EP2524806B2 - Verfahren zum Regeln der Bahnspannung in einer Bahnbearbeitungsmaschine - Google Patents

Verfahren zum Regeln der Bahnspannung in einer Bahnbearbeitungsmaschine Download PDF

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EP2524806B2
EP2524806B2 EP12152807.9A EP12152807A EP2524806B2 EP 2524806 B2 EP2524806 B2 EP 2524806B2 EP 12152807 A EP12152807 A EP 12152807A EP 2524806 B2 EP2524806 B2 EP 2524806B2
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EP
European Patent Office
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web
web tension
control
tension
effects
Prior art date
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Not-in-force
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EP12152807.9A
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French (fr)
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EP2524806A1 (de
EP2524806B1 (de
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Holger Schnabel
Stephan Schultze
Mario Goeb
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Publication of EP2524806B1 publication Critical patent/EP2524806B1/de
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    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F33/00—Indicating, counting, warning, control or safety devices
    • B41F33/02—Arrangements of indicating devices, e.g. counters
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    • B65H23/04—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally
    • B65H23/18—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web
    • B65H23/188—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web in connection with running-web
    • B65H23/1888—Registering, tensioning, smoothing or guiding webs longitudinally by controlling or regulating the web-advancing mechanism, e.g. mechanism acting on the running web in connection with running-web and controlling web tension
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B41P2213/90—Register control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2401/00—Materials used for the handling apparatus or parts thereof; Properties thereof
    • B65H2401/20—Physical properties, e.g. lubricity
    • B65H2401/23—Strength of materials, e.g. Young's modulus or tensile strength

Definitions

  • the present invention relates to a method of controlling web tension in a web processing machine.
  • web-processing machine e.g. Newspaper printing machines, commercial printing machines, gravure printing machines, packaging printing machines, digital printing machines or securities printing machines, as well as other web-processing machines, e.g. Pouch machines, envelope machines or packaging machines, can be used.
  • the web can be made of paper, cloth, cardboard, plastic, metal, rubber, in foil form, etc.
  • a web of material is conveyed along driven axes (web transport axes or devices), such as, for example, webs.
  • driven axes web transport axes or devices
  • Pull rollers or feed rollers, and non-driven axles such as deflection, guide, drying or cooling rollers
  • the web is simultaneously processed (e.g., printed, punched, cut, folded, etc.) by means of usually also powered processing means (such as printing units, cutters).
  • a longitudinal and / or side register (longitudinal register - in the web running direction, side register - transversely to the web running direction) regulated.
  • This serves to regulate the positions of the processing of the individual processing devices (for example the layers of individual, differently colored printed images) relative to one another and takes place, for example, by means of a so-called angular adjustment of the processing device to be corrected.
  • the web tension is often also regulated (for example by speed adjustment of a transport device) in order to achieve an optimum printing result.
  • controller parameters that must be set.
  • Typical controller parameters are the proportional gain Kp, the integral gain K I , the differential gain K D , the reset time T N , the derivative time T V , delays T, etc.
  • a controller parameter as a function of at least one parameter characterizing the product web, such as the modulus of elasticity and / or the cross section, at least one parameter characterizing the processing machine, such as the web speed and / or the section length, and at least one, in particular constant (ie non-web speed dependent ) and / or speed-dependent, dead time, such as a transmission time and / or a measurement time described.
  • the parameterization is carried out regularly, so that, for example, the change in the modulus of elasticity can be automatically reacted by adapting the controller parameters. As a result, the best possible controller parameters should be specified at all times.
  • the WO 02/07975 A1 discloses a method of controlling a web tension in which an elongation of the web during operation is monitored and wherein a detected change in strain is counteracted by a change in voltage.
  • the present invention proposes a method for operating a web-processing machine having the features of claims 1 and 4, respectively.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.
  • the invention now comprises the measure of an upcoming change of at least one parameter influencing the web tension (this is a parameter characterizing the web, in particular the modulus of elasticity E), which in the uncontrolled case would lead to a sudden change in the web tension namely, the strain due to unchanged machine speed constant), the effects of the web tension control to reduce the web elongation, in particular to reduce the control loop dynamics of the web tension controller.
  • the change in the parameter influencing the web tension leads to a greater change in the web tension in comparison with a conventional web tension control, but thereby to a smaller change in the web elongation.
  • the invention uses to implement a reduction of the influence or the dynamics of the web tension control, by suitable modification of the controller parameters (eg reduction of K P ), activation of limits in the controller (especially for the controller output variable) or by adjustment of the setpoint.
  • the web tension setpoint can be changed so that a strain change remains low.
  • the new desired value can be determined, for example, by determining the web tension resulting after the change without regulation (for example, by using the changing material parameter and calculating therefrom the resulting web tension for a constant web elongation).
  • the web tension resulting after the change can also be measured with the web tension control switched off and used as the new web tension setpoint. Subsequently, the web tension control would be switched on again with the new setpoint. Starting from the new web tension setpoint, the current setpoint is reset to the original value with sufficiently low dynamics.
  • the reduced dynamics of the web tension controller result in a change in the actual web tension (which can be kept essentially constant if the web tension control has a greater influence, for example in the case of strong or dynamic controller settings).
  • the invention is based on the recognition that the longitudinal register is influenced less by a web tension than by a web elongation. By reducing the web tension control dynamics, the strain change due to a change in the controller output will also be less dynamic.
  • a less strong engagement of a web tension controller will cause the duration of the compensation process is extended, but in conjunction with a register controller whose closed loop control dynamics is greater than or equal to the dynamics of the web tension controller, the maximum amount of register deviation decreases.
  • the effect of the web tension control on the web stretch is reduced so that the amount of register deviation occurring does not exceed an upper threshold, so that preferably just no waste occurs.
  • the invention provides a possibility, with knowledge of a pending change of at least one parameter influencing the web tension, to take measures beforehand in order to minimize paper waste.
  • the time of a change is known, for example, in the case of a flying roll change, a change in the color or moisture input into the material web or a change in the temperature in the machine in advance.
  • the conversion of the web tension control can therefore preferably take place automatically within the control device.
  • the change in the color or moisture input into the web comes in printing offset printing, Gravure printing, flexographic printing, etc., for example, by "pressure on” / “pressure from” settings or by changes in the amount of ink or water supplied during printing.
  • the amount of ink in one format may be due to another printed image.
  • Digital printing machines are characterized e.g. by being able to directly print different products from format to format without stopping the machine. That By color changes, a sudden change in web material properties is also obtained here.
  • the change in temperature in the machine can be relatively abrupt, e.g. Dryers can be changed very dynamically in their heating power or if the drying process of the paint or the web can be changed relatively quickly (for example, turning on an LED dryer).
  • the invention leads to a targeted reduction in the dynamics of the web tension control.
  • high dynamics are found under normal operating conditions or e.g. during machine start-up as advantageous to achieve a short settling time of the web tension controller and there to produce less waste.
  • the dynamics of the web tension controller after the change of at least one parameter affecting the web tension is increased again or reset to the normal state. This can be time-dependent or falls below a register deviation threshold.
  • the switching is expediently not abruptly, but continuously or in small steps.
  • the controller parameters are linearly interpolated between reduced and high dynamics to achieve a smooth transition.
  • a smoothing of the actual web tension value is undertaken. Smoothing can be realized, for example, with a PT1 element by correspondingly increasing the time constant T 1 . Greater smoothing leads to an additional delay (dead time) in the system and reduces the possible control loop dynamics. Depending on the reduction of the control loop dynamics, the smoothing time constant T 1 can be automatically adapted, in this case increased. Assuming that the dynamics of the closed loop is inversely proportional to an actual value smoothing, smoothing elements can be introduced or already existing smoothing time constants can be increased with a small predetermined control loop dynamics, without the control loop becoming unstable as a result. As a result, in particular broadband noise interference can be counteracted on a web tension actual value. Unwanted fluctuations in the controller output can be reduced as a result.
  • the control loop dynamics of the web tension controller is adapted to the control loop dynamics of the register controller prior to the pending change in the at least one parameter influencing the web tension.
  • the bandwidth of the closed web tension control loop can be set to a fixed factor (e.g., 1/10) of the bandwidth of the closed loop register by appropriately adjusting (lowering) the controller parameters of the web tension controller. This results in an independent of the control loop dynamics of the register control loop comparable transient behavior in the longitudinal register.
  • By reducing the controller parameters of the web tension controller dominates the control loop dynamics of the register controller. That The web tension controller regulates the sudden change in the modulus of elasticity and thus the web tension slowly back to the desired value, which due to the higher dynamics of the register controller this corrects the strain changes generated by it without waste is generated.
  • An arithmetic unit according to the invention e.g. a control unit of a printing press, is, in particular programmatically, adapted to perform a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • FIG. 1 a schematic section of a printing machine 10 is shown, in which a material web 101 is transported and processed by five here as printing units 1 to 5 formed clamping points. Between each two adjacent clamping points, a web tension section is formed.
  • a web tension section 12 is limited by the printing units 1 and 2, a web tension section 23 through the printing units 2 and 3, a web tension section 34 through the printing units 3 and 4 and a web tension section 45 through the printing units 4 and 5.
  • printing units can also transport works, such as Feeding or extracting plant, be affected.
  • the printing machine further has here as load cells 121 to 124 formed web tension sensors for determining the tensile force F in the respective web tension sections.
  • the physical parameters, namely the length 1, the strain ⁇ and the tensile force F of the individual web tension sections are also indicated in the figure. Assuming a usually constant web cross section, the tensile force F is proportional to the web tension ⁇ .
  • the tensile force and thus the web tension over the peripheral speeds v1 to v5 of the printing units 1 to 5 is set, which can be changed by a designed as a computer unit or computer 150 web tension control device.
  • a designed as a computer unit or computer 150 web tension control device For influencing the web tension, for example in the web tension section 34, two strategies are known. In the upstream strategy, the printing unit 3 (and optionally upstream printing units) is adjusted, and in the downstream strategy, the printing unit 4 (and optionally subsequent printing units) is adjusted. Increasing the speed of the forward nip causes a stationary reduction in web tension and increasing the speed of the rear nip causes a steady increase in web tension in that web tension section.
  • the traction force values detected by the sensors 121 to 124 are fed to a device for web tension control (so-called web tension or tension controller) within the arithmetic unit 150.
  • the tension controller then controls the speeds v1 to v5 as a function of the control deviation (deviation between setpoint and actual value), for example by influencing a gearbox factor (so-called fine adjustment) between machine speed (which is usually specified by a virtual master axis) and transport roller.
  • FIG. 2 the web tension control on which the invention is based is schematically illustrated by means of a control loop 200.
  • the control loop may, for example, a printing machine according to FIG. 1 underlie.
  • the command variable w eg., The target pulling force F soll
  • a comparator or subtracter 201 which includes the controlled variable y (eg., The tensile force F, which is proportional as mentioned for the web tension) is applied.
  • the resulting control difference or control deviation e is fed to a web tension control element 202, which in the present case is designed as a PI element with a proportional gain K P and a readjustment time T N.
  • the control element can also be embodied as a P, PD or PID element or as another regulator, such as a state controller.
  • the control member 202 may be supplied by a switching element 203 different controller parameters.
  • the switching element 203 can for this purpose supply to the control element 202 a first set 210 or a second set 211 of controller parameters which determine the influence of the web tension control.
  • the first set of controller parameters may result in dynamic web tension control for normal operation, whereas the second set results in less dynamic web tension control for impending jump changes in web tension (eg, due to a change in modulus of elasticity).
  • the control element 202 calculates, based on the controller parameters supplied to it, a controller output variable u R which is supplied to the controlled system (G) 204. Behind the controlled system affects a disturbance d (in the example shown also additively via an adder 205), which changes the controlled variable or the actual value y . This is measured, for example, with the aforementioned sensors and returned to the comparator 201 again.
  • the controller output u R can be a fine adjustment fa , which influences the rotational speed of the device to be controlled.
  • step 301 the processing machine is in a defined state ("normal operation"), in which the web tension control device with a first parameter set, for example. The set 210, is applied.
  • step 302 the method waits for a pending change 311 of at least one parameter influencing the web tension, usually the modulus of elasticity E.
  • a pending change 311 of at least one parameter influencing the web tension usually the modulus of elasticity E.
  • the time of change within the controller is known, so that the conversion can be done automatically. It is understood, however, that the method according to the invention can, in principle, be informed in any manner of a corresponding change. For example, separate data lines may be used for this or user input may be provided in a corresponding device is made to be included.
  • step 303 the system takes a change in controller dynamics, in the example of FIG. 1
  • the parameters can, for example, be taken from a lookup table or database.
  • a corresponding automatic calculation of the parameter sets can also be carried out.
  • the newly selected parameters are maintained until a suitable condition is met and the previous parameters 210 are reentered in step 304.
  • the condition may be the elapse of a time period or the decrease in register deviation or web tension deviation below a predetermined threshold. Thereafter, the system returns to wait state 302 and waits for another change.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln der Bahnspannung in einer Bahnbearbeitungsmaschine.
  • Obwohl nachfolgend hauptsächlich auf Rollendruckmaschinen Bezug genommen wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern vielmehr auf alle Arten von Bearbeitungsmaschinen gerichtet, bei denen eine Warenbahn bzw. Materialbahn bearbeitet wird (im Folgenden "Bahnbearbeitungsmaschine"). Die Erfindung ist aber insbesondere bei Rollendruckmaschinen, wie z.B. Zeitungsdruckmaschinen, Akzidenzdruckmaschinen, Tiefdruckmaschinen, Verpackungsdruckmaschinen, Digitaldruckmaschinen oder Wertpapierdruckmaschinen, sowie bei sonstigen Bahnbearbeitungsmaschinen, wie z.B. Beutelmaschinen, Briefumschlagsmaschinen oder Verpackungsmaschinen, einsetzbar. Die Warenbahn kann aus Papier, Stoff, Pappe, Kunststoff, Metall, Gummi, in Folienform usw. ausgebildet sein.
    • Stand der Technik
  • Bei betreffenden Bahnbearbeitungsmaschinen, insbesondere Rollendruckmaschinen, wird eine Warenbahn entlang von angetriebenen Achsen (Bahntransportachsen bzw. - einrichtungen), wie z.B. Zugwalzen oder Vorschubwalzen, und nicht angetriebenen Achsen (wie z.B. Umlenk-, Leit-, Trocknungs- oder Kühlwalzen) bewegt. Die Warenbahn wird gleichzeitig mittels meist ebenfalls angetriebener Bearbeitungseinrichtungen, (wie z.B. Druckwerken, Schneidwerken) bearbeitet (z.B. bedruckt, gestanzt, geschnitten, gefalzt usw.).
  • In einer solchen Maschine wird üblicherweise ein Längs- und/oder Seitenregister (Längsregister - in Bahnlaufrichtung, Seitenregister - quer zur Bahnlaufrichtung) geregelt. Dies dient dazu, die Lagen der Bearbeitungen der einzelnen Bearbeitungseinrichtungen (z.B. die Lagen einzelner, unterschiedlich farbiger Druckbilder) zueinander zu regeln und erfolgt bspw. durch eine sog. Winkelverstellung der zu korrigierenden Bearbeitungseinrichtung. Bei Druckmaschinen wird daneben oft auch die Bahnspannung geregelt (bspw. durch Geschwindigkeitsverstellung einer Transporteinrichtung), um ein optimales Druckergebnis zu erzielen.
  • Bekannte Regler, wie z.B. P-Regler, D-Regler, I-Regler usw. sowie beliebige Kombinationen davon, beinhalten Reglerparameter, die eingestellt werden müssen. Übliche Reglerparameter sind die Proportionalverstärkung Kp, die Integralverstärkung KI, die Differentialverstärkung KD, die Nachstellzeit TN, die Vorhaltezeit TV, Verzögerungen T usw.
  • Von der Anmelderin ist bisher eine Anzahl von Verfahren entwickelt worden, um die Parametrisierung von Bahnspannungsreglern zu vereinfachen:
    • Bspw. ist in der EP 1 790 601 A2 dargestellt, dass Reglerparameter in Abhängigkeit von Warenbahnparametern (z.B. E-Modul), Maschinenparametern (z.B. Warenbahnlänge, Warenbahngeschwindigkeit oder Trägheitsmoment) und Betriebsparametern (z.B. Regelabweichung) bestimmt werden können.
  • In der DE 10 2008 035 639 A1 ist dargestellt, dass neben diesen Größen auch Totzeiten in der Regelstrecke vorhanden sind und zur Ermittlung der Reglerparameter herangezogen werden können.
  • In der DE 10 2009 019 624 A1 ist eine Reglerparametrierung in Abhängigkeit von wenigstens einem die Warenbahn kennzeichnenden Parameter, wie z.B. dem Elastizitätsmodul und/oder dem Querschnitt, wenigstens einem die Bearbeitungsmaschine kennzeichnenden Parameter, wie z.B. der Bahngeschwindigkeit und/oder der Abschnittslänge, und wenigstens einer, insbesondere konstanten (d.h. nicht bahngeschwindigkeitsabhängigen) und/oder geschwindigkeitsabhängigen, Totzeit, wie z.B. einer Übertragungszeit und/oder einer Messzeit, beschrieben. Es wird auch offenbart, dass die Parametrierung regelmäßig durchgeführt wird, so dass bspw. auf die Veränderung des E-Moduls automatisch durch Anpassung der Reglerparameter reagiert werden kann. Hierdurch sollen zu jedem Zeitpunkt möglichst optimale Reglerparameter vorgegeben werden. Weiterhin wird vorgeschlagen, die Regelung bezüglich des Störverhaltens zu optimieren, so dass eine möglichst hohe Regelkreisdynamik in Bezug auf Störungen des Bahnspannungsistwertes erreicht wird (d.h. eine Störung im Bahnspannungsistwert soll möglichst dynamisch (= schnell) ausgeregelt werden). Damit kann erreicht werden, dass ein Bahnspannungsistwert kaum vom zugehörigen Bahnspannungssollwert abweicht.
  • Es wurde jedoch beobachtet (vgl. Veröffentlichung "Online-Rekonstruktion von Elastizitätsmodul-Änderungen der Papierbahn in Rollendruckmaschinen", Vortrag von Prof. Brandenburg auf der SPS/IPC/Drives 2008), dass in Rollendruckmaschinen speziell beim Rollenwechsel große Registerabweichungen auftreten. Dies wurde u.a. auf eine sprunghafte Änderung des Elastizitätsmoduls E zurückgeführt. Diese Störung wird in die Maschine eingeleitet regt beim Passieren jeder Klemmstelle Ausgleichsvorgänge an, die zu Bahnspannungs-, Farb- und Schnittregisterfehlern führen. Dabei treten große Registerabweichungen auf, die auch von einer vorhandenen Registerregelung nicht schnell ausgeregelt werden können. Wegen des langen Bahnwegs vom Entstehungsort der Störungen, dem Abwickler, bis zum Schneidzylinder des Falzapparates kann die resultierende Gesamt-Registerabweichung besonders groß werden. Dies führt vor allem bei Offset-Illustrationsdruckmaschinen wegen der geforderten hohen Schnittlage-Genauigkeit zu verhältnismäßig hohen Makulaturzahlen, wird aber vermutlich in Zukunft auch bei Zeitungsdruckmaschinen eine zunehmend wichtige Rolle spielen.
  • Die WO 02/07975 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung einer Bahnspannung, bei dem eine Dehnung der Warenbahn während des Betriebs überwacht wird und wobei einer dabei festgestellten Dehnungsänderung durch eine Spannungsänderung entgegengewirkt wird.
  • Es ist daher wünschenswert, die durch sprunghafte Bahnspannungsänderungen verursachten Registerabweichungen zu reduzieren.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Bahnbearbeitungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 4 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Eine sprunghafte Veränderung des Elastizitätsmoduls E führt bei (wie im Stand der Technik ausreichend stark bzw. dynamisch) geregelter (also im Wesentlichen konstanter) Bahnspannung σ aufgrund des bekannten Zusammenhangs σ = ε · E zu einer entsprechenden sprunghaften Änderung der Bahndehnung ε. Diese Dehnungsänderung pflanzt sich vom Ort der Änderung des Elastizitätsmoduls über die ganze Maschine fort. Während dieser Ausgleichsphase liegen somit unterschiedliche Dehnungsverhältnisse an den einzelnen Bearbeitungseinrichtungen vor, die zu unterschiedlichen Bearbeitungslagen derselben zueinander und damit zu Registerabweichungen führen.
  • Die Erfindung umfasst nun die Maßnahme, vor einer anstehenden Veränderung wenigstens eines die Bahnspannung beeinflussenden Parameters (dabei handelt es sich um einen die Warenbahn kennzeichnenden Parameter, insbesondere den Elastizitätsmodul E), welche im ungeregelten Fall zu einer sprunghaften Veränderung der Bahnspannung führen würde (hier bliebe nämlich die Dehnung aufgrund unveränderter Maschinengeschwindigkeit konstant), die Auswirkungen der Bahnspannungsregelung auf die Bahndehnung zu reduzieren, insbesondere die Regelkreisdynamik des Bahnspannungsreglers zu reduzieren.
  • In der Folge führt die Veränderung des die Bahnspannung beeinflussenden Parameters zwar zu einer im Vergleich mit einer herkömmlichen Bahnspannungsregelung größeren Veränderung der Bahnspannung, jedoch dadurch zu einer kleineren Veränderung der Bahndehnung.
  • Die Erfindung bedient sich zur Umsetzung einer Verringerung des Einflusses bzw. der Dynamik der Bahnspannungsregelung, durch geeignete Veränderung der Reglerparameter (z.B. Reduzierung der von KP ), Aktivierung von Begrenzungen im Regler (insbesondere für die Reglerausgangsgröße) oder durch Anpassung des Sollwerts. Hierbei kann der Bahnspannungssollwert so verändert werden, dass eine Dehnungsänderung gering bleibt. Der neue Sollwert kann beispielsweise ermittelt werden, indem die sich nach der Änderung ohne Regelung ergebende Bahnspannung bestimmt wird (bspw. indem der sich ändernde Materialparameter verwendet und daraus für eine konstante Bahndehnung die sich dann ergebende Bahnspannung berechnet wird). Alternativ kann auch die sich nach der Änderung ergebende Bahnspannung bei ausgeschalteter Bahnspannungsregelung gemessen und als neuer Bahnspannungssollwert verwendet werden. Anschließend würde die Bahnspannungsregelung mit dem neuen Sollwert wieder eingeschaltet. Ausgehend von dem neuen Bahnspannungssollwert wird dann der aktuelle Sollwert mit ausreichend niedriger Dynamik auf den ursprünglichen Wert zurückgestellt.
  • Ein einfaches Ausschalten der Bahnspannungsregelung kann das Problem nicht beheben, da dann die Dehnungsänderungen und damit die Registerfehler beim späteren Einschalten der Bahnspannungsregelung auftreten.
  • Grundsätzlich ergibt sich dabei durch die verringerte Dynamik des Bahnspannungsreglers eine Veränderung der Ist-Bahnspannung (die bei größerem Einfluss der Bahnspannungsregelung, z.B. bei starken bzw. dynamischen Reglereinstellungen, im Wesentlichen konstant gehalten werden kann). Die Erfindung geht jedoch von der Erkenntnis aus, dass das Längsregister weniger durch eine Bahnspannung als durch eine Bahndehnung beeinflusst wird. Durch die Reduzierung der Bahnspannungsregelungsdynamik wird auch die Dehnungsänderung aufgrund einer Änderung der Reglerausgangsgröße mit geringerer Dynamik erfolgen.
  • Die weniger dynamischen Dehnungsänderungen führen zu weniger dynamischen Registerabweichungen, die von einer Registerregelung leicht ausgeregelt werden können, so dass Makulatur verringert oder ganz vermieden werden kann. Ein weniger starker Eingriff eines Bahnspannungsreglers wird dazu führen, dass sich die Dauer des Ausgleichsvorgangs zwar verlängert, aber in Verbindung mit einem Registerregler, dessen Regeldynamik im geschlossenen Regelkreis größer oder gleich der Dynamik des Bahnspannungsreglers ist, der Maximalbetrag der Registerabweichung abnimmt. Vorzugsweise wird die Auswirkung der Bahnspannungsregelung auf die Bahndehnung so reduziert, dass der Betrag der auftretenden Registerabweichung einen oberen Schwellwert nicht überschreitet, so dass vorzugsweise gerade noch keine Makulatur auftritt.
  • Die Erfindung schafft eine Möglichkeit, bei Kenntnis einer anstehenden Veränderung wenigstens eines die Bahnspannung beeinflussenden Parameters im Vorhinein Maßnahmen zu treffen, um eine Makulatur gering zu halten. Der Zeitpunkt einer Änderung ist beispielsweise bei einem fliegenden Rollenwechsel, einer Veränderung des Farb- bzw. Feuchteeintrags in die Materialbahn oder einer Veränderung der Temperatur in der Maschine im Vorhinein bekannt. Die Umstellung der Bahnspannungsregelung kann daher vorzugsweise automatisch innerhalb der Steuerungseinrichtung erfolgen.
  • Die Veränderung des Farb- bzw. Feuchteeintrags in die Materialbahn kommt bei Druckverfahren Offsetdruck, Tiefdruck, Flexodruck, etc. z.B. durch "Druck an"/"Druck ab"-Beistellungen oder durch Veränderungen in der zugeführten Farb- bzw. Wassermenge beim Druck zustande.
  • Bei Digitaldruckmaschinen kann sich die Farbmenge eines Formates infolge eines anderen gedruckten Bildes ergeben. Digitaldruckmaschinen zeichnen sich z.B. dadurch aus, dass von Format zu Format direkt unterschiedliche Produkte gedruckt werden können, ohne die Maschine anzuhalten. D.h. hier erhält man durch Farbveränderungen auch eine schlagartige Veränderung der Warenbahnmaterialeigenschaften.
  • Auch die Veränderung der Temperatur in der Maschine kann relativ schlagartig erfolgen, wenn z.B. Trockner sehr dynamisch in ihrer Heizleistung verändert werden können bzw. wenn der Trocknungsvorgang der Farbe bzw. der Warenbahn relativ schnell verändert werden können (z.B. Anschalten eines LED-Trockners).
  • Die Erfindung führt zu einer gezielten Reduzierung der Dynamik der Bahnspannungsregelung. Eine hohe Dynamik erweist sich jedoch unter normalen Betriebsbedingungen oder z.B. beim Maschinenhochlauf als vorteilhaft, um eine kurze Einschwingzeit des Bahnspannungsreglers zu erreichen und dort weniger Makulatur zu produzieren. Aus diesem Grund wird die Dynamik des Bahnspannungsreglers nach der Veränderung des wenigstens einen die Bahnspannung beeinflussenden Parameters wieder erhöht bzw. in den Normalzustand rückgesetzt. Dies kann zeitabhängig oder bei Unterschreiten eines Registerabweichungsschwellwerts geschehen. Die Umschaltung erfolgt hierbei zweckmäßigerweise nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich oder in kleinen Schritten. Beispielsweise werden die Reglerparameter zwischen verringerter und hoher Dynamik linear interpoliert, um einen fließenden Übergang zu erreichen.
  • Vorzugsweise wird zumindest bei der Regelung mit reduziertem Einfluss eine Glättung des Bahnspannungsistwerts vorgenommen. Eine Glättung kann beispielsweise mit einem PT1-Glied realisiert werden, indem die Zeitkonstante T1 entsprechend erhöht wird. Eine größere Glättung führt zu einer zusätzlichen Verzögerung (Totzeit) im System und reduziert die mögliche Regelkreisdynamik. In Abhängigkeit von der Reduzierung der Regelkreisdynamik kann die Glättungszeitkonstante T1 automatisch adaptiert, in diesem Fall erhöht werden. Unter der Annahme, dass die Dynamik des geschlossenen Regelkreises umgekehrt proportional zu einer Istwertglättung ist, können bei geringer vorgegebener Regelkreisdynamik Glättungsglieder eingeführt oder bereits vorhandene Glättungszeitkonstanten vergrößert werden, ohne dass der Regelkreis dadurch instabil wird. Dadurch kann insbesondere breitbandigen Rausch-Störungen auf einem Bahnspannungsistwert entgegengewirkt werden. Unerwünschte Schwankungen der Reglerausgangsgröße können dadurch reduziert werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird vor der anstehenden Veränderung des wenigstens einen die Bahnspannung beeinflussenden Parameters die Regelkreisdynamik des Bahnspannungsreglers an die Regelkreisdynamik des Registerreglers adaptiert. Beispielsweise kann die Bandbreite des geschlossenen Bahnspannungsregelkreises auf einen festen Faktor (z.B. 1/10) der Bandbreite des geschlossenen Registerregelkreises eingestellt werden, indem die Reglerparameter des Bahnspannungsregler entsprechend adaptiert (gesenkt) werden. Hierdurch ergibt sich ein unabhängig von der Regelkreisdynamik des Registerregelkreises vergleichbares transientes Verhalten im Längsregister. Durch die Verringerung der Reglerparameter des Bahnspannungsreglers dominiert die Regelkreisdynamik des Registerreglers. D.h. der Bahnspannungsregler regelt die sprunghafte Änderung des E-Moduls und somit der Bahnspannung langsam wieder auf den Sollwert zurück, wobei aufgrund der höheren Dynamik des Registerregler dieser die dadurch erzeugten Dehnungsänderungen ausregelt, ohne dass Makulatur erzeugt wird.
  • Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Druckmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. 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 von Ausführungsbeispielen 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, für die das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist,
    Figur 2
    zeigt anhand eines schematischen Blockschaltbilds einen beispielhaften Bahnspannungsregelkreis und
    Figur 3
    zeigt ein Flussdiagramm einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In Figur 1 ist ein schematischer Ausschnitt einer Druckmaschine 10 dargestellt, in der eine Materialbahn 101 durch fünf hier als Druckwerke 1 bis 5 ausgebildete Klemmstellen transportiert und bearbeitet wird. Zwischen jeweils zwei benachbarten Klemmstellen ist ein Bahnspannungsabschnitt ausgebildet. Beispielsweise ist ein Bahnspannungsabschnitt 12 durch die Druckwerke 1 und 2 begrenzt, ein Bahnspannungsabschnitt 23 durch die Druckwerke 2 und 3, ein Bahnspannungsabschnitt 34 durch die Druckwerke 3 und 4 und ein Bahnspannungsabschnitt 45 durch die Druckwerke 4 und 5. Statt Druckwerken können ebenso Transportwerke, wie Einzugs- oder Auszugswerk, betroffen sein.
  • Die Druckmaschine weist weiterhin hier als Kraftmessdosen 121 bis 124 ausgebildete Bahnspannungssensoren zur Ermittlung der Zugkraft F in den jeweiligen Bahnspannungsabschnitten auf. Die physikalischen Parameter, nämlich die Länge 1, die Dehnung ε und die Zugkraft F der einzelnen Bahnspannungsabschnitte sind in der Figur ebenfalls angegeben. Unter Annahme eines üblicherweise konstanten Bahnquerschnitts ist die Zugkraft F proportional zur Bahnspannung σ.
  • In der gezeigten Darstellung wird die Zugkraft und damit die Bahnspannung über die Umfangsgeschwindigkeiten v1 bis v5 der Druckwerke 1 bis 5 eingestellt, welche von einer als Recheneinheit bzw. Computer 150 ausgebildeten Bahnspannungsregeleinrichtung verändert werden können. Zur Beeinflussung der Bahnspannung bspw. in dem Bahnspannungsabschnitt 34 sind zwei Strategien bekannt. Bei der Upstream-Strategie wird das Druckwerk 3 (und optional davorliegende Druckwerke) verstellt und bei der Downstream-Strategie wird das Druckwerk 4 (und optional nachfolgende Druckwerke) verstellt. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit der vorderen Klemmstelle bewirkt eine stationäre Verringerung der Bahnzugkraft und eine Erhöhung der Geschwindigkeit der hinteren Klemmstelle bewirkt einen stationären Anstieg der Bahnzugkraft in diesem Bahnspannungsabschnitt.
  • Zur Durchführung der Bahnspannungsregelung werden die von den Sensoren 121 bis 124 erfassten Zugkraftwerte einer Einrichtung zur Bahnspannungsregelung (sog. Bahnspannungs- bzw. Zugregler) innerhalb der Recheneinheit 150 zugeführt. Der Zugregler steuert dann in Abhängigkeit von der Regelabweichung (Abweichung zwischen Soll-und Istwert) die Geschwindigkeiten v1 bis v5, bspw. durch Beeinflussung eines Getriebefaktors (sog. Feinabgleich) zwischen Maschinengeschwindigkeit (welche üblicherweise durch eine virtuelle Leitachse vorgegeben wird) und Transportwalze.
  • In Figur 2 wird die der Erfindung zugrundeliegende Bahnspannungsregelung anhand eines Regelkreises 200 schematisch dargestellt. Dem Regelkreis kann beispielsweise eine Druckmaschine gemäß Figur 1 zugrunde liegen. Die Führungsgröße w (bspw. die Sollzugkraft F soll) wird einem Vergleichsglied bzw. Subtrahierglied 201 zugeführt, dem auch die Regelgröße y (bspw. die Zugkraft Fist , welche wie erwähnt proportional zur Bahnspannung ist) zugeführt wird. Die sich daraus ergebende Regeldifferenz bzw. Regelabweichung e wird einem Bahnspannungs-Regelglied 202 zugeführt, welches vorliegend als PI-Glied mit einer Proportionalverstärkung K P und einer Nachstellzeit T N ausgebildet ist. Ohne Einschränkung kann das Regelglied auch als P-, PD- oder PID-Glied oder als anderer Regler, wie beispielsweise ein Zustandsregler, ausgeführt sein.
  • Gemäß der dargestellten Ausführungsform der Erfindung können dem Regelglied 202 von einem Schaltglied 203 verschiedene Reglerparameter zugeführt werden. Das Schaltglied 203 kann dazu dem Regelglied 202 einen ersten Satz 210 oder einen zweiten Satz 211 von Reglerparametern zuführen, die den Einfluss der Bahnspannungsregelung bestimmen. Beispielsweise kann der erste Satz von Reglerparametern zu einer dynamischen Bahnspannungsregelung für den üblichen Betrieb führen, wohingegen der zweite Satz zu einer weniger dynamischen Bahnspannungsregelung für bevorstehende sprunghafte Änderungen der Bahnspannung (bspw. aufgrund einer Änderung des E-Moduls) führt.
  • Das Regelglied 202 berechnet auf Grundlage der ihm zugeführten Reglerparameter eine Reglerausgangsgröße uR , die der Regelstrecke (G) 204 zugeführt wird. Hinter der Regelstrecke wirkt eine Störgröße d (im gezeigten Beispiel ebenfalls additiv über ein Addierglied 205) ein, die die Regelgröße bzw. den Istwert y verändert. Dieser wird bspw. mit den genannten Sensoren gemessen und wieder an das Vergleichsglied 201 rückgeführt. Bei der Reglerausgangsgröße uR kann es sich um einen Feinabgleich fa handeln, der die Drehgeschwindigkeit der zu regelnden Einrichtung beeinflusst.
  • In Figur 3 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt und insgesamt mit 300 bezeichnet. In Schritt 301 befindet sich die Bearbeitungsmaschine in einem definierten Zustand ("Normalbetrieb"), in dem die Bahnspannungs-Regeleinrichtung mit einem ersten Parametersatz, bspw. dem Satz 210, beaufschlagt ist.
  • In Schritt 302 wartet das Verfahren auf eine anstehende Veränderung 311 wenigstens eines die Bahnspannung beeinflussenden Parameters, üblicherweise des Elastizitätsmoduls E. Eine solche Veränderung tritt vorhersehbar bspw. bei einem Rollenwechsel oder bei anderen bereits oben erläuterten Ereignissen auf. Dementsprechend ist der Zeitpunkt der Änderung innerhalb der Steuerung bekannt, so dass die Umstellung automatisch erfolgen kann. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren jedoch prinzipiell auf beliebige Weise von einer entsprechenden Änderung in Kenntnis gesetzt werden kann. Beispielsweise können hierfür separate Datenleitungen verwendet werden oder es kann eine Benutzereingabe, die in einer entsprechenden Einrichtung vorgenommen wird, beinhaltet sein.
  • In Schritt 303 nimmt das System eine Umstellung der Reglerdynamik, im Beispiel von Figur 1 bspw. durch Umstellung der Reglerparameter 210 nach 211 vor. Die Parameter können beispielsweise einer Lookup-Tabelle oder Datenbank entnommen werden. Es kann jedoch auch eine entsprechende automatische Berechnung der Parametersätze erfolgen.
  • Die neu gewählten Parameter werden beibehalten, bis eine geeignete Bedingung erfüllt ist und in Schritt 304 wieder die früheren Parameter 210 vorgegeben werden. Die Bedingung kann insbesondere das Verstreichen einer Zeitspanne oder das Absinken der Registerabweichung oder Bahnspannungsabweichung unter einen vorgegebenen Schwellwert sein. Anschließend kehrt das System in den Wartezustand 302 zurück und wartet auf eine erneute Änderung.
  • Es versteht sich, dass in der dargestellten Figur nur beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Daneben ist jede andere Ausführungsform denkbar, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Regeln der Bahnspannung einer Warenbahn (101) in einer Bahnbearbeitungsmaschine (1), wobei ein Istwert (y) der Bahnspannung mittels eines Regelglieds (202) eines Bahnspannungsregelkreises (200) auf einen Sollwert (w) der Bahnspannung geregelt wird, wobei dem Regelglied (202) eine Regelabweichung (e) zugeführt wird, wobei von dem Regelglied (202) eine Reglerausgangsgröße (uR ) ausgegeben wird, wobei vor einer anstehenden Veränderung wenigstens eines die Bahnspannung beeinflussenden Parameters die Auswirkungen der Bahnspannungsregelung auf eine Bahndehnung (ε) reduziert werden, wobei der wenigstens eine die Bahnspannung beeinflussende Parameter ein die Warenbahn (101) kennzeichnender Parameter ist, wobei die Auswirkungen der Bahnspannungsregelung auf die Bahndehnung (ε) durch eine Veränderung von Reglerparametern (210, 211) des Regelglieds (202), eine Begrenzung der Reglerausgangsgröße (uR ) und/oder eine Veränderung der Bandbreite des geschlossenen Bahnspannungsregelkreises (200) reduziert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Auswirkungen der Bahnspannungsregelung auf die Bahndehnung (ε) bei Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung wieder erhöht werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Bedingung ein Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne ist.
  4. Verfahren zum Regeln der Bahnspannung einer Warenbahn (101) in einer Bahnbearbeitungsmaschine (1), wobei ein Istwert (y) der Bahnspannung mittels eines Regelglieds (202) eines Bahnspannungsregelkreises (200) auf einen Sollwert (w) der Bahnspannung geregelt wird, wobei dem Regelglied (202) eine Regelabweichung (e) zugeführt wird, wobei von dem Regelglied (202) eine Reglerausgangsgröße (uR ) ausgegeben wird, wobei vor einer anstehenden Veränderung wenigstens eines die Bahnspannung beeinflussenden Parameters die Auswirkungen der Bahnspannungsregelung auf eine Bahndehnung (ε) reduziert werden, wobei der wenigstens eine die Bahnspannung beeinflussende Parameter ein die Warenbahn (101) kennzeichnender Parameter ist, wobei die Auswirkungen der Bahnspannungsregelung auf die Bahndehnung (ε) durch eine Veränderung des Sollwerts (w) der Bahnspannung reduziert werden, wobei die Auswirkungen der Bahnspannungsregelung auf die Bahndehnung (ε) bei Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung wieder erhöht werden, wobei die vorbestimmte Bedingung ein Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei als neuer Sollwert (w) der Bahnspannung ein sich nach der Änderung ohne Regelung ergebender Istwert der Bahnspannung verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswirkungen der Bahnspannungsregelung auf die Bahndehnung (ε) nur dann reduziert werden, wenn die anstehende Veränderung des wenigstens einen die Bahnspannung beeinflussenden Parameters einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der die Warenbahn (101) kennzeichnende Parameter der Elastizitätsmodul ist.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest bei der Regelung mit reduzierten Auswirkungen der Bahnspannungsregelung auf die Bahndehnung eine veränderte bzw. zusätzlich hinzugefügte Glättung des Istwerts (y) erfolgt.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei vor der anstehenden Veränderung des wenigstens einen die Bahnspannung beeinflussenden Parameters die Regelkreisdynamik des Bahnspannungsregelkreises (200) auf einen Wert kleiner als die Regelkreisdynamik eines vorhandenen Registerregelkreises eingestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Auswirkungen der Bahnspannungsregelung auf die Bahndehnung (ε) so reduziert werden, dass eine sich durch die Veränderung des wenigstens einen die Bahnspannung beeinflussenden Parameters ergebende Registerabweichung unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts bleibt.
  11. Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  12. Bahnbearbeitungsmaschine, insbesondere Druckmaschine, mit einer Recheneinheit nach Anspruch 11.
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