EP1260363B1 - Regelungsverfahren zum Betrieb von einzeln angetriebenen rotierenden Maschinenelementen - Google Patents

Regelungsverfahren zum Betrieb von einzeln angetriebenen rotierenden Maschinenelementen Download PDF

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EP1260363B1
EP1260363B1 EP02010666A EP02010666A EP1260363B1 EP 1260363 B1 EP1260363 B1 EP 1260363B1 EP 02010666 A EP02010666 A EP 02010666A EP 02010666 A EP02010666 A EP 02010666A EP 1260363 B1 EP1260363 B1 EP 1260363B1
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machine elements
circumference
individually driven
angle position
parameters
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Siemens AG
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    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2557/00—Means for control not provided for in groups B65H2551/00 - B65H2555/00
    • B65H2557/20—Calculating means; Controlling methods
    • B65H2557/264—Calculating means; Controlling methods with key characteristics based on closed loop control

Definitions

  • the invention relates to a control method for operating individually driven rotating machine elements with an angular position control, which are coupled with adhesion or via a common load.
  • the object of the invention is to eliminate or minimize a positional deviation of angularly controlled, individually driven rotating machine elements.
  • this object is achieved in that circumference descriptive parameters of the driven, corresponding machine elements are supplied in the form of an angular position deviation to the input of the angular position controller as a correction variable.
  • geometrical variables of rotating machine elements enter into the respectively involved drive controllers and minimize the following error.
  • Even small manufacturing tolerances of the rotating machine elements can be considered with this method in a drive controller in favor of the control accuracy.
  • a more accurate positioning is possible, as required for example in machine tools and printing presses.
  • a first advantageous embodiment of the invention is characterized in that parameters describing the circumference or radii of participating machine elements are used. This makes it easy to parameterize easily accessible, measurable parameters of a rotating machine element in the respective drive controllers.
  • a further advantageous embodiment of the invention is characterized in that parameters describing the circumference are at least one diameter and at least one diameter difference or at least one radius and at least one difference in radius be used.
  • parameters describing the circumference are at least one diameter and at least one diameter difference or at least one radius and at least one difference in radius be used.
  • control method according to claim 1 to 3 and / or a device according to claim 4 results in printing machines.
  • individually driven rotating machine elements are shown in the form of a partial view, which are coupled via force connection and via a common load.
  • the drives of the rotating machine elements M1, M2 are not shown.
  • the machine elements M1 and M2 are arranged one above the other and are coupled by means of adhesion and via a common load L.
  • A1, A2 On the axes A1, A2 are the actual value encoders G1 and G2. Its information is used by a drive controller for angular position actual value determination. Usually, the individual drives are equipped with high-precision actual value encoders G1, G2. Their signal resolutions are over 1 000 000 sections per 360 ° revolution.
  • the actual value rotary encoders G1, G2 are attached to the load driven by the motor. In printing presses, for example, it is advantageous to mount the actual-value rotary encoder G1, G2 at the torque-free end of the driven printing cylinder.
  • rotating individually driven machine elements M1, M2 are, for example, wheels, rollers or gears into consideration.
  • a control block diagram for a single driven rotating machine element M1, M2 with circumference descriptive parameters UP is shown as a correction variable of the angular position deviation WA.
  • a position setpoint LS is given by a superimposed control or regulation, not shown for clarity.
  • the angular position actual value WI of a rotary encoder G1, G2 is subtracted from the position setpoint LS. This is subsequently fed to a control block, namely the circumferential parameter UP, the result of which is likewise subtracted from the position setpoint LS.
  • the machine element M1 has a circumference greater by ⁇ U than the machine element M2.
  • This state is stored with descriptive parameters in the block diagram UP (peripheral parameter).
  • the angular velocity of the axis A1 must be reduced so that no slip or minimized slip occurs at the load L. From the angular position actual value WI, therefore, one of the peripheral difference ⁇ U dependent value subtracted and leads to a resulting angular position deviation WA.
  • This is input parameter of an angular position controller WR, which determines a target speed SD.
  • a speed deviation DA results from the setpoint speed SD minus the actual speed value DI.
  • the speed deviation DA is fed to a speed controller GR, which outputs a setpoint current SS for this purpose. From this an actual current value SI of the drive is subtracted, so that a current regulator SR with the resulting current deviation SA can determine a torque DM.
  • the torque DM is transmitted to an associated drive converter.
  • the current actual value information SI is transmitted, which is determined in many cases as inverter output current device-internally.
  • the actual speed value DI is fed to the drive controller as a time derivation of the angular position actual value WI. This derivation can be done with the help of a encoder evaluation, but it is also a differentiation in the controller conceivable.
  • all data paths are shown as arrow connections. If data is added or subtracted, this is indicated by a plus sign (+) or minus sign (-) in the vicinity of a circle at which the arrowheads of quantities to be added or subtracted merge. All block diagrams are shown as rectangles.
  • the control block diagrams WR, GR and SR have symbolically represented a graph inside.
  • the block diagram peripheral parameter UP has inside a circle around which a double arrow connection is arranged partially revolving.
  • path errors due to different circumference do not have to be compensated for the load, but are corrected directly before entering the drive controller with peripheral parameters UP.
  • slippage on a paper web can be advantageous be eliminated or minimized and thus avoid a paper web crack under unfavorable circumstances.

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Description

  • Regelungsverfahren zum Betrieb von einzeln angetriebenen rotierenden Maschinenelementen
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelungsverfahren zum Betrieb von einzeln angetriebenen rotierenden Maschinenelementen mit einer Winkellageregelung, die mit Kraftschluss oder über eine gemeinsame Last gekoppelt sind.
  • Aus der internationalen Anmeldung WO 97/11848 ist ein Antriebskonzept bekannt, bei dem über einen Synchronisierbus ausschließlich Informationen übertragen werden, die den synchronen Winkelgleichlauf der Antriebe in einer Rotation sicherstellen. Der synchrone Winkelgleichlauf von Druckmaschinen ist erforderlich, um eine hohe Fertigungsqualität von Druckmedien zu erreichen.
  • Werden einzeln angetriebene, mechanisch über Kraftschluss oder über eine gemeinsame Last gekoppelte Maschinenelemente mit einer Winkellageregelung betrieben, so führen unterschiedliche Bahngeschwindigkeiten am Kopplungspunkt, -pfad oder -medium zum Auftreten eines Schlupfes. Die den Maschinenelementen zugeordnete, jeweilige Winkellageregelung versucht die Vorgaben gemäß dem Sollwert umzusetzen. Hierbei kann es vorkommen, dass zwei Antriebsregler sich gegensinnig aussteuern, d.h. ein Antriebsregler versucht anzutreiben, während ein weiterer versucht zu bremsen. Hierbei tritt, je nach Kraftverhältnissen, nach dem Losreißmoment ein Schlupf auf, bei dem die Istwerte der beteiligten Maschinenelemente in Richtung der Sollwerte springen.
  • Das mechanische Verspannen der Antriebe und das Auftreten eines Schlupfes ist mit einem erhöhten Energiebedarf der Umrichter verbunden. Dieses wird üblicherweise bereits bei der Umrichter- bzw. Antriebsauslegung berücksichtigt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lageabweichung von in Winkellageregelung betriebenen, einzeln angetriebenen rotierenden Maschinenelementen zu eliminieren bzw. zu minimieren.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass Umfang beschreibende Parameter der angetriebenen, korrespondierenden Maschinenelemente in Form einer Winkellageabweichung dem Eingang des Winkellagereglers als Korrekturgröße zugeführt werden. Damit gehen geometrische Größen von rotierenden Maschinenelementen in die jeweils beteiligten Antriebsregler ein und minimieren den Schleppfehler. Auch geringe Fertigungstoleranzen der rotierenden Maschinenelemente sind mit diesem Verfahren in einem Antriebsregler zu Gunsten der Regelungsgenauigkeit berücksichtigbar. Somit ist eine genauere Positionierung möglich, wie sie beispielsweise bei Werkzeugmaschinen und Druckmaschinen gefordert ist.
  • Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Umfangskorrektur besteht darin, dass der Energieverbrauch beteiligter Umrichter deutlich reduziert ist. Der Energiebedarf der zuvor zur Verspannung von Maschinenelementen oder für das Auftreten des Schlupfes notwendig war, ist deutlich reduziert bzw. wird nicht mehr benötigt. Auch eine Umrichterauslegung kann mit der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen geringeren Energiebedarf erfolgen.
  • Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Umfang beschreibende Parameter Durchmesser oder Radien beteiligter Maschinenelemente verwendet werden. Damit können einfach zugängliche, messbare Parameter eines rotierenden Maschinenelementes in den jeweiligen Antriebsreglern vorteilhaft parametriert werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Umfang beschreibende Parameter mindestens ein Durchmesser und mindestens ein Durchmesserunterschied oder mindestens ein Radius und mindestens ein Radienunterschied verwendet werden. Mit diesem Verfahren ist es einfach möglich, aus einer Relativmessung ermittelbare Messgrößen zu verwenden. In diesem Verfahren bietet sich beispielsweise an, einen Hauptdurchmesser oder -radius zu verwenden, auf den mit Hilfe von Abweichungsangaben in der Regelung Bezug genommen wird.
  • Eine vorteilhafte Einrichtung zum Betrieb von einzeln angetriebenen rotierenden Maschinenelementen mit einer Winkellageregelung, die mit Kraftschluss oder über eine gemeinsame Last gekoppelt sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass Umfang beschreibende Parameter der angetriebenen, korrespondierenden Maschinenelemente in Form einer Winkellageabweichung dem Eingang des Winkellagereglers als Korrekturgröße zuführbar sind. Mit Hilfe dieser Einrichtung ist ein Schleppfehler von rotierenden Maschinenelementen bzw. einer mitgeführten Last vorteilhaft eliminierbar bzw. minimierbar.
  • Eine vorteilhafte Verwendung eines Regelungsverfahrens nach Anspruch 1 bis 3 und/oder einer Einrichtung nach Anspruch 4 ergibt sich bei Druckmaschinen. Der Einsatz von erfindungsgemäßen Regelungsverfahren bzw. der erfindungsgemäßen Einrichtung bei einer bestimmten Ausprägung von Produktionsmaschinen, nämlich von Druckmaschinen, bringt Vorteile mit sich. Durch die Eliminierung bzw. Minimierung des Schleppfehlers kann ein qualitativ hochwertigeres Druckprodukt hergestellt werden.
  • Mit einem derartigen Antriebssystem sind äußerst hohe Gleichlaufgenauigkeiten zwischen beteiligten, einzeln angetriebenen Maschinenelementen erreichbar. Weiterhin sind in einfacher Weise elektronisch synchronisierte, mit hohen Gleichlaufeigenschaften versehene Synchronwellen und elektronische Getriebe realisierbar. Insbesondere der Mehrfarbendruck von Rotationsdruckmaschinen mit einzeln angetriebenen Druckzylindern stellt sehr hohe Anforderungen an die Produktionsgenauigkeit einer Druckmaschine.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
    • FIG 1
    zwei über Kraftschluss und über eine gemeinsame Last gekoppelte einzeln angetriebene Rollen einer Maschine und
    FIG 2
    ein Regelungsblockschaltbild für ein einzeln angetriebenes rotierendes Maschinenelement mit Umfang beschreibenden Parametern als Korrekturgröße der Winkellageabweichung.
  • In der Darstellung gemäß FIG 1 sind in Form einer Teildarstellung einzeln angetriebene rotierende Maschinenelemente dargestellt, die über Kraftschluss und über eine gemeinsame Last gekoppelt sind. Der Übersichtlichkeit halber sind die Antriebe der rotierenden Maschinenelemente M1, M2 nicht dargestellt. In der Darstellung gemäß FIG 1 sind die Maschinenelemente M1 und M2 übereinander angeordnet und über Kraftschluss und über eine gemeinsame Last L gekoppelt.
  • Auf den Achsen A1, A2 befinden sich die Istwertdrehgeber G1 und G2. Ihre Information dient einem Antriebsregler zur Winkellageistwertermittlung. Üblicherweise sind die einzelnen Antriebe mit hochgenauen Istwertgebern G1, G2 ausgestattet. Ihre Signalauflösungen liegen bei über 1 000 000 Abschnitten pro 360°-Umdrehung. Die Befestigung der Istwertdrehgeber G1, G2 erfolgt an der vom Motor angetriebenen Last. Bei Druckmaschinen ist es beispielsweise vorteilhaft, den Istwertdrehgeber G1, G2 am drehmomentfreien Ende des angetriebenen Druckzylinders anzubringen.
  • Besitzen die Maschinenelementen M1, M2 einen unterschiedlichen Umfang, so besitzen die Berührungspunkte der Maschinenelemente M1, M2 zur Last L eine unterschiedliche Bahngeschwindigkeit. Dies führt zu einem Schlupf an der Last L und/oder zu einem ungewollten Antriebsverhalten derart, dass ein Antrieb versucht anzutreiben und ein weiterer versucht zu bremsen. Für diese Verspannung der Maschinenelemente M1, M2 ist Energie aufzuwenden.
  • Auch geringste Abweichungen der Umfänge der beteiligten Maschinenelementen M1, M2 vom bekannten Nominalumfang führen zum Auftreten eines Schlupfes. Mit Hilfe der Erfindung können auch geringe Fertigungstoleranzen in dem Antriebsregler berücksichtigt werden und zu vorteilhafterem Verhalten der Antriebsregler führen.
  • Als rotierende einzeln angetriebene Maschinenelemente M1, M2 kommen beispielsweise auch Räder, Walzen oder Zahnräder in Betracht.
  • In der Darstellung gemäß FIG 2 ist ein Regelungsblockschaltbild für ein einzeln angetriebenes rotierendes Maschinenelement M1, M2 mit Umfang beschreibenden Parametern UP als Korrekturgröße der Winkellageabweichung WA dargestellt. Hierbei wird ein Lagesollwert LS von einer der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten überlagerten Steuerung bzw. Regelung vorgegeben. Der Winkellageistwert WI eines Drehgebers G1, G2 wird von dem Lagesollwert LS abgezogen. Dieser wird im weiteren Verlauf einem Regelungsblock, nämlich den Umfangsparameter UP zugeführt, dessen Ergebnis ebenso vom Lagesollwert LS abgezogen wird.
  • Für die folgende Betrachtung sei ein Ausführungsbeispiel nach der Darstellung gemäß FIG 1 angenommen. Dabei hat das Maschinenelement M1 einen um ΔU größeren Umfang als das Maschinenelement M2. Dieser Zustand ist mit beschreibenden Parametern in dem Bockschaltbild UP (Umfangsparameter) hinterlegt.
  • Um Bahnsynchronität an der Last L zu erreichen, ist die Winkelgeschwindigkeit der Achse A1 zu reduzieren, damit kein Schlupf bzw. minimierter Schlupf an der Last L auftritt. Von dem Winkellageistwert WI wird daher ein von dem Umfangsunterschied ΔU abhängiger Wert abgezogen und führt zu einer resultierenden Winkellageabweichung WA. Diese ist Eingangsparameter eines Winkellagereglers WR, der eine Solldrehzahl SD ermittelt. Eine Drehzahlabweichung DA resultiert aus der Solldrehzahl SD abzüglich des Drehzahlistwertes DI. Die Drehzahlabweichung DA wird einem Geschwindigkeitsregler GR zugeführt, der hierzu einen Sollstrom SS ausgibt. Von diesem wird ein Stromistwert SI des Antriebs abgezogen, so dass ein Stromregler SR mit der resultierenden Stromabweichung SA ein Drehmoment DM ermitteln kann.
  • Das Drehmoment DM wird einem zugehörigen Antriebsumrichter übermittelt. Von dem Umrichter selbst wird oft die Stromistwertinformation SI übertragen, die in vielen Fällen als Umrichterausgangsstrom geräteintern ermittelt wird. Der Drehzahlistwert DI wird als zeitliche Ableitung des Winkellageistwerts WI dem Antriebsregler zugeführt. Diese Ableitung kann mit Hilfe einer Geberauswertung erfolgen, es ist jedoch auch eine Differenzierung im Antriebsregler denkbar.
  • In der Darstellung gemäß FIG 2 sind alle Datenpfade als Pfeilverbindungen dargestellt. Werden Daten addiert oder subtrahiert, so ist dies mit einem Plus-Zeichen (+) bzw. Minus-Zeichen (-) in der Nähe eines Kreises dargestellt, an dem die Pfeilspitzen von zu addierenden bzw. zu subtrahierenden Größen zusammenlaufen. Sämtliche Blockschaltbilder sind als Rechtecke dargestellt. Die Regelungsblockschaltbilder WR, GR und SR haben symbolhaft im Inneren einen Graphen dargestellt. Das Blockschaltbild Umfangsparameter UP besitzt im Inneren einen Kreis, um den eine Doppelpfeilverbindung teilumlaufend angeordnet ist.
  • Zusammenfassend sei erwähnt, dass Wegfehler aufgrund unterschiedlichen Umfanges nicht an der Last ausgeglichen werden müssen, sondern direkt vor Eingang in den Antriebsregler mit Umfangsparametern UP korrigiert werden. In Druckmaschinen kann beispielsweise ein Schlupf an einer Papierbahn vorteilhaft eliminiert bzw. minimiert werden und somit unter ungünstigen Umständen ein Papierbahnriss vermieden werden.
  • Des Weiteren sei erwähnt, dass der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem geringeren Energiebedarf beteiligter Umrichter verbunden ist. Dieses ist auf die Reduzierung von mechanischen Verspannungen von Maschinenelementen und/oder auf das Vermeiden eines Schlupfes zurückzuführen.

Claims (5)

  1. Regelungsverfahren zum Betrieb von einzeln angetriebenen rotierenden Maschinenelementen mit einer Winkellageregelung, die mit Kraftschluss oder über eine gemeinsame Last gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass Umfang beschreibende Parameter (UP) der angetriebenen, korrespondierenden Maschinenelemente (M1, M2) in Form einer Winkellageabweichung (WA) dem Eingang des Winkellagereglers (WR) als Korrekturgröße zugeführt werden.
  2. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-kennzeichnet, dass als Umfang beschreibende Parameter (UP) Durchmesser oder Radien beteiligter Maschinenelemente (M1, M2) verwendet werden.
  3. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-kennzeichnet, dass als Umfang beschreibende Parameter (UP) mindestens ein Durchmesser und mindestens ein Durchmesserunterschied oder mindestens ein Radius und mindestens ein Radienunterschied verwendet werden.
  4. Einrichtung zum Betrieb von einzeln angetriebenen rotierenden Maschinenelementen mit einer Winkellageregelung, die mit Kraftschluss oder über eine gemeinsame Last gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass Umfang beschreibende Parameter (UP) der angetriebenen, korrespondierenden Maschinenelemente (M1,M2) in Form einer Winkellageabweichung (WA) dem Eingang des Winkellagereglers (WR) als Korrekturgröße zuführbar sind.
  5. Verwendung eines Regelungsverfahrens nach Anspruch 1 bis 3 und/oder einer Einrichtung nach Anspruch 4 bei Druckmaschinen.
EP02010666A 2001-05-25 2002-05-13 Regelungsverfahren zum Betrieb von einzeln angetriebenen rotierenden Maschinenelementen Expired - Lifetime EP1260363B1 (de)

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