüssigkeit in den Vorratsbehälter 3 zurückpumpt. Die Pumpen 4, 9 und der Vorratsbehälter 3 gehören zum Lackversorgungsgerät. Die Vorlaufpumpe 4 ist in eine Vorlaufleitung 10 integriert und die Rücklaufpumpe 9 in eine Rücklaufleitung 11. Über die Leitungen 10, 11 ist die die Kammerrakel 2 und die Auffangwanne 5 umfassende Beschichtungsvorrichtung des Lackierwerks mit dem Lackversorgungsgerät zu einem Kreislauf verbunden. In dem Kreislauf wird die nicht verdruckte Beschichtungsflüssigkeit durch die Pumpen 4, 9 umgewälzt. Die Pumpen 4, 9 sind Peristaltik- oder Schlauchpumpen.
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2 zeigt ein Diagramm, woraus das nichtlineare Übertragungsverhalten der Pumpen 4, 9 ersichtlich ist. Auf der Abzisse des Diagramms ist die Drehzahl der jeweiligen Pumpe angegeben und auf der Ordinate der dadurch erzeugt Volumenstrom. In das Diagramm ist eine Kennlinienschar mit drei Kennlinien A, B, C eingetragen, welche sich bezüglich eines Parameters der Beschichtungsflüssigkeit oder eines Parameters der Pumpe voneinander unterscheiden. Der flüssigkeitsspezifische Parameter kann die Viskosität des verwendeten Lackes sein. Mit dem Lackierwerk können verschiedene Lacke verdruckt werden und diese können sich ihre Viskosität voneinander unterscheiden. Der pumpenspezifische Parameter kann der Alterungsfaktor des Schlauches der Schlaupumpe sein. Durch die Alterung des Schlauches verändert sich dessen Fördercharakteristik im Laufe der Zeit.
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Der den Füllstand 7 der Beschichtungsflüssigkeit in der Auffangwanne 5 regelnde Regelkreis ist ursprünglich für eine bestimmte Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit und einen bestimmten Alterungszustand des Schlauches der Pumpe, z. B. den Neuzustand, ausgelegt. Sind diese beiden Voraussetzungen gegeben, dann ist das Ausregeln der Regeldifferenz innerhalb einer maximalen Ausregelzeit von z. B. 15 Sekunden garantiert. Da besagte Voraussetzungen aufgrund des Flüssigkeitswechsels mit Veränderung der Viskosität oder aufgrund der Schlauchalterung nicht konstant gegeben sind, ist eine adaptive Regelung vorgesehen. Hierbei kommt im Speziellen die geregelte Adaption mit parallelem Vergleichsmodell (auch als Modell-Referenz-Regelung bezeichnet) zum Einsatz.
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3 zeigt in einem Blockschaltbild die Struktur der Regelung des Füllstands 7. Der Regler 21 ist ein PI-Regler mit Begrenzung des I-Anteils (Integral-Anteils). Der I-Anteil ist proportional zum Verbrauch der Beschichtungsflüssigkeit infolge des Druckens und die Begrenzung wird durch den maximalen Flüssigkeitsverbrauch vorgegeben. Das Stellglied 22 wird durch die Rücklaufpumpe 9 gebildet, wobei die Vorlaufpumpe 4 in gleicher Weise geregelt wird. Bei der Regelstrecke 23 handelt es sich um die Auffangwanne 5 bzw. den Füllstand 7 darin. Der adaptive Einstellmechanismus 24 beginnt nach dem ersten Beenden der maximalen Ausregelzeit des Reglers 21 den adaptiven Verstärkungsfaktor Kp des Reglers adaptiv anzupassen. Es kann z. B. einmal pro Sekunde ein Abtastschritt des Reglers erfolgen und bei jedem Abtastschritt wird gleichzeitig ein Korrekturwert mithilfe des Referenzmodells 25 der Auffangwanne 5 und der Rücklaufpumpe 9 automatisch berechnet.
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In dem Blockschaltbild ist mit dem Bezugszeichen „U” die Änderung der Stellgröße bzw. die Änderung der Prozentvorgabe für die Pumpenleistung bezeichnet und ist mit dem Bezugszeichen „U'” die geschätzte Änderung der Prozentvorgabe für die Pumpenleistung bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen „W” ist der Sollwert des Füllstands bezeichnet und mit dem Bezugszeichen Xd ist die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Füllstands bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen „Kp” ist der adaptive Verstärkungsfaktor bezeichnet, welcher berechnet wird. Mit dem Bezugszeichen „X” ist die Regelgröße, hier der Füllstand, und mit dem Bezugszeichen „Y” die Stellgröße, hier die Pumpenleistung, bezeichnet.
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In dem Referenzmodell 25 wird die Änderung der Stellgröße für das Pumpenstellglied wie folgt berechnet: U' = (D × Xd)/(T × P)
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Mit „D” ist hierbei das z. B. in Milliliter pro Millimeter Füllstand der Auffangwanne normierte Füllvolumen bezeichnet, mit „T” ist die maximale Ausregelzeit des PI-Reglers bezeichnet und mit „P” ist die z. B. in Millilitern pro Sekunde für ein Prozent Pumpenleistung angegebene Pumpenleistung der Rücklaufpumpe 9 bezeichnet.
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In dem Einstellmechanismus 24 werden im Zeitraster des Aufrufs des PI-Reglers für die maximale Ausregelzeit des PI-Reglers die Werte des Referenzmodells berechnet. Nach Ablauf dieser Zeit ist der PI-Regler so implementiert, dass er bei neuen Schläuchen der Rücklaufpumpe 9 sowie einer bestimmten Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit die Regeldifferenz zu Null ausgeregelt hat. Ausgehend von diesen Voraussetzungen wird die Änderung der Pumpendrehzahl vor der letzten maximalen Ausregelzeit mit der aktuellen Änderung der Pumpendrehzahl ins Verhältnis gesetzt. Der PI-Regler sollte die damalige Regelabweichung idealerweise zu Null geregelt haben, was in der Praxis aber nicht erreicht wird. Über das Verhältnis zwischen den beiden Werten wird die Änderung des adaptiven Verstärkungsfaktors nach der Formel Kp = Kp + (U'/U'alt) berechnet. „Kp” ist, wie bereits gesagt, der adaptive Verstärkungsfaktor und hat zu Beginn den Wert 1. ist die geschätzte Änderung der Prozentvorgabe für die Pumpenleistung zum Zeitpunkt vor der letzten maximalen Ausregelzeit des PI-Reglers.
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4 zeigt das in der Regeleinrichtung ablaufende Programm.
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Nach dem in einem ersten Schritt erfolgenden Start des Programms wird in einem zweiten Schritt 12 die maximale Ausregelzeit gestartet, wobei der Adaptionsfaktor 1 beträgt und ein bestimmter Sollwert des Füllstands von z. B. 69 cm vorgegeben ist.
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In einem dritten Schritt 13 wird mittels des Füllstandsensors 8 der Füllstand 7 erfasst und wird davon ausgehend die Regelabweichung berechnet.
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In einem vierten Schritt 14 wird geprüft, ob die maximale Ausregelzeit bereits abgelaufen ist.
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Trifft dies zu, wird in einem fünften Schritt 15 geprüft, ob die Regelabweichung ungleich 0 ist.
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Trifft dies zu, wird in einem sechsten Schritt 16 der Adaptionsfaktor unter Berücksichtigung der Geometrie der Auffangwanne 5 und der Regelabweichung berechnet. Wird im fünften Schritt 15 festgestellt, dass die Regelabweichung nicht 0 beträgt, wird der sechste Schritt 16 ausgelassen.
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In einem siebten Schritt 17 wird die maximale Ausregelzeit neu gestartet.
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Ergibt die im vierten Schritt 14 erfolgende Prüfung, dass die maximale Ausregelzeit noch nicht abgelaufen ist, werden die Schritte 15 bis 17 ausgelassen.
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In einem achten Schritt 18 berechnet der Regler 21 einen neuen Stellwert.
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In einem darauffolgenden neunten Schritt 19 wird der Geschwindigkeitswert für die Rücklaufpumpe 9 bzw. deren Antriebsmotor über den Adaptionsfaktor und den Stellwert aus den Pumpenkennlinien (vgl. 2) ausgewählt.
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In einem zehnten Schritt 20 wird die Abtastzeit, welche der Füllstandsensor 8 von Abtastung zu Abtastung benötigt, abgewartet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rasterwalze
- 2
- Kammerrakel
- 3
- Vorratsbehälter
- 4
- Vorlaufpumpe
- 5
- Auffangwanne
- 6
- Abfluss
- 7
- Füllstand
- 8
- Füllstandsensor
- 9
- Rücklaufpumpe
- 10
- Vorlaufleitung
- 11
- Rücklaufleitung
- 12–20
- Schritt
- 21
- Regler
- 22
- Stellglied
- 23
- Regelstrecke
- 24
- Einstellmechanismus
- 25
- Referenzmodell
- A–C
- Kennlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8096237 B2 [0002]
- DE 102007-020678 A1 [0004]
