EP2286996B1 - Verfahren zur Herstellung eines positionssynchronen Antriebsverbundes durch Vorgabe einer Geschwindigkeits- und Positionsreferenz sowie Antriebssystem zu dessen Durchführung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines positionssynchronen Antriebsverbundes durch Vorgabe einer Geschwindigkeits- und Positionsreferenz sowie Antriebssystem zu dessen Durchführung Download PDF

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EP2286996B1
EP2286996B1 EP09168385.4A EP09168385A EP2286996B1 EP 2286996 B1 EP2286996 B1 EP 2286996B1 EP 09168385 A EP09168385 A EP 09168385A EP 2286996 B1 EP2286996 B1 EP 2286996B1
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EP
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pos
drive
spd
speed
leading axis
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EP2286996A1 (de
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Ulrich Strunz
Mathias Monse
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Baumueller Anlagen Systemtechnik GmbH and Co
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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
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F33/00—Indicating, counting, warning, control or safety devices
    • B41F33/0009—Central control units
    • 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 a method for synchronizing a plurality of individual drives to a common drive position, wherein the individual drives are combined by means of a bus or other communication system to a position-synchronous drive network.
  • the communication system is used for data exchange, in particular data about position, speed and / or acceleration information from or to the individual drives.
  • a particular higher-level master control generates - independently of the individual drives - a Leitachs motion profile that is transmitted to the individual drives of the drive network via the communication system.
  • the master axis motion profile can include data or information about a (virtual) master axis position, master axis speed and / or master axis acceleration, which serve as reference variables for the individual drives.
  • the invention relates to a drive system suitable for carrying out this method with a plurality of individual electrical drives, which are coupled, organized and / or coordinated via one or more bus or other communication means to a synchronized drive network.
  • the master axis control for the master axis motion profile is also coupled to the one or more communication means.
  • Said single-drive synchronizing method and the drive system suitable therefor are intended in particular for use in printing presses, especially if printed therein continuous paper webs and cut and folded in a final folder, which is brought to the printed paper web in physical engagement. Due to this, technical difficulties may occur at the start of production of the printing press, if required for doing so Synchronizing the Schneidmesser- and / or folding blade must move relative to the paper web.
  • the remedy is in EP 0 567 741 A1 described a rotary printing machine with a synchronized single drive system:
  • the individual drives only the pressure cylinder together with the associated drive controller are summarized without folding drive to groups of pressure groups and assigned these groups of pressure points a separately driven folder.
  • the print groups then take their positional reference from this folder.
  • the individual drives and drive controllers of a print group are combined via a fast bus system, the drive bus, to form a drive network.
  • the drive controllers of the individual pressure cylinder drives are coordinated with each other by a drive system which is connected both to the drive bus and to another bus, the data bus. With this data bus even more, similar pressure point groups and associated with these pressure groups groups folding device and a higher-level control system are coupled.
  • WO 2004/028805 A1 relates to a method for the synchronization of several individual drives.
  • the leading axis motion profiles represent target values to be observed.
  • An advantage achieved with the invention consists in the simplification of the bus or communication structure: by selecting a single drive from the drive network as the reference drive, which together with the other individual drives via a common communication system is coordinated under a common master control, a separate drive outside the drive and communication network is no longer used as reference position generator as explained above prior art. This eliminates the need for an additional separate bus system in relation to the aforementioned prior art in order to obtain position references from a separate drive, for example folding drive, driven separately from the drive system.
  • the invention is characterized, inter alia, by the following:
  • a purely virtual control axis position generated independent of the drive is specified to all individual drives of the drive group as a reference variable, whereupon the individual drives can each decentralize themselves.
  • the current position of a specially selected individual drive as a reference drive, for example, the folding drive, does not have to be distributed via the communication system to the other individual drives.
  • the offset of the position of the reference drive to the virtual Leitachsposition the entire drive network is avoided. This is particularly advantageous when the folder drive of a printing press is used as a reference drive because the folding unit is subject to particular restrictions in its adjustability due to the framework conditions in a printing press.
  • the specification of a velocity reference profile takes place taking into account the real start position of a reference drive and simultaneous use of a higher-level, drive-independent specification of a leading axis velocity.
  • a reference speed which takes into account the real starting position of a reference drive is specified for all drive or servo controllers of the individual drives efficiently achieve synchronized operation of all individual drives of the drive system.
  • the respective speed control of the individual drives is superimposed on a control of the synchronous operation by transmitting to the individual drives of the drive system in parallel both the virtually generated master axis position and the reference speed taking into account an initial position of a real reference drive via the common communication system.
  • the possibility for the respective local drive controllers to carry out decentrally superimposed position offset adjustments is not restricted.
  • it is also possible to set an offset to the virtual Leitachsposition which can be particularly advantageous when used in a printing press for color and cut register.
  • the decentralized setpoint generation is simplified with the invention, because, for example, the fine interpolator and / or the ramp-function generator can be omitted.
  • An optional embodiment of the method according to the invention consists in that the guide-axis movement profile (w spd, l , w pos, l ) comprises a Leitachsposition (w pos, l ) and / or a Leitachs beau (w spd, l ) and / or a Leitachsbevantung , which are transmitted as a reference variable (s) to all individual drives (1,1a) of the drive system (1,1a, 2).
  • this design can be further developed in such a way that when the leading axis speed (w spd, l ) for the drive assembly (1, 1a, 2) is determined, the positional offset (w pos, l ) -w pos, r ) of the reference drive (1a) to the Leitachsposition (w pos, l ) for the drive network (1,1 a, 2) is taken into account.
  • An optional embodiment of the method according to the invention is that for each individual drive (1,1a) of the drive system (1,1a, 2) a synchronous position control (6b) or other synchronizing adjustment with the reference speed (w spd, r ) and the Leitachsposition (w pos , l ) or another control axis motion profile (w spd, l , w pos, l ) as input variables and an actuating speed (w spdadj, d , w spdadj, l ) is taken as generated output variable, which for influencing the respective drive speed (x spd, d , x spd, r ) of the individual drives (1,1 a) is used and / or processed.
  • the reference speed (w spd, r ) is converted into a drive position value (w pos, d , w pos, r ) specific to the receiving individual drive (1, 1 a), and a reference position (w pos , l ) and the drive position value (w pos, d , w pos, r ) difference is converted via a transfer function, such as proportional and / or Integrierfunktion, in the positioning speed (w spdadj, d , w spdadj, l ).
  • a transfer function such as proportional and / or Integrierfunktion
  • An optional embodiment of the method according to the invention is that only one unidirectional reference speed (x spd, r ) and / or acceleration is distributed.
  • only reference velocities (w spd, r ) of one direction or of a uniform sign for distribution to the composite individual drives (1,1 a) are released after the superimposition of setting and leading axis speeds (w spdadj, l , w spd, l ) ,
  • An optional embodiment of the method according to the invention is that in the master axis control (5) the motion profile (w spd, l , w pos, l ) as a function of a production speed (w spd, p ), a production acceleration and / or deceleration (w acc , p , w dec, p ) is programmable or otherwise adjustable over time.
  • An optional embodiment of the method according to the invention consists in that the distribution of the reference speed (x spd, r ) takes place with a compensation of a transit time (2) of the information transmission on the bus or other communication system (2).
  • the reference drive (1a) is given an advance, which corresponds to the transit time (2), by means of an additional speed increase in relation to the lead axis movement profile (w spd, l , w pos, l ).
  • An optional embodiment of the method according to the invention is that in each individual drive (1.1a) of the drive assembly (1,1a, 2) the Leitachsposition (w pos, l ) and / or a Leitachs beau (w spd, l ) and / or the other Leitachs motion profile (w spd, l , w pos, l ) each as Reference variable for a servo control (6a) and / or a speed control is processed.
  • the drive system comprises a plurality of individual drives 1, 1 a, 1 b, namely composite drives 1, which also include a selectable reference drive 1 a, and other individual drives 1b.
  • the latter like the other drives 1, 1 a, can be connected in terms of circuitry to a data communication bus 2 via a respective bus interface 3, they are not actuated by the drive communication controllers 4 for data exchange, at least in coordination with the other individual drives. Consequently, the other individual drives 1b are outside a drive or communication network 1, 1a, 2 of the composite drives 1, 1 a, which can be coordinated and / or dominated by a master axis control 5, which also coupled via a bus interface 3 with the data communication bus 2 is.
  • a master axis control 5 which also coupled via a bus interface 3 with the data communication bus 2 is.
  • a production speed w spd, p is input, for example programmed, into the master axis controller 5 from the outside . From this, a leading axle speed generator 5a (see FIG Fig. 2 ) based on an implemented motion profile characteristic curve 5b (see Fig. 2 ) independent of the drive, a leading axis speed w spd, l and a Leitachsposition w pos, l .
  • the individual drive selected as the reference drive 1 a is the entire, generated motion profile which the master axis position w pos, l and the master axis speed w spd, l includes, supplied.
  • An internal synchronizing position adjustment taking into account the reference drive 1 a takes into account an offset between the predetermined leading axis movement profile w pos, l , w spd, l , in particular the predefined Leitachsposition w pos, l on the one hand and the position of the reference drive 1 a on the other.
  • a correction speed x spd, r is formed via the correspondingly set computing means of the reference drive 1 a and fed to the master axis controller 5 via the data communication bus 2.
  • This generates from the correction speed x spd, r a reference speed w spd, d , which is transmitted to all other, the drive group 1, 1a, 2 belonging to individual drives 1 as a guide variables for a respective speed control.
  • a transmission of the leading speed w spd, l from the master axis control 5 to the composite drives 1 is not provided according to embodiment except the selectable reference drive 1 a.
  • the individual drives 1, including the reference drive 1a can decentralize their specific setpoint values for a servo position and / or speed control in the sense of synchronism with the others from the supplied reference variables, namely the master axis position w pos, l and the reference speed w spd, r Generate individual drives.
  • Fig. 2 is in the leading axis control 5 of the Leit Anlagensgenerator 5a to realize the Leitachs motion profile characteristic curve 5b with the Leitachsposition w pos, l and the Leitachs mecanic w spd, l set as output variables.
  • the Leit Anlagensgenerator 5a directly outputs the Leitachs effet w spd, l , and by means of an integrating I is the Leitachsposition w pos, l generated, with an initial position or initial position w pos, l0 of the Leitachsposition is considered in the integration process as an initial value.
  • Fig.2 It also supports the possibility that the master axis control and at least one compound drive can be calculated in the same control processor.
  • the output of this motion profile w spd, l , w pos, l on the data communication bus 2 is still a bus delay 2a to consider, because dead times in the data transmission on the data communication bus from the sender to the receiver are inevitable.
  • the bus system (the 3 vertical signal lines) is idealized, ie all taps of signals happen exactly at the same time.
  • the maturities are concentrated in the maturity elements 2a assumed.
  • the drives of the drive assembly 1, 1a, 2 are each provided with a servo-speed control 6a and a synchronizing position control 6b.
  • the selected reference drive 1 a additionally has a reference generator 6 c.
  • the respective servo-speed control 6a on the input side comprises a reference junction V, from the reference speed w spd, r as a reference variable and the (actual with an adjustment speed) actual drive speed x spd, d a control difference for a downstream control element PI, for example, proportional-integral controller , to build.
  • the output of the control element is adapted via a converter W a servo controller S, which provides on the basis of a field-oriented control, for example, a torque-generating current to a servo motor 7a.
  • a motion sensor 7b For example, servo encoder, sampled and fed via the downstream, further converter element W the negative input of the comparator V for the purpose of forming the control difference.
  • the latter is connected at its positive input to the data communication bus 2 for receiving the Leitachsposition w pos, l .
  • the integrator is connected to the data communication bus 2 for receiving the reference speed w spd, r .
  • a further input parameter for the integrator I is the respective initial value w pos, r0 , w pos, d0 or the initial position of the compound drive 1 or the reference drive 1 a to be found during startup or startup of the drive system.
  • These initial values represent the respective starting value from which the integration process for determining the current drive position w pos, r , w pos, d of the reference drive 1 a or the compound drive 1 starts.
  • the output of the integrator I is connected to the negative input of the comparator V for the purpose of supplying the respective current drive position w pos, r or w pos, d .
  • the resulting control difference w pos, l - w pos, r and d a control PI, for example, PI controller supplied.
  • a control PI for example, PI controller supplied.
  • At the output of the control element there results a value for an adjustment speed w sPdadj, l or w spdadj, d of the reference drive 1 a or of a compound drive 1.
  • the readjustment speed w spdadj, l is supplied to a superimposition member Ü whose second input is connected to the data communication bus 2 for receiving the independently generated control axle speed w spd, l .
  • the resulting overlay value at the output of the subcarrier Ü is supplied to the input of a unidirectional filter 8.
  • Whose transfer function is designed so that only a correction speed x spd, r uniform direction or uniform sign at the output of the unidirectional filter 8 is provided as an overlay result.
  • the unidirectional filter output is the drive or data communication bus 2 is provided, over which one of the correction speed x spd, r equal or corresponding reference speed w spd, r is distributed to all servo speed controls 6a of the drive network.
  • FIG. 2 is at the respective compound drive 1, the output of the synchronous position control 6b with the readjustment speed w spdadj, d for the drive speed control 6a supplied to a comparator V at the positive input, while the guided via the transducer W signal from the motion sensor 7b the negative input of the comparator V is forwarded.
  • the resulting difference at the output of the comparison element V is fed to a first input of a further superposition element Ü, whose second input for receiving the reference speed w spd, r is connected to the data communication bus 2.
  • the readjustment speed w spdadj, d from the synchronizing position control 6b "superimposed" control difference at the output of the superposition member Ü or at the input of the downstream control element PI.
  • each cylinder has its own servomotor 7a of an individual drive 1, 1a integrated into the drive assembly 1, 1a, 2.
  • the selected as a reference drive 1 a single drive with its servo motor 7a, for example, the cutting blade and / or the folding blade cylinder of the folding unit assigned.
  • the individual drives which are the rollers / printing and folding units of the Rotate rotary press to synchronize to the common location on the paper web.
  • the initial or initial values w pos, d0 , w pos, r0 of the positions of the composite drives 1 and of the reference drive 1 a assume random values.
  • the initial position w pos, r0 of the reference drive 1 a is expediently read out from the master axis controller 5 and used to define the "zero position" of the machine rotary coordinate system.
  • the leading axis speed generator 5a With print job and start of production start-up, the leading axis speed generator 5a generates leading axis velocity values w spd, l , which are fed via the data communication bus 2 at least to the reference generator 6c of the reference drive 1 a in accordance with the characteristic curve 5b of the leading axis motion profile.
  • an integrator I calculates the leading axis control 5, starting from any initial position W pos, l0 , from the speed Leitachspositionwerts w pos, l , which are transmitted via the data communication bus 2 to the respective synchronous position control 6b of the composite drives 1 and the reference drive 1a as a reference.
  • the reference speed w spd, r relates primarily to the guide speed w spd, l, which is superimposed on an adjustment speed w spdadj, l .
  • This correction or readjustment speed is the manipulated variable of the synchronous position controller and has the task of making the deviation from the master axis position to the reference drive position w pos, l -w pos, r zero.
  • the initial value w pos, r0 of the reference position has (at one time) a reference to the real drive position during the initialization step .
  • a speed reference which also follows the reference drive, for example folding drive, is continuously distributed.
  • the reference speed w spd, r which is derived from the reference drive 1a, the Leitachs beau w spd, l corresponds.
  • the control difference Leitachsposition w pos, l - reference drive position w pos, r on the comparison element V of the synchronous position control 6b of the reference drive 1 a and reduce this difference.
  • the Folding mechanism is assigned to ensure that drive direction changes are avoided, for which the unidirectional filter 8 is used at the output of the reference generator 6c.
  • Direction of rotation of the paper web engaged with the folding unit in, for example, positive direction can be allowed, in the negative direction they are excluded.
  • the common speed default or the specification of the reference speed w spd, r can be such that the deviation from the hemming reference position w pos, r to the virtual leading position w pos, l of the entire drive system 1.1 a, 2 is adjustable, for example zero ,
  • the output of a negative reference speed x spd, r , w spd, r from the synchronous position controller 6b is prevented.
  • the prevention of accumulating the integral component in the PI controller PI is expedient or the integral component in the PI controller PI of the synchronous position controller 6b is kept at zero, as long as the reference speed x spd, r , w spd, r is zero.
  • 1a of the drive network within the synchronous position control 6b of the respective position offset w is in each individual drive 1 pos, l - w pos, d or - w pos, r of the reference drive 1a to the virtual Leitachslage w pos, l of the drive network based on the reference junction V and the resulting control difference taken into account and constantly corrected.
  • the decentralized speed servo controls 6a of the individual drives 1, 1a are each a synchronous operation control 6b superimposed by parallel transmission of the reference position w pos, r based reference speed w spd, r to the individual drives 1, 1a of the drive network.
  • the compensation of the bus runtime results from the inclusion of the, this bus running time representing delay element 2a in the Iswertzweig the synchronous position controller 6b.
  • dynamic deviations between the master axis speed w pos, l and reference drive position w pos, r lead to the readjustment speed w spdadj, l for the master axis speed as a manipulated variable.
  • This counteracts the position deviation during acceleration and reduces / compensates the influence of the bus runtime.
  • the bus run time In stationary operation with the correction speed x spd, r or the reference speed w spd, r constant, the bus run time has no effect anyway.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung mehrerer Einzelantriebe auf eine gemeinsame Antriebsposition, wobei die Einzelantriebe mittels eines Bus- oder sonstigen Kommunikationssystems zu einem positionssynchronen Antriebsverbund zusammengefasst werden. Das Kommunikationssystem dient dem Datenaustausch, insbesondere von Daten über Positions-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsinformationen von oder zu den Einzelantrieben. Eine insbesondere übergeordnete Leitachssteuerung erzeugt - unabhängig von den Einzelantrieben - ein Leitachs-Bewegungsprofil, das den Einzelantrieben des Antriebsverbunds über das Kommunikationssystem übermittelt wird. Das Leitachs-Bewegungsprofil kann Daten oder Informationen über eine (virtuelle) Leitachsposition, Leitachsgeschwindigkeit und/oder Leitachsbeschleunigung umfassen, die als Führungsgrößen für die Einzelantriebe dienen.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Antriebssystem mit mehreren elektrischen Einzelantrieben, die über ein oder mehrere Bus- oder sonstige Kommunikationsmittel zu einem synchronisierten Antriebsverbund gekoppelt, organisiert und/oder koordiniert sind. Die Leitachssteuerung für das Leitachs-Bewegungsprofil ist ebenfalls mit dem oder den Kommunikationsmitteln gekoppelt.
  • Das genannte Einzelantriebs-Synchronisierverfahren und das dafür geeignete Antriebssystem sind insbesondere zum Einsatz in Druckmaschinen vorgesehen, vor allem wenn darin kontinuierliche Papierbahnen bedruckt und in einem abschließenden Falzwerk geschnitten und gefaltet werden, das dazu mit der bedruckten Papierbahn in körperlichen Eingriff gebracht wird. Aufgrund dessen können beim Produktionsanlauf der Druckmaschine technische Schwierigkeiten auftraten, wenn für den dabei vorzunehmenden Synchronisiervorgang die Schneidmesser- und/oder Falzmesserzylinder sich relativ zur Papierbahn bewegen müssen.
  • Zur Abhilfe ist in EP 0 567 741 A1 eine Rotationsdruckmaschine mit einem synchronisierten Einzelantriebssystem beschrieben: Die Einzelantriebe nur der Druckzylinder nebst zugehöriger Antriebsregler werden ohne Falzantrieb zu Druckstellengruppen zusammengefasst und diese Druckstellengruppen einem separat angetriebenen Falzapparat zugeordnet. Die Druckstellengruppen beziehen dann ihre Positionsreferenz von diesem Falzapparat. Die Einzelantriebe nebst Antriebsregler einer Druckstellengruppe sind über ein schnelles Bussystem, den Antriebsbus, zu einem Antriebsverbund zusammengefasst. Die Antriebsregler der Druckzylinder-Einzelantriebe werden untereinander von einem Antriebssystem koordiniert, welches sowohl mit dem Antriebsbus als auch mit einem weiteren Bus, dem Datenbus verbunden ist. Mit diesem Datenbus sind noch weitere, gleichartige Druckstellengruppen sowie der diesen Druckstellengruppen zugeordnete Falzapparat und ein übergeordnetes Leitsystem gekoppelt. Daraus ergibt sich, dass der Antrieb des Falzapparats nicht in dem vom Antriebssystem koordinierten Antriebsverbund integriert und nicht mit dem schnellen Antriebsbus der Antriebsregler und des Antriebssystems verbunden ist. Vielmehr kommuniziert der Falzapparat über den langsameren Datenbus mit dem jeweiligen Antriebssystem der Druckstellengruppen. WO 2004/028805 A1 betrifft ein Verfahren zur Synchronisation mehrerer Einzelantriebe. Die Leitachs-Bewegungsprofile stellen einzuhaltende Sollwerte dar.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Synchronisierverfahren für kommunikationstechnisch verbundene Einzelantriebe mit vereinfachter Struktur durchführen zu können. Zur Lösung wird bei dem Synchronisierverfahren mit den eingangs genannten oder den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen erfindungsgemäß vorgeschlagen:
    1. a) als Referenzantrieb einen Einzelantrieb des Antriebsverbunds auszuwählen
    2. b) aus einem Vergleich der Lage bzw. Position des Referenzantriebs mit dem Leitachs-Bewegungsprofil einen Lageversatz zu ermitteln
    3. c) und aus dem Lageversatz eine Referenzgeschwindigkeit oder - beschleunigung abzuleiten
    4. d) und die Referenzgeschwindigkeit oder -beschleunigung über das Kommunikationssystem an alle Einzelantriebe des Antriebsverbunds als gemeinsame Führungsgröße für eine jeweilige Einzelantriebs-Geschwindigkeitsregelung zu verteilen.
  • Daneben wird zur Lösung der genannten Erfindungsaufgabe auf das im Anspruch 1 angegebene Synchronisierverfahren für mehrere Einzelantriebe und auf das im nebengeordneten, unabhängigen Anspruch 17 angegebene Antriebssystem verwiesen, das zur Durchführung des Synchronisierverfahrens geeignet ist. Optionale, bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung umfasst also ein System zur Synchronisierung mehrerer bewegbarer Funktionsteile von Geräten oder Maschinen, insbesondere Druckmaschinen, anhand ihrer Position. Jedes Funktionsteil ist einzeln von je einem mehrerer elektrischer Einzelantriebe bewegbar, welche in einem Antriebsverbund zusammengefasst sind, worin anhand eines Bus- oder sonstigen Kommunikationssystems Daten bzw. Informationen bezüglich Position, Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung von oder für die Einzelantriebe oder von einer übergeordneten Leitsteuerung übermittelt werden. Erfindungsgemäß werden diesem an sich bekannten Grundkonzept ganz oder teilweise folgende Schritte bzw. Merkmale hinzugefügt:
    • Ein Einzelantrieb aus dem Antriebsverbund wird als Referenzantrieb zur Lieferung einer autonom erzeugten, lokalen Referenzposition ausgewählt.
    • Unabhängig von den Einzelantrieben wird eine Sollreferenzlage bzw. virtuelle Leitposition generiert, beispielsweise von oder in einer Leitachssteuerung. Die Generierung der Leitachsposition kann auf der Grundlage eines programmtechnisch beispielsweise an einem Leitstand einstellbaren Bewegungsprofils erfolgen, wobei die Leitachsposition oder auch eine entsprechende Leitachsgeschwindigkeit Funktionen einer beispielsweise am Leitstand einstellbaren Produktionsgeschwindigkeit, - beschleunigung oder -verzögerung sind. Das Bewegungsprofil lässt sich auch als Funktion der Zeit darstellen.
    • Die Leitachsposition wird im Antriebsverbund an alle Einzelantriebe, einschließlich des ausgewählten Referenzantriebs, übertragen.
    • Die virtuell erzeugte, übertragene Leitachsposition wird mit der jeweiligen lokalen Antriebsposition, einschließlich der lokalen Referenzposition des Referenzantriebs, verglichen.
    • Es wird eine Korrektur- bzw. Nachstellgeschwindigkeit unter Berücksichtigung des Leitachs-Bewegungsprofils und der aktuellen Position des Referenzantriebs generiert. Die daraus resultierende, an den Antriebsverbund vorzugebende Referenzgeschwindigkeit sollte, wenn der Referenzantrieb dem Falzwerk zugeordnet ist, immer unidirektional, beispielsweise positiv sein, damit im Einsatzbeispiel einer Druckmaschine mit Falzwerk dieses nicht rückwärts dreht bzw. nicht Makulatur erzeugt.
    • Die so generierte Referenzgeschwindigkeit wird an alle Antriebe des Antriebsverbundes verteilt, vorzugsweise unter Kompensation einer Tot- bzw. Laufzeit, welche vom Bus- oder Kommunikationssystem bedingt ist.
    • Anhand der empfangenen Referenzgeschwindigkeit generieren die Einzelantriebe mit ihren jeweiligen Servoregelungen dezentral bzw. lokal achsspezifische Bewegungssollwerte, wobei der Gleichlauf der Einzelantriebe durch die Vorgabe der Referenzgeschwindigkeit sichergestellt wird.
  • Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil besteht in der Vereinfachung der Bus- bzw. Kommunikationsstruktur: Indem als Referenzantrieb ein Einzelantrieb aus dem Antriebsverbund ausgewählt wird, der zusammen mit den anderen Einzelantrieben über ein gemeinsames Kommunikationssystem unter einer gemeinsamen Leitachssteuerung koordiniert wird, wird nicht mehr wie nach oben erläutertem Stand der Technik ein separater Antrieb außerhalb des Antriebs- und Kommunikationsverbundes als Referenzpositionsgeber verwendet. Damit entfällt gegenüber eingangs genanntem Stand der Technik die Notwendigkeit eines zusätzlichen separaten Bussystems, um von einem gegenüber dem Antriebsverbund separat angetriebenen Einzelantrieb, beispielsweise Falzantrieb, Positionsreferenzen zu beziehen.
  • Die Erfindung zeichnet sich unter anderem durch Folgendes aus:
  • Es wird eine rein virtuelle, antriebsunabhängig generierte Leitachslage allen Einzelantrieben des Antriebsverbunds als Führungsgröße vorgegeben, worauf sich die Einzelantriebe jeweils für sich dezentral einregeln können. Die aktuelle Position eines speziell ausgewählten Einzelantriebs als Referenzantrieb, beispielsweise des Falzantriebs, muss nicht über das Kommunikationssystem an die übrigen Einzelantriebe verteilt werden.
  • Indem auf der Basis der Erfindung der Versatz der Position des Referenzantriebs zur virtuellen Leitachsposition des gesamten Antriebsverbundes berücksichtigt wird, ist die Notwendigkeit einer zusätzlichen Positionskorrektur am Referenzantrieb vermieden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn als Referenzantrieb der Falzapparateantrieb einer Druckmaschine verwendet wird, weil das Falzwerk in seiner Verstellbarkeit aufgrund der Rahmenbedingungen in einer Druckmaschine besonderen Einschränkungen unterliegt.
  • Die Vorgabe eines Geschwindigkeits-Referenzprofils erfolgt unter Berücksichtigung der realen Anfangsposition eines Referenzantriebs und gleichzeitiger Nutzung einer übergeordneten, antriebsunabhängigen Vorgabe einer Leitachsgeschwindigkeit.
  • Indem im Rahmen der Erfindung eine die reale Anfangsposition eines Referenzantriebs berücksichtigende Referenzgeschwindigkeit allen Antriebs- oder Servoreglern der Einzelantriebe vorgegeben wird, lässt sich effizient ein Gleichlauf aller Einzelantriebe des Antriebsverbunds erreichen. Der jeweiligen Geschwindigkeitsregelung der Einzelantriebe wird eine Regelung des Synchronlaufs überlagert, indem an die Einzelantriebe des Antriebsverbunds parallel sowohl die virtuell erzeugte Leitachsposition als auch die eine Anfangsposition eines realen Referenzantriebs berücksichtigende Referenzgeschwindigkeit über das gemeinsame Kommunikationssystem übertragen wird. Die Möglichkeit für die jeweiligen lokalen Antriebsregler, dezentral überlagerte Lageoffsetverstellungen durchzuführen, wird nicht eingeschränkt. Es lässt sich also weiterhin ein Versatz zur virtuellen Leitachsposition einstellen, was insbesondere beim Einsatz in einer Druckmaschine für Farb- und Schnittregister vorteilhaft sein kann. Zweckmäßig wird mit der Erfindung auch die dezentrale Sollwertgenerierung vereinfacht, weil beispielsweise der Feininterpolator und/oder der Hochlaufgeber wegfallen können.
  • Eine optionale Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) eine Leitachsposition (wpos,l) und/oder eine Leitachsgeschwindigkeit (wspd,l) und/oder eine Leitachsbeschleunigung umfasst, die als Führungsgröße(n) an alle Einzelantriebe (1,1a) des Antriebsverbunds (1,1a,2) übertragen werden. Diese Ausbildung kann gegebenenfalls dahingehend weiter entwickelt werden, dass bei der Vorgabe der Leitachsgeschwindigkeit (wspd,l) für den Antriebsverbund (1,1a,2) der Lageversatz (wpos,l) - wpos,r) des Referenzantriebes (1a) zur Leitachsposition (wpos,l) für den Antriebsverbunds (1,1 a,2) berücksichtigt wird.
  • Eine optionale Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass für jeden Einzelantrieb (1,1a) des Antriebsverbundes (1,1a,2) eine Synchronlageregelung (6b) oder sonstige Synchroniageeinstellung mit der Referenzgeschwindigkeit (wspd,r) und der Leitachsposition (wpos,l) oder eines sonstigen Leitachs-Bewegungsprofils (wspd,l, wpos,l) als Eingangsgrößen und einer Stellgeschwindigkeit (wspdadj,d, wspdadj,l) als erzeugte Ausgangsgröße vorgenommen wird, welche zur Beeinflussung der jeweiligen Antriebsgeschwindigkeit (xspd,d, xspd,r) der Einzelantriebe (1,1 a) verwendet und/oder verarbeitet wird. Dabei wird optional im Zuge der Synchronlageeinstellung (6b) die Referenzgeschwindigkeit (wspd,r) in einen für den empfangenden Einzelantrieb (1,1 a) spezifischen Antriebspositionswert (wpos,d,wpos,r) umgewandelt, und eine zwischen der Leitachsposition (wpos,l) und dem Antriebspositionswert (wpos,d,wpos,r) gebildete Differenz wird über eine Übertragungsfunktion, beispielsweise Proportional- und/oder Integrierfunktion, in die Stellgeschwindigkeit (wspdadj,d, wspdadj,l) umgewandelt.
  • Eine optionale Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass nur eine unidirektionale Referenzgeschwindigkeit (xspd,r) und/oder -beschleunigung verteilt wird. Insbesondere werden nach der Überlagerung von Stell- und Leitachsgeschwindigkeit (wspdadj,l ,wspd,l) nur Referenzgeschwindigkeiten (wspd,r) einer Richtung beziehungsweise eines einheitlichen Vorzeichens zur Verteilung an die Verbund-Einzelantriebe (1,1 a) frei gegeben.
  • Eine optionale Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass in der Leitachssteuerung (5) das Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) als Funktion einer Produktionsgeschwindigkeit (wspd,p), einer Produktionsbeschleunigung und/oder -verzögerung (wacc,p, wdec,p) über die Zeit programmierbar oder sonst einstellbar ist.
  • Eine optionale Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin dass die Verteilung der Referenzgeschwindigkeit (xspd,r) mit einer Kompensation einer Laufzeit (2) der Informationsübertragung auf dem Bus- oder sonstigen Kommunikationssystem (2) erfolgt. Beispielsweise wird zur Laufzeit-Kompensation dem Referenzantrieb (1a) mittels zusätzlicher Geschwindigkeitserhöhung gegenüber dem Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) eine Vorauseilung erteilt, welche der Laufzeit (2) entspricht.
  • Eine optionale Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass in jedem Einzelantrieb (1.1a) des Antriebsverbunds (1,1a,2) die Leitachsposition (wpos,l) und/oder eine Leitachsgeschwindigkeit (wspd,l) und/oder das sonstige Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) jeweils als Führungsgröße für eine Servoregelung (6a) und/oder eine Geschwindigkeitsregelung verarbeitet wird.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:
    • Fig. 1
    anhand eines Blockschaltbilds die Grobstruktur eines beispielhaften Antriebssystems gemäß Erfindung.
    Fig. 2
    anhand eines etwas detaillierteren Blockschaltbildes die Grobstruktur eines weiteren, beispielhaften Antriebssystems gemäß Erfindung.
  • Gemäß Fig. 1 umfasst das Antriebssystem eine Mehrzahl Einzelantriebe 1, 1 a, 1 b, nämlich Verbundantriebe 1, die auch einen auswählbaren Referenzantrieb 1 a umfassen, und sonstige Einzelantriebe 1b. Letztere können zwar wie die anderen Antriebe 1, 1 a schaltungstechnisch mit einem Datenkommunikationsbus 2 über eine jeweilige Busanschaltung 3 gekoppelt sein, werden aber von den Antriebskommunikationssteuerungen 4 zum Datenaustausch jedenfalls unter Koordination mit den anderen Einzelanztrieben nicht angesteuert. Mithin befinden sich die sonstigen Einzelantriebe 1b außerhalb eines Antriebs- bzw. Kommunikationsverbundes 1, 1a, 2 der Verbundantriebe 1, 1 a, der von einer Leitachssteuerung 5 koordiniert und/oder dominiert sein kann, welche über eine Busanschaltung 3 auch mit dem Datenkommunikationsbus 2 gekoppelt ist. Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist von einem realen Bus in Master-Slave-Konfiguration ausgegangen, d.h. alle Steuer-Signale laufen vom Master zu den Slaves, Statussignale entsprechend von den Slaves zum Master. Somit muss ein von einem (beliebigen Antrieb) ableitbares Referenzsignal über den Master (Leitachssteuerung) laufen.
  • Die Funktionsweise ist wie folgt: In die Leitachssteuerung 5 wird von extern eine Produktionsgeschwindigkeit wspd,p eingegeben, beispielsweise einprogrammiert. Daraus generiert ein Leitachsgeschwindigkeitsgenerator 5a (siehe Fig. 2) anhand einer implementierten Bewegungsprofil-Kennlinie 5b (siehe Fig. 2) jeweils antriebsunabhängig eine Leitachsgeschwindigkeit wspd,l und eine Leitachsposition wpos,l. Diese Größen werden über den Datenkommunikationsbus 2 dem Antriebsverbund 1,1a,2 zugeleitet, und zwar wie folgt differenziert: Dem als Referenzantrieb 1 a ausgewählten Einzelantrieb wird das gesamte, erzeugte Bewegungsprofil, welches die Leitachsposition wpos,l und die Leitachsgeschwindigkeit wspd,l umfasst, zugeleitet. Eine dem Referenzantrieb 1 a interne Synchronlageeinstellung berücksichtigt einen Versatz zwischen dem vorgegebenen Leitachsbewegungsprofil wpos,l, wspd,l, insbesondere der vorgegebenen Leitachsposition wpos,l einerseits und der Position des Referenzantriebs 1 a andererseits. Daraus resultierend wird über die entsprechend eingestellten Rechenmittel des Referenzantriebs 1 a eine Korrekturgeschwindigkeit xspd,r gebildet und über den Datenkommunikationsbus 2 der Leitachssteuerung 5 zugeleitet. Diese generiert aus der Korrekturgeschwindigkeit xspd,r eine Referenzgeschwindigkeit wspd,d, die an alle sonstigen, dem Antriebsverbund 1, 1a, 2 angehörigen Einzelantrieben 1 als Führungsgrößen für eine jeweilige Geschwindigkeitsregelung übertragen wird. Eine Übermittlung der Leitachsgeschwindigkeit wspd,l aus der Leitachssteuerung 5 an die Verbundantriebe 1 ist gemäß Ausführungsbeispiel nicht vorgesehen, ausgenommen der auswählbare Referenzantrieb 1 a. Aus den zugeleiteten Führungsgrößen, nämlich der Leitachsposition wpos,l und der Referenzgeschwindigkeit wspd,r können die Einzelantriebe 1, einschließlich des Referenzantriebs 1a, dezentral ihre spezifischen Sollwerte für eine Servo-Lage- und/oder Geschwindigkeitsregelung im Sinne eines Gleichlaufs mit den anderen Einzelantrieben generieren.
  • Gemäß Fig. 2 ist in der Leitachssteuerung 5 der Leitgeschwindigkeitsgenerator 5a zur Realisierung der Leitachs-Bewegungsprofil-Kennlinie 5b mit der Leitachsposition wpos,l und der Leitachsgeschwindigkeit wspd,l als Ausgangsgrößen eingerichtet. Der Leitgeschwindigkeitsgenerator 5a gibt unmittelbar die Leitachsgeschwindigkeit wspd,l aus, und mittels eines Integriergliedes I wird daraus die Leitachsposition wpos,l erzeugt, wobei eine Anfangslage bzw. Ausgangsstellung wpos,l0 der Leitachsposition beim Integrationsprozess als Anfangswert berücksichtigt wird. Gemäß Ausführungsbeispiel der Fig.2 wird auch die Möglichkeit unterstützt, dass die Leitachssteuerung und mindestens ein Verbundantrieb im selben Regelprozessor gerechnet werden können. Bei der Ausgabe dieses Bewegungsprofils wspd,l, wpos,l auf den Datenkommunikationsbus 2 ist noch ein Buslaufzeitglied 2a in Betracht zu ziehen, weil Totzeiten bei der Datenübertragung auf dem Datenkommunikationsbus vom Sender zum Empfänger unvermeidlich sind. Das Bussystem (die 3 senkrecht laufenden Signalleitungen) ist idealisiert dargestellt, d.h. alle Abgriffe von Signalen geschehen exakt zeitgleich. Die Laufzeiten sind konzentriert in den Laufzeitgliedern 2a angenommen.
  • Für die Erfindungsvariante, dass eine direkte Slave-zu-Slave-Kommunikation (1 :n) realisiert wird, entfiele die Vorgabe durch den Master und alle Slaves (nur "gekuppelte" Antriebe) würden die Referenzgeschwindigkeitgröße wspd,r(t_x)=xspd,r(t_x-1) empfangen.
  • Gemäß Fig. 2 sind die Antriebe des Antriebsverbunds 1, 1a, 2 jeweils mit einer Servo-Geschwindigkeitsregelung 6a und einer Synchronlageregelung 6b versehen. Der ausgewählte Referenzantrieb 1 a weist noch zusätzlich einen Referenzgenerator 6c auf.
  • Gemäß Fig. 2 umfasst die jeweilige Servo-Geschwindigkeitsregelung 6a eingangsseitig eine Vergleichsstelle V, um aus der Referenzgeschwindigkeit wspd,r als Führungsgröße und der (mit einer Nachstellgeschwindigkeit überlagerten) Antriebs-Istgeschwindigkeit xspd,d eine Regeldifferenz für ein nachgeordnetes Regelglied PI, beispielsweise Proportional-Integralregler, zu bilden. Der Ausgang des Regelglieds wird über einen Wandler W einem Servoregler S angepasst, welcher auf der Basis einer feldorientierten Regelung einen beispielsweise momentenbildenden Strom an einen Servomotor 7a liefert. Dessen Bewegungen werden von einem Bewegungssensor 7b, beispielsweise Servoencoder, abgetastet und über das nachgeschaltete, weitere Wandlerglied W dem negativen Eingang des Vergleichsglieds V zwecks Bildung der Regeldifferenz zugeleitet.
  • Gemäß Figur 2 umfasst die jeweilige Synchronlageregelung 6b der dem Antriebsverbund angehörenden Einzelantriebe 1, 1 a eingangsseitig ein Integrierglied I und ein Vergleichsglied V. Letzteres ist an seinem positiven Eingang mit dem Datenkommunikationsbus 2 zum Empfang der Leitachsposition wpos,l verbunden. Das Integrierglied ist mit dem Datenkommunikationsbus 2 zum Empfang der Referenzgeschwindigkeit wspd,r verbunden. Einen weiteren Eingangsparameter für das Integrierglied I bildet der jeweilige Anfangswert wpos,r0, wpos,d0 bzw. die beim Anlauf bzw. Hochfahren des Antriebsverbunds vorzufindende Ausgangslage des Verbundantriebs 1 bzw. des Referenzantriebs 1 a. Diese Anfangswerte stellen den jeweiligen Startwert dar, von dem der Integrationsprozess zur Bestimmung der aktuellen Antriebsposition wpos,r, wpos,d des Referenzantriebs 1 a bzw. des Verbundantriebs 1 ausgeht. Der Ausgang des Integrierglieds I ist mit dem negativen Eingang des Vergleichsglieds V zwecks Zuführung der jeweiligen aktuellen Antriebsposition wpos,r bzw. wpos,d verbunden. Über den Ausgang des Vergleichsglieds V wird die resultierende Regeldifferenz wpos,l - wpos,r bzw. d einem Regelglied PI, beispielsweise PI-Regler zugeführt. Am Ausgang des Regelglieds ergibt sich ein Wert für eine Nachstellgeschwindigkeit wsPdadj,l bzw. wspdadj,d des Referenzantriebs 1 a bzw. eines Verbundantriebs 1.
  • Gemäß Figur 2 ist beim Referenzantrieb 1a die Nachstellgeschwindigkeit wspdadj,l einem Überlagerungsglied Ü zugeführt, dessen zweiter Eingang mit dem Datenkommunikationsbus 2 zum Empfang der antriebsunabhängig erzeugten Leitachsgeschwindigkeit wspd,l verbunden ist. Der resultierende Überlagerungswert am Ausgang des Überlagerungsglieds Ü wird dem Eingang eines Unidirektionalfilters 8 zugeführt. Dessen Übertragungsfunktion ist so ausgelegt, dass als Überlagerungsergebnis lediglich eine Korrekturgeschwindigkeit xspd,r einheitlicher Richtung bzw. einheitlichen Vorzeichens am Ausgang des Unidirektionalfilters 8 zur Verfügung gestellt ist. Der Unidirektionalfilter-Ausgang ist dem Antriebs- bzw. Datenkommunikationsbus 2 zur Verfügung gestellt, worüber eine der Korrekturgeschwindigkeit xspd,r gleiche oder entsprechende Referenzgeschwindigkeit wspd,r an alle Servo-Geschwindigkeitsregelungen 6a des Antriebsverbunds verteilt wird.
  • Gemäß Figur 2 ist beim jeweiligen Verbundantrieb 1 der Ausgang der Synchronlageregelung 6b mit der Nachstellgeschwindigkeit wspdadj,d für die Antriebs-Geschwindigkeitsregelung 6a einem Vergleichsglied V an dessen positiven Eingang zugeführt, während das über den Wandler W geführte Signal aus dem Bewegungssensor 7b dem negativen Eingang des Vergleichsglieds V zugeleitet ist. Die resultierende Differenz am Ausgang des Vergleichsglieds V wird einem ersten Eingang eines weiteren Überlagerungsglieds Ü eingespeist, dessen zweiter Eingang zur Aufnahme der Referenzgeschwindigkeit wspd,r mit dem Datenkommunikationsbus 2 verbunden ist. So ergibt sich eine von der Nachstellgeschwindigkeit wspdadj,d aus der Synchronlageregelung 6b "überlagerte" Regeldifferenz am Ausgang des Überlagerungsglieds Ü bzw. am Eingang des nachgeschalteten Regelglieds PI.
  • Zur Wirkungsweise des elektrischen Antriebssystems nach Fig. 2 wird noch folgendes ausgeführt:
  • Besonders geeignet ist das in Fig. 2 dargestellte Antriebssystem zum Einzelantriebs-Einsatz in einer Rotationsdruckmaschine, bei welcher eine Mehrzahl von Druckzylindem sowie die Zylinder eines Schneid- und/oder Falzmessers eines die zu bedruckende Papierbahn abschließenden Falzwerks bei ihren Bewegungen auf eine gemeinsame Lage auf der Papierbahn synchronisiert werden müssen. In der Regel ist jedem Zylinder ein eigener Servomotor 7a eines in den Antriebsverbund 1, 1a, 2 integrierten Einzelantriebs 1, 1 a zugeordnet. Zweckmäßig ist der als Referenzantrieb 1 a ausgewählte Einzelantrieb mit seinem Servomotor 7a beispielsweise dem Schneidmesserzylinder und/oder dem Falzmesserzylinder des Falzwerks zugeordnet.
  • Beim Produktionsanlauf auf einen Druckauftrag hin sind die .Einzelantriebe, welche die Walzen/Druck- und Falzwerke der Rotationsdruckmaschine antreiben, auf die gemeinsame Lage auf der Papierbahn zu synchronisieren. Dabei nehmen die Anfangs- bzw. Ausgangswerte wpos,d0, wpos,r0 der Positionen der Verbundantriebe 1 und des Referenzantriebs 1 a zufällige Werte ein. Zweckmäßig wird die Anfangsposition wpos,r0 des Referenzantriebs 1 a von der Leitachssteuerung 5 ausgelesen und zur Definition der "Nulllage" des Maschinen-Drehkoordinatensystems verwendet. Mit Druckauftrag und Beginn des Produktionsanlaufs generiert in der Leitachssteuerung 5 der Leitachs-Geschwindigkeitsgenerator 5a entsprechend der Kennlinie 5b des Leitachs-Bewegungsprofils Leitachsgeschwindigkeitswerte wspd,l, die über den Datenkommunikationsbus 2 wenigstens dem Referenzgenerator 6c des Referenzantriebs 1 a zugeführt werden. Mittels eines Integrierglieds I berechnet die Leitachssteuerung 5, ausgehend von einer beliebigen Anfangslage Wpos,l0, aus den Geschwindigkeitswerten Leitachspositionswerte wpos,l, die über den Datenkommunikationsbus 2 an die jeweilige Synchronlageregelung 6b der Verbundantriebe 1 und des Referenzantriebs 1a als Führungsgrößen übermittelt werden.
  • Die Referenzgeschwindigkeit wspd,r bezieht sich in erster Linie auf die Leitgeschwindigkeit wspd,l, der eine Nachstellgeschwindigkeit wspdadj,l überlagert wird. Diese Korrektur- beziehungsweise Nachstellgeschwindigkeit ist die Stellgröße des Synchronlagereglers und hat die Aufgabe, die Abweichung Leitachsposition zu Referenzantriebsposition wpos,l - wpos,r zu Null werden zu lassen. Der Anfangswert wpos,r0 der Referenzposition hat beim Initialisierungsschritt (einmalig) einen Bezug zur realen Antriebsposition. Verteilt wird allerdings fortlaufend eine Geschwindigkeitsreferenz, der auch der Referenzantrieb, beispielsweise Falzantrieb folgt.
  • Gemäß Fig. 2 wird angestrebt, dass die Referenzgeschwindigkeit wspd,r, die aus dem Referenzantrieb 1a abgeleitet wird, der Leitachsgeschwindigkeit wspd,l entspricht. Dazu ist es notwendig, die Regeldifferenz Leitachsposition wpos,l - Referenzantriebsposition wpos,r am Vergleichsglied V der Synchronlageregelung 6b des Referenzantriebs 1 a auszuregeln bzw. diese Differenz abzubauen. Wenn der Referenzantrieb 1a dem Falzwerk zugeordnet ist, ist sicherzustellen, dass Antriebsrichtungswechsel vermieden sind, wozu das Unidirektionalfilter 8 am Ausgang des Referenzgenerators 6c dient. Drehrichtungen des mit der Papierbahn in Eingriff stehenden Falzwerks in beispielsweise positiver Richtung können zugelassen werden, in negativer Richtung sind sie auszuschließen. Liegt in der zugelassenen Drehrichtung beim Anlauf des Antriebsverbunds 1,1a die Leitachsposition wpos,l anfänglich noch hinter der Anfangsposition wpos,r0 des Referenzantriebs 1a zurück, wird wegen der negativen Regeldifferenz wpos,l - wpos,r am Ausgang des Überlagerungsglieds Ü des Referenzgenerators 6c ein Geschwindigkeitswert negativen Vorzeichens resultieren. Dieser wird durch das Unidirektionalfilter 8 unterdrückt, wobei eine Korrekturgeschwindigkeit xspd,r beziehungsweise eine Referenzgeschwindigkeit wsps,r mit einem Wert Null an die Geschwindigkeits-Servoregelkreise aller Einzelantriebe 1, 1a des Antriebsverbunds über den Datenkommunikationsbus 2 übermittelt wird. Der Antriebsverbund bleibt also noch stehen. Erst wenn die umlaufende, rein virtuelle Leitachsposition wpos,l die Falzreferenz-Ausgangslage wpos,r0 passiert (wpos,l größer oder gleich Null), wird der Antriebsverbund mit den Einzelantrieben 1, 1a in Bewegung versetzt, einschließlich des Referenzantriebs 1 a. Dann nämlich werden aus dem Referenzantrieb 1a Korrekturgeschwindigkeitswerte xspd,r bzw. Referenzgeschwindigkeitswerte wspd,r zunehmend größer Null an die Geschwindigkeits-Servoregelkreise ausgegeben.
  • Mit Vorteil kann also die gemeinsame Gesschwindigkeitsvorgabe beziehungsweise die Vorgabe der Referenzgeschwindigkeit wspd,r so erfolgen, dass die Abweichung von der Falzreferenzlage wpos,r zur virtuellen Leitposition wpos,l des gesamten Antriebsverbundes 1,1 a,2 einstellbar, beispielsweise Null ist. Insbesondere wird die Ausgabe einer negativen Referenzgeschwindigkeit xspd,r, wspd,r aus dem Synchronlageregler 6b verhindert. In weiterer Ausgestaltung ist solchenfalls auch die Verhinderung des Aufsummieren des Integralanteils im PI-Regler PI zweckmäßig beziehungsweise wird der Integralanteil im PI-Regler PI des Synchronlagereglers 6b auf Null gehalten, solange die Referenzgeschwindigkeit xspd,r, wspd,r Null ist.
  • Im weiteren Betrieb wird bei jedem Einzelantrieb 1, 1a des Antriebsverbunds im Rahmen der Synchronlageregelung 6b der jeweilige Lageversatz wpos,l - wpos,d beziehungsweise - wpos,r des Referenzantriebs 1a zur virtuellen Leitachslage wpos,l des Antriebsverbunds anhand der Vergleichsstelle V und der daraus resultierenden Regeldifferenz berücksichtigt und ständig ausgeregelt. Den dezentralen Geschwindigkeits-Servoregelungen 6a der Einzelantriebe 1, 1 a wird jeweils eine Synchronlaufregelung 6b durch parallele Übermittlung der auf der Referenzlage wpos,r basierenden Referenzgeschwindigkeit wspd,r an die Einzelantriebe 1, 1a des Antriebsverbunds überlagert. Nach Ende der Anlaufphase ist durch die Überlagerungen der Nachstellgeschwindigkeiten wspdadj,d, wspdadj,l im jeweiligen Verbundantrieb 1 beziehungsweise Referenzantrieb 1 a zu den Regelkreis-Führungsgrößen bzw. zum Eingang des Referenzgenerators 6c eine Lagesynchronität der Einzelantriebe 1,1 a untereinander erreicht.
  • Die Kompensation der Buslaufzeit ergibt sich durch die Einbeziehung des, diese Buslaufzeit repräsentierenden Laufzeitgliedes 2a in den Iswertzweig des Synchronlagereglers 6b. Damit führen dynamische Abweichungen zwischen der Leitachsgeschwindigkeit wpos,l und Referenzantriebsposition wpos,r zur Nachstellgeschwindigkeit wspdadj,l für die Leitachsgeschwindigkeit als Stellgröße. Das wirkt der Lageabweichung beim Beschleunigen entgegen und reduziert/kompensiert den Einfluss der Buslaufzeit. Im stationären Betrieb mit der Korrekturgeschwindigkeit xspd,r beziehungsweise der Referenzgeschwindigkeit wspd,r konstant hat die Buslaufzeit sowieso keine Wirkung. Der Einfluss der Buslaufzeit bei der Übertragung der Leitlage wpos.l wird durch zeitsynchrone Messungen aller Lagen im System sichergestellt. Damit werden wpos,l und wpos,d vom selben Zeitpunkt t_x miteinander verglichen, ohne dass die Buslaufzeit eine Rolle spielt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1, 1a, 1b
    Einzelantriebe
    1
    Verbundantrieb
    1a
    Referenzantrieb
    1b
    sonstiger Antrieb außerhalb des Verbunds
    2
    Datenkommunikationsbus
    2a
    Buslaufzeitglied
    3
    Busumschaltung
    1, 1a, 2
    Antriebsverbund
    5
    Leitachssteuerung
    5a
    Leitachs-Geschwindigkeitsgenerator
    5b
    Kennlinie des Leitachs-Bewegungsprofil
    I
    Integrierglied
    6a
    Servo-Geschwindigkeitsregelung
    6b
    Synchronlageregelung
    6c
    Referenzgenerator
    V
    Vergleichsglied
    PI
    Proportional-Integralregelglied
    W
    Wandler
    S
    Servoregler
    7a
    Servomotor
    7b
    Bewegungssensor
    Ü
    Überlagerungsglied
    8
    Unidirektionalfilter
    wspd,p
    Produktionsgeschwindigkeit
    wspd,l
    Leitachsgeschwindigkeit
    wpos,l
    Leitachsposition
    wpos,r
    Referenzantriebsposition
    xspd,r
    Korrekturgeschwindigkeit
    wspd,r
    Referenzgeschwindigkeit
    wpos,l0
    Anfangswert der Leitachsposition
    wspd,d
    Sollgeschwindigkeit Antrieb
    xspd,d
    Istgeschwindigkeit Antrieb
    wspdadj,l
    Nachstellgeschwindigkeit für Leitachsgeschwindigkeit
    wspdadj,d
    Nachstellgeschwindigkeit für Antrieb
    wpos,d
    Antriebssollposition
    wpos,d0
    Anfangswert der Antriebsposition oder Antriebssollposition
    wpos,r0
    Anfangswert der Referenzantriebsposition

Claims (15)

  1. Verfahren zur Synchronisierung mehrerer Einzelantriebe (1,1a) auf eine gemeinsame Antriebs-Position, insbesondere eingesetzt in einer Druckmaschine mit Falzwerk mit wenigstens einem Falz-Einzelantrieb, wobei die Einzelantriebe über wenigstens ein Positions-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsinformationen vermittelndes Bus- oder sonstiges Kommunikationssystem (2) zu einem positionssynchronen Antriebsverbund (1,1a,2) zusammen gefasst werden, welcher von einer Leitachssteuerung (5) mit einem Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) gespeist wird, wobei von einem einzeln angetriebenen Referenzantrieb (1 a), beispielsweise der Falz-Einzelantrieb, Informationen für die gemeinsame Position abgeleitet werden, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    - als Referenzantrieb (1a) wird ein Einzelantrieb des Antriebsverbunds (1,1 a,2) ausgewählt,
    - das Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) wird virtuell und antriebsunabhängig generiert,
    - wobei das Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) wenigstens eine virtuelle Leitachsposition umfasst,
    - und bei einer Vorgabe des Leitachs-Bewegungsprofils (wspd,l, wpos,l) an den Antriebsverbund (1,1 a,2) wird ein Versatz (wpos,l - wpos,r) der Lage beziehungsweise Position (wpos,r0,wpos,r) des Referenzantriebs (1a) zum Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) berücksichtigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Vergleich der Lage beziehungsweise Position (wpos,ro,wpos,r) des Referenzantriebs (1a) mit dem Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) der Lage-Versatz (wpos,l - wpos,r) und daraus eine Referenzgeschwindigkeit (xspd,r) oder -beschleunigung abgeleitet und über das Kommunikationssystem (2) an alle Einzelantriebe (1,1a) des Antriebsverbunds (1,1a,2) als gemeinsame Führungsgröße (wspd,r) für eine jeweilige Einzelantriebs-Geschwindigkeitsregelung verteilt (6a) werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) eine Leitachsposition (wpos,l) und eine Leitachsgeschwindigkeit (wspd,l) und/oder eine Leitachsbeschleunigung umfasst, die als Führungsgröße(n) an alle Einzelantriebe (1,1a) des Antriebsverbunds (1,1a,2) übertragen werden, wobei bei der Vorgabe der Leitachsgeschwindigkeit (wspd,l) für den Antriebsverbund (1,1a,2) der Lageversatz (wpos,l - wpos,r) des Referenzantriebes (1a) zur Leitachsposition (wpos,l) für den Antriebsverbunds (1,1a,2) berücksichtigt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, gekennzeichnet durch eine Vorgabe der gemeinsamen Referenzgeschwindigkeits-Führungsgröße (xspd,r,wspd,r) derart, dass eine Abweichung beziehungsweise Versatz (wpos,l - Wpos,r) zwischen der Referenzantriebs- Position (wpos,r0,wpos,r) und der Antriebsverbund-Leitposition (wpos,l) insbesondere auf Null einstellbar ist.
  5. Verfahren nach nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Einzelantrieb (1,1a) des Antriebsverbundes (1,1a,2) eine Synchronlageregelung (6b) oder sonstige Synchronlageeinstellung mit der Referenzgeschwindigkeit (wspd,r) und der Leitachsposition (wpos,l) oder eines sonstigen Leitachs-Bewegungsprofils (wspd,l, wpos,l) als Eingangsgrößen und einer Stellgeschwindigkeit (wspdadj,d, wspdadj,l) als erzeugte Ausgangsgröße vorgenommen wird, welche zur Beeinflussung der jeweiligen Antriebsgeschwindigkeit (xspd,d, xspd,r) der Einzelantriebe (1,1a) verwendet und/oder verarbeitet wird, wobei im Zuge der Synchronlageeinstellung (6b) die Referenzgeschwindigkeit (wspd,r) in einen für den empfangenden Einzelantrieb (1,1a) spezifischen Antriebspositionswert (wpos,d,wpos,r) umgewandelt wird, und eine zwischen der Leitachsposition (wpos,l) und dem Antriebspositionswert (wpos,d,wpos,r) gebildete Differenz über eine Übertragungsfunktion, beispielsweise Proportional- und/oder Integrierfunktion, in die Stellgeschwindigkeit (wspdadj,d, wspdadj,l) umgewandelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in einem Teil (1) der Verbund-Einzelantriebe (1,1a) die Stellgeschwindigkeit (wspdadj,d) der Regelgröße der Servo- und/oder Geschwindigkeitsregelung, beispielsweise der Antriebs-Istgeschwindigkeit (wspd,d), überlagert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Referenzantrieb (1a) zur Erzeugung und/oder Beeinflussung der Referenzgeschwindigkeit (xspd,r) die Stellgeschwindigkeit (wspdadj,l) der zugeführten Leitachsgeschwindigkeit (wspd,l) überlagert wird.
  8. Verfahren nach Ansprüche 2 und 3 und gegebenenfalls einem der sonstigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsverbund (1,1a,2) erst dann gestartet wird und/oder eine von Null verschiedene Referenzgeschwindigkeit (wspd,r) festgelegter Richtung vorgegeben bekommt, wenn die von der Leitachssteuerung (5) erzeugte, entsprechend der Leitachsgeschwindigkeit (wspd,l) geänderte Leitachsposition (wpos,l) die Anfangsposition (wpos,r0) des Referenzantriebs (1a) passiert und/oder der Lageversatz (wpos,l - wpos,r) des Referenzantriebes (1a) zur Leitachsposition (wpos,l) Null ist.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilung der Referenzgeschwindigkeit (xspd,r) mit einer Kompensation einer Laufzeit (2) der Informationsübertragung auf dem Bus- oder sonstigen Kommunikationssystem (2) erfolgt.
  10. Antriebssystem zur Durchführung des Verfahrens nach einem vorangehenden Ansprüche, mit mehreren elektrischen Einzelantrieben (1,1a), die über ein oder mehrere, zur Vermittlung von Positions-, Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsinformationen vorzugsweise in Echtzeit ausgelegte Bus- oder sonstige Kommunikationsmittel (2) zu einem synchronisierten Antriebsverbund (1,1a,2) gekoppelt sind, mit einer Leitachssteuerung (5), welche zur Erzeugung eines Leitachs-Bewegungsprofils (5b, wspd,l, wpos,l) ausgebildet und zu dessen Einspeisung in den Antriebsverbund (1,1a,2) mit dem oder den Kommunikationsmitteln (2) gekoppelt ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
    - jeder Einzelantrieb (1,1a) ist mit einer Synchronlage-Einstelleinrichtung (6b) versehen, die eingangsseitig mit dem oder den Kommunikationsmitteln (2) zum Empfang des Leitachs-Bewegungsprofils (5b,wspd,l, wpos,l) verbunden und zu dessen Weiterverarbeitung unter Berücksichtung von Einzelantriebs-Lageinformationen (wpos,r0,wpos,r,wpos,d0,wpos,d) zu einer resultierenden Bewegungs-Nachstellgröße (wspdadj,d, Wspdadj,l) ausgebildet ist sowie ausgangsseitig mit einer internen oder lokalen Motorsteuerung oder - regelung (6a) des Einzelantriebs (1,1a) zur Übermittlung der Bewegungs-Nachstellgröße (wspdadj,d, wspdadj,l) kommuniziert,
    - ein Referenzantrieb (1a) der Einzelantriebe (1,1a) des Antriebsverbunds (1,1 a,2) weist einen Referenzgenerator (6c) auf, der eingangseitig mit der Synchronlage-Einstelleinrichtung (6b) zum Empfang der Bewegungs-Nachstellgröße (wspdadj,l) und mit dem oder den Kommunikationsmitteln (2) zum Empfang des Leitachs-Bewegungsprofils (wspd,l, wpos,l) verbunden, zur Überlagerung der Bewegungs-Nachstellgröße (wspdadj,d, wspdadj,l) und des Leitachs-Bewegungsprofils (wspd,l) einander zur Bildung eines resultierenden Korrektur-Bewegungsprofils (xspd,r) ausgebildet und ausgangsseitig mit dem oder den Kommunikationsmitteln (2) und/oder der Leitachssteuerung (5) zur Zuführung des Korrektur-Bewegungsprofils (xspd,r) als Führungsgröße und/oderRefernz-Bewegungsprofil (wspd,r) an wenigstens die sonstigen Einzelantriebe (1) verbunden ist,
    - die Synchronlage-Einstelleinrichtung (6b) des jeweiligen Einzelantriebs (1,1a) ist mit dem oder den Kommunikationsmitteln (2) und/oder der Leitachssteuerung (5) zum Empfang des Referenz-Bewegungsprofils als Führungsgröße (wspd,r) und dessen Berücksichtigung für die Bildung der Bwewgungs-Nachstellgröße (wspdadj,d, wspdadj,l) verbunden, wobei das Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) virtuell und antriebsunabhängig generiert wird, und das Leitachs-Bewegungsprofil (wspd,l, wpos,l) wenigstens eine virtuelle Leitachsposition umfasst.
  11. Antriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronlage-Einstelleinrichtung (6b) ein mit einem Anfangspositionswert (wpos,d0,wpos,r0) des jeweiligen Einzelantriebs (1,1a) initialisiertes oder initialisierbares Integrierglied (I) zur Ermittlung und Berücksichtigung der jeweiligen Antriebsposition (wpos,d,wpos,r) für die Bildung der Bewegungs-Nachstellgröße (wspdadj,d, wspdadj,l) umfasst, und das Integrierglied (I) eingangsseitig mit dem oder den Kommunikationsmitteln (2) und/oder der Leitachssteuerung (5) zum Empfang des Referenz-Bewegungsprofils (wspd,r) verbunden ist.
  12. Antriebssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronlage-Einstelleinrichtung (6b) ein eingangseitig zur Aufnahme des Leitachs- Bewegungsprofils (wspd,l, wpos,l), beispielsweise Leitachsposition (wpos,l) und des gegebenenfalls zu Einzelantriebs-Lageinformationen (wpos,r,wpos,d) weiterverarbeiteten Referenz-Bewegungsprofils (wspd,r) ausgebildetes Vergleichsglied (V) zur Bestimmung einer Abweichung für die Bildung der Bewegungs-Nachstellgröße (wspdadj,d, wspdadj,l) umfasst.
  13. Antriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronlage-Einstelleinrichtung (6b) ein Regelglied (PI), beispielsweise Proportional-Integral/PI-Regler umfasst, das eingangsseitig mit dem Ausgang des Vergleichsglieds (V) zur Erzeugung und/oder Lieferung der Bewegungs-Nachstellgröße (wspdadj,d, wspdadj,l) verbunden ist.
  14. Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzgenerator (6c) ein Überlagerungsglied (Ü) umfasst, das eingangsseitig zum Empfang der Leitachsgeschwindigkeit (wspd,l) oder des sonstigen Leitachs-Bewegungsprofils (wspd,l, wpos,l) sowie der Bewegungs-Nachstellgröße (wspdadj,l) ausgebildet und ausgangseitig gegebenenfalls über ein Unidirektionalfilter (8) mit dem oder den Kommunikationsmitteln (2) zur Verteilung des Referenz-Bewegungsprofils (xspd,r,wspd,r) verbunden ist.
  15. Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens bei dem oder den Verbundantrieben die jeweilige Motorsteuerung oder -regelung (6a) eingangseitige, mit einander kombinierte und/oder verknüpfte Überlagerungs- und Vergleichsmittel aufweist, die Eingänge für die Antriebs-Istgeschwindigkeit (xspd,d), das Referenz- oder Korrektur-Bewegungsprofil (xspd,r, wspd,r) und die Bewegungs-Nachstellgröße (wspdadj,d) aufweisen und ausgangseitig mit einem Steuer- oder Regelglied (PI) der Motorsteuerung oder -regelung (6a) verbunden sind.
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