DE19651427A1 - Synchronous control technically linked drive systems e.g. for printing machines and machine tools - Google Patents

Synchronous control technically linked drive systems e.g. for printing machines and machine tools

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Abstract

The method involves controlling a position and/or an angle of linked drive systems, synchronously, whereby individual drives summed up to drive groups, are controlled through clock signals in form of incremental or coded instruction signals. The drives are connected over one or several gearing units with further drives or positioning elements. The individual drives receive a common timing signal, and a control signal for the single drives is formed from a combination of time- and instruction-signals. The time-signals are preferably stored in one or several time registers, and the instruction signals are output in form of date-specific control signals to the individual drives or drive groups.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur lage- und/oder winkel­ synchronen Steuerung von technologisch verketteten Antriebs­ systemen, bei denen zu Antriebsgruppen zusammengefaßte Einzel­ antriebe über Taktsignale in Form von inkrementalen oder codier­ ten Kommandosignalen gesteuert werden und die ggf. über ein oder mehrere Getriebeeinheiten mit weiteren Antrieben oder Stell­ gliedern verbunden sind sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for position and / or angle synchronous control of technologically linked drives systems in which individual groups are combined into drive groups drives via clock signals in the form of incremental or coding th command signals are controlled and if necessary via a or several gear units with additional drives or actuators links are connected and a device for performing of the procedure.

Aus R. Schönfeld "Digitale Regelung elektrischer Antriebe", VEB- Verlag Technik Berlin 1. Auflage, 1987 Seite 97 sind Gleichlauf­ steuerungen technologisch verketteter Antriebe bekannt. Diese werden beispielsweise in der Druckindustrie für den Antrieb der Druckrollen von Druckmaschinen, bei Papiermaschinen, Werkzeug­ maschinen, Textilmaschinen, Kranen oder dergleichen angewendet.From R. Schönfeld "Digital control of electric drives", VEB- Verlag Technik Berlin 1st edition, 1987 page 97 are synchronous controls of technologically linked drives are known. This are used, for example, in the printing industry to drive the Printing rolls of printing machines, paper machines, tools machines, textile machines, cranes or the like applied.

Die früher verwendete mechanischen Gleichlaufeinrichtungen sind inzwischen durch hochwertige digitale Gleichlaufregelungen abge­ löst worden, von denen zwei grundsätzlich verschiedene Ausfüh­ rungsformen nachfolgend beschrieben werden:The mechanical synchronizers used earlier are meanwhile abge by high-quality digital synchronism has been solved, two of which are fundamentally different designs forms are described below:

1. Übertragung der Bewegungsgrößen als Encodersignal1. Transmission of the motion variables as an encoder signal

Bei der Substitution der mechanischen Lösung wurde zunächst ein elektronisch synchronisierter Mehrmotorenantrieb entwickelt. When substituting the mechanical solution, a was first used electronically synchronized multi-motor drive developed.  

Dabei werden die Bewegungsgrößen Winkel, Weg sowie Drehzahl (Geschwindigkeit und Beschleunigung) vorgegeben. Die Übertragung der Bewegungsgrößen erfolgt inkremental als Encodersignal nach dem sogenannten "Master-Slave"-System. Der Masterregler läuft drehzahlgeregelt und der Slaveregler erhält über einen Sollwert­ kanal die Positionsvorgabe vom Lagegeber des Masters.The movement variables are angle, distance and speed (Speed and acceleration). The transfer the movement values are incremental as an encoder signal the so-called "master-slave" system. The master controller is running speed-controlled and the slave controller receives a setpoint channel the position specification from the position encoder of the master.

Bei einem Lageregelsystem mit inkrementalen Winkelgebern treten Quantisierungsfehler beim durch Differentiation aus dem Posi­ tionssignal erzeugten Drehzahlsignal auf. Dieser Quantisierungs­ fehler wird umso höher, je weiter die Abtastfrequenz des Lage­ reglers ansteigt. Die daraus resultierende Begrenzung der Ab­ tastfrequenz verringert die erreichbare Lagegenauigkeit. Mit anderen Worten: Die Meßwertauflösung verschlechtert sich bei­ spielsweise bei kleinen Drehzahlen und hohen Abtastfrequenzen.In a position control system with incremental angle encoders Quantization error when differentiating from the posi tion signal generated speed signal. This quantization error increases, the further the scanning frequency of the position regulator increases. The resulting limitation of the Ab keying frequency reduces the achievable position accuracy. With In other words, the resolution of the measured values deteriorates for example at low speeds and high sampling frequencies.

2. Sollwertvorgabe als Zahlenwert (Kommandosignal)2. Setpoint specification as a numerical value (command signal)

Hier erfolgt die Datenübertragung von einem (virtuellen) Master über einen Bussystem an einen Rechner, der den Zahlenwert (Posi­ tion, Drehzahl, Beschleunigung) in ein Führungssignal für den Slaveregler überträgt.Here the data transfer takes place from a (virtual) master via a bus system to a computer that calculates the numerical value (pos tion, speed, acceleration) in a command signal for the Slave controller transmits.

Es wird ein diskontinuierliches Signal mit Abtastfrequenzen im Bereich von 0,5 bis 10 KHz erzeugt und übertragen. Die Slave­ regler müssen taktsynchron arbeiten, da sonst ein Lagefehler auftritt, der sich aus dem Produkt von Abtastzeit und Linien­ geschwindigkeit ergibt. Die Taktsynchronisation wird durch eine geeignete Software und Hardware und entsprechender Rechnerzeit erzielt. Diese Systeme sind teuer und sehr unflexibel, da sie bei einer Konfigurationsänderung mit erheblichem Aufwand ange­ paßt werden müssen.It is a discontinuous signal with sampling frequencies in the Range from 0.5 to 10 KHz generated and transmitted. The slave controllers must work isochronously, otherwise there is a position error occurs, which is the product of sampling time and lines speed results. The clock synchronization is controlled by a suitable software and hardware and corresponding computer time achieved. These systems are expensive and very inflexible because of them with a configuration change with considerable effort must be fit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur lage- und/oder winkelsynchronen Steuerung von technologisch verketteten Antriebssystemen und eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens anzugeben, wobei folgende Probleme gelöst werden müssen:
The object of the present invention is to provide a method for the position and / or angle-synchronous control of technologically interlinked drive systems and a device for carrying out the method, the following problems having to be solved:

  • 1. Freie Zuordnung der Antriebe zu einem virtuellen Master.1. Free assignment of the drives to a virtual master.
  • 2. Der virtuelle Master kann jede Antriebsbaugruppe unabhängig und separat von anderen Gruppen bedienen.2. The virtual master can control each drive module independently and operate separately from other groups.
  • 3. Die Zuordnung von Einzelantrieben zu Gruppen erfolgt über Software und läßt sich leicht ändern.3. Individual drives are assigned to groups via Software and can be easily changed.
  • 4. Die Winkelvorgabe für den Antriebsregler erfolgt in genü­ gender zeitlicher und winkelbezogener Auflösung.4. The angle specification for the drive controller is done in genü gender temporal and angle-related resolution.
  • 5. Zur Verbesserung des Regelverhaltens können wahlweise Dreh­ zahl- und Beschleunigungswerte zusätzlich verwendet werden.5. To improve the control behavior, you can either turn numerical and acceleration values can also be used.
  • 6. Die Entstehung von Schwebungen bei Reihenschaltung getakte­ ter digitaler Systeme muß verhindert werden.6. The generation of beatings when connected in series ter digital systems must be prevented.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Es hat sich gezeigt, daß das erfin­ dungsgemäße Verfahren eine Verringerung der Makulatur während der Einrichtphase und im dynamischen Betrieb von Druckwerken ermöglicht. Die Druckwerke können darüber hinaus in beliebiger Art verkettet werden und mit Zusatzeinrichtungen wie Abrollung, Einzug, Trockner, Falzer, Aufrollung und Schneider versehen werden.This object is achieved by the claims specified features solved. It has been shown that this is invented process according to the invention a reduction in waste the setup phase and in the dynamic operation of printing units enables. The printing units can also be used in any Kind be chained and with additional devices such as unwinding, Feeder, dryer, folder, reel and cutter provided will.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind in den Einzel­ antrieben oder in den Einzelreglern Programme integriert, die mit einem entsprechenden Algorithmus eine Übergangsfunktion erzeugen um die Übergänge bei Start- und Stopp-Vorgang zu ver­ gleichmäßigen. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung stehen nicht nur Einzelwerte, wie bei einem Encodersystem, sondern vollstän­ dige Funktionen zur Verfügung, die durch Ableitung aus den Win­ kelwerten gebildet werden. Die Synchronisation von Lage- und/oder Winkelpositionen schließt die Synchronisation von Ge­ schwindigkeit und Beschleunigung bzw. Drehzahl und Winkelbe­ schleunigung ein. In a preferred embodiment are in the individual drives or integrated in the individual controllers programs that with a corresponding algorithm a transition function generate to verify the transitions at start and stop process even. With the circuit according to the invention are not only single values, as with an encoder system, but complete functions available, which are derived from the Win values are formed. The synchronization of location and / or angular positions excludes the synchronization of Ge Speed and acceleration or speed and Winkelbe acceleration on.  

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert. Es zeigen:In the following, the invention is illustrated by means of an embodiment game explained in more detail. Show it:

Fig. 1: Prinzipbild eines aus mehreren Antriebsgruppen zu­ sammengesetzten Antriebssystems, Fig. 1: Schematic diagram of a of several drive groups to sammengesetzten drive system,

Fig. 2: Blockschaltbild eines von einem Master-Rechner und einem Quarzoszillator gesteuerten Antriebsreglers I, FIG. 2 shows a block diagram of a master processor and a crystal oscillator controlled drive controller I,

Fig. 3: Blockschaltbild eines Antriebsreglers II analog zu Fig. 2 mit zentraler Ermittlung der Sollwert-Funktion, Fig. 3: block diagram of a controller II analogous to Figure 2 with a central determination of the desired value function.

Fig. 4: Gleichlaufregelung einer Antriebsgruppe, z. B. einer Walzwerksregelung. Fig. 4: synchronization control of a drive group, for. B. a rolling mill control.

In Fig. 1 ist eine quarzgesteuerte Zeitbasis 1 mit einer Über­ tragungsstrecke 2 an die Antriebsregler 3 angeschlossen. Die Übertragung der Zeit erfolgt impulsförmig vorzugsweise als Encodersignal. Damit verfügt jeder Antriebsregler 3 unabhängig von eigenen Regelzyklus über eine genaue Systemzeit.In Fig. 1, a quartz-controlled time base 1 with a transmission link 2 is connected to the drive controller 3 . The time is transmitted in pulses, preferably as an encoder signal. Each drive controller 3 thus has an exact system time, regardless of its own control cycle.

Wichtig ist eine gemeinsame Startzeit aller Antriebe. Dies kann beispielsweise durch Aussenden eines Nullimpulses über die Quarzzeitbasis 1 erfolgen, wodurch in allen Antriebsreglern 3 eine gemeinsame Startzeit vorgegeben wird. Durch Zuschaltung eines Kommandosignals, z. B. über eine serielle Schnittstelle, werden den Antriebsreglern Steuersequenzen zur Ausführung der gewünschten Lageposition übertragen. Dabei sind im Regler die Einzelheiten zu der auszuführenden Bewegung wie z. B. entspre­ chende Hochlaufkurven vordefiniert, so daß mit einem Kommando­ signal, z. B. Fahren auf Drehzahl, Stopp etc. der Antriebsregler selbsttätig die vorgegebenen Befehle abarbeitet.It is important that all drives start together. This can be done, for example, by sending a zero pulse via the quartz time base 1 , as a result of which a common start time is specified in all drive controllers 3 . By connecting a command signal, e.g. B. via a serial interface, the drive controllers are transmitted control sequences for executing the desired position. The details of the movement to be executed such as, for. B. corre sponding ramp-up curves predefined so that signal with a command, for. B. Driving to speed, stop etc. the drive controller automatically processes the specified commands.

Mit dem Steuerbefehl wird zugleich auch der Zeitpunkt für das Wirksamwerden eines nächsten Befehls definiert. Daher braucht der Kommandokanal keine Echtzeitforderung zu erfüllen, um die Antriebe winkelsynchron zu betreiben. Man kann die Ausführung des nächsten Befehles entsprechend vordatieren.With the control command, the time for the A next command takes effect. Therefore needs  the command channel does not meet a real time requirement to meet the Operate drives synchronously. One can see the execution Predate the next command accordingly.

In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild für eine Variante 1 bei der Sollwertaufbereitungen am Antriebsregler dargestellt. FIG. 2 shows a block diagram for a variant 1 for the setpoint preparation on the drive controller.

Im Zeitregister werden die von der Quarzzeitbasis 1 empfangenen Zeitimpulse registriert. Somit steht immer eine absolute System­ zeit mit einer Aktualisierungsrate von einigen 100 KHz, vorzugs­ weise von mindestens 800 KHz bereit. Mit dieser absoluten System­ zeit wird eine zwischen den Antriebsreglern, driftfreie Zeit für die Sollwertberechnung herangezogen.The time pulses received by the quartz time base 1 are registered in the time register. This means that there is always an absolute system time with an update rate of a few 100 KHz, preferably at least 800 KHz. With this absolute system time, a drift-free time between the drive controllers is used for the setpoint calculation.

Im Sollwertrechner 7 laufen die von einem Kommandokanal 1 her empfangenen Start- und Steuersignale über entsprechend zugeord­ nete Startzeitregister 2 und Steuerregister 3 zusammen. Ferner ist ein Register für die Art der Übergangsfunktion 4 vorhanden, mit dem die Form der Hochlauf- bzw. Bremsrampe für die Berechnung des Winkel-, Drehzahl- und Momentensollwertes vorgegeben wird.In the command value calculator 7 received from a command channel 1 ago start and control signals via correspondingly converge zugeord designated start time register 2 and control registers. 3 Furthermore, there is a register for the type of the transition function 4 , with which the shape of the acceleration or braking ramp is predefined for the calculation of the angle, speed and torque setpoint.

In der in Fig. 2 dargestellten Variante I ist die erfindungs­ gemäße Sollwertberechnung mit einer in den einzelnen Antriebs­ reglern vorhandenen Steuerungslogik beschrieben, die einen de­ finierten, mathematischen Algorithmus beinhaltet. Mit dem Algo­ rithmus können die Übergangsfunktionen, z. B. die Kurvenform in den Übergängen beim Start-/Stopp-Vorgang reguliert werden. Daher stehen für die erfindungsgemäße Regelung nicht Einzelwerte, sondern vollständige Funktionen zur Verfügung.In variant I shown in FIG. 2, the setpoint calculation according to the invention is described with a control logic present in the individual drive controllers, which contains a defined mathematical algorithm. With the algorithm, the transition functions, z. B. the curve shape in the transitions during the start / stop process can be regulated. Therefore, not individual values, but complete functions are available for the control according to the invention.

Als Parameter können Drehzahl- und Momentenwerte verwendet wer­ den, die durch Ableitung aus den Winkelwerten gebildet wurden. Bei Gruppenbildung werden hierzu gleiche Zeitdaten verwendet, d. h. der Zeitbefehl kann mit unterschiedlicher Startzeit an ver­ schiedene Adressen abgesandt werden. Speed and torque values can be used as parameters those that were derived from the angular values. When creating groups, the same time data is used for this, i. H. the time command can have different start times different addresses are sent.  

Mit dem Algorithmus ist die Auflösung der abgeleiteten Größen, wie Drehzahl und Beschleunigung, nicht mehr durch die Diskreti­ sierung des Lagesollwertes begrenzt. Das Maß der Auflösung für die Vorsteuerwerte ist nur noch davon abhängig, wie genau die interne Zahlendarstellung des Rechenalgorithmus ist und wie stabil die Quarzzeitbasis ist.With the algorithm is the resolution of the derived quantities, like speed and acceleration, no longer through discretion of the position setpoint is limited. The measure of resolution for the pre-tax values only depend on how exactly that internal number representation of the calculation algorithm is and how the quartz time base is stable.

Jeder Antrieb kann seinen eigenen Regelzyklus aufweisen und die einzelnen Antrieben können sogar ohne Beeinträchtigung des Ge­ samtregelverhalten asynchron zueinander laufen. Der bei den bisher verwendeten Bussystemen erforderliche Aufwand zur Syn­ chronisation der Regelkreise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfallen.Each drive can have its own control cycle and the individual drives can even without affecting the Ge Velocity control behavior run asynchronously to one another. Of both Previously used bus systems required effort for syn Chronization of the control loops can be done with the invention There are no procedures.

In Fig. 3 ist eine weiter Variante II mit einer zentralen Er­ mittlung der Sollwert-Funktionen dargestellt. Dabei ist der Master mit einem Rechner für zeitbezogene Daten z. B. Winkel, Drehzahl, Beschleunigung zu einer zentralen Baueinheit zusammen­ gefaßt. Im Antriebsregler verbleibt nur noch ein Korrektur-Rech­ ner, ein sogenannter Interpolator, der die extern ermittelten zeitbezogenen Daten entsprechend der aktuellen Systemzeit aufbe­ reitet. Somit werden die Funktionskurven für Winkel, Drehzahl und Beschleunigung im Master ermittelt und im Antriebsregler nach Korrektur durch den Interpolator als Sollwertsignal mit den Istwerten des Leistungsteils verglichen.In Fig. 3, another variant II is shown with a central determination of the setpoint functions. The master is with a calculator for time-related data such. B. summarized angle, speed, acceleration to a central unit. All that remains in the drive controller is a correction calculator, a so-called interpolator, which processes the externally determined time-related data in accordance with the current system time. The function curves for angle, speed and acceleration are thus determined in the master and compared in the drive controller after correction by the interpolator as a setpoint signal with the actual values of the power unit.

Mit dem Senden von unterschiedlichen Steuersequenzen an ver­ schiedene Antriebsgruppen können voneinander unabhängige An­ triebsgruppen gebildet werden. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Innerhalb der Antriebsgruppen können die Einzelantriebe aber wiederum synchron arbeiten. Dieses ist dadurch möglich, daß der Sollwertverlauf in jedem Antriebsregler separat nach Vorgabe der jeweiligen Steuersequenzen über den Kommandokanal berechnet wird. Variante I und II sind hierbei universell einsetzbar.By sending different control sequences to different drive groups, independent drive groups can be formed. This is shown in FIG. 4. However, the individual drives can in turn work synchronously within the drive groups. This is possible due to the fact that the setpoint curve in each drive controller is calculated separately according to the respective control sequences via the command channel. Variants I and II can be used universally.

Claims (6)

1. Verfahren zur lage- und/oder winkelsynchronen Steuerung von technologisch verketteten Antriebssystemen, bei denen zu Antriebsgruppen zusammengefaßte Einzelantriebe über Takt­ signale in Form von inkrementalen oder codierten Kommando­ signalen gesteuert werden und die über eine oder mehrere Getriebeeinheiten mit weite­ ren Antrieben oder Stellgliedern verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelantriebe ein gemeinsames Zeitsignal erhalten und ein Steuersignal für die Einzelantriebe aus einer Ver­ knüpfung von Zeit- und Kommandosignal gebildet wird.1. Method for position and / or angle-synchronous control of technologically interlinked drive systems in which individual drives combined into drive groups are controlled via clock signals in the form of incremental or coded command signals and which are connected to further drives or actuators via one or more gear units , characterized in that the individual drives receive a common time signal and a control signal for the individual drives from a linkage of the time and command signal is formed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsignale in einem oder mehreren Zeitregistern gespeichert werden und daß die Kommandosignale in Form von datumbezogenen Steuersignalen an die Einzelantriebe oder Antriebsgruppen gegeben werden. 2. The method according to claim 1, characterized, that the time signals in one or more time registers get saved and that the command signals in the form of date-related Control signals to the individual drives or drive groups are given.   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Einzelantrieb und/oder jeder Antriebsgruppe ein Zeitregister zugeordnet ist.3. The method according to claim 2, characterized, that each individual drive and / or each drive group Time register is assigned. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Einzelantrieb und/oder jeder Antriebsgruppe ein Rechner zugeordnet ist.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that each individual drive and / or each drive group Is assigned to the computer. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Rechner eines Einzelantriebes oder einer An­ triebsgruppe Betriebsprogramme enthalten sind, die durch ein datumbezogenes Steuersignal, in Form eines Fahrbefehls, in Betrieb gesetzt oder gestoppt werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized, that in each computer a single drive or an drive group operating programs are included, through a date-related control signal, in the form of a move command, be put into operation or stopped. 6. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche bestehend aus einem oder mehreren, über Signalleitungen zu einem Antriebssystem verketteten Einzelantrieben,
die durch Kommandosignal, ggf. unter Einschaltung von Be­ triebsprogrammen steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß eine für alle Einzelantriebe oder Antriebsgruppen ge­ meinsame Zeitquelle vorhanden ist,
die kontinuierliche Zeitsignale generiert,
daß den Einzelantrieben oder Antriebsgruppen mindestens je ein Rechner und ein Zeitregister zugeordnet ist, das die aus der Zeitquelle generierten Zeitsignale aufsummiert und daß in dem oder den Rechnern Programme zur Errechnung von Führungsgrößen aus den Kommando- und Zeitsignalen vor­ handen sind.6. Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, consisting of one or more individual drives linked via signal lines to a drive system,
which can be controlled by a command signal, possibly with the involvement of operating programs, characterized in that
that there is a common time source for all individual drives or drive groups,
that generates continuous time signals,
that the individual drives or drive groups are each assigned at least one computer and one time register, which adds up the time signals generated from the time source and that programs for calculating command variables from the command and time signals are present in the computer or computers.
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