EP2349892B1

EP2349892B1 - Verfahren zur steuerung einer bearbeitungsmaschine mit angetriebenen achsen

Info

Publication number: EP2349892B1
Application number: EP09778235.3A
Authority: EP
Inventors: Stephan Schultze; Christian Zentraf; Michael Seubert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-10-25
Filing date: 2009-09-01
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-09-01
Also published as: WO2010045996A1; US20110295429A1; DE102008053249A1; EP2349892A1; CN102196979A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Bearbeitungsmaschine mit angetriebenen Achsen, insbesondere einer Druckmaschine, eine entsprechend eingerichtete Recheneinheit, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Obwohl nachfolgend hauptsächlich auf Druckmaschinen Bezug genommen wird, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern vielmehr auf alle Arten von Bearbeitungsmaschinen mit angetriebenen Achsen gerichtet, wobei wenigstens eine Achse mit variablem Durchmesser oder austauschbare Achsen mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen sind. Die Erfindung ist aber insbesondere bei Druckmaschinen, wie zum Beispiel Zeitungsdruckmaschinen, Akzidenzdruckmaschinen, Tiefdruckmaschinen, Verpackungsdruckmaschinen oder Wertpapierdruckmaschinen sowie bei Verarbeitungsmaschinen wie z.B. Beutelmaschinen, Briefumschlagsmaschinen, Verpackungsmaschinen, Stoffbearbeitungsmaschinen, Papierherstellungsmaschinen, Folienreckmaschinen, Umwicklern und dergleichen einsetzbar. Die Maschine kann zur Bearbeitung von Papier, Stoff, Pappe, Kunststoff, Metall, Gummi, Folien usw. eingerichtet sein.
Im Folgenden sei unter "Achse" eine um eine Längsachse rotierende Achse, Trommel, Wicklung, Walze oder Rolle, insbesondere auswechselbar und/oder variablen Durchmessers, verstanden.

Stand der Technik

Bei betreffenden Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Druckmaschinen, wird eine Warenbahn auf einer Abwicklerrolle bereitgehalten. Die Warenbahn wird anschließend entlang von angetriebenen Achsen (Bahntransportachsen bzw. Bahntransporteinrichtungen), wie z.B. Zugwalzen oder Vorschubwalzen, und nicht angetriebenen Achsen, wie z.B. Umlehk-, Leit-, Trocknungs- oder Kühlwalzen, bewegt. Die Warenbahn wird gleichzeitig mittels meist ebenfalls angetriebener Bearbeitungsachsen bearbeitet, beispielsweise bedruckt, gestanzt, geschnitten, gefalzt usw. Hat die Warenbahn die Bearbeitungsmaschine durchlaufen, wird sie in der Regel auf einer Aufwicklerrolle aufgewickelt oder anderweitig weiterverarbeitet.
Die EP 0 668 229 A1 offenbart eine Überwachungseinrichtung, bei der ein aktueller Radius R einer Bahnrolle bestimmt wird. Unterschreitet der Radius einen festgesetzten Wert, kann ein Alarmsignal abgegeben werden. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, dass ein Nutzer der Einrichtung rechtzeitig eine neue Bahnrolle bereitstellt.
Bei Druckmaschinen sind auch als Sleeve-Achsen ausgebildete Bearbeitungsachsen bekannt, bei denen ein Sleeve (Hülse) als bildtragendes Element über einen Zylinder geschoben wird.
Im Stand der Technik bestehende Vorgaben machen es erforderlich, die Maximaldrehzahl der genannten Achsen zu beschränken, um einen Drehzahlgrenzwert nicht zu überschreiten. Hierbei kann es sich um materialspezifische Grenzwerte handeln, um bspw. eine maximal zulässige Transportgeschwindigkeit eines Materials während der Bearbeitung nicht zu überschreiten. Wird die Oberflächengeschwindigkeit der Rolle im Betrieb zu groß, kann dies möglicherweise nachteilige Auswirkungen auf die Warenbahn bzw. ihre Bearbeitung haben. Ebenfalls können Maschinenrichtlinien oder Sicherheitsvorschriften bestehen, die eine maximale Oberflächengeschwindigkeit von Zylindern vorgerben. Es ist daher im Stand der Technik üblich, einen festen Drehzahlgrenzwert für jede Achse vorzugeben. Bei sicherheitsbezogenen Bewegungsvorgängen werden die Grenzwerte beispielsweise in einem Antriebe sicherheitsüberwacht. Als Überwachungsfunktion in Bezug auf Maschinensicherheit gelten dabei nach dem Stand der Technik beispielsweise die sogenannte "sichter reduzierte Geschwindigkeit" und die "sichere Maximalgeschwindigkeit". Bei einer sicheren Überwachung wird eine zu überwachende Größe von wenigstens zwei unabhängigen Systemen (auch Benutzern) überwacht, deren Messwerte verglichen werden. Üblicherweise wird eine Sicherheitsüberwachung zweikanalig ausgeführt.
Ähnliche Vorgaben existieren für Überwachungen von Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen. Auch hier existieren fest vorgegebene Drehzahländerungsgrenzwerte, die bei Beschleunigungsvorgängen nicht überschritten und bei Verzögerungsvorgängen, insbesondere Anhaltevorgänge, nicht unterschritten werden dürfen, so dass ein langsames Beschleunigen und ein schnelles Anhalten erreicht werden kann. Die Drehzahländerungsgrenzwerte orientieren sich üblicherweise am Trägheitsmoment des jeweiligen Zylinders. Die Trägheit einer entsprechenden Achse kann für das Bedienungspersonal auch beim Aufachsen bzw. Vorrichten der Rolle zur Gefahr werden, wenn diese ggf. mit Hilfe des Zentrumsantriebs bewegt werden muss. Im Stand der Technik dürfen bspw. Rüstarbeiten bei Wicklern nur drehmomentfrei oder mit einer auf das maximal zu erwartende Trägheitsmoment bezogenen sicheren Maximaldrehzahl durchgeführt werden. Dies bedeutet, dass die Drehung der Rolle per Hand erfolgen muss, was bei großen Wickeln aufgrund der Wickelmasse bzw. -trägheit häufig nicht möglich ist oder dass die sichere Maximaldrehzahl eine sehr kleine Drehzahl ist.
Es hat sich gezeigt, dass die einmal vorgegebenen Grenzwerte nicht bei allen Bearbeitungsmaschinen immer einen optimalen Betrieb gewährleisten. Insbesondere kann es zu Änderungen der Maschinenkonfiguration kommen, so dass die bestehenden Sicherheitsgrenzwerte nicht mehr optimal bestimmt sind.
Eine Änderung der Grenzwerte ist jedoch aufwendig durchzuführen und unterbleibt somit in den meisten Fällen, weshalb im Stand der Technik die Grenzwerte üblicherweise auf den während der Bearbeitung ungünstigsten auftretenden Fall ausgelegt werden.
Die Sicherheitsüberwachungen dem Stand der Technik entsprechender Zentrumswickler arbeiten beispielsweise mit einer festen maximalen Drehzahl. Brems- und Beschleunigungsrampensteuerungen und deren Überwachungseinrichtungen werden hierbei auf das maximal auftretende Trägheitsmoment ausgelegt. Bei Bearbeitungsachsen werden gemäß dem Stand der Technik nur feste Drehzahlen in einer Sicherheitsüberwachung kontrolliert.
Es besteht daher ein Bedarf nach verbesserten Verfahren zur Steuerung von entsprechenden Bearbeitungsmaschinen mit angetriebenen Achsen.
Vor diesem Hintergrund werden mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Bearbeitungsmaschine mit entsprechenden angetriebenen Achsen, insbesondere einer Druckmaschine, ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Vorteile der Erfindung

Sichere Bewegungen, d.h. insbesondere Drehzahlen, Beschleunigungs- und/oder Abbremsraten werden gemäß dem Stand der Technik immer an der maximal auftretenden Oberflächengeschwindigkeit/-beschleunigung oder am größten auftretenden Drehmoment orientiert. Als Grundlage zur Bestimmung der Grenzwerte dient somit im Stand der Technik der größte auftretende Durchmesser des jeweiligen Zylinders.
Insbesondere bei Wicklern mit sehr stark variierendem Durchmesser oder auswechselbaren Achsen mit unterschiedlichen Durchmessern ergibt dies eine sehr niedrige Oberflächengeschwindigkeit bei geringerem Umfang, wodurch die Bearbeitung und Rüstvorgänge unnötig verlangsamt werden. Sofern Gefahr bringende bzw. nachteilige Bewegungen aus Oberflächengeschwindigkeiten abgeleitet werden, ist grundsätzlich eine Begrenzung auf eine feste, nicht änderbare Drehzahl nicht optimal. Je nach Durchmesser erhält man bei einer angenommenen, festen Geschwindigkeit (Drehzahl) des Zentrumsantriebs unterschiedliche Oberflächengeschwindigkeiten.
Auch bei Tiefdruckmaschinen bzw. Verpackungsdruckmaschinen ist der Durchmesser der Bearbeitungsachsen (Druckzylinder) - wie bei Sleeve-Achsen - ebenfalls abhängig von der Produktion. Da der Umfang des Druckzylinders mit der Formatlänge des Druckformats übereinstimmt und verschiedene Formate auf einer Maschine verarbeitbar sein sollen, sind auch die Oberflächengeschwindigkeiten bei Tiefdruckzylindern je nach Druckzylinderdurchmesser bei konstanter Drehzahl des Motorantriebs unterschiedlich.
Während sich bei einer Wicklerachse der Durchmesser während des Prozesses aufgrund des Auf- bzw. Abwickelns ändert, bleibt der Durchmesser bei den genannten auswechselbaren Achsen zwar während des einzelnen Prozesses konstant, ist aber produktionsabhängig (jobabhängig) unterschiedlich.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Bearbeitungsmaschine mit angetriebenen Achsen, insbesondere einer Druckmaschine, wird ein aktueller Radius der Achse bestimmt und basierend hierauf eine verbesserte Steuerung und/oder Überwachung ermöglicht. Insbesondere ist es möglich, Grenzwerte automatisch optimal an die momentane Maschinenkonfiguration anzupassen und dadurch die Bearbeitung oder Rüstvorgänge zu beschleunigen, ohne die Sicherheit für den Anwender zu verringern. Manuelle Eingriffe des Bedieners, die zeitaufwendig und fehlerbehaftet sind, können unterbleiben. Durch die automatisierte Berücksichtigung des momentanen Radius kann immer eine optimale Steuerung erfolgen, die auf die tatsächlichen aktuellen Größen ausgelegt ist.
Erfindungsgemäß werden somit im Gegensatz zu der üblichen Konstantdrehzahlsteuerung bzw. -ratensteuerung der Radius, und damit die Oberflächengeschwindigkeit und das Drehmoment der sich bewegenden Achse erstmalig automatisch berücksichtigt. Auf diese Weise kann unter Beibehaltung der erwünschten Benutzer- und Maschinensicherheit die Bearbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden.
Die Erfindung ist besonders geeignet, wenn der Radius der wenigstens einen Achse ein während der Bearbeitung variierender Radius ist. Dies ist beispielsweise bei Wickelachsen der Fall, die somit während der Bearbeitung immer ihrem momentanen Durchmesser (Masse) entsprechend angetrieben werden.
Es ist bevorzugt, den Radius der wenigstens einen Achse sicher zu überwachen. Wie bereits weiter oben erläutert wurde, ist unter "sicherer Überwachung" eine wenigstens zweikanalige Überwachung zu verstehen. Kann der jeweils aktuelle Wert des Radius der Steuerung sicher zugeführt werden, kann die Berücksichtigung des Radius auch für sichere Prozesse erfolgen und auch dort die genannten Vorteile herbeiführen. Eine sichere Überwachung kann beispielsweise ohne Benutzereingabe über eine zweikanalige Messung des Radius und Vergleich der Messergebnisse erfolgen. Auch kann eine einkanalige Durchmessermessung und eine einkanalige Übertragung aus einer überlagerten Steuerung mit anschließendem vergleich der Werte erfolgen. Die genannten Messungen können mittels Zustellung, Abstandssensor oder Lichtschranke während eines lateralen Verfahrvorgangs erfolgen. Eine Zustellung kann beispielsweise lateral an den Druckzylinder oder einen anderen Anschlag erfolgen, wobei aus einer Überwachung des Antriebsmoments o.ä. der mechanische Kontakt erkannt werden kann. Anhand des Verfahrwegs bzw. der Lateralposition beim Kontaktieren kann der Durchmesser ermittelt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Drehzahlgrenzwert und/oder ein Drehzahländerungsgrenzwert wenigstens einer Achse unter Berücksichtigung ihres Radius automatisch bestimmt. Hierdurch ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, zur Berechnung der genannten Stellgrößen den aktuellen Durchmesser und die damit verbundenen Parameter heranzuziehen. Hierdurch kann erreicht werden, dass eine optimale Oberflächengeschwindigkeit der anzusteuernden Achse bereitgestellt werden kann. Ein Drehzahlgrenzwert umfasst insbesondere eine sichere oder nicht-sichere Maximaldrehzahl, welche nicht erreicht bzw. überschritten werden soll. Entsprechend umfasst ein Drehzahländerungsgrenzwert insbesondere eine sichere oder nicht-sichere Maximalbeschleunigung, welche bei Beschleunigungsvorgängen nicht erreicht bzw. überschritten werden soll, und/oder eine sichere oder nicht-sichere Minimalbeschleunigung, welche bei Abbremsvorgängen nicht unterschritten werden soll. Hierdurch soll bei Anhaltevorgängen die Zeit bis zum Stillstand der Achse, vorzugsweise sicher, überwacht werden.
Bei einem besonders vorteilhaften Verfahren wird der Drehzahlgrenzwert wenigstens einer Achse als Quotient aus einem Oberflächengeschwindigkeitsgrenzwert und ihrem Radius bestimmt. Dies ermöglicht eine besonders einfache und schnelle Bereitstellung der Maximaldrehzahl bzw. des Drehzahlgrenzwertes für weitere Verfahrensschritte. Ebenso kann ein Beschleunigungsgrenzwert bzw. ein Drehzahländerungsgrenzwert wenigstens einer Achse aus dem Quotient aus einem Oberflächenbeschleunigungsgrenzwert und ihrem Radius bestimmt werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ferner ein Trägheitsmoment der wenigstens eine Achse unter Berücksichtigung des Radius bestimmt. Eine Bestimmung des Trägheitsmoments ist insbesondere dann von Vorteil, wenn manuelle Richt- oder Rüstarbeiten an der Achse vorgenommen werden sollen, da ggf. die Trägheit aufgrund der hohen Masse der Achse eine manuelle Verstellung derselben verhindert. Hierdurch lässt sich in besonders sicherer Weise im Rahmen solcher Rüstarbeiten eine Achsdrehung durch Zentralantrieb mit sicheren Werten bewirken.
Vorteilhafterweise wird der Drehzahländerungsgrenzwert der wenigstens einen Achse unter Einbeziehung ihres Trägheitsmomentes bestimmt. Hierdurch kann bewirkt werden, dass einerseits die Achse nicht übermäßig beschleunigt wird, was zu Überlastung des Antriebs oder einer übermäßig schnellen Achsdrehung führen könnte, andererseits wird verhindert, dass die Achse mit einem geringeren als dem optimalen Beschleunigungswert beschleunigt oder abgebremst wird, was seinerseits unnötige Zeitverluste zur Folge hätte.
Vorteilhafterweise können der Drehzahländerungsgrenzwert oder das Trägheitsmoment in einer Beschleunigungs- und/oder Bremsrampensteuerung verwendet werden, mittels derer eine entsprechende Drehzahl kontinuierlich bzw. schrittweise erhöht und/oder verringert werden kann.
Vorteilhafterweise kann die Beschleunigungs- und/oder Bremsrampensteuerung ferner Teil weiterer vorzusehender Steuerungsvorrichtungen sein, es kann jedoch auch vorgesehen sein, die entsprechende Steuerung getrennt von den übrigen Vorrichtungen bereitzustellen.
Das Verfahren lässt sich in besonders vorteilhafter Weise in einer Druckmaschine einsetzen, bei der die wenigstens eine Achse eine Wickel- oder Bearbeitungsachse ist. Insbesondere kann es sich hierbei um eine Achse mit variablem Durchmesser oder eine austauschbare Achse handeln, wobei die verwendeten Austauschachsen unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Ferner kann auch eine Achse vorgesehen sein, bei der ein Achskern mit austauschbaren Achsmänteln bzw. Hülsen versehen werden kann, so dass eine Achse mit unterschiedlichen Durchmessern durch Verwendung verschiedener Achsmäntel bereitgestellt werden kann (Sleeve-achsen). Wie bereits zuvor dargestellt, ist die Erfindung jedoch nicht auf Druckmaschinen beschränkt, sondern kann bei allen Vorrichtungen zum Einsatz kommen, die Achsen mit entsprechend variablem Durchmesser aufweisen, und die von einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung in besonders vorteilhafter Weise profitieren können.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lässt sich der Radius der wenigstens einen Achse unter Verwendung einer Drehzahl, einer Maschinengeschwindigkeit, einer Messung des Radius (Direktmessung) und/oder einer Benutzereingabe, insbesondere redundant bestimmen. Diese Bestimmung kann auf verschiedene Arten erfolgen, um insbesondere Sicherheitsanforderungen, die an die entsprechende Vorrichtung gestellt werden, zu erfüllen.
Es kann der Radius über die Verwendung einer sicher ermittelten Drehzahl und einer sicher ermittelten Maschinengeschwindigkeit bestimmt werden. Bei Wicklern mit gespanntem Wickelgut und bei kraft- bzw. formschlüssig mit der Warenbahn verbundenen Bearbeitungsachsen kann anhand der Ist-Drehzahl des Wickels und/oder der Bearbeitungsachse und der Maschinengeschwindigkeit ein Radius berechnet werden. Das Drehzahlverhältnis von Maschinengeschwindigkeit zu Wickel- bzw. Bearbeitungsachsengeschwindigkeit ist hierbei proportional zum Radius. Sind die Maschinengeschwindigkeit und die Wickeldrehzahl bzw. die Drehzahl der Bearbeitungsachse als sicher ermittelter Wert in der Sicherheitssteuerung vorhanden, so kann in der Sicherheitssteuerung eine maximale Drehzahl sicher berechnet werden.
Der Radius kann ferner über eine einkanalige, nicht sichere Messung und eine redundante Auswertung der Maschinengeschwindigkeit und Achsdrehzahl bestimmt werden. Wird die vorgenannte Berechnung des Radius anhand von nicht sicher ermittelten Werten von Maschinengeschwindigkeit und Wickel-achs-/Bearbeitungsachsdrehzahl berechnet, kann eine zusätzliche, einkanalige, nicht sichere Messung des Radius mit einem Datenvergleich der beiden ermittelten Radien vorteilhafterweise einen sicher ermittelten Radius ergeben (Plausibilisierung).
Wird ein Radius mit einem Sensor gemessen, der an seinem Ausgang einen sicheren Wert des Radius zur Verfügung stellt, der dann beispielsweise über ein sicheres Kommunikationsmedium an die Sicherheitssteuerung übertragen wird, so liegt auch hier ein sicherer Radius in der Sicherheitssteuerung vor bzw. kann ein solcher bereitgestellt werden. Dies ist gleichbedeutend mit einer zweikanaligen, sicheren Messung des Radius. Ferner kann bei Bearbeitungsachsen, deren Durchmesser sich nur jobabhängig, d.h. nicht kontinuierlich ändern, der Radius/Durchmesser einer Bearbeitungsachse vom Bediener jobabhängig sicher eingegeben werden. Eine Messung findet dabei während des Prozesses nicht mehr statt oder erfolgt nur kontrollhalber. Alternativ zur Berechnung der zu überwachenden Maximaldrehzahl kann diese auch ggf. jobabhängig direkt eingegeben werden. Auch hier ist eine sichere Eingabe erforderlich.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, das Verfahren kontinuierlich, zyklisch und/oder nur auf Anforderung durchzuführen, wodurch eine bestmögliche Steuerung bei minimalem technischen Aufwand bewirkt werden kann.
Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Bearbeitungsmaschine, ausgeführt wird.
Das erfindungsgemäß vorgesehene Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, ist zum Durchführen aller Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer Bearbeitungsmaschine, ausgeführt wird. Geeignete Datenträger sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs und dergleichen. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Figurenbeschreibung

Figur 1: zeigt eine schematische Darstellung einer als Druckmaschine ausgebildeten Bearbeitungsmaschine, die für das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform geeignet ist; und
Figur 2: zeigt eine schematische Darstellung eines entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ablaufenden Verfahrens.

In Figur 1 ist eine als Druckmaschine ausgestaltete Bearbeitungsmaschine insgesamt mit 100 bezeichnet. Ein Bedruckmaterial, beispielsweise Papier 101, wird auf einem Abwickler 120 mit einer Abwicklerrolle bzw. einem Wickel 120' bereitgehalten und der Maschine über ein Einzugswerk (Infeed) 110 zugeführt. Das Papier 101 wird durch als Druckwerke 111, 113, 114 ausgebildete Bearbeitungseinrichtungen geführt und bedruckt, und durch ein Auszugswerk (Outfeed) 115 wieder ausgegeben. Anschließend wird das Papier 101 auf einem Aufwickler 121 aufgewickelt. Der Ab- und der Aufwickler 120, 121 weisen jeweils entsprechende Achsen (Wickel) 120', 121' auf. Es versteht sich, dass die Druckmaschine auch ohne die Auf- und/oder Abwickler 120, 121 ausgeführt sein kann und das Papier 101 auf andere Weise zu- bzw. weggeführt werden kann. Die Ein-, Auszugs- und Druckwerke sind positionierbar, insbesondere zylinder- bzw. winkelkorrigierbar, angeordnet.
Die Druckwerke 111 bis 114 weisen jeweils einen Druckzylinder 111' bis 114' auf, der als ein Druckzylinder mit einem entsprechenden variablen Umfang bzw. Durchmesser zur Anpassung an das zu druckende Format ausgeführt sein kann, und gegen den jeweils ein Presseur 111'' bis 114 " mit starkem Druck angestellt sein kann. Die Druckzylinder sind einzeln und unabhängig antreibbar. Die zugehörigen Antriebe 111''' bis 114''' sind schematisch dargestellt. Das Ein- und das Auszugswerk weisen ebenfalls entsprechende Antriebe 110''', 115'" auf. Die Presseure sind frei drehbar ausgebildet. Die Druckwerke 111 bis 114 bilden jeweils zusammen mit dem durchlaufenden Papier 101 eine reibschlüssig verbundene Einheit (Klemmstelle). Ab- und Aufwickler 120, 121 verfügen ebenfalls über Antriebe 120''', 121''', die vorzugsweise als Zentrumsantriebe ausgebildet sind, und die die Ab- und Aufwicklerrolle 120' bzw. 121' antreiben. Die Antriebe des Ab- und des Aufwicklers 120''', 121''' und die Antriebe der einzelnen Werke sind über eine Datenverbindung 152 mit einer Steuerung 150 verbunden.
Weiterhin weist die Druckmaschine Sensoren 160, 161, 162, 163 zur Erfassung von Maschinenkenngrößen auf, die ebenfalls mit der Steuerung 150 verbunden sind. Vorzugsweise beinhalten die Maschinenkenngrößen beispielsweise den Umfang, Durchmesser, Radius und/oder die Geschwindigkeit der jeweils zugeordneten Achse, die Geschwindigkeit der Papierbahn 101 oder sonstige Geschwindigkeiten. Die Steuereinheit 150 umfasst insbesondere eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Recheneinheit und ist für eie entsprechende Steuerung eingerichtet. Die Steuereinheit 150 ist ferner mit Benutzereingabeeinheit 151 verbunden.
In den Bahnabschnitten zwischen den einzelnen Druckwerken 111 bis 114 wird das Papier 101 über nicht näher erläuterte Rollen geführt, die mit 102 bezeichnet sind. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nicht alle Rollen mit Bezugszeichen 102 versehen. Es kann sich insbesondere um Umlenkrollen, Trocknungs-, Kühlungs-, und/oder Beschneideeinrichtungen usw. handeln.
Der Druckmaschine wird die Papierbahn 101 über den Abwickler 120 von der Abwicklerrolle 120' zugeführt. Die Abwicklerrolle 120' wird über den Abwicklerantrieb 120''' angetrieben. Der Sensor 160 überwacht den Radius und/oder die Geschwindigkeit der Abwicklerrolle 120'. Analog hierzu sind im Ausgangsbereich der Druckmaschine der Aufwickler 121 mit der Aufwicklerrolle 121' und dem Aufwicklerantrieb 121'" sowie der Sensor 163 angeordnet. Ferner ist im Aufwicklerbereich des Aufwicklers 121 ein weiterer Sensor 162 dargestellt, bei dem es sich insbesondere um einen Papierbahngeschwindigkeitssensor handeln kann. Wie zuvor dargestellt, kann eine Berechnung des Radius einer Rolle 120', 111', 112', 113', 114', 121' insbesondere über eine Ermittlung von Maschinengeschwindigkeit und/oder eine direkte Bestimmung des Radius erfolgen.
Während des Betriebs, bei dem eine ununterbrochene Papierbahn 101 verwendet wird, verringert sich durch das Abwickeln der Radius r_A der Abwicklerrolle 120' und der Radius der Aufwicklerrolle 121' nimmt zu. Insbesondere in festen Zeitabschnitten, ggf. auch kontinuierlich oder zu Beginn/Ende des Bearbeitungsvorgangs, übermitteln Sensoren 160, 161, 162, 163 Radius- und/oder Geschwindigkeitsdaten über eine vorzugsweise sichere Datenverbindung 152, beispielsweise über ein sicheres Feldbussystem oder über binäre Eingänge, an die Steuerungseinheit 150. Bei jobabhängigen Radiusänderungen, d.h. wenn sich der Radius nicht kontinuierlich ändert, wie dies insbesondere bei den Bearbeitungsrollen 111', 112', 113', 114' der Fall sein kann, kann ein Radius ferner auch über die Benutzereingabeeinheit 151 der Steuerungseinheit 150 zur Verfügung gestellt werden (beispielsweise in Form einer Benutzereingabe). Es kann jedoch auch hierzu ein Sensor 161 vorgesehen sein, der neben der Rolle 114' , aber auch neben den weiteren Bearbeitungsrollen angebracht sein kann. Es lässt sich hierüber, insbesondere einmalig und jobabhängig, ein Radius einer Bearbeitungsrolle feststellen. In der Steuerungseinheit 150 läuft ein erfindungsgemäßes Verfahren ab. Insbesondere wird hier eine radiusabhängige Steuerung für die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung einer zu steuernden Rolle berechnet und über den Kommunikationskanal 152 insbesondere den Antrieben 111''', 112''', 113''', 114''' und/oder Rollenantrieben 120''', 121''' bereitgestellt.
In Figur 2 ist ein Ablaufschema eines Verfahrens entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt und insgesamt mit 200 bezeichnet.
Es kann vorgesehen sein, das Verfahren in einer Zentraleinheit 210 auszuführen, die mit einer Sensorauswerteeinheit 220 verbunden ist. Diese Konfiguration ist jedoch nur beispielhaft dargestellt. Es versteht sich, dass unterschiedliche Schritte beliebig in Einheiten zusammengefasst werden können.
Bei Ablaufschritt 201 läuft eine Vorrichtung, beispielsweise eine Druckmaschine, im Grundzustand, d.h. zu steuernde und oder zu überwachende Rollen, Walzen und/oder Achsen werden mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben und/oder mit einer konstanten Beschleunigungsrate beschleunigt.
Bei Schritt 202 erfolgt nun eine Eingabe über einen Eingabekanal 240. Die Eingabe stammt vorzugsweise von der Sensorauswerteeinheit 220, die ein über einen Sensorkanal 230 empfangenes Sensorsignal von Sensor S auswertet und über den Eingabekanal 240 der Zentraleinheit 210 zur Verfügung stellt. Über den Eingabekanal 240 kann auch insbesondere eine Benutzereingabe bereitgestellt werden. Vorliegend ist beispielhaft ein Eingabekanal 240 dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass auch mehrere Eingabekanäle vorgesehen sein können, die prozessierte bzw. nichtprozessierte Daten, insbesondere Sensor- und/oder Benutzereingabedaten, bereitstellen.
Es kann vorgesehen sein, über einen Ausgabekanal 250 eine Ausgabe bezüglich des empfangenen Signals an eine Ausgabe O, die beispielsweise eine visuelle Anzeige darstellen kann, bereitzustellen, wodurch beispielsweise ein Benutzer der Vorrichtung über ein empfangenes Sensorsignal unterrichtet wird. Eine Ausgabe O kann ferner auch zu anderen Zeitpunkten als dem hier dargestellten Verfahrensschritt 202 über den Ausgabekanal 250 mit Signalen beaufschlagt werden, die den Benutzer über die jeweils im Verfahren verwendeten, die bereitgestellten und/oder die berechneten Werte in Kenntnis setzen.
Im weiteren Verlauf wird bei Schritt 203 aus dem im vorherigen Schritt 202 empfangenen Signal ein zugehöriger Radius berechnet. Die Berechung kann, wie oben dargestellt, aus Maschinen-, Walzen- oder Bahngeschwindigkeiten, die über einen Sensor S bestimmt wurden, oder aus einer direkten Messung eines Radius durch den Sensor S stammen. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, die Berechnung redundant und unter Einbeziehung von Plausibilitätskriterien, die ggf. zuvor oder gleichzeitig über weitere Eingabekanäle (nicht dargestellt) entsprechend Eingabekanal 240 bereitgestellt werden oder systemintern vorliegen, durchzuführen.
Bei Schritt 204 gibt die Zentraleinheit, die insbesondere auch in Form einer Computereinrichtung entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Verbindung realisiert sein kann, über den Ausgabe- bzw. Steuerkanal 250' eine Ausgabe an eine Steuerung C ab. Die Steuerung C bewirkt ihrerseits automatisch eine entsprechend dem Signal erfolgende Steuerung einer Walzen-, Rollen-, und/oder Achsengeschwindigkeit bzw. -beschleunigung, insbesondere auf Basis des berechneten Radius bzw. der weiteren verfahrensmäßig vorgesehenen Kenngrößen.
Im weiteren Verlauf kann Schritt 205 vorgesehen sein, bei dem das Verfahren bis zum Empfang eines weiteren Signals über einen Eingabekanal 240', der bei Schritt 215 der Sensorauswerteeinheit 220 beispielsweise mit einem Signalwert beaufschlagt wird, im gegenwärtigen Zustand verbleibt. Dieser Wert kann insbesondere in einer neuen Sensorinformation bestehen, die auf Basis eines von Sensor S über eine Sensorleitung 230' empfangenen Signals vorgenommen wird. Ferner kann bei Schritt 205 auch die Bestimmung eines stationären Zustandes auf Basis identischer bzw. entsprechend geglätteter Sensorsignale durchgeführt werden. In diesem Schritt kann auch ein Vergleich der beiden ermittelten Radien durchgeführt werden. Bei Plausibilitätsfehlern wird dann eine Fehlerreaktion eingeleitet.
Es versteht sich, dass neben der angegebenen Eingabe über den Eingabekanal 240 bzw. 240' auch insbesondere eine Eingabe über eine Benutzereingabemöglichkeit vorgesehen sein kann, mittels derer das Verfahren entsprechend der Schritte 201 bis 205 durchgeführt wird.
Ferner kann auch vorgesehen sein, eine beliebige Anzahl der dargestellten Verfahrensschritte in einem Verfahrensschritt zusammenzufassen, ohne von der Erfindung abzuweichen.
Es versteht sich ferner, dass in den dargestellten Figuren nur beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Daneben ist jede andere Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichen

100: Druckmaschine
101: Papierbahn
110: Einzugswerk
111 - 114: Druckwerk
111' - 114': Druckzylinder
111 " - 114'': Presseur
110'" - 115'": Antrieb
115: Äuszugswerk
120: Abwickler
120': Abwicklerrolle
120''': Abwicklerantrieb
121: Aufwickler
121': Aufwicklerrolle
121''': Aufwicklerantrieb
150: Steuerung
151: Benutzereingabe
152: Datenverbindung
160 - 163: Sensoren
200: Ablaufschema
201: Grundzustand
202: Datenerfassung
203: Datenauswertung
204: Ansteuerung
205: Warten
210: Zentraleinheit
212, 215: Sensorauswertung
220: Sensorauswerteeinheit
230, 230': Sensorkanal
240, 240': Eingabekanal
250, 250': Ausgabekanal
S: Sensor
O: Ausgabe
C: Steuerung
r_A: Achsradius

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Bearbeitungsmaschine (100) mit angetriebenen Achsen (111', 112', 113', 114', 120', 121'), insbesondere einer Druckmaschine (100), dadurch gekennzeichnet, dass ein Radius (r_A) wenigstens einer Achse (111', 112', 113', 114', 120', 121') zur automatischen Bestimmung eines Steuerungsgrenzwertes verwendet wird,
wobei als Steuerungsgrenzwert ein Drehzahlgrenzwert und/oder ein Drehzahländerungsgrenzwert der wenigstens einen Achse (111', 112', 113', 114', 120', 121') bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (r_A) der wenigstens einen Achse (111', 112', 113', 114', 120', 121') ein während der Bearbeitung variierender Radius (r_A) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (r_A) der wenigstens einen Achse (111', 112', 113', 114', 120', 121') sicher überwacht wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlgrenzwert der wenigstens einen Achse (111', 112', 113', 114', 120', 121') als Quotient aus einem Oberflächengeschwindigkeitsgrenzwert und ihrem Radius (r_A) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahländerungsgrenzwert der wenigstens einen Achse (111', 112', 113', 114', 120', 121') als Quotient aus einem Oberflächenbeschleunigungsgrenzwert und ihrem Radius (r_A) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahländerungsgrenzwert in einer Beschleunigungs- und/oder Bremsrampensteuerung verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner ein Trägheitsmoment der wenigstens einen Achse (111', 112', 113', 114', 120', 121') unter Berücksichtigung ihres Radius (r_A) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahländerungsgrenzwert der wenigstens einen Achse (111', 112', 113', 114', 120', 121') unter Berücksichtigung ihres Trägheitsmoments bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Achse eine Wickelachse (120', 121') oder eine Bearbeitungsachse (111', 112', ,113', 114'), insbesondere einer Druckmaschine (100), ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (r_A) der wenigstens einen Achse (111', 112', 113', 114', 120', 121') unter Berücksichtigung einer Drehzahl, einer Maschinengeschwindigkeit, einer Messung des Radius und/oder einer Benutzereingabe (151), insbesondere redundant, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das kontinuierlich, zyklisch und/oder auf Anforderung durchgeführt wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche zur sicherheitsbezogenen Überwachung von Prozessen.
Computerprogramm mit Progrämmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere innerhalb einer Bearbeitungsmaschine, ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere innerhalb einer Bearbeitungsmaschine, ausgeführt wird.