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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln
eines Schnittregisterfehlers und einer Bahnzugkraft einer Rollenrotationsdruckmaschine.
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Bei
Rollenrotationsdruckmaschinen ist es bekannt, als Stellglied für die Schnittregisterregelung eine
in Linearführungen
verfahrbare Stellwalze einzusetzen, mit der die Papierweglänge zwischen
zwei Zugeinheiten verändert
und damit der Registerfehler korrigiert wird. Derartige Registerwalzen
sind beispielsweise in der
DE
85 01 065 U1 gezeigt. Die Verstellung erfolgt im Allgemeinen
mittels eines elektrischen Schrittmotors. Derartige Vorrichtungen
sind mit einem verhältnismäßig großen mechanischen und
elektrischen Aufwand behaftet.
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Aus
der
EP 0 950 519 A ist
ein Verfahren zur Farb- und Schnittregistersteuerung bekannt, bei
dem rechnerisch für
Teilbahnen als Maß für die Bahndehnung
aus Arbeitspunkten der Antriebsdaten ermittelt werden und hieraus
Korrekturgrößen für das Farb- und
Schnittregister abgeleitet werden.
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Aus
der
DE 100 35 788
C1 ist eine Bahnregelungsvorrichtung bekannt, die eine
Dehnung der Bedruckstoffbahn mittels Messmarken auf der Bedruckstoffbahn
und deren Phasenlage zu den Druckwerken detektiert und entsprechend
korrigiert.
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Ferner
sind aus
DE 23 28 204
A eine Anordnung zur Regelung von Einzelantrieben von Aggregaten
von Rollendruckmaschinen und aus
DE 35 15 626 A1 ein Verfahren zum Steuern
des Rasters der Schneidvorrichtung in Rotationsdruckmaschinen bekannt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte
Vorrichtung zur Regelung des Schnittregisterfehlers und der Bahnzugkraft
einer Rotationsdruckmaschine zu schaffen.
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Dies
wird mit einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß Anspruch
1 bzw. 16 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils
abhängigen
Ansprüchen
beschrieben.
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Bedeutungsvoll
ist, dass es nun möglich
ist, den Schnittregisterfehler (Gesamt-Schnittregisterfehler und/oder Teil-Schnittregisterfehler)
und die Bahnzugkraft in einem gleichen oder in unterschiedlichen
Abschnitten der Druckmaschine gleichzeitig und im regelungstechnischen
Sinne entkoppelt voneinander zu regeln, wobei beide Größen unabhängig voneinander
vorgegeben werden.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
zur Regelung des Schnittregisters wird die Laufzeit der Bahnbildpunkte
bei einem konstanten Bahnweg verstellt, während nach dem Stand der Technik
eine Bahnlängenänderung
bei konstanter Bahngeschwindigkeit vorgenommen wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Regelung der Bahnzugkraft wird die Voreilung einer nicht druckenden
Klemmstelle verändert,
wobei beide Eingriffe durch Entkopplungsmaßnahmen eine stabile Gesamtregelung
gewährleisten.
Dies war bisher beim Stand der Technik nicht möglich.
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Bedeutungsvoll
ist, dass zum Regeln des Schnittregisters eine bestimmte Bildinformation
oder Messmarken der bedruckten Bahn mittels mindestens eines Sensors
und die Bahnzugkraft mittels mindestens eines weiteren Sensors erfasst
und einer Regeleinrichtung zugeführt
werden. Der zu regelnde Teil-Schnittregisterfehler
Y * / 1i wird an oder vor einer Klemmstelle i und die zu regelnde Bahnzugkraft
Fk-1,k bzw. Fi-1,i an
oder vor einer anderen Klemmstelle k oder der gleichen Klemmstelle
i, wobei die Klemmstellen nicht druckend sind und jeweils vor dem Messerzylinder
(Klemmstelle 4) liegen, gemessen und diese Regelgrößen – die Bahnzugkraft
Fk-1,k bzw. Fi-1,i und
der Teil-Schnittregisterfehler Y * / 1i – durch geeignete Stellgrößen vi-1,i, vi, vk-i,k, vk und zugeordnete Regler
im regelungstechnischen Sinne entkoppelt voneinander gemäß entsprechender
Sollwerte Y * / 1iw, Fk-1,k,w, Fi-1,i,w eingestellt
werden, so dass die Bahnzugkraft ihren Sollwert annimmt, der in
einem vorgeschriebenen Bereich liegt, und der Teil-Schnittregisterfehler
auf den Sollwert, beispielsweise den Wert Null, korrigiert wird.
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Bevorzugt
wird für
die Ermittlung der Regelgrößen von
Sensoren ausgegangen, es können
aber auch Modelle diese Sensoren teilweise oder völlig ersetzen,
d.h. die Größen werden
in äquivalenter
Weise mit Hilfe von mathematischen oder empirischen Modellen geschätzt.
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Die
Stellgröße für den Schnittregisterfehler ist
die Geschwindigkeit einer nicht druckenden Klemmstelle und die Stellgröße für die Bahnzugkraft ist
die Geschwindigkeit bzw. die Lage der Druckeinheiten, wobei beide
Regelungen durch entsprechende Regelkreise realisiert werden, denen
die normalen Antriebsregelungen aus Strom-, Drehzahl- und/oder Winkelregelung
unterlagert werden. Alternativ ist die Stellgröße für den Schnittregisterfehler die
Geschwindigkeit vk einer Klemmstelle k und
die Stellgröße für die Bahnzugkraft
die Geschwindigkeit vi einer Klemmstelle
i, wobei bei Änderung
der Geschwindigkeit vi dieser Klemmstelle
die Kraft Fi,i+1, im nachfolgenden Bahnabschnitt
nicht selbstkompensierend sein darf. Als Stellgröße für die Bahnzugkraft kann auch
die von der Tänzerwalzenkraft
auf die Bahn ausgeübte
Kraft gewählt
werden, wobei diese aus dem Druck des zugehörigen Pneumatikzylinders ermittelt,
einem Bahnzugkraftregler zugeführt
und mit dem Kraftsollwert verglichen wird, wobei die Ausgangsgröße des Reglers
entweder unmittelbar die Stellgröße für den Pneumatikzylinder
oder der Sollwert F01w ist, falls ein unterlagerter
Regelkreis für
die Eingangs-Bahnzugkraft F01 vorhanden
ist. Durch diese Kraftanpassung wird immer dafür gesorgt, dass die infolge
der Ausregelung einer Störung
schnell aufgetretene Kraftänderung
zur Schnittregisterfehlerkorrektur gegenüber dieser Ausregelung verhältnismäßig langsam
abgebaut wird.
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Bedeutungsvoll
ist, dass nur alle vor der den Schnittregisterfehler steuernden
Klemmstelle, z.B. der Wendeeinheit, liegenden Klemmstellen entkoppelnde
Voreilungs-Zusatzsollwerte erhalten (Rückwärtsentkopplung) und dass diese
Entkopplung für den
stabilen Betrieb zwingend ist und/oder dass außerdem auch alle nach der den
Schnittregisterfehler steuernden Klemmstelle, z.B. der Wendeeinheit,
liegenden Klemmstellen entkoppelnde Voreilungs-Zusatzsollwerte erhalten.
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Wichtig
ist, dass zur Teilentkopplung in Rückwärtsrichtung die Vorgabe des
entkoppelnden Voreilungs-Zusatzsollwertes für die Klemmstelle 2 in Form eines
Zusatz-Drehzahlsollwertes durchgeführt wird und für die Klemmstelle
1 in Form eines entsprechenden Zugkraft-Zusatzsollwertes am Eingang
des Zugkraftreglers über
eine entsprechend modifizierte Übertragungsfunktion
des geschlossenen Zugkraftregelkreises oder die Vorgabe des entkoppelnden Voreilungs-Zusatzsollwertes
für die
Klemmstelle 1 in Form eines entsprechenden Drehzahl-Zusatzsollwertes über Symmetrierfilter
durchgeführt
wird. Außerdem
kann zur Entkopplung in Vorwärtsrichtung über eine Übertragungsfunktion
Fx eine Vorsteuerung der Klemmstelle 3 mittels
eines entsprechenden Register-Zusatzsollwertes
am Eingang des Registerreglers mit Hilfe einer weiteren Übertragungsfunktion oder über ein
Symmetrierfilter an den unterlagerten Drehzahlregelkreis dieses
Registerregelkreises erfolgen.
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Hervorzuheben
ist, dass die Zuordnung von Regelgrößen und Stellgrößen einschließlich aller
für diese
Konstellation notwendigen entsprechenden Entkopplungs- und Vorsteuermaßnahmen
vertauscht werden kann.
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Von
Vorteil ist, dass der Schnittregisterfehler unmittelbar vor dem
Messerzylinder gemessen und durch einen Registerregler geregelt
werden kann, der dem Registerregler der Klemmstelle 3 überlagert wird.
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Die
erfindungsgemäße Lösung erfordert
kein zusätzliches
mechanisches Bahnführungselement. Zur
Schnittregisterkorrektur werden vorhandene, nicht druckende Zugeinheiten
verwendet, wie z. B. die Kühleinheit,
Zugwalzen im Falzaufbau, die Trichterwalze oder weitere im Bahnverlauf
zwischen letztem Druckwerk und Messerzylinder liegende Zugeinheiten,
die vorzugsweise mittels drehzahlvariablen Einzelantrieben angetrieben
sind.
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Die
in die Schnittregisterregelstrecke eingehenden Parameter sind weitgehend
unabhängig
von den Eigenschaften der Rotationsdruckmaschine. Weiterhin lässt sich
die Schnittregistergenauigkeit durch das neue Verfahren wesentlich
erhöhen.
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Die
Erfindung soll nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigt schematisch:
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1a:
Klemmstellen-Schema einer Rotationsdruckmaschine mit geregelten
Antrieben,
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1b:
Mechanisches System mit geregelten Antrieben,
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2:
Anordnung zum Regeln des Schnittregisterfehlers und der Bahnzugkraft,
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3:
vollständige
Entkopplung der Regelgrößen auf
mechanischer Ebene,
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4:
Teilentkopplung der Regelgrößen auf elektronischer
Ebene mittels Zusatzsollwertes für
die Bahnzugkraft (Fall a),
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5:
Teilentkopplung der Regelgrößen auf elektronischer
Ebene mittels Symmetrierfiltern (Fall b),
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6:
vollständige
Entkopplung der Regelgrößen auf
elektronischer Ebene mit Hilfe von Zusatz-Sollwerten für Bahnzugkraft
und Schnittregisterfehler (Fall a),
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7:
vollständige
Entkopplung der Regelgrößen auf
elektronischer Ebene mit Hilfe von Symmetrierfiltern (Fall b),
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8:
vollständige
Entkopplung der Regelgrößen auf
mechanischer Ebene und
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9:
Regelung des Schnittregisterfehlers mit unterlagerten, vollständig entkoppelten
Regelkreisen (nach Fall a).
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Die
folgende Funktionsbeschreibung wird an einem Vierwalzensystem nach 1a vorgenommen.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei der realen Druckmaschine an
die Stelle einer Klemmstelle 1 (K1) des
Vierwalzensystems beliebig viele Druckeinheiten, also z.B. vier
Druckeinheiten einer Rollenoffset-Illustrationsdruckmaschine oder Zeitungsdruckmaschine
oder einer anderen Art von Rotationsdruckmaschinen, treten können. Das
im Folgenden am Beispiel einer Illustrationsdruckmaschine beschriebene
Prinzip der Schnittregisterfehlers- und Bahnzugkraft-Regelung durch zwei
voneinander entkoppelte Regelkreise ist auf alle Rotationsdruckmaschinen
sinngemäß zu übertragen.
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Regelung des Schnittregisterfehlers
an einer nicht druckenden Klemmstelle vor dem Messerzylinder
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1. Funktionserläuterung
am Vierwalzensystem
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Das
Vierwalzensystem von
1a ist eine vereinfachte Form
einer Rotationsdruckmaschine, insbesondere eine Rollenoffsetdruckmaschine.
In einer nach der Abwicklungseinrichtung, Klemmstelle 0 (K
0), folgenden Klemmstelle 1 (K
1)
sind alle Druckeinheiten zusammengefasst. Zwischen Klemmstelle 0 (K
0) und 1 (K
1) liegt
eine Tänzerwalze
oder ein Zugkraftregelkreis zur Vorgabe der Bahnzugkraft F
01 als abgekürzte Darstellung der Einrichtung
zur Einstellung der Bahnzugkräfte
nach der Abwickeleinrichtung (K
0) und im
Einzugswerk. Klemmstelle 2 (K
2) steht in
Falle einer Illustrations-Druckmaschine für die Kühleinheit, dazwischen liegt
gegebenenfalls ein Trockner T, Klemmstelle 3 (K
3)
steht für
die Wendeeinheit und Klemmstelle 4 (K
4)
für die
Falzeinheit mit dem schnittbestimmenden Messerzylinder. Die Größen v
i sind die Umfangsgeschwindigkeiten der Klemmstellen
K
i, die durch das Verhalten umschlungener
Walzen mit Coulomb'scher
Reibung angenähert
seien. Die Voreilung W
i,i-1 einer Klemmstelle
i (K
i) gegenüber einer Klemmstelle i–1 (K
i-1) ist gegeben durch den Ausdruck
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Die
Bahnzugkraft in einem Abschnitt i-1, i wird als Fi-1,i bezeichnet.
In zT sind die Änderungen des Elastizitäts-Moduls
und des Querschnitts der einlaufenden Bahn zusammengefasst. Der
Schnittregisterfehler Y14 am Messerzylinder
sei als Gesamt-Schnittregisterfehler oder kurz als Schnittregisterfehler
bezeichnet. Ein davor aufgelaufener Schnittregisterfehler Y * / 1i gemessen
an einer nicht druckenden Klemmstelle i, wird Teil-Schnittregisterfehler,
kurz Teilregisterfehler genannt.
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Das
System 1 von 1a wird als mechanische Regelstrecke
(Block 1a in 1b) mit zugehörigen Stellgliedern
(geregelte Antriebe in Block 1b in 1b) aufgefasst.
Die zwei Regelgrößen sind
der Teil-Schnittregisterfehler Y * / 13 als Ersatzgröße für den Gesamt-Schnittregistertehler
Y14 und die Bahnzugkraft F23.
Stellgrößen sind
die Geschwindigkeit der Klemmstelle 3 (K3)
und die Geschwindigkeit bzw. Lage der Klemmstelle 1. Durch entsprechende
Regelkreise sollen diese Größen gemäß eingestellter Sollwerte
unabhängig
voneinander vorgebbar sein. Der Teil-Schnittregisterfehler Y * / 13 ist
die Abweichung eines festen Bildbezugspunktes, z.B. der Bildkante, an
der Klemmstelle 3 (K3) gegenüber der
Lage dieses Punktes an der Klemmstelle 1 (K1),
bezogen auf seine korrekte Lage. Der Gesamt-Schnittregisterfehler Y14 ist der Fehler der Schnittkante an der
Klemmstelle 4 (K4) zum Schnittzeitpunkt
gegenüber
ihrer Lage an der Klemmstelle 1 (K1), bezogen
auf ihre korrekte Lage. Die Stellglieder bilden die geregelten Antriebsmotoren
M1 bis M4. Die in 1a und 1b dargestellten
Eingangsgrößen xiw stehen für die Winkelgeschwindigkeits-(Drehzahl-)
oder Winkelsollwerte der geregelten Antriebe M1 bis
M4.
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Der
dem System über
den Eingang der Klemmstelle 1 (K1) zugeführte instationäre oder
stationäre
Massenstrom, gemessen in kgs–1, wird durch die Umfangsgeschwindigkeit
v1 der Klemmstelle 1 (K1)
und die Dehnung ε01 bestimmt. Im Falle Hooke'schen Materials ist
die Bahnzugkraft F01 der Dehnung ε01 proportional.
Die Bahnzugkraft F01 wird durch die Anpresskraft
einer Tänzer- oder Pendelwalze
an die durchlaufende Bahn oder durch einen Zugkraftregelkreis eingestellt,
die – dem
Lagesollwert bzw. Kraftsollwert entsprechend – unmittelbar oder mittelbar über eine
weitere Einrichtung zur Einstellung der Bahnzugkraft – die Umfangsgeschwindigkeit der
Klemmstelle 0 (Abwickeleinrichtung) steuern. Nur die Umfangsgeschwindigkeit
der Abwickeleinrichtung ist in der Lage, den in das System eingeleiteten Massenstrom
stationär
zu ändern.
Im Folgenden wird angenommen, dass Änderungen von F01 oder
von v1 infolge der dadurch bewirkten Änderung
der Umfangsgeschwindigkeit der Abwickeleinrichtung den instationären wie
stationären
Massenstrom in den ihnen folgenden Bahnabschnitten verändern. Die
Umfangsgeschwindigkeiten der übrigen
Klemmstellen können – Hooke'sches Material vorausgesetzt – den Massenstrom
nicht stationär ändern. Die
Umfangsgeschwindigkeiten werden im Folgenden kurz Geschwindigkeiten
genannt.
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2. Registerregelkreis
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Der
Teil-Schnittregisterfehler Y * / 13 wird, wie 2 zeigt,
mit dem Registerregler 3.1 mit Hilfe der Geschwindigkeit
v3 der Klemmstelle 3 (K3) – beispielsweise
einer Wendeeinheit – auf
den vorgegebenen Sollwert Y * / 13w, beispielsweise Y * / 13w = 0, geregelt. Diesem
Registerregelkreis ist der Drehzahlregelkreis 3.2 des der
Klemmstelle 3 (K3) zugeordneten Antriebsmotors
M3 unterlagert. Die sehr kleine Ersatzzeitkonstante des dem Drehzahlregelkreis
unterlagerten Stromregelkreises ist vernachlässigbar.
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3. Zugkraftregelkreis
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Nachdem
die Registerregelung über
die Voreilung der Klemmstelle 3 (K3) mit
einer Änderung
der Bahnzugkraft F23 verbunden ist, ist
nicht auszuschließen,
dass große
Störungen
zu kleine oder zu große Bahnspannungen
verursachen, die zum Bahnriss führen
können.
Die Bahnzugkraft F23 muss daher begrenzt
werden. Dazu wird sie mit Hilfe eines Zugkraftsensors 8 – beispielsweise
als Messwalze ausgeführt – gemessen,
dem Vergleichspunkt eines Zugkraftreglers 1.1 zugeführt und
mit dem Sollwert F23w verglichen (siehe 2).
Der Zugkraftregler 1.1 sorgt für die Einhaltung der gewünschten
Bahnzugkraft F23 und ermöglicht gleichzeitig ihre papiersortenabhängige Vorgabe
durch den Maschinenbediener, der in die Voreilungseinstellung der
Klemmstelle 3 (K3) nicht mehr eingreifen
muss. Der Zugkraftregler 1.1 gibt den Winkelsollwert α1w für die virtuelle
Leitwelle, also den gemeinsamen Sollwert für die Winkelregelkreise aller
Druckeinheiten und des Messerzylinders (K4) vor.
Jeder Winkelregelkreis besteht aus einem Winkelregler, dem unterlagerten
Drehzahlregelkreis einschließlich
Stromregelkreis (zusammengefasst in dem Block 1.2).
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4. Kopplungen
zwischen den Regelgrößen
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Die
beiden Regelgrößen, nämlich der Teil-Schnittregisterfehler
Y * / 13 und die Bahnzugkraft F23, sind durch die
Struktur der Regelstrecke abhängig
voneinander, d.h. miteinander verkoppelt. Wird z.B. eine Sollwertänderung
F23, vorgenommen, so ist der Eingriff des
Zugkraftreglers 1.1 mit einer Lageänderung der Druckeinheiten
verbunden und ruft einen Teil-Schnittregisterfehler Y * / 13 hervor. Der
Registerregelkreis (Regler 3.1) versucht nun, diesen Teil-Schnittregisterfehler
Y * / 13 durch eine Geschwindigkeitsänderung
v3 wieder auf den Sollwert Y * / 13w, beispielsweise
Wert 0, zurückzuführen, wodurch
aber die Bahnzugkraft F23 geändert wird,
somit wieder der Zugkraftregelkreis anspricht, usw. Damit kann das gesamte
System instabil werden (vgl. 2).
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5. Prinzip der Entkopplung
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Das
Prinzip der Entkopplung wird an 3 erläutert. Ohne
jede Entkopplungsmaßnahme
hängt der
Teil-Schnittregisterfehler Y * / 13 wie auch die Bahnzugkraft F23 von beiden Stellgrößen, nämlich den Geschwindigkeitsänderungen
v1 und v3 ab. Das
Ziel besteht darin, Y * / 13 allein von v3 und
F23 allein von v1 abhängig zu
machen.
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5.1 Entkopplungsverfahren
I (Teilentkopplung)
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Die
erste Maßnahme
besteht darin, der Geschwindigkeit v2 einen
auf der Geschwindigkeitsänderung
von v3 basierenden Voreilungs-Zusatzsollwert
hinzu zu addieren, also jede Bewegung der Klemmstelle 3 (K3) auch der Klemmstelle 2 (K2)
mitzuteilen. Dadurch wird erreicht, dass die Korrektur von Y * / 13 mit
Hilfe von v3 nicht mehr zu einer Änderung von
F23 führt,
also Y * / 13 nicht mehr von F23 abhängt. Aber
v3 beeinflusst nun auch F12.
Die zweite Maßnahme
besteht daher darin, auch der Geschwindigkeit v1 einen
auf der Geschwindigkeitsänderung
von v3 basierenden Voreilungs-Zusatzsollwert
hinzu zu addieren. Dadurch wird die Rückwirkung von v3 auf
F12 unterbunden. Die Klemmstellen 1 (K1) und 2 (K2) führen also
dieselbe Bewegung wie die Klemmstelle 3 (K3) aus.
Damit wird F23 nur noch von v1 beeinflusst.
Das Verfahren arbeitet mit dieser Teilentkopplung bereits stabil.
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5.2 Entkopplungsverfahren
II (vollständige
Entkopplung)
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Der
Teil-Schnittregisterfehler Y * / 13 ist beim Entkopplungsverfahren I außer von
v3, seiner gewünschten Steuergröße, immer
noch von v1 abhängig. Diese Abhängigkeit
wird dadurch getilgt, dass v1 über die
berechenbare Übertragungsfunktion
Fx geführt
und deren Ausgangssignal x von v3 subtrahiert wird.
Diese Vorsteuerung wird auch bei v4 vorgenommen
und kann wahlweise auch bei v2 erfolgen
(gestrichelt dargestellt in 3). Jetzt
ist Y * / 13 allein von v3 abhängig. Damit ist das oben formulierte
Regelziel erreicht. Auch dieses Verfahren arbeitet in der beschriebenen
Form stabil.
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6. Realisierung
der Entkopplung
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Die
vier in 3 beschriebenen Signal-Additionen
und -Subtraktionen sind auf der mechanischen Seite der Anlage gezeichnet
worden. Sie müssen
in der realen Anlage innerhalb der Regelungen, also auf elektronischer
Ebene, realisiert werden, da sie in die Mechanik nicht eingeführt werden
können.
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6.1 Entkopplungsverfahren
I
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Die
Addition bei v2 erfolgt in Form eines Winkelgeschwindigkeits-Zusatzsollwertes
am Eingang des Drehzahlregelkreises 2.2, wie 4 zeigt.
Die Addition bei v1 wird in einem Fall a)
in Form eines Zusatzsollwertes am Eingang des Zugkraftreglers 1.1 realisiert.
Dazu ist die Übertragungsfunktion 1.3 des reziproken
geschlossenen Zugkraftregelkreises notwendig. Die Addition kann
aber auch in einem Fall b) zum Sollwert ω1w addiert
werden, wie 5 zeigt. In diesem Fall sind
zwei Symmetrierfilter 1.4 und 1.5, vgl. [Bra 96],
vorzusehen, die verhindern, dass der Winkelregler 1.6 und
der Zugkraftregler 1.1 auf dieses Vorsteuersignal in kompensierender
Weise reagieren. Das Vorsteuersignal wird auf Grund dieser Maßnahme nicht
als Störung
interpretiert.
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6.2 Entkopplungsverfahren
II
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Das
Ausgangssignal x der Übertragungsfunktion
Fx (Block 1.7 in 6)
wird in einem Fall a) als Zusatzsollwert am Eingang des Registerreglers 3.1 realisiert.
Dazu ist die Übertragungsfunktion 3.3 notwendig.
Das Ausgangssignal x der Übertragungsfunktion
Fx wird außerdem über den Anpassungsblock 4.1 vom
Winkelsollwert α4w subtrahiert. In einem Fall b) nach 7 wird
die Aufschaltung an den Eingängen
der Blöcke 3.2 und 4.2 vorgenommen.
In diesem Falle sind die Symmetrierfilter 3.4 und 4.3 notwendig.
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7. Vertauschen
der Stellgrößen
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Wurde
bei der oben erläuterten
Regelung die Bahnzugkraft F
23 durch die
Voreilung bzw. Geschwindigkeit v
1 der Klemmstelle
1 (K
1) und der Teil-Schnittregisterfehler Y * / 13 durch die Geschwindigkeit
v
3 der Klemmstelle 3 (K
3)
geregelt, so kann dies auch spiegelbildlich vertauscht erfolgen:
Die Bahnzugkraft F
23 wird durch die Geschwindigkeit
v
3 der Klemmstelle 3 (K
3)
und der Teil-Schnittregisterfehler
durch die Voreilung bzw. den Winkel von Klemmstelle 1 (K
1) geregelt. Bei Teilentkopplung lassen sich
die Übertragungsfunktionen
F
x1 und F
x2 berechnen
(vgl.
8). Es ergibt sich für die Übertragungsfunktion F
x1 ein Integralglied
1.8 und für die Übertragungsfunktion
F
x2 ein DT1-Glied (Diffenzier-Verzögerungs-Glied
erster Ordnung)
3.5. Für
die Inbetriebnahme macht ein offener Integrator
1.8 Schwierigkeiten,
da die Integrationszeitkonstante oft wegen der nicht genügend genau
bekannten Streckendaten nur näherungsweise berechenbar
ist und die Regelungen instabil werden. Daher wird der Integrator
1.8 durch
ein PT1-Glied (Proportional-Verzögerungs-Glied
erster Ordnung) ersetzt:
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In
dieser Gleichung ist T1 die Integrationszeitkonstante.
Das DT1-Glied in der Übertragungsfunktion
Fx2 kann wegen Oberschwingungen in den Messsignalen
evtl. ungünstig
sein. Daher wird diese Regelungsvariante nur in besonderen Fällen von Wert
sein. Die Vorwärtsentkopplung
wird mit Hilfe des Blockes 1.9 ähnlich wie in 3 vorgenommen, womit
eine vollständige
Entkopplung resultiert.
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Die
beschriebene Zweigrößen-Regelstrecke kann
alternativ auch nach der Methode der sog. vollständigen Reihenentkopplung [Föl 88] entkoppelt werden.
Auch dabei sind zwei Entkopplungsverfahren, wie oben dargestellt,
möglich,
und die Entkopplung ergibt sich in ähnlicher Weise.
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8. Varianten
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Als
Stellgrößen für die Bahnzugkraft
in einem Bahnabschnitt kommt sowohl die Klemmstelle 1 (Druckeinheiten)
als auch die Bahnzugkraft F01 in Frage,
beide wegen ihrer Eigenschaft, den in das System eingeleiteten instationären und
stationären Massenstrom
dadurch zu verändern,
dass sie unmittelbar oder über
weitere vorgeschaltete Einrichtungen zur Bahnkrafteinstellung die
Umfangsgeschwindigkeit des Abwicklers verändern.
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Im
Falle der Bahnzugkraft F01 wird die Anpresskraft
der Tänzer-
oder Pendelwalze z.B als Stellgröße für die Bahnzugkraft
Fi-1,i im gewünschten Abschnitt i – 1, i gewählt. Dabei
wird die Anpresskraft 2F01 der Tänzerwalze
nachgestellt, z.B. über
den Druck im – hier
nicht näher
dargestellten – zugehörigen Pneumatik-Zylinder über einen
entsprechenden Druckregelkreis. Das Tänzer- oder Pendelwalzensystem
ist für
den notwendigen Datenaustausch mit Kommunikationsschnittstellen
auszurüsten.
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Im
Falle der Klemmstelle 1 (Druckeinheiten) wird die Geschwindigkeit
v1 der Druckeinheiten verändert, wobei
diese Änderung
auch dem Lagesollwert des Messerzylinders (K4)
und eventuell weiterer Klemmstellen mitgeteilt wird.
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9. Selbstkompensation
einer Kraft
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Wird
für die
Regelung einer Bahnzugkraft Fi,i+1 die Geschwindigkeit
einer der angrenzenden Klemmstellen i oder i, i + 1 (Ki oder
Ki,i+1) gewählt, so ist die Eigenschaft
der sog. Selbstkompensation der Bahnzugkraft Fi,i+1 zu
beachten. Im Falle einer Änderung
von vi+1 ändert sich die Bahnzugkraft
Fi,i+1 bleibend, ist also durch vi+1 vollständig steuerbar. Im Falle einer Änderung
von vi hingegen ändert sich die Bahnzugkraft
Fi,i+1 im Falle vom rein elastischem Bahnmaterial (Hook'schem Material) nur
vorübergehend,
d.h. nicht bleibend. Daher ist die Bahnzugkraft Fi,i+1 durch
vi nicht vollständig steuerbar. Um dennoch auch
vi als Stellgröße verwenden zu können, darf eine
solche Eigenschaft der Selbstkompensation nicht vorliegen. Bei Eintrag
von Farbe und/oder Feuchtigkeit beim Bedruckvorgang und/oder bei
Eintrag von Wärme,
z.B. mittels eines Trockners in einem der Abschnitte vor der Klemmstelle
i (Ki), geht die Eigenschaft der Selbstkompensation
verloren, und auch Fi,i+1 ändert sich
bleibend. In diesem Fall ist auch vi als
Stellgröße in einem
Zugkraftregelkreis verwendbar.
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Ist
der Klemmstelle 2 (K2), beispielsweise im Falle
einer Illustrationsdruckmaschine, ein Trockner T vorgeschaltet,
so kann die Geschwindigkeit v2 als Stellgröße für die Bahnzugkraft
Fi,i+1 in einem Zugkraftregelkreis (Regler 2.1)
verwendet werden, wobei dieser der Antriebsregelung 2.2 überlagert
wird. Der Zugkraftregelkreis arbeitet dann beispielsweise mit einem
Registerregelkreis (Regler i.3) für Y * / 1i in entkoppelter Form zusammen.
Alternativ könnte
beispielsweise die Bahnzugkraft F23 geregelt
werden.
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Durch
die Wahl einer Geschwindigkeit vi als Stellgröße für die Regelung
der Bahnzugkraft Fi-1,i wird diese Kraft
bleibend verändert,
alle folgenden Bahnzugskräfte
nur vorübergehend,
falls Fi,i+1 selbstkompensierend ist. Durch
die Wahl einer Geschwindigkeit vi-1 als
Stellgröße für die Regelung
der Bahnzugkraft Fi-1,i werden diese und
alle folgenden Kräfte bleibend
verändert,
falls Fi-1,i, wie oben beschrieben, nicht
selbstkompensierend ist.
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Es
ist zu beachten, dass es möglich
wäre, die
Bahnzugkraft Fi-1,i dadurch bleibend zu
verändern,
dass mit der Geschwindigkeit vi-1 die Bahnzugkraft
Fi-2,i-1 geändert und vi mitgeführt würde, so
dass vi = vi-1 wäre. Dann
steht jedoch vi nicht mehr als unabhängige Stellgröße für Y * / 1i zur
Verfügung.
Die Verfügbarkeit zweier
unabhängiger
Stellgrößen ist
aber ausschlaggebend für
die entkoppelte Vorgabe der beiden Regelgrößen, also Fi-1,i und
Y * / 1i.
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Als
Stellgröße für die Bahnzugkraft
kann statt der Klemmstelle 1 (Druckeinheiten) auch eine andere Klemmstelle
gewählt
werden.
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Eine
erste Möglichkeit
besteht darin, die Anpresskraft der Tänzerwalze als Stellgröße für die Bahnzugkraft
im gewünschten
Abschnitt, beispielsweise die Bahnzugkraft F23 im
gewünschten
Abschnitt 2–3,
zu wählen.
Dabei wird die Anpresskraft 2F01, (vgl. 1a)
der – nicht
näher dargestellten – Tänzerwalze
nachgestellt, z.B. über
den Druck im zugehörigen
Pneumatik-Zylinder über
einen entsprechenden Druckregelkreis. Das Tänzerwalzensystem ist für den notwendigen
Datenaustausch mit Kommunikationsschnittstellen auszurüsten. An
die Stelle der Tänzerwalze
kann auch ein Bahnzugkraftregelkreis treten.
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Eine
zweite Möglichkeit
besteht darin, die Geschwindigkeit einer Klemmstelle zu nutzen,
die bestimmte Voraussetzungen erfüllen muss, wie sie im Folgenden
erklärt
sind. Bei Änderung
der Geschwindigkeit vi einer Klemmstelle
i (Ki), die zwischen zwei Klemmstellen Ki-1 und Ki+1 liegt,
deren Geschwindigkeiten vi-1 und vi+1 konstant sind, ändert sich die Bahnzugkraft
Fi-1,i bleibend, dagegen die Bahnzugkraft
Fi,i+1 nur vorübergehend, d.h. nicht bleibend. Diese
Eigenschaft wird als Selbstkompensation der Bahnzugkraft Fi,i+1 bezeichnet und liegt bei rein elastischem
Bahnmaterial vor. Unter diesen Bedingungen ist die Bahnzugkraft
Fi,i+1 nicht vollständig steuerbar. Bei Eintrag
von Farbe und/oder Feuchtigkeit beim Bedruckvorgang und/oder bei
Eintrag von Wärme,
z.B. mittels eines vor der Klemmstelle i (Ki)
liegenden Trockners, geht die Eigenschaft der Selbstkompensation
verloren, und auch Fi,i+1 ändert sich bleibend.
Die Geschwindigkeit vi der Klemmstelle i (Ki) kann unter dieser Voraussetzung als Stellgröße für die Einstellung
einer Bahnzugkraft dienen. Ist z.B. nach 1a der
Klemmstelle 2 (K2) im Falle einer Illustrationsdruckmaschine
ein Trockner vorgeschaltet, so kann F23 durch
einen Zugkraftregelkreis mit Hilfe von v2 geregelt werden
und arbeitet dann, wie oben beschrieben, mit dem Registerregelkreis
für Y * / 13 in
entkoppelter Form zusammen.
-
Regelung des
Schnittregisterfehlers am Messerzylinder
-
Die
kombinierte Schnittregister-Bahnzugkraftregelung einer Rollen-Rotationsdruckmaschine nach
obiger Beschreibung, wie sie z.B. in 6 dargestellt
ist, ist in der Lage, einerseits den Teil-Schnittregisterfehler
Y * / 13 gemäß dem vorgegebenen
Sollwert Y * / 13w, beispielsweise Y * / 13w = 0, und davon entkoppelt die Bahnzugkraft
F23 gemäß dem Sollwert
F23w dynamisch schnell zu kontrollieren.
Alle, z.B. durch einen Rollenwechsel verursachten, einlaufenden
Störungen
werden dadurch bereits weit vor dem Messerzylinder erkannt und können an
diesem Ort ausgeregelt werden. Der Fehler am Ort des Schnittes wird
dadurch zwar klein gehalten, aber im weiteren Laufe der Bahn – meistens
in Form von mehreren Teilbahnen – bis zum Ort des Schnittes
treten weitere Störquellen auf,
die einen Gesamt-Schnittregisterfehler verursachen. Daher wird der
Gesamt-Schnittregisterfehler, im
Vierwalzensystem als Y14 bezeichnet, durch
einen weiteren Sensor 5 unmittelbar vor dem Messerzylinder
K4 gemessen und einem weiteren Registerregler 3.6 zugeführt, wie 9 für den Fall
a) der vollständigen
Entkopplung zeigt. Dieser liefert nun den Sollwert Y * / 13w, der sich infolge
der Vorgabe Y14w im allgemeinen ändern wird.
Der jetzt unterlagerte Regelkreis für Y * / 13 sorgt dafür, dass
der Regler 4.5 für
Y14 im wesentlichen nur die nach der Klemmstelle
3 auftretenden Störungen
ausregeln muss. Der überlagerte Registerregelkreis
ist in der Lage, mit allen unter Punkt 1 beschriebenen
Regelungsvarianten zusammenarbeiten.
-
- 1
- Mechanische
Regelstrecke mit geregelten Antrieben
- 1a
- Mechanisches
System (Regelstrecke)
- 1b
- Geregelte
Antriebe
- 1.1
- Zugkraftregler
- 1.2
- Antriebsmotor
mit Drehzahlregelkreis/Winkelregelkreis einschließlich Stromregelkreis
- 1.3
- Übertragungsfunktion
(Zusatzsollwert für Bahnzugkraft)
- 1.4
- Symmetrierfilter
- 1.5
- Symmetrierfilter
- 1.6
- Winkelregler
- 1.7
- Übertragungsfunktion
(Entkopplung)
- 1.8
- Integralglied
- 1.9
- Übertragungsfunktion
(Entkopplung)
- 2
- Regeleinrichtung
- 2.2
- Drehzahlregelkreis
- 3
- –
- 3.1
- Registerregler
- 3.2
- Drehzahlregelkreis
- 3.3
- Übertragungsfunktion
(Entkopplung)
- 3.4
- Symmetrierfilter
- 3.5
- DT1-Glied
- 3.6
- Schnittregister-Regler
- 4
- –
- 4.1
- Übertragungsfunktion
(Entkopplung)
- 4.2
- Antriebsmotor
mit Drehzahlregelung
- 4.3
- Symmetrierfilter
- 4.4
- Winkelregler
- 5
- Sensor
für Gesamt-Schnittregisterfehler
- 6
- Sensor
für Teil-Schnittregisterfehler
- 8
- Sensor
für Bahnzugkraft
- K0
- Klemmstelle
0
- K1
- Klemmstelle
1
- K2
- Klemmstelle
2
- K3
- Klemmstelle
3
- K4
- Klemmstelle
4
- Ki
- Klemmstelle
i
- Kk
- Klemmstelle
k
- Fij
- Bahnzugkraft
im Abschnitt i – j
- F01
- Eingangs-Bahnzugkraft
- F01w
- Bahnzugkraft-Sollwert
- F23
- Bahnzugkraft
zwischen K2 und K3
- F34
- Bahnzugkraft
zwischen K3 und K4
- F23w
- Bahnzugkraft-Sollwert
- xiw
- Eingangsgröße
- v
- Bahngeschwindigkeit
- vi
- Umfangsgeschwindigkeit
der Klemmstelle i
- ωi
- Winkelgeschwindigkeit/Drehzahl
der Klemmstelle i
- ωiw
- Winkelgeschwindigkeits-Sollwert
- αi
- Winkel
der Klemmstelle i
- αiw
- Winkelsollwert/Lagesollwert
der Klemmstelle i
- Y * / 13
- Teil-(Schnitt-)Registerfehler
zwischen K1 und K3
- Y * / 13w
- Register-Sollwert
- Y14
- (Gesamt-)Schnittregisterfehler
- Y14w
- Sollwert
- RP
- Druckregler
- RF
- Zugkraftregler
- RY
- Registerregler
- T
- Trockner
- Mi
- Antriebsmotor
für Klemmstelle
i mit zugehöriger
Regelung
- p
- Druck
des Pneumatikzylinders
- zT
- Änderungen
des Querschnitts und des E-Moduls