DE4328170A1

DE4328170A1 - Einrichtung zum Positionieren eines Stellantriebes an einer Druckmaschine

Info

Publication number: DE4328170A1
Application number: DE19934328170
Authority: DE
Inventors: Gerhard Pannars
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 1993-08-21
Filing date: 1993-08-21
Publication date: 1995-02-23
Also published as: GB2281135A; GB9416342D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Positionieren eines Stellantriebes an einer Druckmaschine, wobei der Stellantrieb aus einem Motor, der mit einem Stellelement gekoppelt ist, und aus einem Element zur Erfassung der Istposition des Stellelementes besteht und wobei eine Rechen-/Regeleinrichtung vorgesehen ist, die den Motor bei einer Abweichung zwischen Istposition und Sollposition im Sinne eines Abgleichs ansteuert.

Eine Druckmaschine besitzt eine Vielzahl von Stellelementen, deren Positionierung mit einer sehr hohen Genauigkeit erfolgen muß. Eine hohe Positioniergenauigkeit ist die Voraussetzung für die hohen Qualitätsanforderungen, die an die Druckprodukte gestellt werden. Bei diesen Stellelementen handelt es sich beispielsweise um die Farbzonenschrauben, die eine zonenweise Dosierung der Farbzufuhr in den einzelnen Druckwerken erlauben. Um eine Zahl zu nennen, sind bei großen Formaten pro Druckwerk 32 Farbzonenschrauben mit den zugehörigen Stellmotoren und Weggebern vorgesehen. Darüber hinaus wird der Drehweg der Farbduktoren mittels separater Stellmotoren geregelt. Weitere präzise arbeitende Stellelemente dienen der Verstellung der Plattenzylinder zwecks Registerkorrektur in Umfangs- und Seitenrichtung.

Die Anforderungen, die an die Positioniergenauigkeit der Stellelemente gestellt werden, lassen sich eindrucksvoll anhand der Seiten- und Umfangsregisterverstellung der Plattenzylinder verdeutlichen. Da sich bereits Registerverschiebungen im Mikrometerbereich negativ auf die Druckqualität auswirken, müssen die Stellantriebe bis in diesen Bereich hinein verläßlich arbeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung vorzuschlagen, die es erlaubt, Verstellvorgänge an Stellelementen einer Druckmaschine mit hoher Positioniergenauigkeit durchzuführen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rechen-/Regeleinrichtung anhand eines vorgegebenen Verstellintervalls die benötigte Energie des Stellantriebes ermittelt und den Motor mit einer entsprechenden Leistung zwecks Abgleich zwischen der Istposition und der Sollposition versorgt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist vorgesehen, daß die Rechen-/Regeleinrichtung das Verstellintervall in Abhängigkeit vom jeweiligen Motortyp und von der Last vorgibt. Weiterhin ist vorgesehen, daß das vorgegebene Verstellintervall kleiner ist als die Abweichung zwischen der Istposition und der Sollposition.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht vor, daß das vorgegebene Verstellintervall innerhalb eines vorgegebenen Bereiches um die Sollposition liegt. Dieser vorgegebene Bereich liegt darüber hinaus außerhalb der Positioniertoleranzen des Stellantriebes.

Um ein sehr schnelles Verfahren zwecks Anpassung der Istposition an die vorgegebene Sollposition zu erreichen, steuert die Rechen-/Regeleinrichtung den Motor außerhalb des vorgegebenen Bereiches kontinuierlich an; d. h. außerhalb dieses vorgegebenen Bereiches wird der Motor mit der maximal zulässigen, auf den jeweiligen Motortyp abgestimmten Leistung betrieben.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung sieht vor, daß die Rechen-/Regeleinrichtung den Motor innerhalb des vorgegebenen Bereiches gepulst ansteuert.

Insbesondere wird die Pulsweite so gewählt, daß der zugeordnete Verstellweg kleiner ist als das gewählte Verstellintervall.

Besonders vorteilhaft erweist sich die folgende Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung:
Die Rechen-/Regeleinrichtung steuert den Motor mit konstanter Leistung bei vorgegebener Pulsweite an, bis das Stellelement entsprechend dem vorgegebenen Verstellintervall verstellt ist. Dann läßt sich die Energie, die dem Motor zugeführt wurde, einzig und allein über die Pulsweite, sprich über die Zeit, berechnen. Die Rechen-/Regeleinrichtung ermittelt die benötigte Energie gemäß folgender Formel:

wobei t_Pi die Pulsweite des i-ten Pulses, P die Leistung, S_Soll das Verstellintervall und S_Verst den Verstellweg kennzeichnet. Je kleiner die Pulsweite gewählt wird, umso genauer läßt sich gemäß der vorhergehenden Formel der Mittelwert für eine Pulsweite berechnen, die dann optimal auf den zu beaufschlagenden Motor abgestimmt ist.

Obwohl die errechnete Pulsweite bereits sowohl ein schnelles Verfahren des Stellantriebes als auch eine hohe Positioniergenauigkeit erlaubt, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Rechen-/Regeleinrichtung eine dynamische Anpassung der benötigten Energie vornehmen. Derartige Korrekturen können beispielsweise durch lokale Schwergängigkeiten des Motors erforderlich werden. Ein Angleich ist auch hier natürlich umso besser, je geringer die ursprüngliche Pulsweite und damit der Verstellweg gewählt wurden. Da die Schwankungen infolge dieser lokalen Störungen nur noch um den errechneten Mittelwert der Pulsweite herum erfolgen, wird weiterhin ein Höchstmaß an Kontinuität während des gesamten Verstellvorganges erzielt.

Um eine Pendelbewegung um den vorgegebenen Sollwert zu vermeiden, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen, daß die Rechen-/Regeleinrichtung die Pulsweite, insbesondere innerhalb der Positioniertoleranzen um den Sollwert, so wählt, daß der zugeordnete Verstellweg maximal der vorgegebenen negativen bzw. positiven Positioniertoleranz entspricht. Durch diese Einschränkung wird ein Überschwingen über den Sollwert hinaus vermieden. Automatisch wird die Energie stets so ermittelt, daß ein Verstellweg zurückgelegt wird, der sich entweder innerhalb der positiven oder der negativen Positioniertoleranz des entsprechenden Motors befindet.

Die Festlegung der entsprechenden Bereichsgrenzen, also des Bereiches, in dem der Motor kontinuierlich verfahren wird, des vorgegebenen Bereiches, in dem die Rechen-/Regeleinrichtung den Motor gepulst ansteuert, und des Bereiches, in dem weitere Randbedingungen zum Tragen kommen, um ein Überfahren der Sollposition des Stellelementes zu vermeiden, sind von den einzelnen Motortypen und der Jeweiligen Belastung abhängig. Insbesondere trägt die Festlegung der entsprechenden Bereichsgrenzen dem Nachlaufverhalten des jeweiligen Motors Rechnung.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung bezieht sich auf die Verwendung unterschiedlicher Positioniermodi. Der jeweils gewählte Positioniermodus hängt insbesondere davon ab, wieviele Motoren gleichzeitig von einer entsprechenden Steuerkarte angesteuert werden können. Im Idealfall ist eine sogenannte Schnellverstellung vorgesehen, d. h. alle Motoren werden gleichzeitig in die entsprechenden Sollpositionen hineingefahren. Übersteigt die Anzahl der Motoren die Zahl von Motoren, die gleichzeitig angesteuert werden kann, so wird jeweils die mögliche Anzahl von Stellelementen etappenweise um eine definierte Wegstrecke verfahren.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Druckmaschine;

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 3a eine Skizze der unterschiedlichen Bereiche um den Sollort;

Fig. 3b ein Diagramm zur Ermittlung der optimalen Pulsweite;

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Ansteuerung eines Stellelementes.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Druckmaschine 1 mit Druckwerken 2, einem Anleger 3 und einem Ausleger 4. Über Verbindungsleitungen 6 sind nicht gesondert dargestellte Stellelemente 10 der Druckmaschine 1 mit einer Rechen-/Regeleinrichtung 5 verbunden. Diese Rechen-/Regeleinrichtung 5 ist in ein Steuerpult 14 integriert. An der Oberseite des Steuerpultes 14 ist ein Display 7 angeordnet. Dieses Display 7 dient u. a. dazu, die Positionen einzelner Stellelemente 10 an der Druckmaschine 1 anzuzeigen.

In Fig. 2 Ist eine Schaltungsanordnung der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Die Rechen-/Regeleinrichtung 5 steuert den Motor 9 über ein Leistungsteil 8 so an, daß der Motor teilweise kontinuierlich und in gewissen Bereichen im Schrittbetrieb arbeitet. Die Pulsdauer t_p wird so berechnet, daß das Stellelement unter Berücksichtigung des jeweiligen Motortyps und dessen Belastung eine definierte Wegstrecke zurücklegt. Die Jeweilige Stellung des Motors 9 und damit die Jeweilige Position des Stellelementes 10 wird über einen Rückmeldepotentiometer 11 erfaßt und über einen A/D-Wandler 12 der Rechen-/Regeleinrichtung 5 zugeführt.

In Fig. 3a sind die einzelnen Verstellbereiche, die von der Rechen-/Regeleinrichtung 5 zur Ansteuerung des Motors 9 unterschieden werden, dargestellt. IST kennzeichnet die Istposition des Motors 9 bzw. des Stellantriebs 13 und SOLL die gewünschte Sollposition. Innerhalb eines Bereiches I wird der Stellantrieb 13 mit maximaler Leistung verfahren. In diesem Bereich I arbeitet der Motor 9 kontinuierlich mit Nennleistung.

Innerhalb des Bereiches II erfolgt die Verstellung im Pulsbetrieb. Die Pulsweite t_p wird von der Rechen-/Regeleinrichtung 5 derart berechnet, daß sie optimal auf den jeweiligen Motortyp, dessen Belastung, sowie auf dynamische Schwankungen abgestimmt ist. Diese dynamischen Schwankungen ergeben sich beispielsweise infolge lokaler Schwergängig- oder Leichtgängigkeiten des Motors 9. Die Rechen-/Regeleinrichtung 5 wählt innerhalb des Bereiches II ein Verstellintervall S_Soll aus. Dieses Verstellintervall S_Soll wird weiterhin von der Rechen-/Regeleinrichtung 5 in Abhängigkeit vom Motortyp und von der Belastung vorgegeben. Entsprechende Tabellen sind in einem Speicher, der der Rechen-/Regeleinrichtung 5 zugeordnet ist, enthalten.

Der Bereich III entspricht der Positioniertoleranz um den Sollwert SOLL. Um ein überfahren des Sollwertes SOLL in jedem Falle auszuschließen, wählt die Rechen-/Regeleinrichtung 5 das Verstellintervall S_Soll innerhalb des Bereiches III stets so, daß das Verstellintervall S_Soll maximal der Positioniertoleranz des Bereiches III entspricht. Durch diese Maßnahme lassen sich Pendelbewegungen des Stellelementes 10 vermeiden.

Die Pulsweite t_p, bzw. der entsprechende Verstellweg S_Verst, wird so gewählt, daß sie kleiner ist als das Verstellintervall S_Soll, je feiner die Unterteilung ist, umso genauer läßt sich eine Berechnung der optimalen Pulsweite t_opt durchführen.

Die einem Motor zugeführte Energie E läßt sich üblicherweise durch folgende Formel berechnen:

mit
U: Spannung [Volt],
i: Strom [Ampere] und
t: Zeit [Sekunden].

Um die Energiezufuhr zu regeln, kann man nun diese drei Größen variieren. In der Praxis hat sich gezeigt, daß zumindest im Bereich relativ geringer Leistungen obige Formel in die folgende Form überführt werden kann:

E ∼ U _* i _* t bzw. E ∼ P _* t

Dies bedeutet, daß bei konstanter Spannung, bzw. bei konstanter Leistung P, die Energiezufuhr E zu dem Motor 5 nur noch von der Zeit t abhängig ist. Anhand der Pulse mit konstanter Pulsweite t_p läßt sich die Energie E, die dem Motor 5 zur Bewältigung eines vorgegebenen Verstellintervalls S_Soll zugeführt werden muß, berechnen. Die Formel zur Berechnung der benötigten Energie E lautet:

wobei E die Energie, P die Leistung, t_Pi die Pulsweite des i-ten Pulses, S_Soll das Verstellintervall und S_Verst den Verstellweg kennzeichnet. Die benötigte Energie ergibt sich aus dem Produkt von Leistung P und optimaler Pulsweite t_opt die aus obiger Formel gewonnen wird. Für den Abgleich zwischen der Istposition IST und der Sollposition SOLL wird der Motor 9 mit der errechneten optimalen Pulsweite t_opt getaktet.

In Fig. 3b ist der oben beschriebene Sachverhalt skizziert. Auf der Abszisse ist der Verstellweg und auf der Ordinate die Pulsweite t_p aufgetragen. Beispielsweise wird der Verstellweg in Inkrementen anhand der Ausgangssignale eines A/D-Wandlers 12 angegeben. Die Pulsweite t_p liegt üblicherweise in der Größenordnung von Millisekunden.

Wie in dem Diagramm dargestellt, bewältigt der Verstellantrieb 13 innerhalb von fünf Pulsweiten t_p das Verstellintervall S_Soll. Gemäß der obengenannten Formel errechnet sich die optimale Pulsweite t_opt zu 30 Millisekunden. Mit dieser Pulsweite t_opt wird der Motor 9 im folgenden getaktet. Wie weiterhin in diesem Diagramm skizziert, entspricht der tatsächlich zurückgelegte Weg bei einem Puls t_p nicht dem vorhergesagten Verstellweg der Jeweils bei S1, S2, usw. endet. Diese Abweichung signalisiert der Regeleinrichtung 5, daß die gewählte Pulsdauer t_p zu niedrig ist. Entsprechende Korrekturen werden veranlaßt.

Die gestrichelt dargestellte Linie kennzeichnet Abweichungen des Verstellweges trotz Taktung mit der optimalen Pulsweite t_opt, die in Abhängigkeit von Schwer- oder Leichtgängigkeiten des Motors 9 auftreten. Diesen Abweichungen wirkt die Rechen-/Regeleinrichtung 5 durch entsprechende kompensierende Veränderungen der optimalen Pulsweite t_opt entgegen.

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm mit dem die erfindungsgemäße Einrichtung angesteuert wird. Üblicherweise startet das Programm mit jeder erforderlichen Verstellung neu. Es kann Jedoch auch vorgesehen sein, daß erst nach einer gewissen Anzahl von Verstellvorgängen eine neue optimale Pulsweite t_opt berechnet wird.

Nach dem Start bei 14 wählt die Rechen-/Regeleinrichtung 5 die Pulsweite t_p in Abhängigkeit von einer Größe x. Bei dieser Größe x handelt es sich vorzugsweise um den entsprechenden Motortyp sowie um die Jeweilige Belastung des Motors 9. Bei 16 wird anschließend geprüft, ob die Istposition IST gleich der Sollposition SOLL des Stellelementes 10 ist. Falls diese Bedingung erfüllt ist, wird das Programm gestoppt. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird der Motor 9 mit der vorgegebenen Pulsdauer t_p beaufschlagt. Anschließend wird der Stellantrieb 13 um den dieser Pulsdauer t_p entsprechenden Verstellweg S_Verstell verstellt. Unter dem Programmpunkt 18 wird überprüft, ob der tatsächlich ausgeführte Verstellweg S_Verst dem erwarteten Verstellweg entspricht. Ist dies der Fall, wird das Programm in einer Schleife wieder auf den Programmpunkt 16 rückgeführt. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, wird bei 19 untersucht, ob der Verstellweg S_Verst zu groß ist. Ist der Verstellweg S_Verst zu klein, wird die Pulsweite t_p erhöht. Die Schleife 17, 18, 19 wird solange durchlaufen, bis der Verstellweg S_Verst gleich dem gewünschten Verstellweg ist. Ist andererseits S_Verstell zu groß, wird bei 20 geprüft, ob es sich um eine erstmalige Überschreitung handelt oder nicht.

Falls es sich nicht um eine erstmalige Überschreitung handelt, wird die Pulsweite t_p erniedrigt. Auch diese Schleife 17, 18, 19, 20 wird solange durchlaufen, bis der Verstellweg dem vorgegebenen Verstellweg entspricht. Bei einer erstmaligen Überschreitung des Verstellweges S_Verst wird bei 21 die optimale Pulsweite t_opt gemäß dem bereits beschriebenen Verfahren berechnet. Anschließend wird der Motor 9 mit der errechneten optimalen Pulsweite t_opt beaufschlagt, bis ein Abgleich zwischen der Istposition IST und der Sollposition SOLL erreicht ist. Ist Letzteres der Fall, wird das Programm bei 23 gestoppt.

Das in Fig. 4 dargestellte Flußdiagramm zeigt die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung in den Bereichen II und III. Im Bereich III muß zusätzlich noch darauf geachtet werden, daß das gewählte Verstellintervall S_Soll maximal so groß ist, wie die Positioniertoleranz; sie darf also den Bereich III nicht überschreitet. Nur dann ist sichergestellt, daß der Stellantrieb 13 die Sollposition SOLL nicht überfährt. Es dürfte selbstverständlich sein, daß die Istposition IST die Sollposition SOLL überschreiten oder unterschreiten kann. Entsprechende Einrichtungen zur Erkennung der Drehrichtung sind an der erfindungsgemäßen Einrichtung vorgesehen, wobei derartige Einrichtungen in den Figuren nicht gesondert dargestellt sind.

Bezugszeichenliste

1 Druckmaschine
2 Druckwerk
3 Anleger
4 Ausleger
5 Rechen-/Regeleinrichtung
6
7 Display
8 Leistungsteil
9 Motor
10 Stellelement
11 Potentiometer
12 A/D-Wandler
13 Verstellantrieb
14 Steuerpult

Claims

1. Einrichtung zum Positionieren eines Stellantriebs an einer Druckmaschine, wobei der Stellantrieb aus einem Motor, der mit einem Stellelement gekoppelt ist, und aus einem Element zur Erfassung der Istposition des Stellelementes besteht und wobei eine Rechen-/Regeleinrichtung vorgesehen ist, die den Motor bei einer Abweichung zwischen Istposition und Sollposition im Sinne eines Abgleichs ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen-/Regeleinrichtung (5) anhand eines vorgegebenen Verstellintervalls (S_Soll) die benötigte Energie des Stellantriebs (13) ermittelt und den Motor (9) mit einer entsprechenden Leistung (P) zwecks Abgleich zwischen der Istposition (IST) und der Sollposition (SOLL) versorgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen-/Regeleinrichtung (5) das Verstellintervall (S_Soll) in Abhängigkeit vom Motortyp und der Last vorgibt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Verstellintervall (S_Soll) so gewählt ist, daß es kleiner ist als die Abweichung zwischen Istposition (IST) und Sollposition (SOLL).

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Verstellintervall (S_Soll) innerhalb eines vorgegebenen Bereiches (II) um die Sollposition (SOLL) liegt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des vorgegebenen Bereiches (II) der Motor (9) kontinuierlich arbeitet.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des vorgegebenen Bereiches (II) der Motor (9) gepulst arbeitet.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen-/Regeleinrichtung (5) die Pulsweite (t_P) so wählt, daß der zugeordnete Verstellweg (S_Verst) kleiner ist als das Verstellintervall (S_Soll).

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen-/Regeleinrichtung (5) den Motor (9) mit konstanter Leistung (P) bei vorgegebener Pulsweite (t_P) beaufschlagt, bis das vorgegebene Verstellintervall (S_Soll) erreicht ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen-/Regeleinrichtung (5) die benötigte Energie (E) gemäß folgender Formel berechnet: Mit t_Pi: Pulsweite des i-ten Pulses
P: Leistung = const
S_Soll: Verstellintervall
S_Verst: Verstellweg.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen-/Regeleinrichtung (5) den Motor (9) für den Abgleich zwischen Istposition (IST) und Sollposition (SOLL) mit dem errechneten Mittelwert der Pulsweite (t_P) beaufschlagt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen-/Regeleinrichtung (5) eine dynamische Anpassung der benötigten Energie (E) vornimmt.

12. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechen-/Regeleinrichtung (5) die Pulsweite (t_P) so wählt, daß der zugeordnete Verstellweg (S_Verst) maximal einer vorgegebenen Toleranz (Bereich III) um die Sollposition (SOLL) entspricht.

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Anzahl der zu steuernden Stellantriebe (13) verschiedene Positioniermodi einsetzbar sind.