DE102013214731A1

DE102013214731A1 - Computerimplementiertes Verfahren zur Bahnzugkrafteinstellung

Info

Publication number: DE102013214731A1
Application number: DE102013214731.7A
Authority: DE
Inventors: Holger Schnabel; Stephan Schultze; Mario Goeb
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-07-29
Filing date: 2013-07-29
Publication date: 2015-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Computerimplementiertes Verfahren zur Regelung der Zugkraft einer Warenbahn (2) einer Bahnbearbeitungsmaschine (1), wobei die Warenbahn (2) durch eine Referenzklemmstelle (16) und wenigstens zwei angesteuerte Klemmstellen (21) eingeklemmt und in Warenbahnabschnitte unterteilt ist, wobei zur Regelung der Bahnzugkraft in einem der Warenbahnabschnitte ein Funktionsmodul erster Art bereitgestellt wird, das programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus einer Regelabweichung (ek) nach Maßgabe einer Regelvorschrift (17) eine Stellgröße (uk) für eine diesen Warenbahnabschnitt begrenzende angesteuerte Klemmstelle (21) von den wenigstens zwei angesteuerten Klemmstellen (21) zu berechnen und auszugeben, wobei zur Entkopplung der Warenbahnabschnitte voneinander ein Funktionsmodul zweiter Art bereitgestellt wird, das programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus der Stellgröße (uk) für eine angesteuerte Klemmstelle (21) nach Maßgabe einer Entkoppelvorschrift (18) eine Vorsteuergröße (vk) für wenigstens eine der angesteuerten Klemmstelle (21) nachfolgende Klemmstelle (21) zu berechnen und auszugeben, wobei zur Kombination von Stellgrößen (uk) und Vorsteuergrößen (vk) für die wenigstens zwei angesteuerten Klemmstellen (21) ein Funktionsmodul dritter Art (15) bereitgestellt wird, das programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus den Stellgrößen (uk) und den Vorsteuergrößen (vk) für die mehreren Klemmstellen (21) nach Maßgabe einer Kombinationsvorschrift für jede der mehreren Klemmstellen (21) jeweils eine modifizierte Stellgröße (uk') zu berechnen und auszugeben, wobei die wenigstens zwei angesteuerten Klemmstellen (21) nach Maßgabe der modifizierten Stellgrößen (uk') relativ zu der Referenzklemmstelle (16) angesteuert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Bahnzugkrafteinstellung.
Obwohl die Erfindung nachfolgend im Wesentlichen unter Bezugnahme auf Druckmaschinen beschrieben wird, ist sie nicht auf eine derartige Anwendung beschränkt, sondern vielmehr bei allen Arten von Bahnbearbeitungsmaschinen verwendbar, bei denen eine Zugkraft einer Warenbahn bzw. Materialbahn vorgegeben werden soll. Die Warenbahn kann aus Papier, Stoff, Pappe, Kunststoff, Metall, Gummi, in Folienform usw. ausgebildet sein.
Stand der Technik
Bei Bahnbearbeitungsmaschinen, insbesondere Druckmaschinen, wird eine Warenbahn entlang von angetriebenen Walzen (Bahntransportwalzen), wie z.B. Zugwalzen oder Vorschubwalzen, und nicht angetriebenen Walzen, wie z.B. Umlenk-, Leit-, Trocknungs- oder Kühlwalzen, bewegt. Die Warenbahn wird gleichzeitig mittels meist ebenfalls angetriebener Bearbeitungswerke bearbeitet, bspw. bedruckt, gestanzt, geschnitten, gefalzt usw.
Die Zugkraft bzw. Bahnspannung (solange keine Querschnittsänderung auftritt, sind Zugkraft und Spannung proportional; gemessen wird jedoch üblicherweise die Zugkraft) der Warenbahn wird im Wesentlichen mittels 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 ein Kraftschluss zwischen der angetriebenen Druckwalze, dem Presseur und der Materialbahn besteht, gebildet. Die Warenbahn ist in Warenbahnabschnitte unterteilt, wobei ein Warenbahnabschnitt von zwei Klemmstellen begrenzt wird. Innerhalb eines Warenbahnabschnitts können weitere angetriebene und/oder nicht angetriebene Walzen angeordnet sein. Oftmals ist die gesamte Warenbahn in mehrere Warenbahnabschnitte, mitunter auch mit unterschiedlichen Zugkraftsollwerten, unterteilt. Zur Aufrechterhaltung der Sollwerte wird üblicherweise eine sog. Bahnspannungsregelung (Bahnzugkraftregelung) eingesetzt. Die Verstellung bzw. Regelung der Bahnzugkraft erfolgt meist über eine Dehnung als Stellgröße, indem die Drehgeschwindigkeit der Walzen der Klemmstellen beeinflusst wird. Dies wird im Folgenden auch mit "Verstellen der Klemmstelle" bezeichnet.
Die Verstellung bzw. Regelung der Bahnzugkraft eines Warenbahnabschnitts kann durch unterschiedliche Verfahren erfolgen. Downstream bedeutet, dass die den Warenbahnabschnitt stromabwärts begrenzende Klemmstelle verstellt wird, um die Bahnzugkraft im Warenbahnabschnitt zu beeinflussen, Upstream bedeutet, dass die den Warenbahnabschnitt stromaufwärts begrenzende Klemmstelle verstellt wird, um die Bahnzugkraft im Warenbahnabschnitt zu beeinflussen. Bei dieser einfachen Ausgestaltung ist jedoch die Bahnzugkraft in führenden und/oder nachfolgenden Warenbahnabschnitten nicht von der Stellbewegung entkoppelt. Vielmehr wird die Änderung der Bahnzugkraft dem Warenbahnverlauf folgend durch die Maschine transportiert und ist in allen nachfolgenden Abschnitten auszuregeln. Zusätzlich zu dieser indirekten Störung aufgrund des Transports der Materialbahn tritt in dem Warenbahnabschnitt, der an die verstellte Klemmstelle angrenzt, eine direkte Störung aufgrund des Stelleingriffs auf. Es ist jedoch möglich, mittels unterschiedlich ausgestalteter Vorsteuerungen die übrigen Warenbahnabschnitte zu entkoppeln, d.h. die dort herrschende Bahnspannung von dem Stelleingriff unbeeinflusst zu lassen. Eine Übersicht über zahlreiche Verfahren zur Bahnzugkrafteinstellung mit und ohne Entkopplung findet sich in der in der DE 10 2011 014 074 A1 . Möglichkeiten zur gestellten Veränderung der Bahnspannung in einem der übrigen Warenbahnabschnitte werden in der DE 10 2011 105 448 A1 beschrieben.
Davon ausgehend ist es wünschenswert, diese Methoden möglichst einfach aber dennoch flexibel in die Praxis umzusetzen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein computerimplementiertes Verfahren zur Bahnzugkrafteinstellung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt eine spezielle Computerimplementierung von Bahnzugkraftregel- bzw. -steuerverfahren in Form von Funktionsmodulen bereit, die eine sehr große Flexibilität für den Anwender ermöglicht, dennoch aber prinzipiell mit sehr wenigen unterschiedlichen Funktionsmodulen auskommt. Die Lösung erlaubt insbesondere die Verwendung gleichartiger Funktionsmodule für unterschiedlichste Maschinenkonfigurationen und Anwendungsfälle.
Konkret schlägt die Erfindung eine Computerimplementierung vor, bei der der Regelungsaspekt für einen Warenbahnabschnitt in einem Funktionsmodul erster Art, der Aspekt der Entkopplung der Warenbahnabschnitte voneinander in einem Funktionsmodul zweiter Art und der Aspekt der Ansteuerung mehrerer Klemmstellen in einem Funktionsmodul dritter Art implementiert werden. Vorzugsweise sind Funktionsmodul erster Art und Funktionsmodul zweiter Art als ein erweitertes Funktionsmodul erster Art oder Funktionsmodul zweiter Art und Funktionsmodul dritter Art als ein erweitertes Funktionsmodul dritter Art zusammengefasst.
Bei der Programmierung wird dann für jeden zu regelnden Warenbahnabschnitt ein (ggf. erweitertes) Funktionsmodul erster Art verwendet, wobei mehrere Funktionsmodule erster Art mit einem einzigen Funktionsmodul dritter Art zusammen verwendet werden können. Die Maximalanzahl der mit einem Funktionsmodul dritter Art verwendbaren Funktionsmodule erster Art hängt von der konkreten Ausgestaltung des Funktionsmoduls dritter Art ab.
Im Rahmen der Erfindung wird gemäß einem ersten Aspekt ein Funktionsmodul erster Art vorgeschlagen, das programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus einer Regelabweichung (Differenz e zwischen Sollwert w und Istwert y) nach Maßgabe einer Regelvorschrift eine Stellgröße u für eine angesteuerte Klemmstelle zu berechnen und an einem Ausgang auszugeben. Das Funktionsmodul erster Art weist Eingänge für die Regelabweichung und/oder für Soll- und Istwert und ggf. für Parameter der Regelvorschrift auf. Die Regelvorschrift umfasst einen Proportionalanteil und vorzugsweise auch einen Integralanteil (in einfacher Ausführung also ein P- oder ein PI-Glied). Die Übertragungsfunktion eines PI-Glieds lautet:

K_P:: Proportionalbeiwert
T_N:: Nachstellzeit
K_I:: Integrierbeiwert = K_P/T_N

Mit dieser Lösung können vorteilhaft herkömmliche Regel-Funktionsmodule (P- oder PI-Glieder) weiter verwendet werden. Als Parameter der Regelvorschrift werden dem Funktionsmodul die Reglerparameter Proportionalbeiwert und Nachstellzeit oder andere Größen, aus denen diese beiden Reglerparameter berechnet werden können, zugeführt. Üblicherweise müssen die Reglerparameter während des Normalbetriebs nicht verändert werden. Für den Normalbetrieb muss einem Funktionsmodul erster Art daher lediglich die Regelabweichung zugeführt werden.
Ein Funktionsmodul zweiter Art ist programmtechnisch dazu eingerichtet, aus der Stellgröße nach Maßgabe einer Entkoppelvorschrift eine Vorsteuergröße v zu berechnen und an einem Ausgang auszugeben. Die Entkoppelvorschrift umfasst einen Differenzialanteil und vorzugsweise auch einen Verzögerungsanteil (in einfacher Ausführung also ein DT1-Glied). Die Übertragungsfunktion eines DT1-Glieds lautet:

K_D:: Differenzierbeiwert (= Differenzierzeit T_D)
T₁:: Verzögerungszeit

Diese Reglerparameter können auf einfache Weise, wie in den einleitend genannten und in diesen wiederum referenzierten Veröffentlichungen ausführlich beschrieben, aus der Warenbahnabschnittslänge und der Warenbahngeschwindigkeit (m/s) berechnet werden. Als Parameter der Entkoppelvorschrift werden dem Funktionsmodul daher vorzugsweise Differenzierbeiwert und Verzögerungszeit oder Warenbahnabschnittslänge und die Warenbahngeschwindigkeit zugeführt. Üblicherweise ändern sich Warenbahnabschnittslängen während des Normalbetriebs nicht und auch die Warenbahngeschwindigkeit bleibt mehr oder weniger konstant. Für den Normalbetrieb muss einem Funktionsmodul zweiter Art daher lediglich die Stellgröße zugeführt werden.
Die Vorsteuergröße v dient dazu, die Bahnzugkraft in nachfolgenden Warenbahnabschnitten von Regeleingriffen auf einen vorausgehenden Warenbahnabschnitt zu entkoppeln, also davon unbeeinflusst zu lassen.
Handelt es sich um ein erweitertes Funktionsmodul erster Art, erfüllt es die Funktion eines Funktionsmoduls erster Art und die eines Funktionsmoduls zweiter Art. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass bereits ein erweitertes Funktionsmodul erster Art ohne weiteres in der Lage ist, die Bahnzugkraft in einem zugeordneten Warenbahnabschnitt zu regeln und die jeweilige Bahnzugkraft in den nachfolgenden Warenbahnabschnitten davon unbeeinflusst zu lassen, indem die der angesteuerten Klemmstelle nachfolgenden Klemmstellen mit einer Vorsteuergröße beaufschlagt werden.
Weiterhin wird ein Funktionsmodul dritter Art vorgeschlagen, das programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus Stellgrößen u_k für mehrere angesteuerte Klemmstellen k und zugehörigen Vorsteuergrößen v_k nach Maßgabe einer Kombinationsvorschrift für jede der mehreren angesteuerten Klemmstellen jeweils eine modifizierte Stellgröße u_k' zu berechnen und an einem Ausgang auszugeben. Die Stellgrößen u werden von Funktionsmodulen erster Art und die Vorsteuergrößen v von den Funktionsmodulen zweiter Art erhalten, die modifizierten Stellgrößen u_k' werden an die angesteuerten Klemmstellen k ausgegeben. Die Kombinationsvorschrift lässt sich durch eine einfache Matrixrechnung ausdrücken gemäß u' = u + Mv.
Dabei ist die Kombinationsmatrix M nur von der Konfiguration der Warenbahnabschnitte, genauer von der Position einer Referenzklemmstelle, relativ zu der die Drehgeschwindigkeiten der angesteuerten Klemmstellen beeinflusst werden, abhängig. Beispielsweise hat die Kombinationsvorschrift für den Fall, dass vier Klemmstellen k = 1, ..., 4 angesteuert werden, wobei die vorhergehende "nullte" Klemmstelle die Referenzklemmstelle ist, die Form:
Handelt es sich um ein erweitertes Funktionsmodul dritter Art, erfüllt es die Funktion eines Funktionsmoduls zweiter Art und die eines Funktionsmoduls dritter Art. Ein erweitertes Funktionsmodul dritter Art ist programmtechnisch dazu eingerichtet, aus Stellgrößen u_k für mehrere angesteuerte Klemmstellen k nach Maßgabe einer Entkoppel- und Kombinationsvorschrift für jede der mehreren angesteuerten Klemmstellen jeweils eine modifizierte Stellgröße u_k' zu berechnen und an einem Ausgang auszugeben. Auch die Entkoppel- und Kombinationsvorschrift lässt sich durch eine einfache Matrixrechnung ausdrücken gemäß: u' = u + M'u
Dabei ist die Entkoppel- und Kombinationsmatrix M' von der Position der Referenzklemmstelle, von den Warenbahnabschnittslängen und von der Warenbahngeschwindigkeit abhängig, wie es sich für den Fachmann bei verständiger Würdigung des bisher gesagten ergibt.
Die Stellgröße und Vorsteuergröße sind vorzugsweise jeweils ein sog. Getriebefeinabgleich, d.h. ein Getriebefaktor, der die Drehzahl eines von dem Regler angesteuerten Antriebs relativ zu einer Vorgabedrehzahl (insbesondere zu einer Leitachsdrehzahl) beeinflusst.
Sollen bestimmte Warenbahnabschnitte hinsichtlich ihrer Zugkraft nicht geregelt, sondern nur gestellt werden, wird dafür optional ein Funktionsmodul vierter Art vorgeschlagen, das anstelle eines Funktionsmoduls erster Art verwendet wird. Das Funktionsmodul vierter Art berechnet nach Maßgabe einer Stellvorschrift aus einer zugeführten Stellgröße u_k-1 für eine unmittelbar führende Klemmstelle k – 1 eine Stellgröße u_k für eine angesteuerte Klemmstelle k. Die Stellvorschrift umfasst einen Differenzialanteil und einen Verzögerungsanteil (in einfacher Ausführung also ein DT1-Glied). Die Stellvorschrift unterscheidet sich von der oben genannten Entkoppelvorschrift insbesondere durch die die Verzögerungszeit und den Differenzierbeiwert bestimmenden Warenbahnabschnittslängen, wie aus der DE 10 2001 105 448 A1 hervorgeht. Üblicherweise ändern sich Warenbahnabschnittslängen während des Normalbetriebs nicht und auch die Warenbahngeschwindigkeit bleibt mehr oder weniger konstant. Für den Normalbetrieb muss einem Funktionsmodul vierter Art daher lediglich die Stellgröße zugeführt werden.
Die Verwendung eines Funktionsmoduls vierter Art anstelle eines Funktionsmoduls erster Art erlaubt das Einsparen einer Messstelle für die Bahnzugkraft, da kein Istwert benötigt wird. Auch ermöglicht dies, die Zugkraft in mehreren Warenbahnabschnitten mit gleichem zeitlichem Verhalten zu verändern. Beispielsweise kann die Zugkraft in wenigstens zwei Warenbahnabschnitten gleichzeitig um einen bestimmten Prozentsatz erhöht oder verringert werden. Die Zugkräfte können insbesondere gleich sein. Optional kann auch ein zusätzlicher Geschwindigkeits-Faktor (Feinabgleich) vorgesehen sein, der dazu führt, dass sich die Bahnzugkraft im nachfolgenden Warenbahnabschnitt mit identischem zeitlichem Verhalten ändert, jedoch um einen gewissen konstanten Betrag von der Bahnzugkraft im geregelten Abschnitt abweicht (Offset, Differenz-Bahnzugkraft).
Auch das Funktionsmodul vierter Art kann als erweitertes Funktionsmodul vierter Art gleichzeitig die Funktion eines Funktionsmoduls zweiter Art erfüllen und programmtechnisch dazu eingerichtet sein, aus der Stellgröße u_k nach Maßgabe der bereits genannten Entkoppelvorschrift eine Vorsteuergröße v_k zu berechnen und an einem Ausgang auszugeben.
Vorzugsweise ist ein Funktionsmodul als Funktionsbaustein realisiert. Funktionalitäten können z.B. in SPSen (Speicherprogrammierbare Steuerung, engl. PLC programmable logic controller) mittels Funktionsbausteinen (FB) abgebildet werden, die im Kontext der SPS (SPS-Programm) abgearbeitet werden. Funktionsbausteine enthalten üblicherweise jeweils eine oder mehrere technologisch oder funktionell zusammengehörende Programmanweisungen. Ein vollständiges SPS-Programm setzt sich in der Regel aus mehreren Funktionsbausteinen zusammen, wobei die einzelnen Bausteine in unterschiedlichen SPSanwendungsbezogenen Sprachen eingegeben sein können. Funktionsmodule können jedoch auch als andere Programmteile, beispielsweise als Funktionen, Prozeduren, Methoden u.ä. bereitgestellt werden. Optional sind die Funktionsmodule auch in einer Hochsprache (z.B. C, C++ usw.) programmiert, die ebenfalls auf einer SPS mittels einer Hochsprachenschnittstelle ausführbar sind.
Die Erfindung stellt Funktionsmodule bereit, mit denen ein Anwender auf einfache Weise die Zugkraftregelung bei seiner Bahnbearbeitungsmaschine implementieren kann. Dabei sind die Anzahl der Klemmstellen, die Anordnung der Referenzklemmstelle und die Anordnung und Anzahl der Zugkraftmessungen frei wählbar, wobei weniger Zugraftmessungen möglich sind, als angesteuerte Klemmstellen vorhanden sind.
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 von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
1 zeigt schematisch eine erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäß betriebenen Bahnbearbeitungsmaschine.
2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäß betriebenen Bahnbearbeitungsmaschine.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen erweiterten Funktionsmoduls erster Art.
4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Funktionsmoduls dritter Art.
5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen erweiterten Funktionsmoduls vierter Art.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Anhand der 1 und 2 werden nun unterschiedliche Regel- und Steuerstrukturen zur Regelung bzw. Steuerung der Bahnzugkraft für Warenbahnabschnitte A1, A2, ... in einer hier beispielsweise als Druckmaschine ausgebildeten Bahnbearbeitungsmaschine beschrieben.
In 1 ist schematisch eine Bahnbearbeitungsmaschine 1 dargestellt, bei der eine Materialbahn 2 durch die Maschine transportiert und bearbeitet wird. Die in 1 dargestellte Maschine 1 weist dazu vier Klemmstellen 16, 21 auf, die als Transportwerke oder Bearbeitungswerke (z.B. Druckwerke) ausgebildet sein können. Jede der Klemmstellen 16, 21 verfügt über eine separat angetriebene Walze 10 (z.B. Zugwalze oder Druckwalze) sowie eine jeweils zugehörige Andruckwalze 11, wobei die Warenbahn 2 zwischen angetriebener Walze und Andruckwalze eingeklemmt wird, so dass von der Bewegung der angetriebenen Walze eine Bewegung der Warenbahn 2 in Bahnlaufrichtung 22 hervorgerufen wird. Die Warenbahn ist in Warenbahnabschnitte A1–A4 unterteilt, wobei ein Warenbahnabschnitt von zwei benachbarten Klemmstellen begrenzt wird.
Die erste Klemmstelle 16 ist eine Referenzklemmstelle, deren angetriebene Walze 10 sich nach Maßgabe einer Referenzdrehzahl n (Leitachsdrehzahl) dreht. Die Walze 10 wird von einem elektrischen Antrieb (z.B. Synchronmotor) angetrieben, dessen Bewegung wiederum von einem Antriebsregler kontrolliert wird, insbesondere die Ist-Drehzahl auf eine Soll-Drehzahl regelt.
Zur Ansteuerung der nachfolgenden Klemmstellen 21 ist diesen jeweils ein Korrekturglied 12 zugeordnet, welches aus der Referenzdrehzahl n und einer klemmstellenspezifischen (modifizierten) Stellgröße u₁' bis u₄' eine jeweilige Klemmstellenantriebsdrehzahl n₁ bis n₄ berechnet. Auf diese Weise können durch geeignete Vorgabe der Stellgrößen u₁' bis u₄' individuelle Drehzahlen für alle Klemmenstellen 21 vorgegeben werden. Auch jede der Walzen 10 der Klemmstellen 21 wird von einem eigenen elektrischen Antrieb und Antriebsregler angetrieben.
Zwischen den jeweiligen Klemmstellen 16, 21 durchläuft die Warenbahn 2 Messeinrichtungen 20 zur Messung der jeweiligen Zugkraft y₁ bis y₄ in den jeweiligen Warenbahnabschnitten A1–A4 zwischen zwei benachbarten Klemmstellen.
Die gemessenen Bahnzugkraftistwerte y₁ bis y₄ werden jeweils einem Vergleichsglied zugeführt und mit einem jeweils zugehörigen Bahnzugkraftsollwert w₁ bis w₄ verglichen, woraus eine jeweilige Regelabweichung e₁ bis e₄ berechnet und einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen erweiterten Funktionsmoduls erster Art 14 zugeführt wird.
Unter Verweis auf 3 ist das erweiterte Funktionsmodul erster Art 14 hier als Regel- und Vorsteuermodul ausgebildet, welches programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus einer zugeführten Regelabweichung e_k eine Stellgröße u_k und eine Vorsteuergröße v_k zu berechnen. Die Stellgröße u_k wird dabei aus der Regelabweichung e_k nach Maßgabe einer Regelvorschrift 17 berechnet, welche in 3 als PI-Regler mit einem Proportionalbeiwert K_P und einer Nachstellzeit T_N ausgebildet ist.
Weiterhin ist das Regel- und Vorsteuermodul 14 programmtechnisch dazu eingerichtet, aus der Stellgröße u_k nach Maßgabe einer Entkoppelvorschrift 18 die Vorsteuergröße v_k zu berechnen und auszugeben. Die Entkoppelvorschrift 18 ist hier als DT1-Glied mit einem Differenzierbeiwert K_D und einer Verzögerungszeit T₁ ausgebildet.
Die beschriebenen Reglerparameter K_P, T_N, K_D und T₁ können vom Anwender vorgegeben werden, wobei insbesondere die geometrischen Gegebenheiten der Bahnbearbeitungsmaschine, wie Warenbahnabschnittslängen (d.h. Bahnlänge zwischen zwei benachbarten Klemmstellen), und Warenbahngeschwindigkeit berücksichtigt werden, oder sie werden in dem Funktionsmodul aus den geometrischen Gegebenheiten und der Warenbahngeschwindigkeit berechnet, die in das Funktionsmodul eingegeben werden. Dies ist in den einleitend genannten Veröffentlichungen ausführlich beschrieben.
Die von den Regel- und Vorsteuermodulen 14 berechneten und ausgegebenen Stellgrößen u₁ bis u₄ und v₁ bis v₄ werden einem Funktionsmodul dritter Art 15 zugeführt, welches programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus den zugeführten Stellgrößen u und Vorsteuergrößen v modifizierte Stellgrößen u₁' bis u₄' zu berechnen und zur Ansteuerung der Klemmstellen auszugeben.
In 4 ist ein bevorzugtes Funktionsmodul dritter Art 15 als Kombinationsmodul für vier Klemmstellen schematisch abgebildet, welches programmtechnisch dazu eingerichtet ist, die Stellgrößen u und Vorsteuergrößen v nach Maßgabe einer Kombinationsvorschrift zu kombinieren und die daraus berechneten modifizierten Stellgrößen u' auszugeben. Die Kombinationsvorschrift ist eine Matrixrechnung u' = u + Mv, welche in 4 zur besseren Veranschaulichung grafisch dargestellt ist. Insbesondere werden die jeweiligen Stellgrößen mit den Vorsteuergrößen aller vorhergehenden Regel- und Vorsteuerglieder additiv beaufschlagt, um die modifizierte Stellgröße u' zu berechnen. Bei den Stellgrößen, Vorsteuergrößen und modifizierten Stellgrößen handelt es sich um sogenannte Getriebefeinabgleiche, welche, wie bereits einleitend erläutert, für die Berechnung der Drehzahl herangezogen werden gemäß n_k = n(1 + u'_k/100%).
Die konkrete Form der Kombinationsmatrix M hängt für ein Funktionsmodul dritter Art 15 mit einer vorgegebenen Anzahl an Eingängen für Stellgrößen (und ggf. Vorsteuergrößen) nur von der Konfiguration der Bahnbearbeitungsmaschine ab, d.h. speziell von der Position der Referenzklemmstelle. Das Funktionsmodul dritter Art 15 kann programmtechnisch mit einer Anzahl von Entkoppelmatrizen ausgerüstet sein, die für die vorgegebene Anzahl an Eingängen alle möglichen Fälle abdeckt. Für die Auswahl der zu verwendenden Kombinationsmatrix wird somit lediglich die Information über die Position der Referenzklemmstelle 16 benötigt, welche als Eingangsgröße 19 zugeführt wird. Das Funktionsmodul dritter Art kann für eine größere Anzahl an Stell- und Vorsteuergrößen ausgelegt sein, als für den konkreten Anwendungsfall benötigt werden. Dies stellt jedoch kein Problem dar, da in einem solchen Fall die zugehörigen Eingänge und Ausgänge frei bzw. unverschaltet bleiben können. Anstelle der Vorgabe einer Referenzklemmstelle kann auch ein beliebiger Punkt auf der Warenbahn gewählt werden, an dessen Stelle keine Warenbahngeschwindigkeitsänderungen stattfinden soll. Man kann sich dies wie eine "virtuelle" Referenzklemmstelle vorstellen. Diese Möglichkeit der Wahl eines beliebigen Punktes auf der Warenbahn ist beispielsweise in der DE 10 2011 014 074 ausgeführt. Auch hierfür kann eine geeignete Kombinationsmatrix vom Fachmann erstellt werden.
In 2 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäß betriebenen Bahnbearbeitungsmaschine dargestellt, welche im Wesentlichen der Ausführungsform gemäß 1 entspricht. Gleiche Elemente werden daher an dieser Stelle nicht erneut beschrieben. Die Warenbahn ist in Warenbahnabschnitte A1–A5 unterteilt, wobei ein Warenbahnabschnitt von zwei benachbarten Klemmstellen begrenzt wird. Die Referenzklemmstelle ist wiederum mit 16, angesteuerte Klemmstellen sind mit 21 bezeichnet.
Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 handelt es sich jedoch bei der Ausführungsform gemäß 2 bei dem zweiten und dritten Warenbahnabschnitt A2, A3 um gestellte Warenbahnabschnitte, in denen die Bahnzugkraft nicht geregelt, sondern lediglich gestellt wird. Dadurch können in diesen Warenbahnabschnitten insbesondere Zugkraftmessstellen 20 eingespart werden.
Für die Vorgabe der Stellgrößen und Vorsteuergrößen wird anstelle eines Regel- und Vorsteuermoduls 14 ein als Stell- und Vorsteuermodul 24 ausgebildetes erweitertes Funktionsmodul vierter Art verwendet. Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Stell- und Vorsteuermodul 24 programmtechnisch dazu eingerichtet, aus einer Stellgröße u_k-1 für eine unmittelbar führende Klemmstelle k – 1 nach Maßgabe einer Stellvorschrift 25 eine Stellgröße u_k zu berechnen. Die Stellvorschrift 25 ist hier als DT1-Glied mit einem Differenzierbeiwert K_D' und einer Verzögerungszeit T₁' ausgebildet. Weiterhin ist das Stell- und Vorsteuermodul 24 dazu eingerichtet, aus der Stellgröße u_k nach Maßgabe der Entkoppelvorschrift 18 eine Vorsteuergröße v_k in einer dem Regel- und Vorsteuermodul 14 entsprechenden Weise zu bestimmen. Auch hier können die Reglerparameter K_D', T₁', K_D und T₁ vom Anwender unter Berücksichtigung der geometrischen Gegebenheiten und Warenbahngeschwindigkeit vorgegeben werden, oder sie werden in dem Funktionsmodul aus den geometrischen Gegebenheiten und der Warenbahngeschwindigkeit berechnet, die in das Funktionsmodul eingegeben werden.
Weiterhin unterscheidet sich die Ausführungsform gemäß 2 von der Ausführungsform gemäß 1 durch die Position der Referenzklemmstelle 16, welche in 2 die Warenbahnabschnitte A4 und A5 begrenzt. Dementsprechend wird vorzugsweise eine Kombinationsmatrix M verwendet werden, welche zu einer Regelstruktur gemäß dem Beispiel (4) in Absatz [0024] der DE 10 2001 014 074 A1 führt. Hinsichtlich näherer Details zu Referenzklemmstellen zwischen angesteuerten Klemmstellen sei auch auf die DE 10 2008 056 132 A1 und die 1 der DE 10 2009 016 206 A1 verwiesen. Ein gegebenenfalls erwünschtes PT1-Verhalten kann durch Ausnutzung der Äquivalenz zwischen dem in v enthaltenen DT1- und (1-PT1)-Verhalten erzeugt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011014074 A1 [0005]
DE 102011105448 A1 [0005]
DE 102001105448 A1 [0022]
DE 102011014074 [0046]
DE 102001014074 A1 [0050]
DE 102008056132 A1 [0050]
DE 102009016206 A1 [0050]

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zur Regelung der Zugkraft einer Warenbahn (2) einer Bahnbearbeitungsmaschine (1), wobei die Warenbahn (2) durch eine Referenzklemmstelle (16) und wenigstens zwei angesteuerte Klemmstellen (21) eingeklemmt und in Warenbahnabschnitte unterteilt ist, wobei zur Regelung der Bahnzugkraft in einem der Warenbahnabschnitte ein Funktionsmodul erster Art bereitgestellt wird, das programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus einer Regelabweichung (e_k) nach Maßgabe einer Regelvorschrift (17) eine Stellgröße (u_k) für eine diesen Warenbahnabschnitt begrenzende angesteuerte Klemmstelle (21) von den wenigstens zwei angesteuerten Klemmstellen (21) zu berechnen und auszugeben, wobei zur Entkopplung der Warenbahnabschnitte voneinander ein Funktionsmodul zweiter Art bereitgestellt wird, das programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus der Stellgröße (u_k) für eine angesteuerte Klemmstelle (21) nach Maßgabe einer Entkoppelvorschrift (18) eine Vorsteuergröße (v_k) für wenigstens eine der angesteuerten Klemmstelle (21) nachfolgende Klemmstelle (21) zu berechnen und auszugeben, wobei zur Kombination von Stellgrößen (u_k) und Vorsteuergrößen (v_k) für die wenigstens zwei angesteuerten Klemmstellen (21) ein Funktionsmodul dritter Art (15) bereitgestellt wird, das programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus den Stellgrößen (u_k) und den Vorsteuergrößen (v_k) für die mehreren Klemmstellen (21) nach Maßgabe einer Kombinationsvorschrift für jede der mehreren Klemmstellen (21) jeweils eine modifizierte Stellgröße (u_k') zu berechnen und auszugeben, wobei die wenigstens zwei angesteuerten Klemmstellen (21) nach Maßgabe der modifizierten Stellgrößen (u_k') relativ zu der Referenzklemmstelle (16) angesteuert werden.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Funktionsmodul erster Art und ein Funktionsmodul zweiter Art zu einem erweiterten Funktionsmodul erster Art (14) kombiniert sind.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Funktionsmodul zweiter Art und ein Funktionsmodul dritter Art (15) zu einem erweiterten Funktionsmodul dritter Art kombiniert sind.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Stellung der Bahnzugkraft in einem der Warenbahnabschnitte ein Funktionsmodul vierter Art bereitgestellt wird, das programmtechnisch dazu eingerichtet ist, aus einer Stellgröße (u_k) für eine vordere diesen Warenbahnabschnitt begrenzende angesteuerte Klemmstelle (21) nach Maßgabe einer Stellvorschrift (25) eine Stellgröße (u_k) für eine hintere diesen Warenbahnabschnitt begrenzende angesteuerte Klemmstelle (21) von den wenigstens zwei angesteuerten Klemmstellen (21) zu berechnen und auszugeben.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Stellvorschrift (25) einen Differenzialanteil und einen Verzögerungsanteil umfasst.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Funktionsmodul vierter Art und ein Funktionsmodul zweiter Art zu einem erweiterten Funktionsmodul vierter Art (24) kombiniert sind.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regelvorschrift einen Proportionalanteil und vorzugsweise einen Integralanteil umfasst.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Entkoppelvorschrift einen Differenzialanteil und vorzugsweise einen Verzögerungsanteil umfasst.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kombinationsvorschrift eine Matrixrechnung umfasst.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kombinationsvorschrift von einer Position der Referenzklemmstelle (16) abhängig ist.