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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Bahnspannung eines
Mehrbahnsystems gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Durch
die
EP 08 37 825 A2 ist
ein Verfahren zur Regelung der Bahnspannung von mehreren Bahnen
bekannt, wobei anhand der jeweiligen Bahnspannung mehrerer Bahnen über eine
auf Fuzzy-Logik basierende Regelung die Bahnspannungsniveaus zueinander
geregelt werden.
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Aus
der
DE 100 27 471
A1 ist ein Verfahren zur Regelung von Bahnspannungen im
Mehrbahnbetrieb bekannt, wobei zunächst absolute und relative Spannungen
der Bahnen zueinander am Trichtereinlauf eingestellt werden. Dies
erfolgt vorzugsweise mit dem jeweiligen Einzugwerk.
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Durch
die
DE 44 31 927 A1 ist
ein Verfahren zum Falten von Papierbahnen offenbart, wobei eine Spannung
einer Bahn innerhalb einer Falteinrichtung auf ein gewünschtes
Niveau geregelt wird. Hierzu wird die Bahnspannung im Bereich der
Falteinrichtung durch einen Eingangszylinder und einen Ausgangszylinder
von der umgebenden Bahnspannung spannungstechnisch isoliert.
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Die
DE 199 36 291 A1 zeigt
ein Verfahren zur Bestimmung von Schnittlagen in einem Mehrbahnsystem
mit einem inneren Regelkreis pro Bahnstrang und einem äußeren Regelkreis
pro Heftstrang. Vom äußeren Regelkreis
wird ein Korrekturwerte den inneren Regelkreisen zugeführt, welche
ihrerseits auf Stellglieder wirken.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Mehrbahnsystem eine stabile
und bezogen auf die Gesamtlösung
verbesserte Regelung der Spannungen zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung schafft ein System zur selbsteinstellenden Regelung der
Bahnspannung für
mehrbahnige Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Rotationsdruckmaschinen.
Es ist durch seine geschlossene Regelung eine wesentliche Weiterentwicklung gegenüber derzeit
in Rotationsdruckmaschinen üblichen
Bahnspannungs-Kontrollsystemen. Das System ist für dreifach- bzw. doppeltbreite
Druckmaschinen von Vorteil.
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Das
auf der Fuzzy-Logik basierenden Regelungskonzept leistet einen innovativen
Beitrag für mehr
Produktionssicherheit und Qualitätskonstanz
in einer unter Kostengesichtspunkten zunehmend auf weniger Makulatur
und weniger manuelle Eingriffe ausgerichteten Produktion. Die Regelung
unterstützt den
Bediener beim Anfahren der Maschine, entlastet ihn bei der Bahnspannungsregelung
während
des Fortdruckes und leistet einen Beitrag zu mehr Stabilität in allen
Phasen der Produktion.
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Auf
dem Weg durch die Rotationsdruckmaschine vom Rollenwechsler über das
Einzugwerk, die Druckeinheiten und den Überbau bis in den Falzapparat
weist eine Papierbahn unterschiedliche Spannungszustände (bzw.
Spannungsrelief oder Spannungsprofil) auf, wobei die verwendete
Papiersorte (Hersteller, Grammatur, Papiertyp), das mehrmalige Aufbringen
von Druckfarbe und ggf. Feuchtwasser (im Offsetverfahren), die angetriebenen
Zugelemente (Einzugwerk mit oder ohne Tänzerwalze, Zugwalze, Trichtereinlaufwalze)
sowie Geschwindigkeitsänderungen
das reale Spannungsprofil der Papierbahn innerhalb der Maschine
beeinflussen. Noch anspruchsvoller und komplexer ist das Regeln
einer konstanten Bahnspannung im Mehrbahnenbetrieb. Dort ist im Überbau,
beim Trichtereinlauf und im Falzapparat auch die relative Spannung
der einzelnen Papierbahnen zueinander für optimale Bahnlauf- und Druckbedingungen
von Bedeutung.
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Bahnspannungsregelsysteme
auf der Basis von PID-Reglern sind bereits heute an modernen Zeitungsoffsetmaschinen
im Bereich der Rollenwechsler und Einzugwerke mit Tänzerwalze
realisiert. Die nachgelagerten Zugeinrichtungen in der Maschine (nach
den Druckwerken und im Trichtereinlauf) und Nachbaraggregate (andere
Rollenwechsler und Einzugwerke) werden dabei jedoch nicht übergreifend einbezogen
und geregelt. Von besonderem Vorteil der Erfindung ist daher die
Kopplung der Zugelemente entsprechend der Produktionssituation in
ein übergreifendes,
selbstregelndes Bahnspannungssystem.
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Mit
der intelligenten Bahnspannungsregelung der Erfindung sollen sowohl
ein optimales Spannungsprofil jeder einzelnen Papierbahn innerhalb
der Maschine als auch optimierte Spannungsprofile der einzelnen
Papierbahnen zueinander gewährleistet werden,
um die Anfahrsicherheit zu erhöhen
(Vermeidung von Papierrissen), die Netto-Produktionsleistung zu steigern (durch
weniger störungsbedingte Stillstandszeiten),
eine gleichförmige
Druckqualität zu
erreichen (weniger Registerdifferenzen) und die Laufsicherheit im
Mehrbahnenbetrieb zu verbessern.
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Bei
der vorliegenden Regelung stellt die Software auf Basis der Fuzzy-Logik
in Abhängigkeit
von der Situation am Trichtereinlauf und der jeweiligen Papierprofile
das optimale Spannungsniveau innerhalb einer Papierbahn ein und
nimmt die optimale Abstimmung der Bahnen zueinander vor. Mittels
der Papierprofile, d. h. vorliegender Informationen (z. B. Spannungs-Dehnungscharakteristik) über das
Verhalten der bestimmten Papiersorte, wird dabei das sortentypische
Verhalten jeder Papierbahn berücksichtigt.
Zur schnellen Festlegung der Einstelllogik ist im System Expertenwissen
hinterlegt.
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Das
intelligente Regelungssystem regelt direkt die tatsächlich gemessenen
Spannungswerte der Papierbahnen in der Bearbeitungsmaschine und nicht
indirekt auf Dehnungsmessung und -steuerung basierend über Motor-Momente.
Dies bringt Vorteile im Hinblick auf Effizienz sowie der positiven
Wirkung auf Makulatur, Produktionskosten und Bedienergonomie.
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Ein
wichtiger Punkt ist es, dass die Regelung basierend auf Fuzzy-Technologie
auf Expertenwissen zurückgreift,
und der Bediener keine Einstellungen mehr treffen muss. Die die
Produktion betreffenden Messwerte werden „eingeholt" und die betreffenden Aggregate zur
Beeinflussung der Spannung direkt angesprochen. Im Gegensatz zu
einem diskreten Regler, wird im vorliegenden Regelsystem nahezu
immer eine ideale Gesamtlösung
gefunden, ohne dass eine bestimmte Regelgröße exakt eingehalten werden
muss und eine Gesamtlösung
wie beim diskreten Regler damit ggf. nicht erzielbar ist. Dies gilt insbesondere
für den
die Einzelbahn betrachtenden Regler, welcher eine Vorgabe vom alle
Bahnen betrachtenden Regler erhält.
Von Vorteil ist es jedoch, wenn auch der letztgenannte mit Fuzzy-Logik
arbeitet, um ggf. Kompromisslösungen
für sie
Vorgabe der erstgenannten Regler vorzugeben.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
Druckmaschine mit mehreren Bahnen;
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2 eine
schematische Darstellung einer Regelung mit zwei Regelprozessen;
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3 eine
schematische Darstellung der Regelung der Druckmaschine aus 1;
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4 eine
grafische Darstellung des Verlaufs der Bahnspannung einer Bahn entlang
ihres Weges.
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1 zeigt
einen Weg mehrerer, mindestens zweier Bahnen B1; B2; B3; B4, z.
B. Materialbahn B1; B2; B3; B4, z. B. Papierbahn B1; B2; B3; B4
durch eine Bearbeitungsmaschine, insbesondere Druckmaschine, mit
die Bahnspannung wesentlich beeinflussenden, schematisch dargestellten
Aggregaten:
Die Bahn B1; B2; B3; B4, beispielhaft an der Bahn
B1 erläutert,
wird von einer Versorgung 01, z. B. einem Rollenwechsel 01,
gespeist und durchläuft
mindestens eine Zugeinrichtung (bzw. Bremseinrichtung) 02 zur
Förderung
und Einstellung einer Bahnspannung, z. B. ein Einzugwerk 02,
bevor sie eine Bearbeitungsstufe 03, z. B. mindestens eine
Druckeinheit 03 mit ein oder mehreren Druckwerken, durchläuft. Nach
einer der Bahn B1 zugeordneten letzten Druckstelle durchläuft sie
eine Messstelle 04 (nDE: nach Druckeinheit 03)
zur Ermittlung der Bahnspannung und anschließend ein die Bahnspannung beeinflussendes Stellglied 05,
z.B. eine Zugwalze 05 bzw. Walzen-/Zuggruppe 05. In einem nicht
dargestellten Oberbau können
Wendestangen und Längsschneideinrichtungen
angeordnet sein, durch welche entweder ungeschnittene Bahnen B1
gewendet oder gestürzt,
oder Bahnen B1 zunächst
geschnitten und dann gewendet oder gestürzt werden können. Vor dem
Einlauf der Bahn B1 (bzw. der Teilbahnen) in eine sog. Harfe 07 (eine
Mehrzahl von mehreren Bahnen B1; B2; B3; B4 bzw. Teilbahnen zugeordneten
Umlenkwalzen), ist für
jede Bahn B1 (bzw. jede Teilbahn) eine Messstelle 06 (vTE:
vor Trichtereinlauf) zur Ermittlung der Bahnspannung vorgesehen. Nach
der Harfe 07 werden die Bahn B1 (bzw. deren Teilbahnen)
zusammen mit anderen Bahnen B2; B3; B4 (bzw. deren Teilbahnen) zu
einem oder mehreren Strängen 13 zusammengeführt, passieren
ein weiteres die Bahnspannung beeinflussendes Stellglied 08, eine
Zugwalze 08 bzw. Walzen-/Zuggruppe 08, z. B. eine
sog. Trichtereinlaufwalze 08, bevor sie beispielsweise
durch einen oder mehrere Trichter 09 längs gefalzt werden. Wird das
Produkt nicht wieder aufgewickelt, so durchlaufen die Bahnen B1;
B2; B3; B4 (bzw. Teilbahnen) im Strang 13 ein weiteres
die Bahnspannung beeinflussendes Stellglied 10, eine weitere
Zugwalze 10 bzw. Walzen-/Zuggruppe 10, z. B. Falzzugwalzen 10,
und werden in mindestens einem Falzapparat 11 zumindest
einmal quer gefalzt. Das o. g. Einzugwerk 02 weist ein
die Bahnspannung beeinflussendes Stellglied 16, eine Zugwalze 16 bzw. Walzen-/Zuggruppe 16 oder
Tänzerwalze 16 und
ggf. eine gesonderte eine Messstelle 14 zur Ermittlung der
Bahnspannung auf (vDE: vor Druckeinheit 03). Das Stellglied 16 und
die Messstelle 14 können
auch ohne dass sie zu einem Einzugwerk 02 zusammengefasst
sind zwischen Rollenwechsel 01 und Druckeinheit 03 angeordnet
sein. Die gesonderte Messstelle 14 kann entfallen, wenn über das
Stellglied 16, beispielsweise als mittels Druckmittel betätigbares Stellglied 16,
bereits eine Adäquate
Information über die
vorliegende Spannung vorliegt.
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In
der in 1 dargestellten Druckmaschine werden dem Trichter 09 exemplarisch
Bahnen B1; B2; B3; B4 von auf unterschiedlichen Seiten angeordneten
Druckeinheiten 03 zugeführt,
wobei der Trichteraufbau mehrere Trichter 09 neben- und/oder untereinander
aufweisen kann, und mehrere aus den Bahnen B1; B2; B3; B4 gebildete
Stränge 13 auf mehr
als einen Falzapparat 11 geführt sein können. Auch müssen die
Bahnen B1; B2; B3; B4 nicht jeweils in der schematisch dargestellten
Weise je eine Druckeinheit 03 durchlaufen, sondern können z.
B. nach Durchlaufen eines Teils einer Druckeinheit 03 aus
dieser heraus geführt
werden und entweder gleich dem Oberbau oder aber einer anderen Druckeinheit 03 zur
Weiterbearbeitung zugeführt
werden. Wesentlich ist es jedoch, dass die Messstellen 04; 06; 14 und
die Stellglieder 05; 10; 16 für die unten
näher erläuterte Regelung
den Bahnen B1; B2; B3; B4 zugeordnet sind bzw. werden.
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In 1 sind
durch Pfeile die durch die Messstellen 04; 06; 14 gewonnenen
Signale S1.1; S1.2; S1.3 der Bahn B1, S2.1; S2.2; S2.3 der Bahn B2
etc. angedeutet. Auch im Bereich des Rollenwechslers 01 kann
ggf. ein die Spannung beschreibendes Signal S1.0; S2.0; S3.0; S4.0
(strichliert) einer nicht bezeichneten Messstelle erhalten werden. Weiter
sind die Vorgabewerte für
die Stellglieder 16; 05; als Signale S1.11; S1.12
für die
Bahn B1, S2.11; S2.12 für
die Bahn B2 etc. mit Pfeilen dargestellt. Das Signal Sx.11 stellt
beispielsweise einen Vorgabewert (Sollwert) für die Bahnspannung im Einzugwerk 02, das
Signal Sx.12 einen Vorgabewert (Sollwert) für die Voreilung der Zugwalze 05 dar.
Die Signale S0.13; S0.14 stellen die Vorgabewerte (Sollwerte), z.
B. die Voreilung, für
die Stellelemente 08 und 10 dar. Ein ggf. vorliegender
Vorgabewert (Sollwert) für
die Bahnspannung im Bereich des Rollenwechslers 02 ist
mit S1.10 für
die Bahn B1, mit S2.10 für
die Bahn B2 etc. bezeichnet.
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Die
Druckmaschine aus 1 weist ein Regelsystem 17 auf,
dessen Konzept zunächst
prinzipiell anhand der 2 erläutert ist, und in 3 mit
direktem Bezug zur Regelung der Bahnspannung mehrerer Bahnen B1;
B2; B3; B4 aus 1, zumindest mehrerer auf zumindest
eine Trichtereinlaufwalze 08 gemeinsam auflaufender Bahnen
B1; B2; B3; B4 (bzw. Teilbahnen), dargestellt ist.
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Das
Regelsystem 17 weist zwei voneinander verschiedene Reglertypen 18 und 19 mit
zwei voneinander verschiedenen Teilaufgaben auf. Diese beiden „Typen" von Reglern 18 und 19 können als
verschiedene Hardware-Komponenten räumlich voneinander getrennt,
als verschiedene miteinander kommunizierende Software-Programme,
oder aber als zwei Prozesse bzw. Unterprogramme oder Subroutinen
in einem Softwareprogramm ausgeführt
sein. Falls nicht explizit anders lautend, werden im folgenden die
Begriffe Regler 18; 19 bzw. Regelprozesse 18; 19 unter
den gleichen Bezugszeichen geführt
und sollen für
alle oben genannten und andere geeignete Möglichkeiten der Umsetzung derselben
verstanden werden. Wie in 2 dargestellt,
weist das Regelsystem mehrere (hier zwei) Regler 18.1; 18.2 auf, welche
jeweils Istwerte aus einem jeweiligen Teilprozess erhalten, und
anhand ihrer implementierten Logik eine oder mehrere Stellgrößen für den betrachteten
Teilprozess erzeugen. Den Reglern 18 ist der Regler 19 übergeordnet,
welcher Istwerte aus den Teilprozessen erhält, anhand seiner implementierten Logik
Vorgabewerte für
die untergeordneten Regler 18.1; 18.2 sowie ggf.
auf den Gesamtprozess gerichtete Stellgrößen ausgibt. Es existiert keine
gegenseitige Interaktion bzw. Kommunikation zwischen den Reglern 18 und 19.
Sie können
zwar gleichzeitig arbeiten, arbeiten jedoch prinzipiell unabhängig voneinander,
obwohl sie teilweise die selben Prozesswerte (Istwerte) betrachten
und der Regelprozess 19 Vorgaben (Sollwertvorgaben) für die Regelprozesse 18 erzeugt.
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Ebenfalls
in 2 sind Speichereinrichtung 21 dargestellt,
von welchen vor Beginn der Prozesse Startwerte in die Regler 18; 19 eingelesen
werden können.
Die Startwerte werden vorteilhaft aus einer gemeinsamen Speichereinheit 21 eingelesen.
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Dem
Regelsystem 17 gemäß 3 werden von
jedem der beteiligten Bahnwege mindestens zwei Messwerte, nämlich der
Messwert S1.2; S2.2; S3.2; S4.2 für die Spannungen, z. B. von
als Messwalzen 04 ausgeführter Messstelle 04,
(direkt) nach der jeweiligen Druckeinheit 03 sowie der
Messwert S1.3; S2.3; S3.3; S4.3 von der jeweiligen Messstelle 06 vor
dem Trichtereinlauf bzw. der Harte 07 zugeführt. Dies
gilt im Falle der Messwerte S1.3; S2.3; S3.3; S4.3 und die Messstelle 06 auch
für diesem Trichtereinlauf
zugeordnete gewendete Teilbahnen. In Weiterbildung kann dem Regelsystem 17 bei
Bedarf auch das Signal S1.1; S2.1; S3.1; S4.1 für die Spannung jeweils vor
der Druckeinheit 03 zugeführt werden (strichliert). Die
Messung der Spannung erfolgt jeweils z.B. durch von der Bahn B1;
B2; B3; B4 umschlungene Messwalzen.
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Das
Regelsystem 17, zumindest der Regler 18, regelt
und optimiert die Bahnspannungen vorzugsweise unter Verwendung von
Fuzzy-Logik. Die Eingangsgrößen wie
z. B. die Messwerte S1.3; S2.3 etc. für die Spannungen (ggf. entsprechend
skaliert) einer Bahn B1 werden fuzzyfiziert, d. h. als Eingangswerte
für abschnittsweise
definierte Funktionen verwendet, die jeweils einen Term (linguistischen
Größenbereich,
z. B. groß,
mittel, klein) beschreiben. Als Funktionswert wird der Grad, zu
dem der Eingangswert die linguistische Bedeutung des Terms erfüllt, oder,
bei Überschneidung
der Wertebereiche, die Grade der Erfüllung, erhalten. Bei der anschließenden Defuzzifizierung
wird aus den Erfüllungsgraden der
einzelnen Terme der linguistischen Variablen ein scharfer Ausgangswert,
z. B. ein entsprechendes Signal auf ein Stellglied oder ein neuer
Sollwert für
ein Stellglied, erzeugt. Je nach dem Ergebnis der Defuzzifizierung
kann einem Stellglied, einem anderen Stellglied oder können mehreren
Stellgliedern Vorgaben gemacht werden. Welche Regeln zur Anwendung
gelangen wird über
die Erfüllungsgrade
der Terme der Eingangsgrößen bestimmt.
Ein o. g. Beispiel mit den beiden Eingangsgrößen (z. B. Messwerte S1.3;
S1,2) und einer Ausgangsgröße (z. B.
Signal S1.12 an ein Stellglied, z. B. die Walzen-/Zuggruppe 05)
für z.
B. tabellarisch vorliegenden, vorgehaltenen Regeln, ließe sich
grafisch z. B. als dreidimensionales Kennfeld darstellen. Gehen
mehr Eingangsgrößen in einen
Entscheidungsprozeß ein
und/oder sollen mehrere Ausgangsgrößen erzeugt werden, so sind
die „Kennfelder" entsprechend vieldimensional. Der
Regler 19 muss nicht auf Fuzzy-Logik basierend, sondern
kann in anderer Weise diskret, z.B. als PID-Regler 19 ausgeführt sein.
Von Vorteil ist jedoch auch hier die Ausführung mit Fuzzy-Logik.
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Das
Regelsystem 17 weist, wie oben allgemein dargestellt, die
beiden voneinander verschiedene Regler 18 und 19 mit
zwei voneinander verschiedenen Teilaufgaben auf, wobei der Regler 18 die Bahnspannung
einer einzigen Bahn B1; B2; B3; B4 in ihrem Verlauf und im Hinblick
auf Grenzwerte regelt, und der Regler 19 das Spannungsniveau,
insbesondere das Spannungsniveau vor der Trichtereinzugwalze 08,
der dort zusammen geführten
Bahnen B1; B2, B3; B4 relativ zueinander einstellt.
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Das
Regelsystem 17 weist mindestens eine Anzahl von Reglern 18 auf,
welche der Anzahl der insgesamt zusammenzuführenden Bahnen B1; B2; B3;
B4 (bzw. Teilbahnen) entspricht. Die Regler 18 weisen alle
die selbe Architektur auf bzw. sind in der selben Art und Weise
programmiert und werden für die
in 1 und 2 dargestellten vier Bahnen
B1; B2; B3; B4 mit 18.1; 18.2; 18.3; 18.4 bezeichnet.
Den vier Reglern 18.1; 18.2; 18.3; 18.4 bzw.
Prozessen 18.1; 18.2; 18.3; 18.4 ist
der Regler 19 bzw. Regelprozess 19 zugeordnet.
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Für Anfahrvorgänge ist
es vorteilhaft, wenn dem Regelsystem 17 Startwerte als
Sollwerte vorgegeben sind, welche z. B. für bestimmte Bahnführungen
sinnvolle Ausgangspunkte liefern. Im Beispiel können daher den Reglern 18.1; 18.2; 18.3; 18.4; 19 Startwerte
S1.11_0; S1.12_0; S2.11_0; S2.12_0; S3.11_0; S3.12_0; S4.11_0; S4.12_0;
S0.13_0 und/oder S0.14_0 für
die Signale S1.11; S1.12; S2.11; S2.12; S3.11; S3.12; S4.11; S4.12;
S0.13 und/oder S0.14 (Spannungen bzw. Voreilungen) vorgegeben werden.
Diese sind beispielsweise in einem Speicher vorgehalten und können von
der gewählten Produktion
und/oder dem Bahnmaterial anhängig sein.
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Im
Betrieb des Regelsystems 17 wird nun in einer ersten Teilaufgabe
mittels der Regler 18.1; 18.2; 18.3; 18.4 bzw.
Prozesse 18.1; 18.2; 18.3; 18.4 jede
Bahn B1; B2; B3; B4 zunächst
allein für
sich betrachtet geregelt, so dass die Spannung an der Messstelle 06 vor
dem Trichtereinlauf zwischen einem Minimum, z. B. MIN = 8 dN/m,
und einem Maximum, z. B. MAX = 60 dN/m, liegt. Eine zweite Forderung
der ersten Teilaufgabe besteht darin, die in 4 schematisch
dargestellte Abstufung in den Spannungen an den Messstellen 14 (vor
der Druckeinheit 03), 04 (nach der Druckeinheit 03)
und 06 (vor dem Trichtereinlauf bzw. vor dem Zusammenführen) einzustellen. Zusätzlich sind
weiterhin die prozessbedingten Minimalspannungen (z. B. 8daN) und
Maximalspannungen (z. B. 60daN) einzuhalten. Die Aufgabe der Regler 18.1; 18.2; 18.3; 18.4 bzw.
Prozesse 18.1; 18.2; 18.3; 18.4 ist
es somit, die Spannung der einzelnen Bahn B1; B2; B3; B4 am Trichtereinlauf
in den grundsätzlich
erlaubten Bereich einzuregeln und möglichst die korrekte Abstufung
innerhalb des Bahnweges der einzelnen Bahn B1; B2; B3; B4 zu erzielen.
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Zur
Lösung
dieser Teilaufgabe werden den Reglern 18.1; 18.2; 18.3; 18.4,
im folgenden exemplarisch für
den Regler 18.1 der Bahn B1, jeweils mindestens zwei Signale
S1.2 (nach der Druckeinheit 03) und S1.3 (vor dem Trichtereinlauf
bzw. Zusammenführen)
der gemessenen Spannung der selben Bahn B1 zugeführt. Der Regler 18.1 verarbeitet
diese Eingangsgrößen in der
o. g. Art mittels Fuzzy-Logik und erzeugt ein Ausgangssignal S1.11,
welches auf das Stellglied 16 des Einzugswerkes 02 wirkt.
In der einfachsten Ausgestaltung des Reglers 18.1 bzw. des
Prozesses 18.1 werden lediglich die beiden o. g. Eingangssignale
S1.2; S1.3 zugeführt
und ein Ausgangssignal S1.11 an lediglich das Stellglied 16 vor der
Druckeinheit 03 gegeben. Optional kann dem Regler 18.1 zusätzlich das
Signal S1.1 für
die Messung der Spannung vor der Druckeinheit 03 zugeführt, und
in der Logik mit verarbeitet werden.
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In
einer vorteilhaften Lösung
wirkt der Regler 18.1 mit einem Signal S1.12 zusätzlich auch
auf das Stellglied 05 hinter der Druckeinheit 03,
z. B. durch Ermittlung und Vorgabe von geeigneten Voreilungswerten.
In dieser Ausführung
ist eine verbesserte Einstellung des Spannungsverlaufs über den
Weg der Bahn B1 möglich.
Das Regelkonzept erfolgt hierbei z. B. in der Weise, dass zunächst mittels
des Stellgliedes 16 versucht wird, die Bedingungen an die Minimal-/Maximalspannungen
und gleichzeitig den gewünschten
Spannungsverlauf zu erfüllen.
Ist dies nicht allein durch Einwirken auf das Stellglied 16 möglich, so
wird das Stellglied 05 mit einbezogen.
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In
einer zweiten Teilaufgabe wird durch den Regler 19 bzw.
den Regelprozess 19 geprüft, ob die Spannung vor der
Harfe 07 der zusammen zu führenden Bahnen B1; B2; B3;
B4 zueinander im gewünschten
Verhältnis
stehen und dies entsprechend geregelt. So sollte z. B. die unterste
auf der Zugwalze 08 zu liegen kommende Bahn B1; B2; B3;
B4, hier Bahn B3, eine höhere
Spannung aufweisen als die darüberliegende
etc. Die zweite Aufgabe ist es also, die Spannungen der übereinander
zu führenden Bahnen
B1; B2; B3; B4 zueinander im Bereich des Trichtereinlaufs abzustufen
bzw. auszurichten. Es gilt hierbei die Minimalforderung, dass gilt:
Sn ≥ Sn+1, für alle
S1.3; S2.3; S3.3; S4.3 etc., wenn n eine Bahn B1; B2; B3; B4 und
n+1 die nach außen
benachbarte Bahn B1; B2; B3; B4 bezeichnet. Als Randbedingung gilt
für alle
Bahnen B1; B2; B3; B4: MAX ≥ S1 ≥ S2 ≥ S3 S4 ≥ MIN, wenn
der Index die Reihenfolge der Bahnen B1; B2; B3; B4 im Bereich der
Trichtereinlaufwalze 08 von innen nach außen kennzeichnet. Zusätzlich liegt
vorteilhafter Weise eine Regel für
den optimalen Zustand vor, welche besagt: Sn ≥ Sn+1 + ΔS,
mit z. B. ΔS
= 2daN/m.
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In
der zweiten Teilaufgabe werden die Spannungen der unterschiedlichen
Bahnen z. B. in der Weise variiert, dass für alle Bahnen B1; B2; B3; B4 die
Spannung vor der Trichtereinlaufwalze 08 im Toleranzbereich
liegt (4, vor Trichtereinlauf (vTE)). Hierfür werden
dem Regler 19 parallel zum Regler 18.1; 18.2; 18.3; 18.4 die
Signale S1.3; S2.3; S3.3; S4.3 der Messwerte für die Bahnspannung zugeführt. Dem
Regler 19 bzw. Regelprozess 19 liegt in bevorzugter
Ausführung
ebenfalls eine Fuzzy-Logik zugrunde, mittels welcher aus den Eingangsgrößen (Signale
S1.3; S2.3; S3.3; S4.3) Vorgabewerte für die Regler 18.1; 18.2; 18.3; 18.4 sowie
Signale S0.13 und S0.14 für
die mit dem Strang 13 zusammenwirkenden Stellglieder 08 und 10 als
Ausgangsgrößen erzeugt
werden.
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Der
Regler 19 bzw. Regelprozess 19 nimmt in vorteilhafter
Ausführung
keinen direkten Einfluss auf die der einzelnen Bahn B1; B2; B3;
B4 zugeordneten Stellglieder 16; 05, sondern gibt
anhand seines Kennfeldes aus den Signalen S1.1 bis S1.4 den Reglern 18 Vorgaben.
Diese Vorgabe bezieht sich lediglich auf die vor der Trichterwalze 08 je
Bahn B1; B2; B3; B4 einzuhaltende Spannung, d. h. einen Sollwert für die z.
B. an den Messstellen 06 einzuhaltenden Spannungen. Diese
Vorgabewerte gehen, beispielsweise durch Veränderung der Lage und/oder Form der
Terme bzgl. der Eingangsgrößen bei
der Fuzzyfizierung, im Regler 18 ein.
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Diese
beiden Regelprozesse 18 und 19 bzw. die damit
verbundene Teilaufgaben werden zyklisch wiederholt und entsprechend
der Meßergebnisse und
der Ergebnisse aus der Logik die Bahnspannung beeinflussenden Aggregate,
z. B. Zugwalzen 16; 05; 08; 10,
oder nicht dargestellte Tänzerwalzen
etc. beaufschlagt. Neben den o. g. Aggregaten wie im Einzugwerk 02 und/oder
eine oder mehrere Zugwalzen 16; 05; 08; 10 können dies
auch zusätzlich
Einrichtungen im Rollenwechsler 01 und/oder Einrichtungen im
Falzapparat 11 sein. Das oben zur 3 genannte
ist dann um entsprechende Signale, z. B. S1.10, für den Rollenwechsler 01,
oder nicht dargestellte Signale für den Falzapparat 11 zu
ergänzen.
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Die
Ansteuerung von derartigen Aggregaten durch das Regelsystem 17 erfolgt
in vorteilhafter Ausführung
unter Berücksichtigung
einer Priorität:
So wird z. B. wie oben geschildert durch das Regelsystem 17 in
einer ersten Priorität
die Sollwertvorgabe lediglich für
das Einzugwerk 02 vorgenommen. Sind mit dieser Maßnahme allein
die beiden o. g. Aufgaben nicht zu erfüllen, so erfolgt ein Einwirken
auf die Zugwalze 05 nach der Druckeinheit 03.
Ggf. ist es in einer dritten Stufe erlaubt, Einfluss auf die Trichtereinlaufwalze 08 zu
nehmen. Hierbei wird jedoch das Niveau aller beteiligten Bahnen
B1; B2; B3; B4 verschoben. Die Stellglieder Zugwalze 05 bzw.
Trichtereinlaufwalze 08 werden nur genutzt, wenn die globale
Bahnspannung über
alle Bahnen B1; B2; B3; B4 nicht stimmt, oder wenn der Stellbereich
des Einzugswerkes 02, bzw. dessen Stellglied 16,
für die
gewünschte
Bahnspannung nicht ausreichend ist.
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Ist
die Forderung der zweiten Teilaufgabe, d. h. die gewünschte Abstufung,
nicht erreichbar, so kann die Logik des Steuersystems 17,
insbesondere des Reglers 19, dazu ausgebildet sein, einen
an den Idealzustand möglichst
nahe herankommenden optimierten Zustand anzustreben. Noch akzeptierbare Grenzen
für die
Abweichung (relativ oder absolut) können vorgegeben und ggf. änderbar
sein. Zusätzlich
kann in vorteilhafter Weiterbildung das Regelsystem 17 dazu
ausgebildet sein, bei einer starken Abweichung vom zulässigen Spannungsprofil
(einer Bahn) oder der Abstufung (aller Bahnen zueinander) einen
Warnhinweis auszugeben und ggf. bei unerlaubt hoher Abweichung ein
Stillsetzen der Bearbeitungsmaschine herbeizuführen.
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In
einfachster Ausführung
arbeitet das Regelsystem 17 jedoch mit zwei Messorten für die Spannung
je beteiligter Bahn B1; B2; B3; B4, und zwar jeweils nach der Druckeinheit 03 und
vor dem Trichtereinlauf, wobei die Aktion jeweils zunächst am Einzugwerk 02 und
ggf. im zweiten Schritt im Bereich der Zugwalze 05 erfolgt.
-
Wie
bereits oben erwähnt,
können
nach dem Schneiden einer Bahn B1; B2; B3; B4 mehrere einem Rollenwechsler 01 zugeordnete
Teilbahnen auf voneinander verschiedenen Wegen zum Trichter 09 geführt werden.
In diesem Fall wird je Teilbahn die Spannung vor dem Trichtereinlauf,
z. B. an jeweils einer eigenen Messstelle 06 ermittelt.
Diese, einem gemeinsamen Rollenwechsler 01 zugeordneten
Messwerte, z. B. S1.3a und S1.3b, werden entweder bevor sie dem
Regelsystem 17 zugeführt
werden oder im Regelsystem 17, d. h. im Regler 18 sowie
im Regler 19, zu einem Wert verknüpft, z. B. Bemittelt mit oder ohne
Gewichtung, und der resultierende Wert als Istwert zur Regelung
herangezogen. Diese Verknüpfung
kann als für
den Regler 18.1 und 19 exemplarisch strichliert
dargestellter logischer Baustein 22 bzw. Unterprozess 22 in
die jeweiligen Regler 18; 19 integriert sein.
-
Der
Rollenwechsler 01 und das Einzugwerk 02 weisen
bevorzugt zusätzlich
zum Regelsystem 17 eine geschlossenen Regelung auf, welcher
ein Sollwert durch das Regelsystem 17 vorgegeben wird.
Die Zugwalzen 05; 08; 10; 16 werden
vom Regelsystem 17 z. B. lediglich bzgl. ihrer Voreilung
(Drehzahl, Winkellage) gesteuert.
-
Im
folgenden sind die beteiligten Aggregate zur Beeinflussung der Spannung
in ihrer vorteilhaften Ausführung
spezifiziert:
Das Einzugswerk 02 weist eine geschlossenen
Regelung („Closed
Loop"-Regelung)
auf, die Sollwertvorgabe durch das Regelsystem 17, insbesondere durch
den Regler 18, wird sicher eingehalten. Es wirkt auf die
gesamte Bahn B1; B2; B3; B4 und stellt das wichtigstes Stellglied
dar. In einer vorteilhaften Ausführung
weist das Einzugmittel 02 als Stellglied 16 eine
gegen die Zugkraft der Bahn B1; B2; B3; B4 bewegbare Walze auf,
welche mittels Druckmittel eines vorgebbaren Druckes der Bahnzugkraft
entgegenwirkt. In diesem Fall ist keine gesonderte Messstelle 14 erforderlich,
wenn die Korrelation zwischen beaufschlagtem Druck und der resultierenden
Bahnspannung bekannt ist.
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Die
Zugwalze 05 kann durch Veränderung der Voreilung gegenüber der
Papierbahngeschwindigkeit auf die Bahnspannung der aktuellen Bahn
B1; B2; B3; B4 wirken und stellt hier vor der Trichtereinlaufwalze 8 die
letzte Möglichkeit
dar, eine einzelne Bahn B1; B2; B3; B4 in ihrer Spannung bzw. Abstufung
zu beeinflussen.
-
Die
Trichtereinlaufwalze 08 kann durch Veränderung der Voreilung gegenüber der
Papierbahngeschwindigkeit auf die Bahnspannungen aller Bahnen B1;
B2; B3; B4 wirken.
-
Die
Falzzugwalze 10 kann ebenfalls durch Veränderung
der Voreilung gegenüber
der Papierbahngeschwindigkeit auf die Bahnspannungen aller Bahnen
B1; B2; B3; B4 wirken. Sie hat direkte Auswirkungen auf das Schnittregister.
-
Ein
z. B. Modularer Aufbau erlaubt es, die Regelung auf mehrere Bahnen
auszudehnen, für jede
weitere Bahn B1; B2; B3; B4 muss im Fall einer hardwaremäßig getrennten
Lösung
lediglich ein weiterer Regler 18, z. B. eine Fuzzy-SPS
mit Programm, hinzugefügt
werden. Dem Programm des Reglers 19, z. B. der Master-SPS,
muss außerdem
mitgeteilt werden, das es eine weitere Bahn B1; B2; B3; B4 mit einbeziehen
muss.
-
In
einer reinen Softwarelösung
für die
Regler 18 und 19 muss zur Erweiterung um eine
Bahn B1; B2; B3; B4 lediglich die Software um einen Regelprozess 18.x erweitert,
und dem Programm des Regelprozesses 19 mitgeteilt werden.
-
Die
Regelung durch die Regler 18 und 19 kann rein
sequentiell oder auch zeitlich gesehen parallel ablaufen, wobei
jedoch im Hinblick auf die einzustellende Spannung vor der Trichtereinlaufwalze 08, z.B.
an den Messstellen 06, die Regelung hirarchisch aufgebaut
ist und der Regler 19 den Reglern 18 übergeordnet
ist.
-
In
vorteilhafter Weiterbildung ist das Regelsystem 17 dazu
ausgebildet, dass eine durch das Regelsystem 17 gefundene
Einstellung für
eine bestimmte Konfiguration des Druckauftrages, einen Bahnweg und/oder
ein bestimmtes Produkt als Vorgabewerte in die Speichereinrichtung überführt werden
kann, so dass diese künftig
bei gleicher oder ähnlicher
Produktionssituation als Startwerte eingelesen werden können. Hierzu
erfolgt beispielsweise die Übernahme
der Produkt- bzw. Produktionsdaten aus der Maschinensteuerung und/oder
der Produktplanung. Die Übernahme
als neue Startwerte kann beispielsweise auf die Entscheidung des
Bedienpersonals hin ausgelöst,
oder aber durch das System selbst erfolgen, wenn Steuerung und/oder
Regelsystem bzgl. dieser Funktion als selbstlernendes System konzipiert
sind.
-
- 01
- Versorgung,
Rollenwechsler
- 02
- Zug-/Bremseinrichtung,
Einzugswerk
- 03
- Bearbeitungsstufe,
Druckeinheit
- 04
- Messstelle
für Bahnspannung
nach Druckeinheit
- 05
- Stellglied,
Zugwalze, Walzen-/Zuggruppe
- 06
- Messstelle
für Bahnspannung
vor Trichtereinlauf
- 07
- Harfe
- 08
- Stellglied,
Zugwalze, Walzen-/Zuggruppe, Trichtereinlaufwalze
- 09
- Trichter
- 10
- Stellglied,
Zugwalze, Walzen-/Zuggruppe, Falzzugwalze
- 11
- Falzapparat
- 12
-
- 13
- Strang
mit mehreren Papierbahnen
- 14
- Messstelle
vor Druckeinheit
- 15
-
- 16
- Stellglied,
Zugwalze, Walzen-/Zuggruppe, Tänzerwalze
- 17
- Regelsystem
- 18
- Regler,
Regelprozess
- 19
- Regler,
Regelprozess
- 20
-
- 21
- Speichereinrichtung
- 22
- Baustein,
Unterprozess
- B1
- Bahn,
Materialbahn, Papierbahn
- B2
- Bahn,
Materialbahn, Papierbahn
- B3
- Bahn,
Materialbahn, Papierbahn
- B4
- Bahn,
Materialbahn, Papierbahn
- S1.1
- Signal,
Messwert der Bahnspannung vor Druckeinheit der Bahn (B1)
- S1.2
- Signal,
Messwert der Bahnspannung nach Druckeinheit der Bahn (B1)
- S1.3
- Signal,
Messwert der Bahnspannung vor Trichtereinlauf der Bahn (B1)
- S1.10
- Signal,
Vorgabewert für
die Bahnspannung im Rollenwechsler der Bahn (B1)
- S1.11
- Vorgabewert
für die
Bahnspannung im Einzugswerk der Bahn (B1)
- S1.12
- Vorgabewert
für die
Voreilung der Zugwalze der Bahn (B1)
- S2.1
- Signal,
Messwert der Bahnspannung vor Druckeinheit der Bahn (B2)
- S2.2
- Signal,
Messwert der Bahnspannung nach Druckeinheit der Bahn (B2)
- S2.3
- Signal,
Messwert der Bahnspannung vor Trichtereinlauf der Bahn (B2)
- S2.10
- Signal,
Vorgabewert für
die Bahnspannung im Rollenwechsler der Bahn (B2)
- S2.11
- Signal,
Vorgabewert für
die Bahnspannung im Einzugswerk der Bahn (B2)
- S2.12
- Signal,
Vorgabewert für
die Voreilung der Zugwalze der Bahn (B2)
- S3.1
- Signal,
Messwert der Bahnspannung vor Druckeinheit der Bahn B3
- S3.2
- Signal,
Messwert der Bahnspannung nach Druckeinheit der Bahn B3
- S3.3
- Signal,
Messwert der Bahnspannung vor Trichtereinlauf der Bahn B3
- S3.10
- Signal,
Vorgabewert für
die Bahnspannung im Rollenwechsler der Bahn B3
- S3.11
- Signal,
Vorgabewert für
die Bahnspannung im Einzugswerk der Bahn B3
- S3.12
- Signal,
Vorgabewert für
die Voreilung der Zugwalze der Bahn B3
- S4.1
- Signal,
Messwert der Bahnspannung vor Druckeinheit der Bahn (B4)
- S4.2
- Signal,
Messwert der Bahnspannung nach Druckeinheit der Bahn (B4)
- S4.3
- Signal,
Messwert der Bahnspannung vor Trichtereinlauf der Bahn (B4)
- S4.10
- Signal,
Vorgabewert für
die Bahnspannung im Rollenwechsler der Bahn (B4)
- S4.11
- Signal,
Vorgabewert für
die Bahnspannung im Einzugswerk der Bahn (B4)
- S4.12
- Signal,
Vorgabewert für
die Voreilung der Zugwalze der Bahn (B4)
- S0.13
- Signal,
Vorgabewert für
die Voreilung der Trichtereinzugswalze
- S0.14
- Signal,
Vorgabewert für
die Voreilung der Falzzugwalze
- S1.3a
- Messwert
- S1.3b
- Messwert
- S1.0
- Signal,
Messwert der Bahnspannung im Bereich des Rollenwechslers (01)
- S2.0
- Signal,
Messwert der Bahnspannung im Bereich des Rollenwechslers (01)
- S3.0
- Signal,
Messwert der Bahnspannung im Bereich des Rollenwechslers (01)
- S4.0
- Signal,
Messwert der Bahnspannung im Bereich des Rollenwechslers (01)
- 18.1
- Regler
- 18.2
- Regler
- 18.3
- Regler
- 18.4
- Regler
- x
- Platzhalter
für Bahn
(B1; B2; B3; B4)
- nDE
- nach
Druckeinheit (03)
- vTE
- vor
Trichtereinlauf
- vDE
- vor
Druckeinheit (03)
- vEW
- vor
Einzugwerk