EP1052093B2 - Système d'entraînement électrique pour le positionnement d'un ou plusieurs éléments ajustables dans des machines; dispositif d'entraînement avec indicateur d'angle et machine d'impression - Google Patents
Système d'entraînement électrique pour le positionnement d'un ou plusieurs éléments ajustables dans des machines; dispositif d'entraînement avec indicateur d'angle et machine d'impression Download PDFInfo
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- EP1052093B2 EP1052093B2 EP00116859A EP00116859A EP1052093B2 EP 1052093 B2 EP1052093 B2 EP 1052093B2 EP 00116859 A EP00116859 A EP 00116859A EP 00116859 A EP00116859 A EP 00116859A EP 1052093 B2 EP1052093 B2 EP 1052093B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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- B41F13/00—Common details of rotary presses or machines
- B41F13/004—Electric or hydraulic features of drives
- B41F13/0045—Electric driving devices
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41P—INDEXING SCHEME RELATING TO PRINTING, LINING MACHINES, TYPEWRITERS, AND TO STAMPS
- B41P2213/00—Arrangements for actuating or driving printing presses; Auxiliary devices or processes
- B41P2213/70—Driving devices associated with particular installations or situations
- B41P2213/73—Driving devices for multicolour presses
- B41P2213/734—Driving devices for multicolour presses each printing unit being driven by its own electric motor, i.e. electric shaft
Definitions
- the invention relates to an electric drive system for adjusting one or more rotatable and / or pivotable functional parts of devices and machines, in particular printing presses, according to the preamble of claim 1.
- Einsbphasegige drive systems, drive arrangements and methods and printing presses are from the DE-A-41 38 479 and EP-A-0 621 133 known.
- the individual functional units of printing machines such as unwinding / reel splicer, printing units, printing cylinders, dryers with chill rolls, folders, sheeters, trays, etc. coupled by mechanical shafts and / or gears with each other to bring about their mutual angular position orientation.
- the individual functional parts are equipped with their own drive systems, after the above DE-A-41 38 479 are designed as direct drives.
- a corresponding synchronization of the drive systems is required.
- control card CLC is described in the company publication, which is to serve the data exchange between drive controllers, I / O modules, control computer, programmable logic controller and remote control units.
- This control card is optionally described as an option card for drive amplifiers, as a plug-in card for PCs and as a plug-in card for VME bus systems.
- PLC programmable logic controller
- a parallel I / O RS232 / 422/485 bus, a PC bus or a VME bus is specified.
- the invention has for its object to ensure a fast, highly dynamic signal processing for the angular position control with a maximum number of functional part axes in an electric drive system with a variety to be adjusted functional parts and their respective associated drive controllers and angle encoders.
- each assigned to a part of the controller or rows of control elements to be coupled together.
- the signal processing module forms a configurable and parameterizable drive controller with which even complex control algorithms and / or multiple control loops can be realized.
- a concept for multiple control of a plurality of axes of rotation is created, with the associated control system can be configured modular.
- the drive system according to the invention is particularly suitable, because thus a high quality or accuracy of the angular position orientation, such. B. between the printing units where the halftone dots of different colors must be printed within a narrow tolerance range, can be achieved.
- the rotor of the electric motor with the functional part for. B. pressure cylinder, structurally integrated and / or executed in one piece.
- this can be done by attaching the rotor to a stub shaft of the rotatable functional part.
- Analogous to the said direct drive of the functional part is within the scope of the invention, a direct measurement of its angular position, speed, acceleration, etc.
- the angular position encoder directly attached to the functional part for direct measurement of its angular or rotary / pivotal movements , Especially in connection with high-resolution, fast angle encoders, as known per se, so an immediate and therefore extremely realistic observation of the controlled system, namely the rotating or pivoting functional part, can be performed.
- the electric motor is associated with a single angular position sensor, which receives the angular movements of the rotor of the electric motor;
- an observer module known per se in control engineering, for state variables of the functional part is set up, which is preferably coupled to the angular position sensor and / or the signal processing module in differential signal connection (known per se in control engineering).
- the Differenzsignalaufscnies can be used on the basis of the invention also in connection with at least two Winkelellagegebem, which are each attached to the rotor of the electric motor and the functional part for immediate recording of their angular movements.
- fast angular position encoder for example in the design as a sine / cosine absolute encoder, as incremental encoder with square wave signals and zero pulse signal and as an incremental encoder with sine / cosine signal together with zero pulse signal in question.
- angular position encoder in the context of the invention, especially hollow shaft encoder with a (tooth) graduation exhibiting encoder wheel and a donor head. These are radially spaced from each other via an air gap, and axial displacements against each other within a certain frame do not affect the scanning function of the encoder head relative to the encoder wheel.
- the advantage achieved with the use of the hollow shaft encoder consists in the fact that the sender wheel with the (functional part to be scanned) structurally integrated and / or can be made in one piece, so that an immediate observation or detection of its angular movements is ensured due to this direct connection.
- Reaction-fast power amplifiers with digital phase-current regulators are advantageously used in the drive system according to the invention.
- the inverter can be designed with voltage intermediate claw or with direct supply and thus high DC link voltage (as known per se). With the latter, a large temporal change of current is possible.
- the digital phase current control is expediently carried out for the drive system according to the invention with pulse width modulation of high clock frequency, fast transistor switches and voltage precontrol, the phase current setpoints and / or the precontrol values being predetermined via fail-safe optical waveguide connections. Furthermore, a feedback of the phase current actual values and / or voltages for motor control as well as a specification of values for configuration and parameterization in addition to feedback of status information for diagnosis is advantageous.
- the signal processor is a configurable and parameterisable drive controller with realizable sampling times of 100 ⁇ sec. (also for complex control algorithms and several control loops) as well as for calculation times in the range of 50 ⁇ sec. available.
- the functions of the signal processor may include encoder evaluation, motor control, speed control, angular position control, fine interpolation of the default values and others.
- the Achsperipheriemodul is useful with an ongoing over fiber optic interface to the digital phase current regulators and also with an interface to the angular encoders preferably in the design as a sine / cosine absolute encoder, as incremental encoder with square wave signals and zero pulse signal and as an incremental encoder with sine / cosine signal with zero pulse signals Mistake.
- the setpoint values can be generated in the signal processing module, taking into account the limitations in the jerk, in the acceleration, in the speed. In particular, an activation or precontrol of the angular position speed, acceleration and pressure can be brought about.
- a play-free, low-inertia and mechanically stiff measuring strand or measuring chain can be constructed for each functional part, namely cylinder or printing-unit roller.
- the relevant rotational masses (for example, plate and blanket cylinders in a printing unit) according to the invention directly, without intermediate arranged spring, damping, friction members, etc., detected so that the absence of elasticities, resiliencies and games, the movement behavior of the press to be observed functional parts can be passed on faithfully in the control system. It is expedient to fix the sensing element of the angular position sensor on a stationary wall, for example, the printing machine wall, elasticity and play.
- FIG. 1 consists of the printing unit of a web offset machine from the four plate or blanket cylinders D1, D2, D3 and D4 (shown schematically), via bearings 40 on the stationary wall H (see Figure 6).
- the machine are rotatable. For their rotation, they each have an electric motor with a rotor stack F and a stator pair G assigned.
- the stub axle 41 of the rotor F is directly connected to the stub axle 42 of the cylinder D; in other words, both are integrated with each other so structurally that they merge into one another and thereby form a drive connection, which is about as torsionally stiff as a one-piece steel shaft.
- the projecting at the free end faces of the electric motors F, G stub axle 43 are provided with sine / cosine absolute angular position sensors 44.
- stub axle 45 of the cylinders D1 - D4 before are also each provided with a similar absolute angular position sensor 46.
- the electric motors F, G are structurally designed as built-in motors. They can be designed with three-phase servomotors in synchronous design with permanent magnets. These are controlled by a power block 47 each with digital current controller 48.
- the power block 47 is powered by a DC link supply 49 from electrical energy.
- the digital current controllers 48 each communicate via interference-proof optical waveguides 50 with an axis peripheral module AP.
- the axle peripheral modules further have respective interfaces 44a, 46a on the one hand for each one of the angular position sensors 44 attached to the electric motors F, G and for one each on the opposite shaft ends or
- the axis peripheral modules AP are controlled by a common digital signal processor 51. This can be configured as a drive controller for a maximum number of axes with position controller, speed controller, motor control and encoder evaluation.
- FIG. 3 is the respective internal structure of the signal processor 51 and the axis peripheral modules AP shown enlarged and referred to the skilled worker abbreviations, so that further explanations are basically unnecessary.
- SCC is a so-called serial communication control module.
- FIG. 4 is the integration of the drive system according to the invention Figure 1-3 into a global concept for a multiple control with configurable, modular control and regulation units.
- CPU-68-3 blocks are also provided for programmable logic controller and setpoint generation.
- the signal processors 51 are coupled via a system bus.
- the block scheme according to FIG. 5 represents an exemplary, inventive drive system for two coupled via friction slip (Schmitz rings), position-controlled axes I, II.
- a setpoint generation for example, according to FIG. 4
- ⁇ soll I position control angle setpoints
- ⁇ soll II position control angle setpoints
- the respective control difference is fed to a position controller K VI , K VII .
- Its respective output value is a difference formation 52I, 52II with the differentiated angular position actual value, ie the respective actual angular velocity ⁇ IstI , ⁇ IstII the axes I, II subjected.
- each characteristic link is connected on the input side to the output of the corresponding angular contactor 46I, 46II.
- the summing members 53I, 53II, the respective outputs of proportional feedback elements K I, II ,, K II, I are also supplied, which crosswise tap into the actual angular velocity ⁇ Ist II or ⁇ Ist I at the respective differentiating element 54II, 54I.
- the inputs of the differentiators 54I, 54II are respectively connected to the output of the respective angular position sensors 46I and 46II. This cross coupling by means of the proportional links K I, II or K II, I acts on the coupled for example via the Schmitz rings controlled systems / axes I and II decoupling.
- the respective outputs of the summing members 53I and 53II lead directly into respective proportional members K -1 SI , K -1 SII , which, inter alia, represent factors related to the rotational masses of the functional parts comprising the axes I, II.
- Current control circuits 55I, 55II which convert the input current setpoints I sollI , I sollII into actual current values I istI , I istII .
- the current control circuits 55I, 55II behave outwardly approximately as in control engineering known per se PT 2 members.
- the respective actual current values I istI , I istII are supplied to proportional terms K TI , K TII , which represent the electric motor constant for converting current into an engine torque M MotI , M MotII .
- the angular position actual value ⁇ istI , ⁇ istII can be determined in conjunction with the respective angular position sensors 46I, 46II and the respective comparisons 58I, 58II at the input of the block diagram according to FIG. 5 feed to the setpoint-actual value comparison.
- the respective web speeds v I , v II of the two rotational masses I, II are calculated according to a respective first or outer of the two proportional element pairs R I and R II , which have the respective angular velocities ⁇ I, ⁇ II of the two rotary masses as an input variable.
- the web speeds V I , V II are subtracted from each other within the scope of a difference formation 70.
- the slip s results from the quotient of this difference and one of the two circumferential path velocities V I , V II of the two rotational masses, as illustrated by the divider 59.
- the following characteristic curve element 60 represents the specific friction characteristic when rolling up cylinder jacket surfaces and, as a function value, yields the coefficient of friction ⁇ R.
Landscapes
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Claims (15)
- Système d'entraînement électrique pour régler, dans leur position angulaire (ΦréelI, ΦréelII), plusieurs pièces fonctionnelles (D1-D4) rotatives et/ou pivotantes d'appareils et de machines, notamment de machines à imprimer, comprenant plusieurs moteurs électriques (F, G) dont le rotor respectif (F) est conçu pour une liaison directe et rigide avec la pièce fonctionnelle (D1-D4),
comprenant plusieurs capteurs de position angulaire (44, 46) qui relèvent les mouvements angulaires du rotor du moteur électrique respectif et/ou de la pièce fonctionnelle respective (D1-D4),
comprenant plusieurs modules de traitement de signal (51, AP) qui sont reliés, côté entrée, aux capteurs de position angulaire (44, 46) pour la réception des signaux de position angulaire (ΦréelI, ΦréelII) en tant que valeurs réelles, et comportent plusieurs régulateurs ou rangées avec plusieurs organes de régulation, associés respectivement à une pièce fonctionnelle (D1-D4 ; I, II) et conçus pour la réception simultanée de valeurs de consigne (Φcons) associées respectivement à une pièce fonctionnelle (D1-D4 ; I, II) et leur comparaison avec les valeurs réelles,
et comprenant plusieurs amplificateurs de puissance (47, 48) qui sont commandés par les modules de traitement de signal (51, AP), et sont reliés, côté sortie, au moteur électrique respectif (F, G) pour sa commande,
le système d'entraînement comprenant, par ailleurs, un système de bus bidirectionnel par l'intermédiaire duquel plusieurs modules de traitement de signal (51, AP) englobant respectivement les régulateurs ou rangées d'organes de régulation, sont reliés à un processeur (CPU-68-3) pour la fourniture de valeurs de consigne,
et les régulateurs ou organes de régulation étant conçus pour la réception simultanée de valeurs de consigne associées respectivement à une pièce fonctionnelle (D1-D4),
caractérisé par un bus local par l'intermédiaire duquel les régulateurs ou rangées avec plusieurs organes de régulation du module de traitement de signal (51, AP) sont reliés à des modules périphériques d'axe (AP) en tant qu'interfaces (44a, 46a, 50) vers les blocs de puissance (47) des moteurs électriques (F, G) et vers les capteurs de position angulaire (44, 46). - Système d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (F) est intégré, sur le plan de la construction, à la pièce fonctionnelle (D1-D4) et/ou réalisé d'un seul tenant avec celle-ci.
- Système d'entraînement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur électrique (F, G) est conçu pour être rapporté à un embout d'arbre ou tourillon d'arbre d'une pièce fonctionnelle (D1-D4) rotative.
- Système d'entraînement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le moteur électrique est réalisé avec un induit ou rotor extérieur en forme de cylindre ou de tambour, dont la forme correspond à celle de la pièce fonctionnelle, et est notamment conçue pour être reçue dans cette dernière.
- Système d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moteur électrique est associé un seul capteur de position angulaire (44) qui est placé sur le rotor (F) du moteur électrique (F, G) pour le relevé direct de ses mouvements angulaires (ΦréelI, ΦréelII), le module de traitement de signal (51, AP) et/ou le capteur de position angulaire (44) étant couplés à un module d'observation pour des grandeurs d'état de la pièce fonctionnelle, de préférence selon une mise en circuit du signal différentiel.
- Système d'entraînement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'au moteur électrique (F, G) sont associés au moins deux capteurs de position angulaire (44, 46) qui sont placés respectivement sur le rotor (F) du moteur électrique (F, G) et sur la pièce fonctionnelle (D1-D4) pour relever directement leurs mouvements angulaires (ΦréelI, ΦréelII), les sorties de signal (44a, 46a) de ces deux capteurs étant couplées, de préférence selon une mise en circuit du signal différentiel, au module de traitement de signal (51, AP).
- Système d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur de position angulaire est réalisé en tant que capteur absolu sinus/cosinus, capteur incrémental avec signaux rectangulaires et signal d'impulsion zéro, capteur incrémental avec signal sinus/cosinus en plus du signal d'impulsion zéro, ou en tant que capteur d'arbre creux avec une tête de capteur (66) et une roue de capteur (63) présentant la division angulaire.
- Système d'entraînement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la roue de capteur (63) est intégrée sur le plan de la construction à la pièce fonctionnelle (D1-D4) et/ou réalisée d'un seul tenant avec celle-ci.
- Système d'entraînement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la tête de capteur (66) et la roue de capteur (63) peuvent coulisser axialement l'une par rapport à l'autre conformément à l'axe de rotation ou de pivotement de la pièce fonctionnelle (D1-D4).
- Système d'entraînement selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que la tête de capteur (66) est fixée ou appuyée sur la pièce stationnaire du moteur électrique (F, G), notamment le stator (G) ou son carter.
- Système d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amplificateur de puissance (47) est réalisé avec un mutateur avec un circuit intermédiaire de tension (49) et/ou avec une alimentation directe.
- Système d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amplificateur de puissance (47) est réalisé avec une régulation numérique du courant de phase (48) sur la base d'une modulation de largeur d'impulsion de fréquence élémentaire élevée, de commutateurs à transistors rapides, d'une commande primaire de tension et/ou d'une prescription des valeurs de consigne du courant de phase et/ou des valeurs de commande primaire par l'intermédiaire de liaisons par guides d'ondes lumineuses ou fibres optiques (50).
- Système d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le module de traitement de signal (51, AP) est disposé un processeur de signal numérique (51) avec lequel sont mises en oeuvre des fonctions pour le traitement d'exploitation du capteur, la commande des moteurs, la régulation de la vitesse de rotation, la régulation de la position angulaire et/ou l'interpolation de précision des valeurs de consigne ou valeurs prescrites.
- Système d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les régulateurs ou rangées avec plusieurs organes de régulation sont couplés mutuellement par l'intermédiaire de branches de rétroaction supplémentaires (KI,II, KII,I) pondérées, de préférence en croix.
- Système d'entraînement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les régulateurs et/ou les rangées d'organes de régulation sont combinés à un organe de courbe caractéristique recevant, côté entrée, des valeurs réelles (ΦréelI, ΦréelII), pour la mise en circuit de grandeurs parasites (53I, 53II).
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