DE19520642C1

DE19520642C1 - Verfahren zum Steuern eines Mehrmotorenantriebs einer Druckmaschine sowie entsprechende Steuerung

Info

Publication number: DE19520642C1
Application number: DE19520642A
Authority: DE
Inventors: Joachim Blumoer; Albrecht Voelz; Holger Dr Wiese
Original assignee: MAN Roland Druckmaschinen AG
Current assignee: Manroland AG
Priority date: 1995-06-09
Filing date: 1995-06-09
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2015-06-10
Also published as: EP0747214A2; DE59600618D1; EP0747214B1; US5757147A; EP0747214A3; ATE171675T1; JP2804251B2; JPH091781A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Mehrmotorenantriebes einer Druckmaschine sowie eine entsprechend ausgebildete Steuerung gemäß dem Oberbegriff des Verfahrens- bzw. Vorrichtungsanspruches, wie aus der DE 43 22 744 A1 entnehmbar.

Bei Bogenoffsetdruckmaschinen ist es bekannt und verbreitete Praxis, daß diese von einem Gleichstrommotor über einen durchgehenden Getriebezug angetrieben werden. Insbesondere wegen der einzelnen Kanalabrollung zwischen Platten- und Gummituch sowie Gummituch- und Gegendruckzylinder entstehen Torsionsschwingungen in dem elastisch verformbaren Getriebezug, was zu Druckschwierigkeiten führt. Auch ist es bekannt neben dem durchgehenden Getriebezug zusätzlich eine Längswelle vorzusehen und die über die Längswelle fließende Leistung über ein oder mehrere Getriebe in den Räderzug einzuspeisen. Dies ergibt zwar eine Versteifung des Getriebesystems, bedingt aber gleichzeitig einen hohen mechanischen Bauaufwand. Auch sind Lösungen bekannt geworden, bei welchen mehrere elektrisch geregelte Antriebe Leistung in einen durchgehenden Räderzug einspeisen. Auch diese Lösungen bedingen den hohen Bauaufwand hinsichtlich des durchgehenden Räderzuges und vermögen auch nur bedingt die nach wie vor auftretenden Torsionsschwingungen zu dämpfen.

Aus der obengenannten DE 4 322 744 A1 ist ein elektrisches Antriebssystem für eine Druckmaschine bekannt, bei welchem insbesondere vorgesehen ist, die Zylinder mit jeweils einem Motor zu versehen und über eine entsprechende Steuerung drehwinkelsynchron anzutreiben. Dazu sind an den Zylindern direkt Winkellagegeber angeordnet, deren Signale von einer gemeinsamen Steuerung zu entsprechendem drehwinkelsynchronem Lauf der einzelnen Zylinder zueinander ausgewertet werden. Gerade bei bogenverarbeitenden Druckmaschinen, insbesondere Bogen-Offsetdruckmaschinen muß aber gewährleistet sein, daß die Zylinder nicht über ein gerade noch vertretbares Maß relativ zueinander verdreht werden. Dies hat seinen Grund darin, daß bei einer bogenverarbeitenden Druckmaschine die Greifer bzw. Greiferfinger des Gegendruckzylinders und der Umführtrommeln aus dem Teilkreis herausragen. Eine Verdrehung beispielsweise des Gegendruckzylinders relativ zum Gummituchzylinder über ein bestimmtes Maß hinaus würde eine Beschädigung der Greifer sowie der mit den Greifern in Kontakt kommenden Zylinderoberfläche ergeben.

Aus der DE 42 02 722 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung für die Regelung oder Steuerung von Antriebseinheiten einer Druckmaschine bekannt, bei welcher die Zylinder einzelne Antriebe aufweisen. Um das zuvor beschriebene Problem bei bogenverarbeitenden Druckmaschinen zu lösen, ist zwischen den mit Einzelantrieben versehenen Zylindern jeweils eine mechanische Kupplung vorgesehen, welche derartig ausgebildet ist, so daß die Zylinder nicht über ein vorgegebenes Maß relativ gegeneinander verdreht werden können. Im störungsfreien Regelfall weisen die entsprechenden Kupplungsteile keinen Kontakt miteinander auf, dies ist erst dann der Fall, wenn das oben besagte und zu Zerstörung führende Relativverdrehung über ein vorgegebenes Maß hinaus vorliegt. Wie eine elektrische Verdrehsicherung für das geschilderte Problem aussehen kann, ist in dieser Schrift jedoch nicht beschrieben.

Aus der DE-OS 23 41 510 ist eine Steuerungsanlage zum Antrieb mehrerer Druckeinheiten einer Druckerpresse bekannt, bei welcher der Hauptantrieb der Druckmaschine für die einzelnen Druckwerkszylinder den sogenannten Leitantrieb darstellt und die einzelnen Farbwerke Folgeantriebe darstellende Einzelantriebe aufweisen. Die Synchronisation der Bewegungen erfolgt dabei über in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Hauptantriebs überzeugte Steuersignale.

Aus der DE 36 14 979 A1 ist ein Sicherheitssystem für eine Druckmaschine bekannt, wobei die Druckmaschine mindestens eine Antriebs- und Bremsvorrichtung aufweist und eine elektrische Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche zusätzlich eine Überwachungsschaltung zur Erfassung der Soll- und Istwerte der Drehzahl der Antriebsvorrichtungen aufweist. Die elektronische Steuereinrichtung ermöglicht dann dabei ein elektronisches Bremsen der Antriebsvorrichtung - durch die Überwachungsschaltung erfolgt ein Betätigen der mechanischen Bremsvorrichtung genau dann, wenn eine unzulässige Abweichung zwischen Soll- und Istwert vorliegt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, ein Verfahren sowie eine entsprechende Steuerung gemäß dem Oberbegriff des Verfahrens- bzw. Vorrichtungsanspruches derartig zu erweitern, so daß eine Einfehler-Sicherheit bei Ausfall einer Komponente in einem Mehrmotorantriebssystem gegeben ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens- bzw. Vorrichtungsanspruches. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß bei Ausfall einer Komponente des Mehrmotoren- Antriebssystems, beispielsweise eines Lagegebers, eines Signalgebers für die Kommutierung, eines Umrichters und dgl., sämtliche Antriebe nach einer Zeitfunktion zum Stillstand heruntergefahren werden, wobei dieses Herunterfahren nach einer Zeitrampe bzw. Zeitfunktion erfolgt, welche von dem Antrieb mit defekter Komponente vorgegeben wird. Fällt beispielsweise ein hochauflösender Drehlagegeber in einer Antriebseinheit aus, so wird diese Antriebseinheit aufgrund des noch vorliegenden Signals eines Gebers für die Kommutierung des Elektromotors entsprechend einer vorgegebenen Zeitrampe heruntergefahren, wobei die übrigen, noch intakten Antriebseinheiten ebenfalls dieser Zeitfunktion folgend auf die Drehzahl Null heruntergefahren werden.

Des weiteren erfolgt die Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der einzigen Zeichnung. Gezeigt werden hier Einzelantriebe für jeweils einen Zylinder - allgemein als Achse zu bezeichnen - einer Druckmaschine. Die vorliegende Erfindung eignet sich jedoch nicht nur um einzelne Zylinder bzw. Achsen einer Druckmaschine einfehlersicher auf Gleichlauf zu steuern. Ebenfalls können auch einzelne Zylindergruppen jeweils einen eigenen Antrieb aufweisen und insgesamt voneinander mechanisch entkoppelt sein. Denkbar wäre hier insbesondere eine Konstellation, bei welcher jeder einzelnen Druckeinheit, bestehend aus einem Gegendruckzylinder, einem Gummituch- und Plattenzylinder sowie einer Umführtrommel, über einen Räderzug miteinander gekoppelt sind und von einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Antriebsmotor nebst übergeordneter Steuerung her getrieben werden. Statt Gleichstrommotoren sind auch Asynchronmotoren mit vorgeschalteter hochdynamischer Antriebssteuerung und Drehbewegungserfassung, insbesondere über gerechnetes Motormodell verwendbar.

Die einzelnen, mechanisch voneinander entkoppelten Zylinder 1.1 bis 1.N werden jeweils durch einen als Gleichstrommotor ausgebildeten Motor 2.1 bis 2.N angetrieben. Diese Gleichstrommotore 2.1 bis 2.N sind als sogenannte bürstenlose Gleichstrommotore ausgebildet. Auf der den Motoren 2.1 bis 2.N abgewandten und somit die Lastseite der Zylinder 1.1 bis 1.N darstellenden Seite ist jeweils ein hochauflösender Lagegeber 3.1 bis 3.N, der insbesondere als Ingrementalgeber ausgebildet ist, angebracht. Direkt mit den bürstenlosen Motoren 2.1 bis 2.N sind Signalgeber 4.1 bis 4.N angebracht, welche eine nicht so hohe Auslösung wie die Lagegeber 3.1 bis 3.N aufweisen und aus deren Signalinformation für die Kommutierung der Motoren 2.1 bis 2.N gewonnen werden.

Jedem Motor 2.1 bis 2.N nebst den Lagegebern 3.1 bis 3.N sowie den Signalgebern 4.1 bis 4.N ist eine Antriebssteuerung 5.1 bis 5.N zugeordnet, der die Signale der Lagegeber 3.1 bis 3.N sowie der der Kommutierung dienenden Signalgeber 4.1 bis 4.N zugeleitet werden und die jeweils über integrierte und nicht weiter dargestellte Umrichter die einzelnen Motoren 2.1 bis 2.N bestromen. Die einzelnen Antriebssteuerungen der Antriebseinheiten regeln dabei die Achsen der Motoren 2.1 bis 2.N derartig, so daß die Zylinder 2.1 bis 2.N bis auf ein vorgegebenes Toleranzmaß drehwinkelsynchron zueinander laufen.

Die Antriebssteuerung 5.1 bis 5.N sowie die Signale der Lagegeber 3.1 bis 3.N sowie der der Kommutierung dienende Signalgeber 4.1 bis 4.N werden zusätzlich einer übergeordneten und als Leitrechner ausgebildeten Steuerung 6 zugeleitet, welche die noch weiter unten stehend genauer erläuterten Maßnahmen durchführt. Die Steuerung 6 steuert dabei über die einzelnen Antriebssteuerungen 5.1 bis 5.N die Lagen der Achsen der einzelnen Motoren 2.1 bis 2.N derart, daß die voranstehend erwähnte Synchronität hinsichtlich der Winkelstellung gegeben ist. Die Drehzahlregelung der einzelnen Motoren 2.1 bis 2.N wird diesem beschriebenen Hauptregelkreis unterlagert werden, wozu aus den Signalen der der Kommutierung dienenden Signalgeber 4.1 bis 4.N Drehzahlinformationen abgeleitet werden. Somit ist es möglich, daß die Zylinder 1.1 bis 1.N bei unterschiedlichen Drehzahlen stets winkelsynchron zueinander laufen.

Des weiteren erfolgt die Beschreibung von verschiedenen erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen, welche eingeleitet werden, wenn eine Komponente einer Antriebseinheit des voranstehend beschriebenen Antriebssystems ausfällt. Die noch zu beschreibenden Maßnahmen werden dabei dadurch festgestellt und ausgeführt, indem wie bereits voranstehend erwähnt, die übergeordnete Steuerung 6 Signale sowohl der einzelnen Antriebssteuerungen 5.1 bis 5.N als auch der Lagegeber 3.1 bis 3.N sowie der der Kommutierung dienenden Signalgeber 4.1 bis 4.N einliest und hinsichtlich deren Vorhandensein und ferner auch auf Plausibilität überprüft. Die übergeordnete Steuerung 6 überprüft ferner auch ständig die Funktionsfähigkeit der einzelnen Antriebssteuerungen 5.1 bis 5.N nebst den entsprechend zugeordneten Ohmrichtern sowie insbesondere auch einen Spannungsausfall.

Ausfallantriebssteuerung/Umrichter

In diesem Fall sei angenommen, daß die Antriebssteuerung 1.1 bzw. der entsprechende Umrichter einen Ausfall erleidet. In diesem Falle wird unmittelbar mit Feststellung dieses Ausfalles von der übergeordneten Steuerung 6 das Gebersignal des hochauflösenden Lagegebers 3.1 als Leitgröße für den weiteren Verfahrensablauf definiert. Durch den Ausfall der Antriebssteuerung 1.1 bzw. des entsprechenden Umrichters ist kein definiertes elektrisches Bremsen des Zylinders 1.1 über den Motor 2.1 mehr möglich. Dieser Ausfall kommt somit einem momentenfei Schalten des dem Zylinder 1.1 zugeordneten Antriebes gleich. Es werden nun die übrigen Motoren 2.2 bis 2.N über die zugeordneten Antriebssteuerungen 5.2 bis 5.N nach genau der Zeitfunktion heruntergefahren, welche durch den Lagegeber 3.1 der defekten Antriebseinheit festgestellt wird. Es erfolgt somit ein Auslaufenlassen des Zylinders 1.1 nebst dem damit gekoppelten Motors 2.1, wobei die übrigen Zylinder 1.2 bis 1.N über die Motoren 2.2 bis 2.N ebenfalls drehwinkelsynchron heruntergefahren werden.

Ausfall eines Motors

In diesem Beispiel sei angenommen, daß der Motor 2.1 des Zylinders 1.1 ausfällt. Auch in diesem Fall erfolgt, wie im voranstehend beschriebenen Beispiel des Ausfalls eines Antriebssteuerung bzw. eines Umrichters, das drehwinkelsynchrone Herunterfahren der Motoren 2.2 bis 2.N über die Antriebssteuerungen 5.2 bis 5.N, wobei die Signale des Lagegebers 3.1 des defekten Motors 2.1 von der übergeordneten Steuerung 6 als Leitwert herangezogen werden. Auch hier erfolgt somit ein Abtourvorgang der Motoren 2.2 bis 2.N, wobei diese von der übergeordneten Steuerung 6 sowie den zugeordneten Antriebssteuerungen 5.2 bis 5.N derartig bestromt werden, so daß die Winkelstabilität zueinander erhalten bleibt.

Ausfall Lagegeber

Es sei angenommen, daß der Lagegeber 3.1 des Zylinders 1.1 mit dem Motor 2.1 einen Ausfall erleidet. Dies wird von der übergeordneten Steuerung erkannt, woraufhin diese sofort das Signal des Signalgebers 4.1 für die Kommutierung des Motors 2.1 für das gezielte Herunterfahren des Motors 2.1 sowie der übrigen Motoren 2.2 bis 2.N als Sollwert heranzieht. Die der Kommutierung dienenden Signalgeber 4.1 bis 4.N weisen zwar eine geringere Genauigkeit als die hochauflösende Lagegeber 3.1 bis 3.N auf, jedoch ist ein beschädigungsfreies Herunterfahren des Gesamtsystems noch möglich.

Ausfall eines der Kommutierung dienenden Signalgebers

Hier sei angenommen, daß der der Kommutierung dienende Signalgeber 4.1 des Motors 2.1 ausfällt. Durch den Ausfall des Signalgebers 4.1 ist der Motor 2.1 nicht mehr definiert zu bestromen. D. h. es liegt ein Fehlerfall vor, der dem momentenfrei Schalten entspricht. Wie in dem Fall Ausfall Antriebssteuerung/Umrichter bzw. Ausfall Motor hier durch die übergeordnete Steuerung 6 die Signalwerte des Lagegebers 3.1 als Leitwert herangezogen und die übrigen Motoren 2.2 bis 2.N der Zylinder 1.2 bis 1.N in drehwinkelsynchroner Weise entsprechend dem Verhalten der Signale des Lagegebers 3.1 bis zum Stillstand heruntergefahren. Bei einem derartigen Ausfall kann erfindungsgemäß weiterbildend vorgesehen sein, daß aus den Lagesignalen des Lagegebers 3.1 der defekten Achse, Kommutierungssignale abgeleitet werden. Dies kann beispielsweise durch Zählen der Signale des Lagegebers 3.1 bis zu einem vorgegebenen Stand nebst nachfolgender Impulsbildung durchgeführt werden. Bei einer derartigen Ausführung wäre es darüber hinaus sogar möglich, auf das gezielte Herunterfahren des Gesamtsystems zu verzichten, wobei jedoch die Darstellung einer Fehlermeldung erfolgt.

Ausfall der Spannungsversorgung

In diesem Falle sei angenommen, daß durch die übergeordnete Steuerung 6 durch hier nicht dargestellte Mittel der Ausfall der gesamten Spannungsversorgung festgestellt worden ist. Auch diese Situation erfordert das sofortige gezielte Herunterfahren des Gesamtsystems bis zum Stillstand. In diesem Falle wird die kinetische Energie des Gesamsystems ausgenutzt, wobei das Stillsetzen auf zwei unterschiedliche Weisen realisiert werden kann.

In einer ersten Variante sei angenommen, daß die einzelnen Umrichter der Antriebssteuerung 5.1 bis 5.N über einen Gleichspannungszwischenkreis miteinander verbunden sind. Die Motoren 2.1 bis 2.N werden dabei an einer Rampe zum Stillstand heruntergefahren, wobei diese derartig bemessen ist, daß zu jedem Zeitpunkt durch die beim Bremsen rückgespeiste Energie noch die volle Gleichspannung zur Verfügung steht. In einfacher Weise kann dies dadurch bewirkt werden, daß eine möglichst steile Abtourrampe vorgegeben wird. Sind die Umrichter der einzelnen Antriebssteuerungen 5.1 bis 5.N nicht über einen Gleichspannungszwischenkreis miteinander verbunden, so bauen die Antriebe (Motoren 2.1 bis 2.N) die anfallende überschüssige Bremsenergie über jeweils in den einzelnen Zwischenkreisen angeordnete Brems-Schopper ab. In den beiden voranstehend beschriebenen Verfahrenweisen beim Herunterfahren des Gesamtsystems im Falle eines Ausfalls der Spannungsversorgung ist dabei ein ausreichend dimensionierter Puffer in Form von Kondensatoren bzw. Akkumulatoren im Zwischenkreis vorgesehen.

Die voranstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen zum Herunterfahren eines aus mehreren Antriebseinheiten bestehenden Mehrmotorenantriebs einer Druckmaschine gewährleisten die Einfehlersicherheit hinsichtlich des Ausfalls einer Komponente des Systems. Der gleichzeitige Ausfall von mehreren Komponenten eines Systems ist statistisch als überaus gering anzusehen. Um jedoch auch diesen immerhin denkbaren Fall hinsichtlich mechanischer Störungen vorzubeugen, kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, vorgesehen sein, daß zwischen den einzelnen in dem Ausführungsbeispiel als Zylinder 1.1 bis 1.N bezeichneten einzeln angetriebenen Achsen zusätzliche mechanische Mittel vorgesehen sind, durch welche entweder eine Verdrehung über ein vorgegebenes Maß hinaus verhindert oder das Eintreten der Beschädigung in sonstiger Weise verhindert wird.

Bezugszeichenliste

1.1 bis 1.N Zylinder (Achse)
2.1 bis 2.N Motor (bürstenloser Gleichstrommotor)
3.1 bis 3.N Lagegeber
4.1 bis 4.N Signalgeber (Kommutierung)
5.1 bis 5.N Antriebssteuerung
6 übergeordnete Steuerung

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines Mehrmotorenantriebes einer Druckmaschine mit mehreren Antriebseinheiten, wobei in jeder Antriebseinheit ein oder mehrere Zylinder bzw. Achsen über jeweils einen Motor einzeln und/oder gruppenweise angetrieben werden, das winkelsynchrone Antreiben der Zylinder bzw. Achsen der einzelnen Antriebseinheiten relativ zueinander durch Auswerten von durch Lagegeber entnehmbaren Signalen erfolgt und sämtliche Antriebseinheiten zum Stillstand herunterfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Ausfall einer Komponente innerhalb der Antriebseinheit sämtliche übrigen Antriebseinheiten winkelsynchron zum Stillstand heruntergefahren werden, daß das Herunterfahren dieser Antriebseinheiten nach einer Zeitfunktion erfolgt, welche für die Antriebseinheit mit der als defekt festgestellten Komponente vorgesehen ist, und daß zum Herunterfahren ein diese Zeitfunktion wiedergebendes Leitsignal ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall einer einem der Motoren zugeordneten Antriebssteuerung oder zugeordneten Umrichters das Gebersignal als Leitsignalwert für das Herunterfahren der übrigen Antriebseinheiten herangezogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall eines der Motoren das Gebersignal des Lagegebers dieser Antriebseinheit als Leitsignalwert für das Herunterfahren zum Stillstand herangezogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall des Lagegebers die Signale der der Kommutierung dienenden Signalgeber der als bürstenlos ausgebildeten Gleichstrommotoren als Leitsignalwert für das Herunterfahren bis zum Stillstand herangezogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall des der Kommutierung dienenden Signalgebers der Antriebseinheit mit als bürstenlos ausgebildetem Gleichstrommotor die Signale des Lagegebers dieser Einheit als Leitsignalwert für das Herunterfahren für die übrigen Antriebseinheiten herangezogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Signalen des Lagegebers der Antriebseinheit mit defektem, der Kommutierung dienenden Signalgeber Signale für die Kommutierung abgeleitet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausfall der Spannungsversorgung das Herunterfahren sämtlicher Antriebseinheiten bis zum Stillstand nach einer Zeitfunktion erfolgt, die derartig festgelegt ist, so daß durch die beim Bremsen rückgespeiste Energie die volle Gleichspannung in sämtlichen Antriebseinheiten zur Verfügung steht.

8. Steuerung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bezüglich eines Mehrmotorenantriebs einer Druckmaschine mit mehreren Antriebseinheiten, wobei in jeder Antriebseinheit ein oder mehrere Zylinder bzw. Achsen einzeln und/oder gruppenweise durch jeweils einen Motor antreibbar sind, in jeder Antriebseinheit wenigstens ein Lagegeber vorgesehen ist und die Signale der Lagegeber einer übergeordneten Steuerung zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch die übergeordnete Steuerung (6) Störungen einer Komponenten (2.1 bis 5N) in einer der einzelnen Antriebseinheiten feststellbar und daraufhin ein Herunterfahren der übrigen Antriebseinheiten nach einer Zeitfunktion einleitbar ist, wobei diese Zeitfunktion von der Antriebseinheit mit als Defekt festgestellter Komponente (2.1 bis 5.N) vorgebbar ist.

9. Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (2.1-2.N) in den einzelnen Antriebseinheiten als bürstenlose Gleichstrommotoren ausgebildet sind und jeweils einen der Kommutierung dienenden Signalgeber (4.1-4.N) aufweisen.

10. Steuerung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der übergeordneten Steuerung (6) neben den Signalen der den Zylindern (1.1-1.N) oder den entsprechenden Achsen zugeordneten Lagegebern (3.1-3.N) zusätzlich die Signale der der Kommutierung dienenden Signalgeber (4.1-4.N) zuführbar sind.

11. Steuerung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der übergeordneten Steuerung (6) zusätzlich Signale der in den Antriebseinheiten den Motoren (2.1-2.N) zugeordneten Antriebssteuerungen (5.1- 5.N) zuführbar sind.