DE19923204B4

DE19923204B4 - Drehzahl-Regelanordnung für eine Abwickeleinrichtung

Info

Publication number: DE19923204B4
Application number: DE19923204A
Authority: DE
Inventors: Bernd Mehlis; Josef Hammer
Original assignee: MAN Roland Druckmaschinen AG
Current assignee: Manroland Web Systems GmbH
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2019-05-21
Also published as: FR2793784A1; FR2793784B1; DE19923204A1; SE519718C2; SE0001729D0; US6405098B1

Abstract

Drehzahl-Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen von Wickelrollen (11), insbesondere für Rollenrotationsdruckmaschinen, mit einer eine von der Wickelrolle (1) abgezogene Bahn (20) mit einer zur Bahnspannung zu definierenden Kraft (F) belastbaren, einen Messwertgeber (4) lageabhängig beeinflussenden Schwingwalze (3) gekennzeichnet dadurch,
– dass die Mittellage (12) der zur Spannungsregelung der Bahn (20) verwendeten Schwingwalze (3) mittels eines, mit dem Messwert geber (4) über einen Leitungsstrang verbundenen Integrators (7) über die Lagesignale des Messwertgebers (4) reibwertunabhängig stabilisiert wird, wobei dem Integrator (7) ein Proportional-Differential-Glied (10) parallel geschaltet ist,
– dass die von einem Lagesignal Null in der Mittellage der Schwingwalze (3) positiv oder negativ abweichenden Lagesignale des Messwertgebers (4) über einen weiteren Leitungsstrang einem polaritätsabhängigen Glied (11) zugeführt werden, das wiederum mit einem Motorregler (13) für einen Wickelrollenantrieb (2) verbunden ist,
– dass die Eingänge des Integrators (7) und des P-D-Gliedes (10) direkt oder indirekt mit einem Pendelwalzengeber (4) verbunden sind,...

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehzahl-Regelanordnung für eine Abwickeleinrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
Aus der DE 41 28 860 A1 ist eine Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen bekannt. Hier wird mit einem Integrator in der Regelanordnung gearbeitet, der die Verstärkung des Regelkreises einstellt und die Mittenstellung der Tänzerwalze regelt. Ein Nachteil ist die hohe Verstärkung mit der gearbeitet werden muss, um die Mittenstellung der Tänzerwalze zu regeln. Außerdem ist nachteilig zu erwähnen, dass in dieser Regelanordnung nur mit negativem Moment, d.h. nur mit der Bremse, die Regelung erfolgt.
Aus der DE 195 20 955 A1 ist es bekannt, eine Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen für Bahnen mit einem Vierquadrantenantrieb zu realisieren. Diese Antriebsform ist sehr aufwendig und teuer. Außerdem ist als Nachteil zu erwähnen, dass die Regelanordnung eine reine Drehzahlregelung ist, die ihr Drehzahlsignal immer aus dem Rollendurchmesser bzw. dessen Adaption berechnen muss.
In der EP 0 556 132 A1 ist ein Regelschema für eine in einem Einzugs- oder Auszugswerk verwendbare Walze beschrieben, dass jedoch für eine Wickelrolle ungeeignet ist, da es die sich bei einer Wickelrolle bei der Durchmesserabnahme ständig erhöhende Drehzahl nicht berücksichtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehzahl-Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen von Wickelrollen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, die ohne ein Durchmessersignal der Wickelrolle, unter voller Nutzung der Vorteile eines Zusammenspieles von Antrieb und Bremse, deren Regelung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.
Die Erfindung ermöglicht den Betrieb einer Vierquadrantenregelung ohne ein zu berechnendes Durchmessersignal. Beim Anfahren der Maschine mit einer Wickelrolle unbekannten Durchmessers tritt nur eine kurzzeitige, geringe und damit für die Bahnspannung bedeutungslose Abweichung des Schwingwalzensystems von der Mittellage auf. Danach tritt kein Restfehler auf, wobei das Schwingwalzensystem auf Mittellage ausgeregelt ist.
Die Vierquadrantenregelung wird gebildet aus einem Zweiquadrantenantrieb und einer Bremse, wobei die positiven Momente, d.h. Antrieb und Beschleunigung der Wickelrolle, vom Zweiquadrantenantrieb und die negativen Momente, d.h. das Abbremsen der Wickelrolle, von der Bremse übernommen bzw. geregelt werden.
Ein bedeutungsvoller Vorteil der Erfindung kommt besonders in der Momentenregelung der Regelanordnung zur Geltung, wobei sich durch die Erfindung ein gebremster Rollenwechsler mit Hilfsantrieb realisieren läßt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß das System auch bei einem Ausfall des Antriebes nur über die Bremse geregelt werden kann. Somit ergibt sich eine Notlaufvariante der Regelung der Bahnspannung nur mit Hilfe der Bremse.
Ein Vorteil der Erfindung ist es auch, daß ein positives Moment vom Antrieb auf den Rollenkern geleitet wird, da die Wickelrolle bei positiven Beschleunigungswerten der Bahn bzw. starken Geschwindigkeitsschwankungen, wie sie beim Papiereinziehen auftreten können, durch den Zug der Bahn beschleunigt werden muß.
Weiterhin wird eine hohe Regelstabilität dadurch erreicht, daß über den Integrator eine reibwertunabhängige Bremsvorsteuerung realisiert wird, die als Dämpfung wirkt.
Die Regelkreisverstärkung kann dadurch relativ niedrig gehalten werden.
Beispiele
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigt:
1 eine vereinfachte alle wesentlichen Elemente beinhaltende Regelstruktur und
2 eine Ausgestaltung der Regelstruktur von 1.
In 1 wird eine vereinfachte Regelstruktur gezeigt, die alle wesentlichen Elemente enthält.
Eine Wickelrolle (1) ist im Kern auf einer Seite mit einem Motor (2) verbunden, dessen Drehzahlistwert durch einen Tachometer o.ä. (14) an den Motorregler (13) zurückgemeldet wird.
Auf der anderen Seite greift eine pneumatisch, über einen Elektro-Pneumatik-Wandler (6), angesteuerte Scheibenbremse (5) ebenfalls im Kern der Rolle (1) an.
Die von der Rolle (1) abgewickelte Bahn (20) gelangt über ein Schwingwalzensystem (3) in die Druckmaschine.
Eine bestimmte Bahnspannung wird erzeugt, indem die Schwingwalze (3) mit einer definierten Kraft (F) in eine Bahnschlaufe gedrückt wird. Diese Kraft (F) wird von einem nicht näher beschriebenen pneumatischen Rollenmembranzylinder aufgebracht, der wiederum über einen Elektro-Pneumatik-Wandler angesteuert wird.
Somit kann die Bahnspannung durch eine analoge Spannung am Eingang des Elektro-Pneumatik-Wandlers verändert werden. Die Winkellage der Schwingwalze (3) wird durch einen berührungslos arbeitenden Geber (4) erfaßt. Er liefert ein analoges Ausgangssignal von +10V bis -10V DC.
Die Aufgabe der Regeleinrichtung im Rollenkern besteht darin, die Schwingwalze (3) immer möglichst in ihrer Mittellage (12) zu halten. Dynamische Störungen können die Schwingwalze (3) auslenken, ohne daß größere Bahnspannungsänderungen entstehen, dabei sollen die Endlagen ihres Arbeitsbereiches nicht berührt werden.
Um eine Spannung der Papierbahn (20) zu erzielen, muß die Wickelrolle (1) ständig abgebremst werden. Geschwindigkeitsänderungen an der Bahn (20) oder Maschine wirken sich dabei als dynamische Störgrößen aus.
Die extremsten Störungen treten bei einem Sicher-Halt der Maschine auf, dabei sind Verzögerungen bis ca. 1,5 m/s² möglich.
Da die Papierrolle (1) bei positiven Beschleunigungswerten der Bahn bzw. starken Geschwindigkeitsschwankungen, wie sie beim Papiereinziehen auftreten können, durch den Zug der Bahn (20) beschleunigt werden muß, ist es vorteilhaft, über den Motor (2) zusätzlich ein positives Moment auf den Rollenkern zu leiten.
Auf diese Weise kann auch die Restreibung überwunden werden, die als störende zusätzliche. Bremswirkung bei kleinen Rollenradien und hoher Drehzahl auftritt.
Der Motor (2) wird außerdem benötigt, um eine neue, zur fliegenden Klebung vorbereitete Rolle auf eine Umfangsgeschwindigkeit zu beschleunigen, die exakt der Bahngeschwin digkeit der kleiner werdenden Produktionsrolle entspricht. Außerdem wird nach dem Abschneiden der alten Bahn, die schon abgewickelte Papierfahne durch den Motor (2) auf die Hülse zurückgewickelt.
Bei einer konstanten Bahngeschwindigkeit ist ein bestimmter Bremsdruck erforderlich, um die Schwingwalze (3) in ihre Mittellage (12) zu bringen.
Dieser Bremsdruck ist abhängig vom aufzubringenden Bahnzug, dem Durchmesser der Rolle (1) und von der Verstärkung bzw. vom Reibungskoeffizienten der Bremse, der allerdings nicht konstant ist. Er kann sich in Abhängigkeit von Temperatur, Flächenpressung und Reibgeschwindigkeit erheblich ändern.
Aus diesem Grund ist eine Vorherberechnung des erforderlichen Bremsdruckes aus den oben genannten Parametern nicht möglich.
Ein Integrator (7), der mit dem Winkelgeber (4) der Schwingwalze (3) verbunden ist, und dessen Ausgang über ein Addierglied (8) den Elektro-Pneumatik-Wandler (6) und damit die Bremse (5) ansteuert, wird den Bremsdruck genau und unabhängig von Reibwert und Durchmesser auf einen Wert einstellen, der die Schwingwalze (3) in die Mittelstellung (12), entspricht 0V am Winkelgeberausgang, führt.
Die Integrationszeit muß allerdings wesentlich langsamer eingestellt werden, als die Reaktionszeit von Schwingwalzenbewegung und Bremswirkung, sonst arbeitet die Regelung nicht stabil und schwingt sich auf.
Dynamische Störungen werden ausgeregelt, indem positive Schwingwalzen-Winkelsignale (es muß stärker gebremst werden) über das polaritätsabhängige Glied (9) auf ein Proportional-Differential-Glied (10) gelangen, dessen Parameter voreingestellt werden können, und danach mit einem weiteren Eingang des Addiergliedes (8) verbunden sind.
Somit kann zusätzlicher Druck auf die Bremse (5) gebacht werden, bis der Integrator (7) nachgeregelt hat oder die Störung endet.
Negative Winkelsignale gelangen über das polaritätsabhängige Glied (11) auf den Stromsollwerteingang des Motorreglers (13).
Durch das entstehende positive Moment an der Rolle (1) wird die Schwingwalze (3) so lange beeinflußt, bis der Integrator (7) nach unten nachgeregelt hat, oder die Störung beendet ist.
Durch den Integrator (7) wird somit eine adaptive Bremsenvorsteuerung realisiert, die sich automatisch an Bahnzug, Durchmesser und Bremsverstärkung anpaßt. Steht die Schwingwalze (3) ruhig in Mittellage (12), wirkt allein der Integrator (7) zur Bremsmomentbildung.
Bei Geschwindigkeitsänderungen der Maschine wird die Schwingwalze (3) aufgrund der Rollenträgheit aus der Mittellage (12) auslenken. Hierbei muß der Integratorwert eingefroren werden, da er sonst beim Übergang in den stationären Betrieb auf einen zu hohen oder zu niedrigeren Wert integriert hat. Dynamische Störungen bewirken eine Änderung in der Schwingwalzenstellung. Dabei können sowohl zusätzliches Bremsmoment, als auch treibendes Moment je nach Auslenkungsrichtung aufgebracht werden.
In 2 wird eine Ausgestaltung dieser oben beschriebenen Regelstruktur gezeigt.
In den Signalweg des Schwingwalzen-Winkelgebers (4) wurde ein Kennlinienbildner (15) gelegt, der durch eine nachgebildete S-Kennlinie den Einfluß der Schwingwalze (3) in Abhängigkeit ihrer Stellung verändert.
Um die Mittellage (12) herum ist der Einfluß geringer, um sich gegen die Endlagen immer mehr zu steigern. Dadurch soll bei großen Störungen verhindert werden, daß die Schwingwalze (3) an den Endlagen anschlägt.
Der Integrator (7) wurde mit einer Anfangswert-Aufschaltung versehen. Durch sie wird sein Ausgangswert voreingestellt. Diese Voreinstellung ist beim Anfahren mit einer unbekannten Rolle (1) nötig, dabei wird der Anfangswert (A) in Abhängigkeit vom aufzubringenden Bahnzug so eingestellt, daß bei maximal möglichem Durchmesser, die Schwingwalze (3) gerade noch in ihre Mittellage (12) gezogen wird.
Nach der Klebung muß die neue, große Rolle (1) ebenfalls einen Anfangswert (A) erhalten, er errechnet sich aus dem (bekannten) Durchmesser und dem momentanen Bahnzug (Breite × Bahnspannung).
Beim Sicher-Halt wird ebenfalls ein Wert aufgeschaltet, der sich aus dem Ausgangswert des Integrators (7) vor dem Halt und dem aktuellen Rollendurchmesser berechnet.
Da bei kernbeeinflußten Rollen (1) der Radius als Hebelarm wirkt, muß mit kleiner werdendem Rollendurchmesser auch der Einfluß der Schwingwalze (3) geringer werden.
Aus diesem Grund werden die Signale für zusätzliche Bremswirkung und zusätzliche treibende Wirkung je ein Multiplizierglied (17,18) eingesetzt, das durch Signalverringerung an seinem zweiten Eingang die Verstärkung reduziert.
Dieses Signal kann vorteilhafterweise aus dem Ausgangssignal des Integrators (7) gewonnen werden, da sich dieses ebenfalls mit dem Durchmesser verringert.
Ein zusätzliches Addierglied (8) vor dem EPW (6) ermöglicht außerdem die Einstellung eines Minimalbremsdruckes (p). Dieser ist erforderlich, um die Federwirkung der Backenrück stellung zu überwinden und einen Auf/Zu-Effekt bei sehr niedrigen Drücken zu vermeiden.
Ein Inverter (16) dreht das Vorzeichen im Motorsignal, da der Motor (2) ebenfalls ein positives Moment erzeugen muß.
Zum Synchronisieren der Laderolle, d.h. der neuen Rolle, und zum Rückwickeln der Restrolle muß der Motor (2) drehzahlgeregelt betrieben werden. Deshalb wird der Moment-Sollwert (I) abgeschaltet und ein Drehzahlsollwert (n) wird aufgeschaltet. Die Drehzahl für das Synchronisieren errechnet sich aus dem Kehrwert des Durchmessers und der Maschinengeschwindigkeit. Dabei wird der Durchmesser der Laderolle aus der Winkelstellung des Tragarmes berechnet, die beim Drehstop in Klebestellung ermittelt wird.
Die gesamte Regelstruktur ist Bestandteil des Steuerprogrammes im Rollenwechsler. Die Darstellung als Analogsignalregelung dient lediglich dem besseren Verständnis.
Die beschriebene Analogschaltungstechnik kann ganz oder teilweise in einem Rechner realisiert werden.

1: Wickelrolle
2: Zweiquadrantenantrieb
3: Schwingwalzensystem
4: Meßwertgeber
5: pneumatische Scheibenbremse
6: Elektro-Pneumatik-Wandler
7: Integrator
8: Addierglied
9: Polaritätsabhängiges Glied
10: Proportional-Differential-Glied
11: Polaritätsabhängiges Glied
12: Mittellage
13: Motorregler
14: Tachometer/Drehzahlistwertgeber
15: Kennlinienbildner
16: Inverter
17: Multiplizierglied
18: Multiplizierglied
19: Addierglied
20: Bahn
21: Moment-Sollwert
22: Drehzahlsollwert
A: Anfangswert
F: Kraft
I: Moment-Sollwert
n: Maschinendrehzahl/Synchrondrehzahl
p: Minimalbremsdruck
v: Minimalverstärkung

Claims

Drehzahl-Regelanordnung für Abwickeleinrichtungen von Wickelrollen (11), insbesondere für Rollenrotationsdruckmaschinen, mit einer eine von der Wickelrolle (1) abgezogene Bahn (20) mit einer zur Bahnspannung zu definierenden Kraft (F) belastbaren, einen Messwertgeber (4) lageabhängig beeinflussenden Schwingwalze (3) gekennzeichnet dadurch, – dass die Mittellage (12) der zur Spannungsregelung der Bahn (20) verwendeten Schwingwalze (3) mittels eines, mit dem Messwert geber (4) über einen Leitungsstrang verbundenen Integrators (7) über die Lagesignale des Messwertgebers (4) reibwertunabhängig stabilisiert wird, wobei dem Integrator (7) ein Proportional-Differential-Glied (10) parallel geschaltet ist, – dass die von einem Lagesignal Null in der Mittellage der Schwingwalze (3) positiv oder negativ abweichenden Lagesignale des Messwertgebers (4) über einen weiteren Leitungsstrang einem polaritätsabhängigen Glied (11) zugeführt werden, das wiederum mit einem Motorregler (13) für einen Wickelrollenantrieb (2) verbunden ist, – dass die Eingänge des Integrators (7) und des P-D-Gliedes (10) direkt oder indirekt mit einem Pendelwalzengeber (4) verbunden sind, – dass die Ausgänge des Integrators (7) und des P-D-Gliedes (10) auf ein Addierglied (8) wirken, wobei der Ausgang des Addiergliedes (8) direkt oder indirekt auf eine Bremse (5) für die Wickelrolle (1) wirkt.
Drehzahl-Regelanordnung nach Anspruch 1 für Abwickeleinrichtungen von Wickelrollen mit einem eingangsseitig mit dem Messwertgeber (4) verbundenen Proportional-Differential-Glied (10) gekennzeichnet dadurch, – dass die von einem Lagesignal Null in der Mittellage der Schwingwalze (3) positiv oder negativ abweichenden Lagesignale des Messwertgebers (4) sowohl über einen ersten Leitungsstrang einem polaritätsabhängigen Glied (11), über einen zweiten Leitungsstrang dem Integrator (7), als auch über einen dritten Leitungsstrang einem polaritätsabhängigen Glied (9) zugeführt werden, – dass das polaritätsabhängige Glied (11) ausgangsseitig mit dem Eingang für den Momentensollwert des Motorreglers (13) und eingangsseitig mit dem Messwertgeber (4) in Verbindung steht, – dass das polaritätsabhängige Glied (9) ausgangsseitig mit dem P-D-Glied (10) und eingangsseitig mit dem Messwertgeber (4) in Verbindung steht, – dass die Scheibenbremse (5) mit einem Elektro-Pneumatik-Wandler (6) verbunden ist, – dass der Elektro-Pneumatik-Wandler (6) eingangsseitig mit einem Addierglied (8) verbunden ist, – dass das Addierglied (8) eingangsseitig mit dem Integrator (7) und dem P-D-Glied (10) verbunden ist. – dass der Motorregler (13) zusätzlich mit der Synchrondrehzahl (n) als Eingangssignal beaufschlagt ist, das sich aus der Maschinendrehzahl (n) multipliziert mit dem Kehrwert des Durchmessers der Ersatzwickelrolle (1) berechnet, – dass vom Zweiquadrantenantrieb (2) auf das Zentrum der Wickelrolle (1) ein positives Moment geleitet wird.
Drehzahl-Regelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass eingangsseitig mit dem Messwertgeber (4) und ausgangsseitig mit den drei Leitungssträngen ein Kennlinienbildner (15) angeordnet ist.
Drehzahl-Regelanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, dass der Integrator (7) mit einem Anfangswert (A) beaufschlagt wird, und dass das eingangsseitig mit dem Integrator (7) verbundene Addierglied (8) zusätzlich mit einem Minimaldruckwert (p) beaufschlagt wird.
Drehzahl-Regelanordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass ein Multiplizierglied (18) eingangsseitig mit dem P-D-Glied (10) und ausgangsseitig mit dem Addierglied (8) verbunden ist, außerdem ist das Multiplizierglied (18) zusätzlich eingangsseitig mit einem mit einer Minimalverstärkung (v) beaufschlagten Addierglied (19) verbunden, welches eingangsseitig mit dem Integrator (7) verbunden ist.
Drehzahl-Regelanordnung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass zwischen dem polaritätsabhängigen Glied (11) und dem Motorregler (13) ein Inverter (16), der eingangsseitig mit dem polaritätsabhängigen Glied (11) verbunden ist, und ein Multiplizierglied (17), das eingangsseitig sowohl mit dem Inverter (16), als auch zusätzlich mit dem Ausgang des Addiergliedes (19), und ausgangsseitig mit dem Motorregler (13) verbunden ist, angeordnet.
Drehzahl-Regelanordnung nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass die zwischen dem Messwertgeber (4) und dem Motorregler (13), sowie zwischen dem Messwertgeber (4) und dem Elektro-Pneumatik-Wandler (6) angeordneten Schaltelemente anstatt in der Analogschaltungstechnik ganz oder teilweise in einem Rechner realisiert sind.