DE10335888A1

DE10335888A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln des Schnittregisters einer Rollenrotationsdruckmaschine

Info

Publication number: DE10335888A1
Application number: DE2003135888
Authority: DE
Inventors: Günther Prof. Dr. Brandenburg; Stefan Geißenberger; Andreas Dr. Klemm
Original assignee: MAN Roland Druckmaschinen AG
Current assignee: Manroland Goss Web Systems GmbH
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-07
Also published as: US20050034578A1; DE10335888B4; CN100415510C; US20080148981A1; EP1505024A2; CN1607088A; US8181556B2; EP1505024A3

Abstract

Um das Schnittregister einer Bahn in einer Rollenrotationsdruckmaschine mit geringem Aufwand zu regeln, wird zum Regeln des Schnittregisters eine bestimmte Bildinformation der bedruckten Bahn mittels mindestens eines Sensors (5, 6) erfasst und einer Regeleinrichtung (2) zugeführt, dass diese Erfassung der Bildinformation oder Messmarken unmittelbar vor oder an einem Messerzylinder (K¶4¶) durchgeführt wird, dass aus diesem erfassten Wert der Schnittregisterfehler ermittelt und dass aus diesem Schnittregisterfehler die Lage des Messerzylinders (K¶4¶) beeinflusst wird. DOLLAR A Zusätzlich betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren zum Regeln des Schnittregisters.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Schnittregisters einer Rollenrotationsdruckmaschine.

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.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Regelung des Schnittregisters zu schaffen.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Laufzeit der Bahnbildpunkte bei einem konstanten Bahnweg verstellt, während nach dem Stand der Technik eine Bahnlängenänderung bei konstanter Bahngeschwindigkeit vorgenommen wird.

Von Bedeutung ist, dass die Messung des Schnittregisterfehlers vor dem Messerzylinder erfolgt, wobei der Messerzylinder einen winkelgeregelten Einzelantrieb besitzt und die Registerregelung dessen Lage- und/oder Drehzahlregelung überlagert wird. Des weiteren kann die Schnittregisterregelung mit Hilfe eines unterlagerten Regelkreises gelöst werden, bei dem der Teil- Registerfehler Y * / 13 an oder vor der Wendeeinheit, z.B. bereits am Ende der Kühleinheit, gemessen und über die Voreilung der Wendeeinheit kompensiert wird.

Von Bedeutung ist, dass zum Regeln des Schnittregisters eine bestimmte oder markante Bildinformation der bedruckten Bahn mittels mindestens eines Sensors erfasst und einer Regeleinrichtung zugeführt wird, wobei diese Bildinformation keine gesetzte Marke sein muss, und eine für die Abweichung der Lage des Druckbildes gegenüber seiner Sollage bezogen auf den Ort und Zeitpunkt des Schnittes, d.h. für den Schnittregisterfehler Y₁₄, geeignete Bildinformation unmittelbar vor oder an einem Messerzylinder (Klemmstelle 4) gemessen und durch mindestens einen Regelkreis auf seinen vorgegebenen Sollwert, beispielsweise auf den Wert Null, geregelt wird, wobei bei Korrektur über den Messerzylinder ein Regler einen Winkelsollwert α_14w für eine Winkelregelung des Messerzylinders vorgibt oder bei Korrektur über mindestens eine vor dem Messerzylinder liegende, nicht druckende Klemmstelle (Klemmstelle 2 oder 3) ein Regler den Register-Sollwert Y * / 12w oder Y * / 13w für einen unterlagerten Registerregler vorgibt, der den Teil-Registerfehler Y * / 12 oder Y * / 13 über die Geschwindigkeit bzw. Voreilung der Klemmstelle 2 oder 3 korrigiert oder bei Verwendung von mindestens zwei nicht druckenden Klemmstellen i und k und deren Geschwindigkeiten zugehörige Regelkreise so koordiniert werden, dass der Schnittregisterfehler Y₁₄ auf den vorgegebenen Sollwert Y * / 14w, beispielsweise gleich Null, geregelt wird. Im Folgenden wird der Einfachheit halber immer vom Wert Null beim Sollwert Y * / 14w gesprochen, wobei an seine Stelle auch ein anderer geeigneter Wert treten kann.

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.

Bedeutungsvoll ist, dass die Regelung der Winkellage der Druckeinheiten (Klemmstelle 1) bei Überschreiten der Schranken der Größe ω_3w die Regelung des Teil-Registerfehlers Y * / 13 vom Regler der Klemmstelle 3 auf einen Regler 1.1 der Klemmstelle 1 übergeben wird, also der Winkel der Klemmstelle 1 nachgeführt und der zu kleine oder zu große Wert von ω_3w in den zulässigen Bereich zurückgefahren wird. Die Nachführung des Winkels der Klemmstelle 1 erfolgt für alle Betriebszustände, bei denen ω_3w innerhalb der Schranken liegt, durch ein Anpassungsglied 1.2, wobei mit Hilfe eines mathematischen Modells ein Sollwert für die Nachstellung des Winkels α_1w berechnet wird, wodurch immer genügend Reserve der Stellgröße bzw. Voreilung der Klemmstelle 3 sichergestellt wird.

Im mathematischen Modell wird der Zusammenhang zwischen der für die Korrektur des Teil-Registerfehlers Y * / 13 notwendigen Voreilungsänderung und dem daraus resultierenden Korrekturwert α_1w berechnet. In vorteilhafter Weise erfolgt die Nachführung des Winkels der Klemmstelle 1 langsam gegenüber der Regelung von Y * / 13, wodurch Dublieren infolge zu schneller Lageänderungen der Druckwerke (Klemmstelle 1) vermieden und eine Entkopplung der Regelkreise erreicht wird.

Wichtig ist dabei, dass eine Nachführung insbesondere der winkelgeregelten Klemmstelle 2 winkelsynchron zur Klemmstelle 1 vorgenommen und dadurch die Bahnzeitkonstante zwischen Klemmstelle 1 und Klemmstelle 2 unwirksam wird.

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.

Infolge der besonderen Eigenschaften der Regelstrecke ist die Schnittregisterregelung mit Hilfe einer Voreilung einer Klemmstelle dynamisch schneller als bei der herkömmlichen Lösung mittels Registerwalze, da an die Stelle einer Wegänderung eine Voreilungsänderung der betreffenden Klemmstelle tritt. Ein bedeutungsvoller Vorteil dieser Registerregelung mit Hilfe der Voreilung einer Klemmstelle ist, dass kaum ein Verschleiß der mechanischen Übertragungsglieder auftritt, wie dies bei einer dynamisch schnellen Regelung mit Hilfe der Wegäderung einer Stellwalze der Fall wäre. Ein weiterer Vorteil ist, dass der regelungtechnische Aufwand bei dieser Registerregelung mit Hilfe der Voreilung einer Klemmstelle geringer ist als bei einer dynamisch schnellen Regelung mit Hilfe der Wegänderung einer Stellwalze.

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.

Die Nachführung der Bahnzugkraft kann auch mit Hilfe der Tänzerwalzenkraft gelöst werden, wobei diese aus dem Druck des zugehörigen Pneumatikzylinders ermittelt, die Kraft gemessen, einem Bahnzugkraftregler zugeführt und mit dem Kraftsollwert verglichen wird, wobei die Ausgangsgröße des Reglers entweder unmittelbar die Stellgröße für den Pneumatikzylinder oder der Sollwert F_01w ist, falls ein unterlagerter Regelkreis für die Eingangs-Bahnzugkraft F₀₁ vorhanden ist. An die Stelle der Tänzerwalze kann auch ein Bahnzugkraft-Regelkreis für die Bahnzugkraft F₀₁ treten. Durch diese Kraftanpassung wird immer dafür gesorgt, dass die infolge der Ausregelung einer Störung schnell aufgetretene Kraftänderung gegenüber dieser Ausregelung verhältnismäßig langsam abgebaut wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren zum Regeln des Schnittregisters, deren Klemmstellen 1 bis 4 mit Antriebsmotoren mit zugeordneter Strom-, Drehzahl- und gegebenenfalls Winkelregelung unabhängig voneinander antreibbar sind und bei der das Schnittregister und/oder damit verbundene weitere Registerabweichungen Y * / 13, Y * / 1i, Y * / ik an oder vor einem Messerzylinder und/oder an oder vor einer oder mehreren diesem Messerzylinder (Klemmstelle 4) vorgeordneten Klemmstellen i, k, 1 bis 4 über eine bestimmte Bildinformation oder Messmarken der bedruckten Bahn mittels mindestens eines Sensors erfassbar sind und zur Beeinflussung des Schnittregisterfehlers Y₁₄ einer Regel- und/oder Steuerungseinrichtung zur Veränderung von Winkellagen oder Umfangsgeschwindigkeiten v₁ bis v₄, v_i, v_k der jeweiligen Klemmstelle Ki, Kk, K1 bis K4 zuführbar sind

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.

Die Erfindung soll nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert t werden. In den Zeichnungen zeigt schematisch:
1: Klemmstellen-Schema einer Rotationsdruckmaschine mit geregelten Antrieben,
2: Regelanordnung zum Regeln des Schnittregisters und
3: Regelanordnung zur Nachführung der Tänzerwalze.
Anschließend soll die Funktionsweise anhand der Ausführungsbeispiele an einem Vierwalzensystem erläutert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass bei der realen Druckmaschine an die Stelle einer Klemmstelle 1 des Vierwalzensystems beliebig viele Druckeinheiten, also z.B. 4 Druckeinheiten, einer Rollenoffset-Illustrationsdruckmaschine oder Zeitungsdruckmaschine oder einer anderen Art von Rotationsdruckmaschinen treten können. Das im Folgenden beschriebene Prinzip der Registerkorrektur durch zwei einander überlagerte Regelkreise, wobei einer als Istwert den unmittelbar vor dem Messerzylinder gemessenen Registerfehler bekommt, der andere den von einer weiter vorn liegenden Klemmstelle, ist auf alle Rotationsdruckmaschinen sinngemäß zu übertragen.
Funktionserläuterung am Vierwalzensystem
Das Vierwalzensystem von 1 ist eine vereinfachte Form einer Rotationsdruckmaschine, insbesondere eine Rollenoffsetdruckmaschine. In einer nach dem Einzugswerk folgenden Klemmstelle 1 (K1) sind alle Druckeinheiten zusammengefasst. Klemmstelle 2 (K2) steht in Falle einer Illustrations- Druckmaschine für die Kühleinheit, Klemmstelle 3 (K3) für die Wendeeinheit und Klemmstelle 4 (K4) für die Falzeinheit mit dem schnittbestimmenden Messerzylinder. Größen v_i sind die Umfangsgeschwindigkeiten der Klemmstellen, die durch das Verhalten umschlungener Walzen mit Coulomb'scher Reibung angenähert seien. Bei Rotationsdruckmaschinen wird statt des Begriffes „Geschwindigkeit" der Begriff „Voreilung" verwendet. Die Voreilung W_i,i-1 einer Klemmstelle i (Ki) gegenüber einer Klemmstelle i – 1 (Ki-1) ist gegeben durch den Ausdruck
Im folgenden Text werden „Geschwindigkeit" und „Voreilung" synonym verwendet. Die Bahnkraft in einem Abschnitt i-1, i wird als F_i-1,i bezeichnet. In z_T sind die Änderungen des Elastizitäts-Moduls und des Querschnitts der einlaufenden Bahn zusammengefasst. Der Registertehler Y₁₄ am Messerzylinder sei als Gesamt-Schnittregisterfehler oder kurz als Schnittregisterfehler bezeichnet. Ein davor aufgelaufener Registerfehler Y * / 1i, gemessen an einer nicht druckenden Klemmstelle i, wird Teil-Schnittregisterfehler oder kurz Teilregistertehler genannt.
Das System 1 von 1 wird als mechanische Regelstrecke (Block 1a in 2) mit zugehörigen Stellgliedern (geregelte Antriebe in Block 1b in 2) aufgefasst. Die zwei Regelgrößen sind der Teil-Schnittregisterfehler Y * / 13 und der Gesamt-Schnittregisterfehler Y₁₄. Der Teil-Registerfehler 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 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. Eine weitere Regelgröße ist die Lage, d.h. der Winkel, der Klemmstelle 1 (K1). Die Stellglieder bilden die geregelten Antriebsmotoren M1 bis M4. Die in 1 dargestellten Eingangsgrößen X_iw stehen für die Winkelgeschwindigkeits- (Drehzahl-) oder Winkelsollwerte der geregelten Antriebe M1 bis M4, wie aus 2 näher ersichtlich ist.
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 Kraft F₀₁ der Dehnung ε₀₁ proportional. Die Kraft 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 stationären 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.
Registerregelkreis I
Der vor der Klemmstelle 3 (K3) – beispielsweise einer Wendeeinheit – mittels eines Sensors 6 gemessene Teil-Registerfehler Y * / 13 wird, wie 2 zeigt, mit einem Registerregler 3.2 mit Hilfe der Geschwindigkeit v₃ dieser Klemmstelle 3 (K3) auf einen Sollwert Y * / 13w geregelt. Statt den Teil-Registerfehler Y * / 13 unmittelbar vor der Wendeeinheit zu messen, kann, z.B. aus konstruktiven Gründen, auch ein Messort zwischen Kühleinheit (K2) und Wendeinheit (K3), z.B. auch unmittelbar nach der Kühleinheit, gewählt werden.
Diesem Registerregelkreis ist ein Drehzahlregelkreis 3.3 des der Klemmstelle 3 (K3) zugeordneten Antriebsmotors unterlagert. Das sehr schnelle dynamische Verhalten des dem Drehzahlregelkreis unterlagerten Stromregelkreises ist vernachlässigbar. Der Sollwert für die Winkelgeschwindigkeit (bzw. für die Drehzahl) der Klemmstelle 3 (K3) ist ω_3w.
Ist der Sollwert für den an der Wendeeinheit gemessenen Teil-Registerfehler gleich Null, also Y * / 13w = 0, und somit im Mittel auch der Istwert, so würde trotz dieser Maßnahme der Gesamt-Schnittregistertehler Y₁₄ im Allgemeinen nicht Null sein, da die Bahn auf dem Weg zwischen Wendeeinheit und Messerzylinder auf den weiteren zu durchlaufenden Leitelementen (beispielsweise Trichterwalze, Trichter, schlupfende Transportwalzen im Falzapparat etc.) Kräften unterworfen ist, die bei Änderung der Bahnzugkräfte, z.B. beim Rollenwechsel, bleibende Schnittregisterfehler erzeugen. Daher wird auch der Gesamt-Registerfehler Y₁₄ gemessen und beeinflusst, wobei mehrere Varianten auftreten. Diese Varianten sind vorzugsweise für den einbahnigen Betrieb an den Ausführungsbeispielen erklärt. Für den mehrbahnigen Betrieb wird auf die parallele Anmeldung PB04640 verwiesen.
Registerregelkreis II
a) Registerregelkreis für den Schnittregisterfehler Y₁₄ (Variante 1)
Statt der oben beschriebenen Registerregelung I für den Teil-Registerfehler Y * / 13 kann unmittelbar ein Registerregelkreis für den Gesamt-Schnittregisterfehler Y₁₄ vorgesehen werden. Stellgröße ist die Voreilung bzw. Lage des Messerzylinders 4. Dazu wird der Registerfehler mit Hilfe eines Sensors 5 kurz vor dem Messerzylinder 4 gemessen, dem Vergleichspunkt eines Schnittregisterreglers 4.1 zugeführt und mit einem Sollwert Y_14w = 0 verglichen (gestrichelte Linie in 2). Der Registerregler gibt einen Lagesollwert α_14w vor. Bei Auftreten eines Schnittregisterfehlers, z.B. bei einem Rollenwechsel, wird der Registerfehler nach Maßgabe der Dynamik des unterlagerten Winkelregelkreises kompensiert.
b) Regelkreis für den Gesamt-Schnittregisterfehler Y₁₄ und unterlagerter Regelkreis für den Teil-Registerfehler Y * / 13 (Variante 2)
Es kann aber auch der Regelkreis für den Gesamt-Schnittregisterfehler Y₁₄ nach dem Prinzip der Kaskadenregelung dem Regelkreis für den Teil-Registerfehler Y * / 13 überlagert werden. Dazu wird der Gesamt-Registerfehler, wie bei a) und im Abschnitt „Registerregelkreis I" beschrieben, kurz vor dem Messerzylinder mit Hilfe eines weiteren Sensors 6 gemessen, dem Vergleichspunkt des Schnittregisterreglers 3.1 zugeführt und mit dem Sollwert Y_14w = 0 verglichen. Durch den unterlagerten Kreis (Registerregler 3.2) wird schon am Ort der Wendeeinheit erkannt, dass ein späterer Schnittregisterfehler auftreten wird. Durch den Schnittregisterregler 3.1 wird der Sollwert Y * / 13w so geführt, dass im Rahmen der dynamischen Möglichkeiten immer Y_14w = 0 eingehalten wird. Mit Hilfe der Geschwindigkeit v₃ der Wendeeinheit wird also der Gesamt-Schnittregisterfehler am Messerzylinder K4 auf diese Weise passend beeinflusst. Für den Schnittregisterregler 3.1 wird z.B. ein PI-Regler gewählt, der nach dem Betragsoptimum oder dem Symmetrischen Optimum optimiert wird [Föl 88]. Die Ausgangsgröße des Registerreglers 3.1 wird durch eine Schranke 3.6 begrenzt. Die Adaption des Regelkreises an die Maschinengeschwindigkeit sowie die Kompensation von dynamischen Gliedern dieser Registerregelstrecke erfolgt in einem Anpassungsglied 3.4. Dieses kann auch direkt im Regler 3.1 implementiert werden. Unter einem Anpassungsglied versteht man in diesem Fall eine Adaption der Parameter (beispielsweise Verstärkungsfaktoren) des geschlossenenen Regelkreises an die Maschinengeschwindigkeit. Hierzu sind im Anpassungsglied Charakteristiken (Kennlinien und/oder dynamische Übertragungsglieder) hinterlegt.
c) Regelkreis für den Schnittregisterfehler Y₁₄ und unterlagerter Regelkreis für den Teil-Registerfehler vor der Trichterwalze (Variante 3)
Es kann, bei einbahnigem Betrieb, auch der Regelkreis für den Gesamt-Schnittregistertehler Y₁₄ nach dem Prinzip der Kaskadenregelung einem Regelkreis für den Teil-Registerfehler vor der Trichterwalze statt vor der Wendeeinheit überlagert werden (in 2 nicht gezeichnet). Dazu wird der Teil-Registerfehler vor der Trichterwalze durch einen Sensor gemessen. Stellgröße ist die Voreilung der Trichterwalze. Der Regelkreis ist wie bei b) aufgebaut.
An die Stelle der Trichterwalze oder der Wendeeinheit kann auch eine andere, z.B. vor der Klemmstelle 3 (K3) liegende Klemmstelle i (Ki), treten. Entsprechend wird an oder vor dieser Klemmstelle i (Ki) der Teil-Registerfehler Y * / 1i gemessen und geregelt. Die Registerkorrektur erfolgt entweder durch die Geschwindigkeit (Voreilung) v_i dieser Klemmstelle oder Y * / 1i wird einem anderen Regelkreis zugeführt (z.B. auch zum Zwecke der Vorsteuerung). Es ist auch möglich, den oder die Teil-Registerfehler an mehreren, vor dem Messerzylinder K4 liegenden, nicht druckenden Klemmstellen i und k (Ki; Kk) zu messen und über die Geschwindigkeiten von v_i und v_k mit Hilfe von zugeordneten Regelkreisen zu korrigieren. Beide Regelkreise können auch in geeigneter Weise kombiniert werden. Insbesondere kann es sich auch um mindestens einen periodischen Regler handeln, der in seiner Wirkung an eine periodische Störung angepasst ist (vgl. Patentschrift DE 197 40 153 C2 ).
Winkelnachführung
Nachdem die Registerregelung über die Voreilung der Klemmstelle 3 (K3) (bzw. wie oben gezeigt anderer geeigneter Klemmstellen) mit einer Änderung der Bahnzugkraft F₂₃ verbunden ist, ist nicht auszuschließen, dass große Störungen zu kleine oder zu große Bahnzugkräfte F₂₃ verursachen, die zum Bahnriss führen können. Die Bahnzugkraft F₂₃ muss daher beschränkt werden. Dazu wird die Geschwindigkeit v₃ durch Vorgabe einer unteren und oberen Schranke 3.5 der Ausgangsgröße ω_3w eines Registerreglers 3.2 begrenzt. Bei Erreichen einer dieser Voreilungsschranken wird die Winkellage der Druckeinheiten, also in 1 der Klemmstelle 1 (K1), nachgestellt. Dann übernimmt ein Registerregler 1.1 die Registerkorrektur (strichpunktierte Linien in 2). Wird die Voreilungsschranke verlassen, so tritt der Registerregler 3.2 wieder in Aktion (Ablöseregelung).
Damit für die Registerkorrektur über die Geschwindigkeit (Voreilung) von Klemmstelle 3 (K3) hinsichtlich des zulässigen Bereiches der Bahnzugkraft F₂₃ immer genügend Stellgröße zur Verfügung steht, wird in einem Anpassungsglied 1.2 stets aus der Voreilung von Klemmstelle 3 (K3) mit Hilfe eines mathematischen Modells ein Sollwert für die Nachstellung des Winkels α_1w berechnet. Dieses mathematische Modell beschreibt den Zusammenhang zwischen der für die Korrektur des Teil-Registerfehlers Y * / 13 auftretenden Voreilungsänderungen und dem daraus resultierenden Korrekturwert α_1w. Während die Registerkorrektur über die Voreilung von Klemmstelle 3 (K3) möglichst schnell erfolgt, handelt es sich bei der Nachstellung des Winkels α_1w um eine demgegenüber langsame Korrektur. Dadurch werden schnelle Bewegungen der Druckeinheiten, die Energie kosten und evtl. Dublieren hervorrufen, vermieden. Das Anpassungsglied 1.2 enthält zu diesem Zwecke zusätzlich ein Verzögerungsglied erster oder höherer Ordnung. Dieses sorgt außerdem dafür, dass im Normalbetrieb, d.h. bei Betrieb innerhalb der Schranken vom Registerregler 3.2, der Registerregelkreis und die Winkelnachstellung der Klemmstelle 1 (K1) entkoppelt sind. Die Umschaltung zwischen den Regelkreisen erfolgt in einem elektronischen Schalter 1.3, der durch die Auswertung der Schranke 3.5 gesteuert wird. Im Normalbetrieb wird also durch die Winkelnachstellung mittels des Anpassungsgliedes 1.2 immer dafür gesorgt, dass die infolge der schnellen Ausregelung einer Störung aufgetretene Voreilungsänderung der Klemmstelle 3 (K3) langsam wieder abgebaut wird.
Auch der überlagerte Regler 3.1 wird mit einer Begrenzung der Ausgangsgröße versehen. Da diese überlagerte Regelung für Y₁₄ prinzipbedingt langsamer einzustellen ist als die unterlagerte für Y * / 13, ist zwar selbst bei großen Störungen kaum damit zu rechnen, dass ein zu großer Sollwert Y * / 13 vorgegeben wird. Dennoch könnte z.B. bei fehlerhaftem Ausfall des Anpassungsgliedes 3.4 oder des Sensors für Y₁₄ eine zu große Aussteuerung des Reglers 3.1 erfolgen, weshalb eine Begrenzung notwendig ist.
Eingangskraft-Nachführung
Nachdem die Registerregelung über die Voreilung der Klemmstelle 3 (bzw. wie oben gezeigt anderer geeigneter Klemmstellen) mit einer Änderung der Bahnzugkraft F₂₃ verbunden ist, ist – wie oben beschrieben – nicht auszuschließen, dass große Störungen zu kleine oder zu große Bahnzugkräfte F₂₃ verursachen, die zum Bahnriss führen können.
Daher wird die Kraft 2F₀₁ der Tänzerwalze bzw. des Tänzerwalzensystems 7 (z.B. über den Druck in der zugehörigen Stelleinrichtung beispielsweise Pneumatik-Zylinder 7.3) nachgestellt, vgl. 3. Dazu ist ein Kraftregler 7.1 für die Kraft F₂₃ vorzusehen, dem der Istwert der Kraft F₂₃ – ermittelt durch einen Sensor 8 – zugeführt und mit dem Kraftsollwert F_23w verglichen wird. Seine Ausgangsgröße ist entweder unmittelbar die Stellgröße für die als Pneumatikzylinder ausgestaltete Stelleinrichtung 7.3 oder der Sollwert F_01w falls ein unterlagerter Regelkreis (Regler 7.2) für die Eingangs-Bahnzugkraft F₀₁ vorhanden ist. Durch diese Kraftanpassung wird immer dafür gesorgt, dass die infolge der Ausregelung einer Störung schnell aufgetretene Kraftänderung im Abschnitt 2–3 demgegenüber mehr oder weniger langsam abgebaut wird. Dazu kann (wie in 2, Block 1.2) ein Anpassungsglied vorgesehen werden. Für den oben beschriebenen Datenaustausch ist das Tänzerwalzensystem 7 mit Kommunikationsstellen 7.4; 7.5 ausgerüstet. Anstelle des Tänzerwalzensystems 7 kann alternativ ein Pendelwalzensystem verwendet werden.
An die Stelle des Tänzer- oder Pendelwalzensystems kann auch ein Bahnzugkraftregelkreis treten, durch den die Kraft F₀₁ vorgegeben wird (vgl. 1). Beide Eingriffe verändern den stationären und instationären in das System eingeleiteten Massenstrom mittels der Umfangsgeschwindigkeit der Abwickeleinrichtung. Diese Umfangsgeschwindigkeit kann auch mittels mindestens eines Messwertes für eine Bahnzugkraft, Bahnspannung oder Bahndehnung beeinflusst werden.

1: Mechanische Regelstrecke mit geregelten Antrieben
1a: Mechanisches System (Regelstrecke)
1b: Geregelte Antriebe
1.1: Registerregler
1.2: Anpassungsglied
1.3: Schalter
2: Regeleinrichtung
3
3.1: Schnittregisterregler
3.2: Registerregler
3.3: Drehzahlregelkreis
3.4: Anpassungsglied
3.5: Schranke
3.6: Schranke
4
4.1: Schnittregisterregler
5: Sensor für Schnittregisterfehler
6: Sensor für Registerfehler
7: Tänzerwalzensystem
7.1: Zugkraftregler
7.2: Druckregler
7.3: Stelleinrichtung/Pneumatikzylinder
7.4: Kommunikations-Schnittstellen
8: Sensor für Bahnzugkraft
9: Sensor für Bahnzugkraft
K1: Klemmstelle 1
K2: Klemmstelle 2
K3: Klemmstelle 3
K4: Klemmstelle 4
Ki: Klemmstelle i
Kk: Klemmstelle k
F_ij: Bahnzugkraft im Abschnitt i-j
F₀₁: Eingangs-Bahnzugkraft
F_01w: Bahnzugkraft-Sollwert
F₂₃: Bahnzugkraft zwischen K2 und K3
F_23w: Bahnzugkraft-Sollwert
x_iw: Eingangsgröße
v_i: Umfangsgeschwindigkeit der Klemmstelle i
ω_i: Winkelgeschwindigkeit/Drehzahl der Klemmstelle i
ω_iw: Winkelgeschwindigkeits-Sollwert
α_iw: Winkelsollwert/Lagesollwert der Klemmstelle i
Y * / 13: Teil-Registerfehler zwischen K1 und K3
Y * / 13w: Register-Sollwert
Y₁₄: Gesamt-Schnittregisterfehler
Y_14w: Sollwert
R_P: Druckregler
R_F: Zugkraftregler
R_Y: Registerregler
R_ω: Winkelgeschwindigkeits- (Drehzahl-)regler
M_i: Antriebsmotor für Klemmstelle i mit zugehöriger Regelung
p: Druck des Pneumatikzylinders
Z_T: Änderungen des Querschnitts und des E-Moduls

Literatur

[Föl 88] Föllinger, O.: Regelungstechnik. Heidelberg: Hüthig-Verlag 1988

Claims

Verfahren zum Regeln des Schnittregisters einer Rotationsdruckmaschine, bei der zum Regeln des Schnittregisters eine bestimmte Bildinformation oder Messmarken der bedruckten Bahn mittels mindestens eines Sensors (5; 6) erfasst und einer Regeleinrichtung (2) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Erfassung der Bildinformation oder Messmarken unmittelbar vor oder an einem Messerzylinder (K₄) durchgeführt wird, dass aus diesem erfassten Wert der Schnittregisterfehler ermittelt und dass aus diesem Schnittregisterfehler die Lage des Messerzylinders (K₄) beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zu regelnde Gesamt-Schnittregisterfehler (Y₁₄) unmittelbar vor oder an einem Messerzylinder (K₄) gemessen und durch mindestens einen Regelkreis auf einen bestimmten Sollwert (Y_14w) geregelt wird, wobei die Korrektur über den Messerzylinder (K₄) mit Hilfe eines Reglers (4.1) erfolgt, der einen Winkelsollwert (α_4w) oder Winkelgeschwindigkeitssollwert für eine Winkelregelung oder Drehzahlregelung des Messerzylinders (K₄) vorgibt.
Verfahren zum Regeln des Schnittregisters einer Rotationsdruckmaschine, bei der zum Regeln des Schnittregisters eine bestimmte Bildinformation oder Messmarken der bedruckten Bahn mittels mindestens eines Sensors (5; 6) erfasst und einer Regeleinrichtung (2) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Erfassung der Bildinformation oder Messmarken unmittelbar vor oder an einem Messerzylinder (K₄) durchgeführt wird, dass aus diesem erfassten Wert der Schnittregisterfehler ermittelt und dass aus diesem Schnittregisterfehler die Geschwindigkeit (v₃) mindestens einer vor dem Messerzylinder (K4) liegenden Klemmstelle (K₃) beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil-Registerfehler (Y * / 13) mittels mindestens eines Regelkreises auf einen bestimmten Sollwert geregelt wird, wobei die Ausgangsgröße eines Reglers (3.2) die Winkelgeschwindigkeit für die Klemmstelle 3 (K₃) ist und ein Regler (3.1) den zugehörigen Sollwert (Y * / 13w) für diesen unterlagerten Regler (3.2) nach Maßgabe des Sollwertes für den Gesamt-Registerfehler (Y_14w), insbesondere nach Maßgabe des Sollwertes Y_14w = 0, liefert.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von mindestens zwei nicht druckenden Klemmstellen (K_i, K_k) und deren Geschwindigkeiten (v_i, v_k) zugehörige Regelkreise so koordiniert, insbesondere einander über- oder unterlagert werden, dass der Gesamt-Schnittregisterfehler (Y₁₄) auf den Sollwert Y_14w, insbesondere Y_14w = 0, geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Winkellage der Druckeinheiten (K1) bei Überschreiten der Schranken (3.6) der Stellgröße (ω_3w) bei Regelung des Teil-Registerfehlers (Y * / 13) vom Regler (3.1) auf einen Regler (1.1) übergeben wird, also der Winkel der Klemmstelle 1 (K₁) nachgeführt und der zu kleine oder zu große Wert von (ω_3w) in den zulässigen Bereich zurückgefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Winkellage der Druckeinheiten (K1) bei Überschreiten der Schranken mehrerer Stellgrößen (v_i, v_k) bei Regelung der Teil-Registerfehler (Y * / 1i, Y * / ik) von zugehörigen Reglern auf einen Regler (1.1) übergeben wird, also der Winkel der Klemmstelle 1 (K₁) nachgeführt und die zu kleinen oder zu großen Sollwerte (ω_i _w, ω_kw) in den zulässigen Bereich zurückgefahren werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachführung des Winkels der Klemmstelle 1 (K₁) durch ein Anpassungsglied (1.2) für alle Betriebszustände erfolgt, bei denen die Winkelgeschwindigkeit (ω_3w, ω_iw, ω_kw) der Klemmstellen (K₃, K_i, K_k) innerhalb der Schranken (3.5) liegt, wobei mit Hilfe eines mathematischen Modells ein Sollwert für die Nachstellung des Winkels (α_1w) berechnet wird, wodurch immer genügend Reserve der Stellgrößen (v₃ ,v_i, v_k) der Klemmstellen (K₃, K_i, K_k) sichergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im mathematischen Modell der Zusammenhang zwischen der für die Korrekturen der Teil-Registerfehler (Y * / 13, Y * / 1i, Y * / ik) notwendigen Voreilungsänderungen und dem daraus resultierenden Korrekturwert (α_1w) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführung des Winkels der Klemmstelle 1 (K₁) durch das Anpassungsglied (1.2) für alle Betriebszustände, bei denen (ω_3w, ω_iw, ω_kw) innerhalb der vorgeschriebenen Schranken (3.5) liegen, langsam gegenüber der Regelung von (Y * / 13, Y * / 1i, Y * / ik) erfolgt, wodurch Dublieren infolge zu schneller Lageänderungen der Druckwerke (1) vermieden und eine Entkopplung der Regelkreise erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachführung der insbesondere winkelgeregelten Klemmstelle 2 (K₂) – oder nachfolgender Klemmstellen – winkelsynchron zur Klemmstelle 1 (K₁) vorgenommen und dadurch die Bahnzeitkonstanten zwischen Klemmstelle 1 (K₁) und Klemmstelle 2 (K₂) – oder zwischen Klemmstelle 1 (K₁) und allen folgenden Klemmstellen – unwirksam werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nachführung der Bahnzugkraft (F₂₃) – oder mehrerer Bahnzugkräfte – mit Hilfe einer Tänzerwalze oder Pendelwalze die gemessene Kraft (F₂₃) einem Bahnzugkraftregler (7.1) als Istwert zugeführt und mit einem Kraftsollwert (F_23w) verglichen wird, wobei die Ausgangsgröße des Reglers (7.1) entweder unmittelbar die Stellgröße für die die Kraft F₀₁ verändernde Stelleinrichtung (7.3) oder der Sollwert (F_01w) für einen unterlagerten Regler (7.2) für die Eingangs-Bahnzugkraft (F₀₁) ist, so dass durch diese Kraftanpassung immer die infolge der Ausregelung einer Störung aufgetretene Kraftänderung im Abschnitt zwischen den Klemmstellen (K₂ und K₃) oder die Kraftänderungen in den Abschnitten zwischen weitereren Klemmstellen abgebaut werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführung der Bahnzugkraft (F₂₃) mit Hilfe eines Bahnzugkraftregelkreises durchgeführt wird, wobei die Bahnzugkraftkraft (F₀₁) mittels eines Sensors (9) gemessen wird und die Ausgangsgröße des Bahnzugkraftreglers proportional zur Umfangsgeschwindigkeit mindestens einer den Massenstrom beeinflussenden, davor liegenden Klemmstelle ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einander, insbesondere in Kaskadenstruktur, überlagerten Regelkreise schrittweise in Betrieb genommen werden können, wobei ein Identifikationsverfahren alle Daten der mechanischen Regelstrecke im Stillstand oder Betrieb ohne und mit durchlaufender Papierbahn ermittelt und die Regler nach analytischen Optimierungsgleichungen optimiert werden, wobei die Optimierung rechnergestützt oder vollautomatisch erfolgen kann, insbesondere auch mit Hilfe eines Simulationsprogramms, auf dem die gesamte Anlage [nach Block 1a, 1b und 2] abgebildet ist (nach 2), wobei die Simulation off-line oder in Echzeit on-line erfolgen kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellgröße die den stationären und instationären in das System eingeleiteten Massenstrom bestimmende Umfangsgeschwindigkeit der Abwickeleinrichtung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeit mittels mindestens eines Messwertes für eine Bahnzugkraft, Bahnspannung oder Bahndehnung beeinflusst wird, insbesondere durch die Lage einer mit der Kraft (F₀₁) auf die Bahn wirkenden Tänzer- oder Pendelwalze, oder mittels eines die Kraft (F₀₁) regelnden Bahnzugkraftregelkreises
Vorrichtung zur Regelung des Schnittregisters, insbesondere nach Anspruch 1 bis 16, an einer Rotationsdruckmaschine, deren Klemmstellen (K₁ bis K₄) mit Antriebsmotoren mit zugeordneter Strom-, Drehzahl- und gegebenenfalls Winkelregelung unabhängig voneinander antreibbar sind und bei der das Gesamt-Schnittregister und/oder damit verbundene weitere Teil-Schnittregisterabweichungen (Y * / 13, Y * / 1i, Y * / ik) an oder vor einem Messerzylinder (K4) und/oder an oder vor einer oder mehreren diesem Messerzylinder (K₄) vorgeordneten Klemmstellen (K₁ bis K₃, K_i, K_k) über eine bestimmte Bildinformation oder Messmarken der bedruckten Bahn mittels mindestens eines Sensors (5; 6) erfassbar sind und zur Beeinflussung des Schnittregisterfehlers (Y₁₄) einer Regel- und/oder Steuerungseinrichtung (2) zur Veränderung von Winkellagen oder Umfangsgeschwindigkeiten (v₁ bis v₄, v_i, v_k) der jeweiligen Klemmstelle (K₁ bis K₄, K_i, K_k) zuführbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (5; 6) und zugehörige Auswerteeinrichtungen bei Nenngeschwindigkeit der Druckmaschine die Information über den oder die Registerfehler (Y₁₄; Y * / 13; Y * / 1i; Y * / ik) in minimaler Zeit zur Verfügung stellen und mit Schnittstellen ausgeführt sind, welche die Registerfehler Registerfehler (Y₁₄; Y * / 13; Y * / 1i; Y * / ik) über Feldbusse, Ethernet oder anderer Kommunikationsbusse oder Kommunikationsschnittstellen übertragen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Regel- und/oder Steuerungseinrichtung (2) als Zentralrechner, vorzugsweise im Leitstand, oder als eingebetteter Rechner, vorzugsweise in einem Steuer- oder Reglerschrank, oder funktionell dezentralisiert in den jeweiligen Umrichtergeräten realisiert ist und alle Informationen (Istwerte, Sollwerte, Regelalgorythmen) in Echtzeit verarbeitbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tänzerwalzensystem (7) mit Kommunikationsstellen (7.4; 7.5) ausgerüstet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abwickeleinrichtung (K₀) mittels Tänzerwalzen oder Bahnzugkraftregelkreisen derart steuerbar ist, dass mit Hilfe der Umfangsgeschwindigkeit (v_i) der Klemmstelle (K₁) oder mit Hilfe der Bahnzugkraft (F₀₁) der instationäre und stationäre, in das System eingeleitete Massenstrom veränderbar ist.